山西中北部古—中生代沉积盆地沉积演化

摘要

山西中北部东接太行山板内造山带，东北部为燕山板内造山带的南端，北部与华北北缘板内活动带相距不远，西部紧邻鄂尔多斯地块。区内发育早古生代-中生代的沉积地层，地层出露齐全，是研究盆地沉积演化的理想之地。本文通过对山西中北早古生代-中生代沉积盆地的沉积特征、岩性变化及沉积环境分析、砂体古流相测量、砂岩骨架颗粒类型及量比分析等，探讨了山西中北部早古生代-中生代沉积盆地的沉积演化，晚古生代-中生代盆地沉积的物源区位置和不同时期陆源剥蚀区的母岩组合，取得以下结论和认识：
　　 ⑴早古生代，山西中北部自寒武纪毛庄期海水由东部、北部侵入，先后经历了毛庄期滨海沉积环境，徐庄期潮坪、泻湖、碳酸盐台地浅海沉积环境，张夏期潮下浅滩环境，崮山期碳酸盐岩竹叶滩台坪-潮下局限海交替环境，长山期为潮间堤坝环境，凤山期为局限海-广海陆棚环境。奥陶纪先后经历了冶里期潮问竹叶滩环境、潮下局限海环境与广海陆棚交替环境，亮甲山期局限海沉积环境，下马家沟期演化为潮上带的碳酸盐台坪-广海陆海棚-潮上台坪与广海陆棚交替环境，上马家沟期为潮上带碳酸盐台坪环境-广海陆棚-潮间泻湖环境。
　　 ⑵晚古生代沉积盆地的沉积演化表现为：本溪期，山西中北部处于广阔的滨海环境，经历了泻湖潮坪-碳酸盐台地边缘浅滩-后滨泥炭沼泽沉积演化阶段。太原期，山西中北部沉积盆地处于三角洲前缘间滨海环境-三角洲沉积环境，其中出现过两次碳酸盐台坪环境；山西期，山西中北部演化为发育三角洲平原分流河道相砂岩和泛滥盆地相的陆相河流沉积环境；石盒子沉积期山西中北部沉积盆地以演化成为陆相河流、湖泊环境。
　　 ⑶山西中北部中生代沉积盆地在刘家沟期、和尚沟期、二马营期演化为曲流河沉积环境；铜川期为辫状河-湖泊三角洲沉积环境；大同早期，山西中北部以曲流河沉积体系沉积为主；中期，主要发育湖泊三角洲分流河道相，分流间湾相以及湖泊相硅质岩、泥岩。晚期，主要发育曲流河边滩相与泛滥盆地相；云岗期山西中北部发育曲流河边滩相、天然堤相及泛滥平原相；天池河期为具典型二元结构的曲流河沉积环境，发育曲流河边滩相与河漫湖泊相。
　　 ⑷山西中北部晚古生代沉积盆地砂体古流相测量结果表明，晚古生代古河流流向总体自北而南，该时期陆源剥蚀区在盆地以北的内蒙古阴山一带。晚古生代砂岩的骨架颗粒类型、量比分析及物源区构造背景分析表明，盆地北侧的阴山一带物源区为板内隆升的构造背景。本溪期-山西期陆源区主要是广泛出露的寒武-奥陶系，乃至中、上元古界的沉积盖层遭受剥蚀。下、上石盒子期盆地北侧物源区构造作用表现为继续隆升，风化剥蚀逐渐加深导致古老变质岩系和先期侵入的花岗岩体暴露于地表，连同分布一定面积的沉积盖层为盆地沉积提供物源。
　　 ⑸三叠纪时，山西中北部沉积盆地的陆源剥蚀区仍为其北侧的阴山一带。该时期层砂岩的骨架颗粒类型及量比说明，盆地北侧阴山一带已广泛剥露出大面积的古老变质岩和先期侵入的花岗岩，沉积盖层仅有少量残存。同时，内蒙古造山带先期喷发的中酸性火山岩也为盆地沉积提供了物源。
　　 ⑹山西中北部中侏罗世砂岩古流向测量表明，该时期古河流流向发生变化，陆源剥蚀区在盆地以东的太行山一带即太行山一带在中侏罗世初期开始隆升，为其西侧的盆地提供物源。中侏罗世盆地砂岩的骨架颗粒类型和量比及物源区构造背景分析表明，在隆升过程中，大同期，太行山一带先期沉积的石炭二叠系乃至下古生界地层的风化剥蚀产物为该时期主要物源，同时少量的古老变质岩和先期侵入的岩浆岩的风化剥蚀产物为盆地沉积提供次要物源。至云岗期和天池河期，太行山区剥露加深，广泛出露的古老变质岩和先期侵入的岩浆岩的风化产物成为该时期盆地沉积主要物源，同时，残存的沉积盖层及太行山东侧中侏罗统同期喷发的火山岩也为盆地沉积提供了物源。