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3億——2.5億年,陝西大地經曆了怎樣翻天覆地的變化?

陝西位于中國中西部,由陝北黃土高原、關中平原和陝南秦嶺山脈三部分組成。這是現代地理上的組成,可是你知道過去地質上的演化麼,尤其是3-2.5億年之間的陝西經曆了怎樣翻天覆地的變化?

3億——2.5億年,陝西大地經曆了怎樣翻天覆地的變化?

圖1,二疊紀中索龍捕食氨石

一、二疊紀(2.9億——2.5億年)

讨論這個問題,不得不說二疊紀,因為這個時間段剛好是二疊紀的範圍。二疊紀是古生代的最後一個紀,底界以牙形類streptognathodus isolatus的首現為标志,絕對年齡為(298.9±0.15)ma;頂界以牙形類hindeodus parvus的首現為标志,絕對年齡為(251.902±0.024)ma。

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圖2,美國西部的磷酸鹽組是二疊紀形成的典型地層

國際二疊紀年代地層系統分為3統(烏拉爾統、瓜德魯普統、樂平統)9階。牙形類化石是二疊紀高分辨率生物地層的劃分基礎,是目前所有已經建立和計劃建立的二疊紀全球界線層型剖面和點位(gssp,俗稱“金釘子”)的标志。

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圖3,湖北陽新伍家沖剖面樂平統的牙形石(郝少波,2021)

對應到我們陝西的鄂爾多斯盆地,人為的把這個時間段地層自下而上分為:下統:山西組,下石盒子組,中統:上石盒子組,上統:石千峰組。對應的時間用期來表示。

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圖4,鄂爾多斯盆地油頁岩

二、早二疊世的陝西

(1)早二疊世山西期:受克拉通南北秦嶺、興蒙海槽海西中晚期自西向東縱向遷移、關閉的影響,華北地塊整體擡升,海水從鄂爾多斯盆地東西兩側迅速退出,盆地性質由陸表海演變為近海邊緣盆地,沉積環境由海相轉變為局部保留殘留海的陸相沉積。

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圖5,陝西早二疊世古地理

山西期初期,三角洲平原、分流河道和分流間沼澤是其主體沉積。三角洲平原分流河道砂體呈鳥爪狀,而幾個沉積旋回的砂岩疊合後則呈朵狀。山西期後期,僅發育三角洲相,其中靖邊以北為三角洲平原,以南為三角洲前緣。

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圖6,奧卡萬戈三角洲

北部三角洲平原的分流河道微相是最粗的沉積物,具向上變細的正粒序。砂體形态呈條帶狀及長透鏡狀,有豐富的植物化石和碳屑。

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圖7,銅川地區岩石的正粒序層理

總體來看,盆地東西差異基本消失,南北差異升降增強。中央古隆起作為水下隆起,幅度進一步變緩,對鄂爾多斯盆地西緣和東部的分割作用明顯變弱,海水向南超覆,渭北隆起大範圍向南退縮。西緣裂陷經過本溪期、太原期的填平補齊,坳陷深度較前期明顯變淺。僅在阿拉善左旗、固原一帶存在較深坳陷。

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圖8,隆起

(2)早二疊世下石盒子期:中央古隆起範圍明顯向西偏移,渭北隆起解體,華亭——鎮原——富平一線以南由原來的相對隆起區變為相對坳陷區。原來華北地台南緣相對隆起區已轉變為沉積區。

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圖9,二疊紀兩栖動物雙高盧

西緣銀川一帶依然存在坳陷,北部伊盟隆起烏審旗以北地層逐漸減薄,至杭錦旗為剝蝕帶。氣候由溫濕演變為幹熱,植被大量減少,形成一套黃綠色陸相碎屑沉積。

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圖10,杭錦旗庫布齊沙漠

北部物源區繼續擡升,河流進一步向南推進。早期湖岸線在靖邊一帶,北部為三角洲平原,南部為三角洲前緣。後期湖岸線向北部推進,仍然是北部為三角洲平原,南部為三角洲前緣。

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圖11,三角洲平原

興蒙海槽西段褶皺關閉,受其擠壓應力影響,盆地北部阿拉善、陰山古陸進一步擡升,坡度變陡,構造格局與山西組相比發生了明顯變化。

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圖12,褶皺

三、中二疊世的陝西

中二疊世上石盒子期:氣候進一步變幹燥,随基底沉降速率加快,沉積範圍持續擴大,鄂爾多斯地區南部的麟遊官務河、岐山後周公廟地區上石盒子組超覆于奧陶系灰岩之上,上石盒子組以細粒碎屑岩為主的雜色沉積為主。

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圖13,中二疊世古地理圖

與前一時期相比,該時期河流——三角洲沉積體系萎縮,而湖泊範圍擴充。受區域海平面升降作用,華北地區多受到海侵事件的影響,其直接表現是矽質海綿岩。上石盒子組沉積期,形成大面積的濱淺湖和洪泛平原沉積。

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圖14,二疊紀海洋的中索龍捕食魚類

岩性以雜色泥岩夾薄層粉細砂岩為主,泥岩單層厚度5~40 m,累計厚度80~120 m。泥岩中常見幹裂、蟲迹、雨痕等構造,砂泥混雜,層序不清,屬洪泛湖間歇沉積。吳旗、富縣一帶湖水較深,泥岩水準層理廣泛發育。

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圖15,水準層理泥岩

四、晚二疊世的陝西

4.4. 晚二疊世石千峰期(圖5-8):北緣興蒙海槽因西伯利亞闆塊與華北闆塊對接而消亡,秦嶺海槽向北的俯沖加劇,使華北地台整體擡升,海水撤出大華北盆地。

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圖16,晚二疊世古地理圖

盆地沉積環境完全轉化為大陸體制,盆地的地形仍保持着南陡北緩,南深北淺的不對稱箕狀湖盆面貌,三角洲-湖泊沉積進步萎縮。如下圖所示就是一個典型的現代三角洲。

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圖17,二疊紀蕨類化石

盆地北部石嘴山——杭錦旗——準格爾旗一帶被曲流河、三角洲平原所占據,氣候繼續幹早炎熱,植物稀少,為一套陸相紅色地層,在盆地南部以濱湖沉積為主。

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圖18,紅色地層

由于南部構造擡升加劇,三角洲沉積體系向北推進,平涼——岐山——興平——渭南一帶為三角洲平原發育區,向北到西峰——麟遊——銅川——韓城地區則以三角洲前緣沉積為特征。湖泊沉積區向南部、西南部退縮。

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圖19,湖泊

中部吳旗——延安——蒲城一帶發育濱淺湖沉積,但總體湖水變淺,湖泊逐漸萎縮。到石千峰期,原來的中央古隆起已經完全消失,盆地主體構造格局開始由前期的東西分帶轉變為南北分帶,主體構造線方向由南北向轉為東西向。

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圖20,湖相泥岩

陝西的二疊紀主要在陝北-内蒙古地區發育天然氣,目前在榆林建有長慶油田第二采氣廠,在烏審旗建有蘇裡格指揮中心,在小壕兔建有大牛地氣田等。

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圖21,西安長慶油田總部

綜上所述:二疊紀也是古地理區系強烈分異的時代, 造成各大區之間的對比困難。而中國的陸相與海相二疊系之間的對比目前還缺乏系統的研究,對陸相二疊系中的火山灰進行高精度定年是解決海陸相對比的關鍵。這些研究将大幅改變以往傳統的海陸相地層對比方案。