鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層的分布與時代

武振杰, 林寶玉, 姚建新, 姚 翔

1)中國地質科學院地質研究所, 國土資源部地層與古生物重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質大學(北京)地球科學與資源學院, 北京 100083

鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層的分布與時代

武振杰1), 林寶玉1), 姚建新1), 姚 翔2)

1)中國地質科學院地質研究所, 國土資源部地層與古生物重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質大學(北京)地球科學與資源學院, 北京 100083

海相紅層是紅層研究的一個重要方向, 在前人地層學、古生物學等資料基礎上, 筆者在鄂爾多斯周緣露頭區針對奧陶紀海相紅層進行了專門研究, 從中識別出 7套奧陶紀海相紅層。借助于對應地層中已報道的筆石、三葉蟲、珊瑚等不同化石類別的特征分子、典型化石帶或化石組合, 基本確定了這 7套海相紅層的形成時代: 自下而上分別為特馬豆克期、弗洛期晚期(也許包括大坪期早期)、大坪期、達瑞威爾期、桑比期、凱迪期早期和凱迪期晚期。建立了鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層對比表, 分析了奧陶紀海相紅層形成環境和古地理分布情況。

奧陶紀; 海相紅層; 鄂爾多斯; 分布; 時代

紅層研究始于陸相紅層, 一直以來海相紅層受到的關注較少(Einsele, 2000); 這種局面在 21世紀之初得到了扭轉, 一系列的白堊紀海相紅層論著得以發表(王成善和胡修棉, 2002, 2005; 萬曉樵等, 2005; 胡修棉等, 2006; 胡修棉和王成善, 2007; Wang et al., 2009, 2011; Hu et al., 2012; 胡修棉, 2013)。除白堊紀外, 海相紅層也出現在其他地質歷史時期。如加拿大魁北克阿巴拉契亞寒武紀復理石序列中頻頻出現的由泥質巖、粉砂巖、砂巖和礫巖層組成的紅色韻律層(Lajoie and Chagnon, 1973),英國威爾士早寒武世 Caerfai Bay組的火山碎屑紅色泥質巖(Turner, 1979), 這兩套地層都是發育在寒武紀的海相紅層(胡修棉, 2013)。此前中國奧陶紀海相紅層多見于華南和塔里木地區, 其中華南地區為中上奧陶統牯牛潭組、寶塔組及相當地層, 巖性為紅色瘤狀灰巖(胡修棉, 2013); 塔里木盆地則見于柯坪地區上奧陶統坎嶺組, 巖性同樣為紫紅色瘤狀灰巖, 相當于華南寶塔組紅色灰巖相。戎嘉余等(2012)系統總結了華南志留系3套海相紅層的空間分布和時代特征; 德國 Variscan盆地大量出露泥盆系法門階紅色遠洋泥質巖(Franke and Paul, 1980)。此外, 四川盆地下三疊統飛仙關組紅色泥質沉積(Wignalland Twitchett, 1996; Hotinski et al., 2001)、歐洲的侏羅紀 Ammonitico Rosso紅色灰巖(Jenkyns, 1988; Cecca et al., 1992)、西藏南部始新世朋曲組扎果段的紫紅色頁巖夾巖屑砂巖(李祥輝等, 2000; Wang et al., 2002)、和新近紀紅色粘土(Bryant and Bennet, 1988)等也都是典型的海相紅層(王成善和胡修棉, 2005)。白堊紀外其他地質歷史時期的海相紅層研究應該是該領域下階段的一個重要方向(王成善和胡修棉, 2005)。

鄂爾多斯周緣主要涉及內蒙古自治區、寧夏、甘肅、陜西等交界地區, 此區域奧陶系出露較多, 地層發育齊全, 化石豐富, 地層古生物研究基礎資料較豐富。本文首次在該地區針對奧陶紀海相紅層進行專門研究, 在典型奧陶系剖面中確定海相紅層, 描述紅層的特征、厚度, 紅層中所含化石情況, 借助前人已發表的地層和古生物資料以及王澤九等(2014)最新修定的中國地層表來確定紅層年代; 選擇性采集地化樣品,分析紅層及其圍巖Fe2O3和FeO的含量; 建立鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層層序, 在不同剖面之間開展對比研究。這項工作的完成將有助于華北板塊和中國奧陶紀海相紅層研究的深入。

1 主要研究剖面

研究區域奧陶系露頭較多, 本文選擇了海相紅層巖性特征明顯、化石帶或化石組合清楚的13個剖面(圖 1, 因篇幅原因不再對每個剖面贅述)來開展海相紅層研究。以便確定這些海相紅層的年代, 并在此基礎上建立起奧陶紀海相紅層的層序。

2 奧陶紀海相紅層分布和時代

通過對研究區內 13個奧陶系剖面中海相紅層的特征、厚度以及牙形石、珊瑚、筆石等化石材料的綜合分析和研究, 在鄂爾多斯盆地周緣奧陶紀地層中劃分出了7層海相紅層, 分屬于奧陶系3統的6個階(表1)。借助于紅層中不同化石的特征分子、典型化石帶或化石組合, 基本確定了這些海相紅層的時代, 并在此基礎上建立了鄂爾多斯盆地周緣奧陶紀海相紅層地層對比表(表2)。

表1 鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層劃分Table 1 Division of Ordovician red beds around Ordos Basin

2.1 ORB-1海相紅層

研究區內該套海相紅層見于內蒙古烏拉特前旗、甘蕭平涼、陜西岐山、銅川耀參1井和銅川北黃深 1井, 另外在陜西偏關也有分布(圖 2a)。其典型剖面位于內蒙古烏拉特前旗色麻溝, 此處山黑拉組與下伏上寒武統老弧山組和上覆二哈公組之間均為整合接觸關系, 二哈公組根據其中所含的牙形石可基本確定屬達瑞威爾階(詳見下文), 因此可以推斷山黑拉組對應的地質年代分別為特馬豆克期、弗洛期和大坪期。色麻溝剖面山黑拉組中自下而上共發育三套海相紅層: (1)對應其底部第20層的海相紅層, 巖性為暗色、深灰色中薄層泥晶頁巖夾粉紅色泥晶灰巖, 厚 21.8 m(地層劃分見內蒙古自治區地質礦產局, 1996), 應屬特馬豆克階; (2)對應其中部第24層的海相紅層, 應屬弗洛階; (3)對應其頂部35層的海相紅層, 應屬大坪階。其中第一套紅層也是研究區內奧陶系中發現的層位最低的海相紅層, 命名為ORB-1, 地質時代推斷為特馬豆克期。

2.2 ORB-2海相紅層

該套紅層典型剖面位于內蒙古烏海市桌子山老石旦東山, 對應于下奧陶統三道坎組底部第 1層、第2層和第4層, 巖性為紫紅色泥質白云巖、紫紅色砂巖、紫紅色白云質灰巖夾石英砂巖與灰白色石英砂巖互層, 該海相紅層中含豐富的牙形石、腕足類和頭足類化石, 厚 57.0 m(地層劃分和化石見安太庠等, 1990)。該海相紅層中的牙形石Aurilobodus leptosomatus An和Loxodus dissectus An是“下馬家溝組”下部的化石帶。Scolopodus eburnus Jiang和Scolopodus flexilis An是“下馬家溝組”下部最常見的分子。因此, 三道坎組ORB-2海相紅層的年代應屬弗洛期晚期, 也許包括部分大坪期早期(表2)。

陜西隴縣溫水鎮白家灘剖面也見有該套海相紅層。該剖面地層劃分主要有兩種方案, 馮增昭等(1991)將其劃分為麻川組、水泉嶺組和三道溝組, 何自新等(2006)將其劃分為馬家溝組, 下分七段。其中馮增昭劃分方案的麻川組對應于何自新方案的馬家溝組馬一段, 水泉嶺組對應于馬家溝組馬二段至馬五段, 三道溝組對應于馬六段和馬七段。白家灘剖面發育三套海相紅層, 其中最下部的麻川組海相紅層(對應于馬一段)即為ORB-2海相紅層, 下部巖性為棕紫、淺紫色中薄層含陸屑泥質粉細晶白云巖夾含角礫粉砂質頁巖, 上部巖性為灰、淺灰紅色中厚層微—粉晶灰質白云巖, 厚 68.7 m(地層劃分見何自新等, 2004)。

屬于該套海相紅層的還有寧夏中衛天景山剖面天景山組下部紅層(地層劃分見寧夏回族自治區地質礦產局, 1996)、內蒙古烏拉特前旗色麻溝剖面山黑拉組中部紅層、寧夏同心青龍山水泉嶺組底部紅層(地層劃分見寧夏回族自治區地質礦產局, 1996)。

表2 鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層對比表Table 2 Correlation of Ordovician red beds around

2.3 ORB-3海相紅層

研究區內該套海相紅層見于內蒙古烏拉特前旗色麻溝剖面山黑拉組上部、陜西隴縣白家灘剖面水泉嶺組下部和寧夏中衛天景山剖面天景山組上部。由上文分析可知, 內蒙古烏拉特前旗色麻溝剖面對應于山黑拉組頂部第 35層的海相紅層頂部屬大坪階, 即為ORB-3海相紅層。陜西隴縣白家灘剖面發育的第二套海相紅層見于水泉嶺組下部(對應于馬二、馬三段)2-14層, 紅層巖性主要為淺紫色、灰色中層夾塊狀泥質灰巖、泥晶團粒灰巖, 以及淺灰紫色、灰云斑泥-微晶砂屑灰巖, 局部具云斑構造或亮晶團粒灰巖, 底部為褐紫色疙瘩狀泥-微晶灰巖; 該海相紅層厚度約150 m(剖面信息據何自新等, 2004)。據馮增昭等(1991)資料, 在水泉嶺組中含牙形石 Tangshanodus tangshanensis An, 因此該套紅層可劃為大坪期ORB-3海相紅層。

2.4 ORB-4海相紅層

見于內蒙古烏拉特前旗山黑拉剖面、寧夏同心張大井剖面、甘肅環縣羅山川和車道鄉剖面、寧夏彭陽賀家川剖面以及陜西隴縣白家灘剖面(表2)。甘肅環縣車道鄉車道坡苦水掌紅石澗子(南莊子)剖面共發育 3套海相紅層: 南莊子組紅層、車道組下部紅層和車道組上部紅層(表2)。其中南莊子組紅層見于 1-5層, 巖性為棕灰、褐灰色塊狀礫屑灰巖夾紫紅色、黃綠色頁巖, 與紫紅色薄層灰巖互層等, 厚8.1 m。該海相紅層中含有三葉蟲碎片, 牙形石化石豐富, 有 Periodon aculeatus Hadding, Protopanderodus robustus (Hadding), P.varicostatus (Sweet et Bergstr?m), Erraticodon sp., Walliserodus ethingtoni (F?hraeus), Drepanodus arcuatus Pander, Parapaltodus flexuosus (Barnes et Poplawski), Pygodus serras (Hadding)(安太庠等, 1990)。其中的牙形石分子Pygodus serras(Hadding)在世界各地限于筆石帶Didymograptus murchisoni帶上部—Glyptograptus teretiusculus帶的中上部, 據此可把此套海相紅層的時代定在達瑞威爾期。

甘肅環縣羅山川上游南湫鄉澇池溝—井溝渠奧陶系剖面平涼組下部第4層巖性為褐紅、灰綠色粉砂質頁巖夾薄層灰巖, 厚 4.5 m。頁巖中筆石: Didymograptus sp., Climacograptus sp., C.antiquus Lapworth, Pseudoclimacograptus sp., Orthograptus calcaratus Lapworth, Leptograptus sp.; 薄層灰巖中含牙形石: Protopanderodus varicostatus (Swect et Bergstr?m), P.cooperi (Swect et Bergstr?m), Walliserodus ethingtoni (F?hraeus), Drepanodus arcuatus Pander(剖面信息引自安太庠等, 1990)。該海相紅層上面的第 14層含牙形石帶 Pygodus anserinus Lamont et Lindstr?m和P.serrus(Hadding)的過渡型標本, 安太庠等(1990)認為該剖面平涼組下部 1-14層的對應于Pygodus serra帶, 說明該海相紅層形成于達瑞威爾期。

寧夏同心張大井剖面下奧陶統米缽山組底部的第1層為海相紅層, 巖性為褐紅色、灰色板巖, 厚度 1 m(剖面描述見寧夏回族自治區巖石地層, 1982)。汪嘯風等人(1996)報導, 該海相紅層上部含筆石 Pseudamplexograptus confertus等, 層位與Didymograptus artus帶至D.murchisoni帶大致相當,因而該海相紅層屬達瑞威爾階。

寧夏彭陽縣賀家川剖面海相紅層較為發育, 其中下部1-7層巖性主要為紫紅色中-厚層凝灰質細砂巖、紫紅色灰巖互層為主, 厚173 m(剖面描述見寧夏回族自治區巖石地層, 1982)。含大量筆石化石,主要有 Glyptograptus teretiusculus等, 其年代應屬于達瑞威爾階的上部。

陜西隴縣白家灘剖面發育的第三套海相紅層見于三道溝組(對應于馬七段)41-61層, 巖性為淺灰、灰色中-厚層塊狀孔層藻泥-亮晶灰巖夾深灰、灰白色塊狀礫屑灰巖及紫紅、灰紫色泥質瘤狀灰巖,厚度167 m(剖面信息據何自新等, 2004)。該套地層中含頭足類Nybyoceras sp等(馮增昭等, 1991), 時代屬達瑞威爾階。

內蒙古烏拉特前旗佘太鎮山黑拉馬樁剖面二哈公組發育一套海相紅層, 巖性為灰白色中厚層狀白云質灰巖夾粉紅色厚層頁巖, 厚度212 m(地層剖面見林寶玉等, 1984)。安太庠等(1990)在該剖面的二哈公組中采獲大量的牙形石化石: Erismodus typus, Microcoelodus sp.(上部), Scandodus handanensis(下部); 并認為下部含Scandodus handanensis的地層相當于華北峰峰組閣莊段, 上部含 Erismodus typus的地層屬于峰峰組八陡段。因此, 二哈公組海相紅層屬達瑞威爾階。

2.5 ORB-5海相紅層

該套海相紅層見于內蒙古桌子山、甘肅環縣車道鄉和寧夏彭陽等地區(表3)。內蒙古桌子山青年農場公烏素組中上部第3層至第9層為一套紅層, 其中紅色層位主要為紫灰色薄層灰巖和紫灰色頁巖,非紅色層位則為黃綠色頁巖、深灰色或灰黑色灰巖等, 厚度約33 m; 含豐富的筆石、三葉蟲、遺跡化石, 見有腕足類(地層劃分見安太庠等, 1990)。汪嘯風等(1996)認為該組所含的筆石 Amplexograptus gansuensis帶, 其層位與Climacograptus wilsoni帶大致相當, 也就是說該套海相紅層的年代為桑比期。

圖2 鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層古地理分布(改自馮增昭等, 1991)Fig.2 Paleogeographic distribution of Ordovician red beds around Ordos Basin (modified after Feng et al., 1991)

上文已提及甘肅環縣車道鄉車道坡苦水掌紅石澗子(南莊子)剖面共發育 3套海相紅層, 其最下部的南莊子組紅層為達瑞威爾期的 ORB-4海相紅層。車道組下部第9到第11層為該剖面第2套紅層,紅色層位主要為棕紅、褐紅色、黃灰色鈣質粉砂質頁巖、粉砂質灰巖以及褐紅色白云質條帶, 厚度5.6 m, 前人資料中未見有標準的帶化石。該剖面發育于車道組上部的第三套紅層為凱迪期的 ORB-6海相紅層(詳見下文), 因此可推斷介于兩者之間的車道組下部這套海相紅層時代應為桑比期。

2.6 ORB-6海相紅層

鄂爾多斯盆地周緣該套海相紅層目前只在甘肅環縣車道坡南莊子剖面有發現, 對應于車道組第15~16層, 厚4.9 m(地層劃分見安太庠等, 1990)。巖性主要為紫紅色中薄層瘤狀泥晶灰巖夾薄層淺紫紅色灰巖, 紫紅色粉砂質灰巖, 紫紅色、淺紫紅色中薄層鮞狀灰巖和暗紫灰色中厚層鮞狀灰巖等。該紅層中含少量腕足類、豐富的頭足類、三葉蟲、海百合及牙形石化石(詳見安太庠等, 1990), 其中的頭足類Sinoceras Chinese (Foord)是揚子地區寶塔組及其相當地層的帶化石。因此, 車道組上部海相紅層的年代應為凱特期早期。

2.7 ORB-7海相紅層

研究區內奧陶系最后一套海相紅層見于寧夏彭陽縣羅洼鄉和陜西隴縣李家坡剖面。彭陽石節子溝剖面背鍋山組底部第 1層為海相紅層, 巖性為淺褐紅色、灰色薄層灰巖和瘤狀灰巖, 富含珊瑚化石、少量頭足類及三葉蟲化石。珊瑚: Sarcinula guyuanensis Lin, Agetolites sp., Catenipora sp., Plasmoporella sp.等, 厚約2 m。該紅層及其上部地層中的珊瑚化石中大多數分子均見于浙江西部凱迪階晚期的三衢山組, 因此, 該套海相紅層的年代應為凱迪期晚期。

在背鍋山組命名剖面陜西隴縣新集鄉李家坡剖面, 海相紅層見于背鍋山組上部, 紅色層位巖性主要為淺紅色、肉紅色、紅色灰巖, 中間夾一些白色灰巖, 厚158.5 m, 其中產豐富的珊瑚及三葉蟲化石(林寶玉等, 1984)。李家坡剖面背鍋山組上部珊瑚和三葉蟲化石與寧夏彭陽縣羅洼鄉石節子溝背鍋山組中化石幾乎一致, 說明該剖面背鍋山組上部海相紅層年代也為凱迪期。

3 鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層地層特征及形成的古環境

關于鄂爾多斯周緣奧陶紀古地理環境, 馮增昭等(1991)已做過精辟的論述。筆者在綜合前人資料的基礎上, 結合典型剖面實地考察, 對鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層的地層特征和形成的古環境逐一加以說明。

3.1 ORB-1海相紅層

內蒙烏拉特前旗該紅層巖性為暗灰、深灰中薄層泥晶灰巖夾粉紅色泥晶灰巖。陜西岐山該紅層巖性主要為淺棕色、淺灰色、灰白色泥質粉-細晶白云巖, 以中薄層為主, 偶爾見有微細層紋狀, 上部夾一層淺紫色、淺黃色頁巖, 為潮上泥云坪環境。陜西銅川耀參1井和黃深1井, 紅層巖性為淺棕紅色、紫紅色、淺灰色泥質和含泥白云巖, 水平紋層理、干裂及鳥眼構造發育, 無生物或生物很少, 為近巖潮上云泥坪環境。此外, 在鄂爾多斯陸東側的山西偏關剖面也見有該套海相紅層。

該套海相紅層主要分布于鄂爾多斯陸的南部、東部和北部, 以南部的陜西岐山—銅川一帶最發育。大多形成于近巖潮上泥云坪環境, 主要見于環繞鄂爾多斯陸的偏關岐山泥云坪中; 表明了該海相紅層的形成與鄂爾多斯陸有密切的關系, 其氧化鐵物質主要來自該古陸。

3.2 ORB-2海相紅層

上文分析已知該套紅層見于內蒙古烏海桌子山、內蒙古烏拉特前旗、寧夏中衛天景山、寧夏同心青龍山等剖面, 此外在岐山和甘肅平涼等地也有分布(圖 2b)。該紅層的年代為弗洛期, 可能包括部分大坪期。烏海桌子山剖面的三道坎組, 巖性主要為灰黃色、淺灰色、淺紅灰色中厚層白云質石灰巖和砂質石灰巖, 底部和頂部為灰白色、紫紅色細粒石英砂巖, 含頭足類化石, 為潮間上部沉積環境。在平涼剖面, 該紅層巖性主要為灰白、白色、淺紅色白云質石灰巖夾黃綠色和灰綠色頁巖, 含頭足類化石, 為潮間上部沉積環境。在隴縣地區, 該套海相紅層巖性主要為紫紅色、灰紅色、灰黃色中厚層泥-粉晶白云巖, 泥質白云巖和含灰白云巖, 水平紋理發育, 見有石膏假晶, 藻白云巖和礫石, 含頭足類化石, 為潮上泥云坪環境。隴縣白家灘剖面麻川組ORB-2海相紅層中采集的樣品分析結果見表3, 結果表明海相紅層紫紅色白云巖中 Fe2O3含量大多數均高于非紅層Fe2O3含量, 且隨著海相紅層顏色的加深, Fe2O3含量變大。在岐山一帶, 該紅層巖性主要為淺灰色、灰色、淺棕紅色含泥-粉晶白云巖和棕紅色頁巖, 中上部具有殘余砂屑, 為潮上泥云坪環境。

綜上, ORB-2海相紅層主要發育于西部環陸含砂泥云坪, 西部云灰坪和南部環陸泥云坪, 為潮間上部環境—潮上泥云坪環境, 海相紅層物質來源主要是來自鄂爾多斯陸, 形成“E”形分布的格局(圖2b)。

表3 陜西隴縣白家灘ORB-2海相紅層Fe2O3和FeO含量Table 3 Content of Fe2O3and FeO in the Ordovician red beds of Baijiatan section, Longxian County, Shaanxi province

3.3 ORB-3海相紅層

該套海相紅層典型剖面見于陜西隴縣溫水鎮白家灘, 此外該紅層還出露于內蒙古烏拉特前旗色麻溝和寧夏中衛天景山(圖 2c)。白家灘水泉嶺組下部ORB-3巖性為淺紫灰色、磚紅色中層夾塊狀泥質灰巖、泥晶團粒灰巖, 局部具云斑構造。在其中采集磚紅色灰巖樣品3 個, 其中Fe2O3含量為0.35%~0.64%, FeO含量均為0.03%; 非紅層淺灰色灰巖中采集樣品 1個, Fe2O3含量為 0.22%, FeO為0.15%, 結果表明海相紅層紫紅色白云巖中Fe2O3含量高于非紅層 Fe2O3含量。根據馮增昭等(1991)資料, 在陜西隴縣和寧夏中衛該套海相紅層主要形成于開闊海環境, 內蒙烏拉特前旗該套海相紅層形成時位于伊盟陸北部(圖2c)。

3.4 ORB-4海相紅層

該套海相紅層的年代為達瑞威爾期, 典型剖面位于甘肅環縣車道鄉南莊子。寧夏彭陽縣賀家川平涼組下部紅層、甘肅環縣羅山川平涼組下部紅層、寧夏同心張大井米缽山組紅層、內蒙烏拉特前旗二哈公組紅層也屬該期海相紅層(圖2d)。

甘肅環縣車道鄉南莊子組下部海相紅層巖性為棕灰、褐灰色塊狀礫屑灰巖夾紫紅色、黃綠色頁巖與紫紅色薄層灰巖互層等, 馮增昭等(1991)認為屬于碎屑流沉積。甘肅環縣羅山川平涼組下部海相紅層巖性為褐紅、灰綠色粉砂質頁巖夾薄層灰巖,頁巖中含豐富的筆石、牙形石, 屬西緣深水斜坡沉積。寧夏彭陽縣賀家川平涼組下部海相紅層巖性主要為紫紅色中厚層凝灰質細砂巖、紫紅色頁巖互層為主, 含豐富的筆石化石, 亦是深水斜坡沉積, 而且伴有強烈的火山活動, 也顯示該紅層的形成與火山活動有密切的關系。寧夏同心張大井米缽山組底部海相紅層的巖性為灰色、褐紅色板巖, 其上地層中含鈣質礫巖和板巖, 板巖中含豐富的筆石化石,可能也是深受斜坡沉積, 鈣質礫巖亦是重力流沉積。內蒙烏拉特前旗二哈公組海相紅層巖性為灰白色中厚層狀白云質灰巖夾粉紅色薄層灰巖, 可能屬泥云坪沉積。

3.5 ORB-5海相紅層

該套海相紅層的形成時期為中奧陶世桑比期,屬于該海相紅層的有甘肅環縣車道鄉車道組下部海相紅層、寧夏彭陽縣賀家川平涼組上部海相紅層和內蒙桌子山青年農場的公烏素組海相紅層(圖2e)。

甘肅環縣車道鄉車道組下部海相紅層, 主要巖性為黃灰色中薄層泥晶灰巖, 黃灰、棕紅、褐紅色鈣質粉砂質頁巖, 粉砂質灰巖, 淺黃綠色薄層鈣質粉砂質泥巖等, 屬西緣深水斜坡沉積環境。寧夏彭陽縣賀家川平涼組上部海相紅層的巖性為紫紅色、黃綠色厚層凝灰質細砂巖與紫紅色、黃綠色頁巖互層為主, 含豐富的筆石化石, 屬西緣深水斜坡沉積環境。該海相紅層的形成除由鄂爾多斯陸供應陸源碎屑物質外, 與火山活動也有密切的關系。內蒙桌子山公烏素組海相紅層巖性為紫灰色薄層灰巖、頁巖, 黃綠色頁巖、深灰色或灰黑色薄層灰巖等; 含極豐富的筆石化石, 屬于鄂爾多斯陸西緣深水斜坡沉積環境。

3.6 ORB-6海相紅層

該海相紅層目前僅見于甘肅環縣車道鄉剖面車道組上部, 下部巖性為紫紅色薄層瘤狀泥晶灰巖夾三層生物灰巖, 含豐富的頭足類、海百合化石,屬鄂爾多斯陸西緣深水斜坡中較深水沉積; 上部為灰、暗紫色、紫紅色中層鮞狀灰巖、紫紅色粉砂質頁巖等, 屬深水斜坡上部灘相沉積(圖 2f)。在紫紅色鮞狀灰巖中采得 2個樣品, 經分析其 Fe2O3含量分別為1%和1.2%; FeO含量分別為0.40%和0.37%。

3.7 ORB-7海相紅層

該海相紅層目前僅見于寧夏彭陽縣石節子溝、陜西隴縣李家坡和陜西銅川市耀州地區(圖2g)。寧夏彭陽縣石節子溝該套海相紅層見于背鍋山組下部,巖性為淺褐紅色、灰色薄層灰巖、瘤狀灰巖; 灰巖中的紫紅色硅質團塊經分析Fe2O3的含量為0.18%, FeO含量為0.03%; 而在其上的灰白色灰巖中Fe2O3的含量略大于0.05%, FeO的含量為0.06%。含豐富的珊瑚和少量頭足類、三葉蟲化石, 其中珊瑚化石常呈小礁狀發育。彭陽ORB-7海相紅層形成于鄂爾多斯陸西南緣淺水緩坡沉積環境中。陜西隴縣李家坡剖面ORB-7海相紅層見于背鍋山組上部, 紅層巖性淺紅層、肉紅層和紅色灰巖, 中間夾一些白色灰巖, 也形成于鄂爾多斯陸西南緣淺水緩坡沉積環境中。兩個剖面的該套紅層的物質來源和三氧化二鐵均來自鄂爾多斯陸。

4 結論

(1)鄂爾多斯周緣奧陶系中識別出了7套海相紅層, 形成時代從早到晚分別為特馬豆克期、弗洛期晚期(也許包括大坪期早期)、大坪期、達瑞威爾期、桑比期、凱迪期早期和凱迪期晚期。

(2)海相紅層巖石類型多種多樣, 其中碎屑巖有紫紅色砂巖、紫灰色頁巖、褐紅色板巖、紫紅色厚層凝灰質細砂巖等; 碳酸鹽巖有粉紅色泥晶灰巖、紫紅色泥質白云巖、肉紅色或淺紅色礫狀灰巖、紫紅或淺紅色鮞狀灰巖等。

(3)樣品分析結果表明, 海相紅層中 Fe2O3含量大多數均高于非紅層含量, 且隨著紅層顏色的加深, Fe2O3含量變大。

(4)鄂爾多斯周緣奧陶紀海相紅層沉積環境多樣, 既有潮間帶上部—潮上泥云坪沉積環境, 也有淺水緩坡沉積環境, 還有深水斜坡沉積環境。

(5)海相紅層的形成有其特定的條件, 可作為區域性(如板塊內)或大區域性(板塊之間)對比標志。

Acknowledgements:

This study was supported by National Program on Key Basic Research Project (973 Program) (No.2011CB403001) and China Geological Survey (No.1212011085516).

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Distribution and Ages of Ordovician Marine Red Beds around Ordos Basin

WU Zhen-jie1), LIN Bao-yu1), YAO Jian-xin1), YAO Xiang2)
1) Key laboratory of Stratigraphy and Paleontology, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083

Based on previous work on stratigraphy and paleontology, the authors recognized 7 Ordovician marine red beds through a specialized study around Ordos Basin.The ages of these marine red beds confirmed by means of zone fossil, typical fossil zone or fossil assemblages of graptolite, Trilobita and coral in the interior or nearby places are in upward succession Tremadocian, late Floian (probably including early Dapingian), Dapingian, Darriwilian, Sandbian, early Katian and late Katian.The correlation of Ordovician red beds around Ordos Basin was erected, followed by a discussion on the paleoenvironment and distribution of these red beds.

Ordovician; marine red beds; Ordos; distribution; ages

P534.42; P539.2

A

10.3975/cagsb.2015.05.13

本文由國家重大基礎研究計劃“973”課題“鄂爾多斯奧陶紀古陸表海盆成鉀條件、機理和后期演化”(編號: 2011CB403001)和中國地質調查局地質調查工作項目“陜北奧陶紀鹽盆地鉀鹽資源調查評價”(編號: 1212011085516)聯合資助。

2015-05-03; 改回日期: 2015-08-03。責任編輯: 閆立娟。

武振杰, 男, 1979年生。博士, 助理研究員。主要從事地層學研究。E-mail: wuzhenjie@cags.ac.cn。