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《鄂尔多斯奥陶纪古陆表海盆钾盐成矿条件与资源远景》从鄂尔多斯盆地的地层格架、基底演化、盆内构造分异、岩相古地理、古气候、物质来源等方面对奥陶系海相成钾条件进行了系统探讨。搭建了鄂尔多斯盆地周缘露头区的牙形石生物地层序列，为盆地的地质演化提供了精确的等时格架；探讨了半封闭的古构造格局、岩相古地理和极端干旱气候条件等对成钾的影响，揭示了盆地内部“两拗夹一隆”的次级构造分异格局，提出了“W形复底锅”海相成钾理论新认识，据此部署实施了钾盐勘查科探井绥钾1井，取得了马五6亚段累计厚达64.7m的厚层钾石盐高矿化段的重要发现，结合以往盐探井等综合研究，明确了马五6亚段的成钾潜力；通过对国内外成钾条件的对比，认为鄂尔多斯盆地奥陶系具备良好的成钾前景，值得进一步深入开展钾盐勘查工作。
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目录序前言第1章 区域地质概况 11.1 区域构造 21.2 盆地及周缘构造单元划分 31.3 盆地及周缘奥陶系分区 51.4 奥陶纪区域岩相古地理 8第2章 鄂尔多斯盆地及周缘奥陶系综合地层 102.1 岩石地层 102.2 生物地层 412.3 鄂尔多斯盆地及周缘地层等时地层格架 51第3章 鄂尔多斯盆地古构造特征 593.1 盆地基底陆核的厘定 593.2 陕北盐拗构造分异对成盐成钾的控制作用 793.3 盆地构造分异对成盐成钾的影响 853.4 后期盆地内断层活动对盐层的改造 87第4章 鄂尔多斯盆地奥陶纪岩相古地理 934.1 鄂尔多斯盆地奥陶系岩石类型及沉积微相识别 934.2 盆地内马家沟组典型主干井剖面沉积特征 1004.3 盆地中东部及外围地层剖面对比 1034.4 同位素地球化学古环境指标特征 1064.5 岩相古地理格局及演化 1244.6 盆地岩相古地理对成钾作用的控制 1294.7 盆地西缘奥陶纪沉积古环境演化及其对成钾的指示 131第5章 鄂尔多斯盆地奥陶纪古气候 1735.1 石盐原生包裹体测温与奥陶纪古温度恢复 1735.2 基于全岩氧同位素的奥陶纪古海水温度恢复 1805.3 鄂尔多斯盆地古气候研究新认识 187第6章 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组成钾特征 1896.1 马五6亚段成钾显示 1896.2 马五6亚段成盐韵律与钾盐矿化特征 2006.3 马五6亚段含钾变化规律 217第7章 鄂尔多斯盆地奥陶纪成钾模型与成矿预测 2287.1 鄂尔多斯盆地成钾模型的建立 2287.2 鄂尔多斯盆地海相固体钾盐资源潜力与前景 2297.3 国内外典型克拉通古陆表海盆成钾模式 2317.4 鄂尔多斯盆地奥陶纪成钾条件分析 2347.5 国外典型古陆表海盆成钾条件对比与展望 237第8章 结语 2388.1 鄂尔多斯盆地地层格架 2388.2 鄂尔多斯盆地基底特征 2388.3 陕北盐拗内部“两拗夹一隆”次级构造分异格局 2388.4 鄂尔多斯盆地奥陶纪岩相古地理特征 2388.5 鄂尔多斯盆地成钾条件 2398.6 鄂尔多斯盆地奥陶系成钾前景 239参考文献 240
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第1章区域地质概况 奥陶纪的鄂尔多斯盆地是一个大型克拉通内台拗型盐盆，北部为伊盟隆起，西南部为庆阳隆起，东南部为渭北隆起，东部为吕梁隆起，其分布范围大致在108°30′E～111°00′E，36°10′N～39°10′N，面积约5.6万km2，是目前我国发现的大型古代海相盐盆之一。在奥陶纪鄂尔多斯盆地内，不仅在奥陶系马家沟组形成了巨量石盐堆积，构成了充沛的优质盐化工原料，并于马家沟组第五段第6亚段①陆续发现含钾显示和局部薄钾盐层，成为全球少有的奥陶纪含钾盆地，为我国海相固体钾盐找矿带来新的希望。同时奥陶系顶部白云岩风化壳赋存有大型天然气田、盐下层，也是石油天然气聚集成藏的良好场所；此外，上古生界的石炭系、二叠系，中生界的三叠系、侏罗系等多套煤系地层中蕴藏巨量的煤炭、石油和天然气等资源，使得陕北地区成为我国目前最大的能源外调基地，是个名副其实的“聚宝盆”（图1-1）。 图1-1鄂尔多斯盆地多种资源分布略图及鄂尔多斯盆地位置1-油页岩；2-铝土矿；3-油田；4-气田；5-油砂；6-盆地边界；7-盐盆范围①马家沟组第五段（马五段）第6亚段简写为马五6亚段，其他层段及对应时期简写类同。 1.1区域构造 鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部。震旦纪—中奥陶世，华北克拉通表现为稳定的升降运动，受南、北两侧洋盆的影响，形成被动大陆边缘（潘桂棠等，2016），发展为面积达65万km2的陆表海盆地。晚奥陶世以来，整体隆升为陆，遭受长期的风化剥蚀，广泛缺失志留系和泥盆系。在中奥陶世—晚奥陶世构造格局转化的重要时期，鄂尔多斯盆地发生了重要的成盐聚钾事件。 研究表明，鄂尔多斯盆地成盐聚钾与其基底组成特征密切相关。华北克拉通前寒武纪结晶基底由多个陆核组成。目前多数学者倾向于由5～10个陆核或微陆块于前寒武纪两次大的拼合事件导致克拉通化，形成克拉通破坏前的华北板块（白瑾，2000；翟明国，2010，2012；彭澎和翟明国，2002）；还有一种观点认为，华北克拉通基底可分为3个太古宙微陆块和3个新元古代活动带（赵国春，2009a）。无论是哪种观点，都反映出一个共性，即华北克拉通并非一个均一的原块体，而是由若干个太古宙陆核或微陆块经历前寒武纪多次构造热事件克拉通化拼合而成的复合结晶基底。聚焦到鄂尔多斯盆地基底，由太古宙及古元古代的变质岩构成，太古宇以集宁群、阜平群、界河口群为代表的麻粒岩相、角闪岩相高级变质岩是围绕古陆核逐步拼接、增生的产物。五台运动有大量的岩浆侵入和混合岩化作用。古陆核逐步扩大，阴山至秦岭之间形成范围广阔的大陆地壳。经过古元古代末期中条运动的变形、变质、断升及混合岩化作用，古陆核与相邻的活动带进一步联合、拼接为一体，从而形成了典型的不均一镶嵌增生的基底结构（王同和，1995）。盖层为中元古代、新元古代、早古生代的海相碳酸盐岩层，晚古生代—中生代的滨海相及陆相碎屑岩层。新生界仅在局部地区分布，已知沉积岩累积厚度5～18km。近期研究表明，即便是*稳定的鄂尔多斯地块也不是单一块体，基底分布有2个陆核/微陆块，即北部的伊盟陆核和南部的米脂陆核（张永生等，2012；王振涛等，2014），这为鄂尔多斯盆地成盐成钾的构造背景研究以及有利区定位增添了新依据。 持续供给的海水是鄂尔多斯盆地成盐聚钾的主要物质来源。在早古生代，华北板块进入克拉通盆地稳定发育期，在多幕次快速海进和缓慢海退的海平面升降过程中，沉积了一套全区稳定可追踪对比的寒武系、奥陶系海相碳酸盐岩夹碎屑岩沉积建造。此时，鄂尔多斯盆地南侧以宝鸡-洛南断裂为界与秦岭海相接，西侧以固原-青铜峡断裂为界与祁连海相邻，西北侧为贺兰海，北部以内蒙古古陆与古亚洲洋相隔。克拉通盆地边缘活动经历了寒武纪—中奥陶世被动大陆边缘、晚奥陶世主动大陆边缘两大构造发育阶段（潘桂棠等，2016），构造演化主要受特提斯构造动力体系、古亚洲洋构造动力体系和滨太平洋构造动力体系制约（任纪舜，1991；王鸿祯和莫宣学，1996；张国伟，2001）。其周缘的秦岭-祁连造山带、古亚洲造山带、贺兰-川滇南北构造系三大构造系的形成演化始终控制着鄂尔多斯盆地的形成演化及盆地内部沉积建造和构造特征。早古生代，鄂尔多斯盆地受北缘古亚洲洋俯冲作用，形成一“长寿古陆”（许效松等，1996）——伊盟隆起。奥陶纪马家沟期，由于南缘北祁连-北秦岭洋的初始俯冲作用，鄂尔多斯克拉通在早期南北对挤的应力场背景下，即构造应力场的转变［早-中寒武世，鄂尔多斯地区处于罗迪尼亚（Rodinia）超大陆裂解所形成的拉张背景中；晚寒武世，北祁连开始挤压和洋壳俯冲］，发生下拗沉降，形成了西南缘的“L”古隆起及内部的米脂-榆林拗陷，在鄂尔多斯盆地以南，由汉南古陆、熊耳伏牛古陆等形成南部屏障，阻挡了大部分南部海水的入侵。上述古构造格局，为奥陶纪鄂尔多斯盆地碳酸盐岩-蒸发岩建造的形成，盐卤的迁移演化，以及最终在鄂尔多斯盆地成盐聚钾创造了有利条件。 1.2盆地及周缘构造单元划分 鄂尔多斯盆地位于华北板块西部，是一个古生代陆表海盆地（或被动大陆边缘）及边缘深拗陷与中、新生代陆内拗陷的大型叠合克拉通盆地（赖斯，1992）。在其发展过程中经历了多次重大构造事件的影响和叠加，在不同时期形成了不同特征的盆地类型。 现今，鄂尔多斯盆地四周均与造山带交界，北面为兴蒙造山带，南面为秦岭造山带，西边界为贺兰山-六盘山，东边界为吕梁山。鄂尔多斯盆地的形成演化虽然经历了早古生代华北陆表海、晚古生代华北滨浅海、中生代内陆湖盆和新生代周缘断陷等多旋回演化阶段，但其下伏的前中生代沉积层序主体属于板块构造体制下华北克拉通盆地的重要组成部分，它真正作为*立沉积盆地的形成演化，则主要发生在中新生代的大陆动力学演化阶段。盆地建造过程主要发生在中生代的三叠纪—早白垩世，经历了多旋回陆内拗陷及其相关的盆地西缘多期次逆冲推覆—前渊沉降、盆地东部的抬升翘倾和沉积范围由东向西的不断退缩；晚白垩世以来进入盆地改造阶段，经历了盆地整体抬升剥蚀和新生代周缘断陷的动力学演化过程。中新生代的建造和改造作用最终形成了：伊盟隆起（Ⅰ）、渭北隆起（Ⅱ）、天环拗陷（Ⅲ）、陕北斜坡（Ⅳ）、晋西挠褶带（Ⅴ）和西缘逆冲带（Ⅵ）等六个盆地次级构造单元，各单元的特征如下（图1-2）。 （1）伊盟隆起：位于盆地*北部，自古生代以来一直处于相对隆起状态，各时代地层均向隆起方向变薄或尖灭，隆起顶部是东西向的乌兰格尔凸起，与新生代河套断陷盆地相邻，隆起区内发现一些短轴背斜及鼻状构造，并发育近东西向的正断层及北东向、北西向的挠*。局部构造、断层与挠*走向平行，具伴生关系。 （2）渭北隆起：中新元古代—早古生代是一向南倾斜的斜坡，至中石炭世东西两侧下沉，中生代形成隆起，是盆地的南部边缘，新生代渭河地区断陷下沉，渭北隆起翘倾抬升，形成现今面貌。隆起区内断层发育，逆断层居多，局部构造成排成带，地面构造多为长轴背斜。 （3）天环拗陷：古生代表现为西倾斜坡，晚三叠世才开始拗陷，侏罗纪、白垩纪拗陷继续发展，沉降中心向东偏移，沉降带具西翼陡东翼缓的不对称向斜构造。地面发育短轴背斜，方向性明显，南部为北西向，北部为北北西向。高角度正断层发育，倾角60°～85°，断距5～10m。 （4）陕北斜坡：新元古代及早古生代早期没有接受沉积，在中寒武世、早奥陶世沉积了厚500～1000m的海相地层，晚古生代接受陆相沉积。伊陕斜坡形成于早白垩世，呈向西倾斜的平缓单斜。以发育鼻状构造为主，形态不规则，方向性差，断层不发育。 （5）晋西挠褶带：中新元古代—古生代相对隆起，仅在中晚寒武世、早奥陶世、中晚石炭世及早二叠世各沉积约100～200m地层，中生代侏罗纪末升起，成为盆地的东部边缘。断层走向和背斜走向变化较大。 图1-2鄂尔多斯盆地构造单元分布图 （6）西缘逆冲带：早古生代北段为贺兰裂谷，中段和南部为鄂尔多斯地台边缘拗陷，晚古生代为前缘拗陷，三叠纪中晚期及侏罗纪为不连续的深拗陷带，早白垩世仍继续拗陷。总体呈南北向延伸，具有东西分带、南北分块的特征。主断层延伸长、断距大、断面上陡下缓，兼有挤压扭动性质。 1.3盆地及周缘奥陶系分区 鄂尔多斯盆地奥陶系主要出露于西缘、南缘和东缘，而北缘仅有少量出露（图1-3），盆地内部大部分为覆盖区。过去几十年，除盆地南缘地层小区上奥陶统相变较为明显，在划分和对比上尚存在一些分歧外，鄂尔多斯盆地奥陶系的研究已经形成比较统一的岩石地层划分方案。结合前人研究成果及本书所获野外资料，根据地层发育特征及其古地理背景情况，将鄂尔多斯盆地早古生代地层划分为如下三个地层小区（图1-3）：盆地西缘地层小区、盆地南缘地层小区及盆地中东部地层小区。具体各组分布特征见表1-1。 三个地层小区无论是在地层发育程度上还是岩性特征上，均有一定程度的变化。盆地中东部地层小区的奥陶系主体以稳定的陆表海沉积为特征，地层发育与华北地台内部接近，属同一地层分区，可采用相似的地层单位名称。南缘和西缘分别视为两个不同的小区，以沿黄河（南北向）—清水河（北北西向）发育的两条大断裂为界，清水河以南及西南属盆地南缘地层小区，黄河以东为盆地西缘地层小区内带，沿贺兰山一线及其以西为外带。盆地南缘地层小区和盆地西缘地层小区发育特征相差甚大，分别使用*立的岩石地层单位系统，两个小区在盆地西南缘地区存在过渡性特征，不易区分。总体来看，三个地层小区早-中奥陶世地层差别较小，而在晚奥陶世盆地边缘地区与内部以及华北地台中部相差很大。三个地层小区内的地层发育*明显的沉积分化发生在中奥陶世晚期，而此前虽有差异，但不显著，这也从另一方面表明本区构造古地理的重大转折发生在中奥陶世晚期。 1.3.1盆地西缘地层小区 盆地西缘地层小区指中央隆起带以西的地区，奥陶系主要出露在北段桌子山，中段贺兰山，南段青龙山-罗山。本小区属大陆边缘开阔海沉积区，由东向西显示出由滨浅海到大陆斜坡深水盆地的古地理环境变化，奥陶纪地层发育良好，按沉积特点还可进一步划分为内侧陆棚带和外侧斜坡带（图1-3）。青龙山地区属内带，而其以西的罗山，中卫牛*山地区和同心张大沟一带均位于外带。彭阳仅有的石节子沟露头位于青龙山南东，属于内带（陆棚-陆棚边缘沉积，背锅山组-台地碳酸盐岩）。此外，环县西南部的车道沟和石板沟小露头也属于该带。在盆地西缘地层小区内，下奥陶统总体上以内陆棚沉积为主，大多数地区属环潮坪-潮下带上部浅海环境，白云质碳酸盐岩沉积较为发育，生物化石相对较少，门类单一。中奥陶统下部以内陆棚浅海为主，而上部明显以外陆棚浅海沉积占主导，沉积晚期则发展为陆棚边缘深水凹陷环境。晚奥陶世总体上以半深海大陆斜坡沉积为主，但内带可能以外陆棚边缘凹陷-坡折带为主，外带则以大陆斜坡远源碎屑浊积岩为特征。在空间分布上，沿贺兰山一线西侧的外带地区与重力流-滑塌相关的沉积启动明显早于内带，始于中奥陶世晚期（Dw2①，米钵山组沉积期），而内带始于Dw3（乌拉力克组沉积期），表明基底沉降由西向东扩展的过程。在这个地区目前还没有发现明显与陆架边缘生物礁相关的沉积地层组合。
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