2．1．7．1 早古生代華北克拉通坳陷的形成演化

華北陸塊南北兩側(cè)的海槽，都是構(gòu)造活動帶。早古生代，陸塊邊緣先后經(jīng)歷了由離散邊緣→地體拼貼、邊緣增生→轉(zhuǎn)化為會聚邊緣極其復雜的多旋回演化過程。陸塊邊緣多期次、多型式的強烈活動必然向陸塊內(nèi)部傳遞，引發(fā)和制約著陸內(nèi)盆地的形成和演化。

華北盆地位于華北陸塊的中、北部，東臨渤海，西到呼和浩特—三門峽一線，越過呂梁山和鄂爾多斯盆地相連，北以陰山—燕北島群為界，與興蒙海槽相望，南至洛陽—太康一線。

早寒武世初，華北陸塊整體沉降，海水由東侵進，接受沉積。古生代盆地是新元古代克拉通盆地的繼承和發(fā)展，以克拉通廣盆的穩(wěn)定沉降和碳酸鹽巖披蓋為特征，到中奧陶世盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，整體抬升，歷時120Ma，表現(xiàn)為一個巨型的構(gòu)造－沉積旋回。

早古生代，發(fā)育華北和漯河－阜陽兩個原型盆地。

1．早寒武世辛集期—中寒武世徐莊期成盆階段

寒武紀初，古地勢西高東低，海水由南北兩個方向入侵，再由東向西漫進，形成華北陸表海（克拉通坳陷）。辛集期沉積粗碎屑巖－碳酸鹽巖建造，最大厚度370m，沉積分布在焦作—邯鄲—石家莊—大同一線以東，南北厚，中間薄，昌平運動使盆地掀斜抬升，造成北部地區(qū)沉積間斷。饅頭期—徐莊期，海水繼續(xù)由東向西漫進，沉積范圍擴大，水體加深，氣候溫熱干燥，沉積紫紅、灰綠、褐色泥頁巖建造，夾灰?guī)r、生屑灰?guī)r，厚100～484m。

本成盆階段特點為：①海水來自古中國洋（南）和古亞洲洋（北），由東向西浸漫，為海進擴大期；②近東西向隆坳構(gòu)造格局；③昌平抬升，北強南弱；④沉積為砂礫巖→碳酸鹽巖→泥頁巖，表明屬盆地早期沉積、水體有加深的過程。

2．中寒武世張夏期—早奧陶世亮甲山期成盆階段

張夏期，水體不斷加深，大約到晚寒武世長山期達海侵高潮，華北與鄂爾多斯海水聯(lián)為一體。鳳山期開始發(fā)生海退，水體變淺。張夏期—鳳山期沉積一套碳酸鹽巖建造，厚204～955m。

早奧陶世，南緣逐漸抬升為陸，海水向北退縮。鳳山期的海退進一步加強，沉積一套灰色灰?guī)r、白云巖，厚100～380m，北厚南薄。

亮甲山期末，懷遠運動使盆地不均衡短暫抬升，造成沉積間斷和剝蝕的平行不整合接觸。

本成盆階段的主要特點是：①發(fā)育大套臺地相碳酸鹽巖建造；②寒武紀海進，長山期達最大海侵范圍，奧陶紀海退；③秦嶺洋殼俯沖，華北陸塊南緣開始抬升，沉積向北退縮；④懷遠運動南強北弱。

3．早奧陶世馬家溝期—中奧陶世峰峰期成盆階段

懷遠運動之后，馬家溝期初，有一次短暫的海侵。由于華北陸塊南緣抬升為陸，華北盆地與秦嶺古海洋被阻隔開來，因此海水由北向南侵進，到達三門峽—汝南一線，和鄂爾多斯相通，形成馬家溝期初陸表海清水碳酸鹽巖沉積。接著地殼受擠壓抬升，海水補給減少，蒸發(fā)量遠大于補給量，在唐山—固安—五臺和徐州—長垣—臨汾之間形成近東西向展布的大型碳酸鹽蒸發(fā)臺地，沉積淺灰色白云巖，夾多層石膏和巖鹽。此后又有幾次海進與海退發(fā)生，形成淡化期與濃縮期沉積頻繁交替，這表明華北陸塊地殼由穩(wěn)定向活動方面轉(zhuǎn)化，預示大規(guī)模構(gòu)造－熱事件即將發(fā)生。中奧陶世峰峰期末，加里東運動使盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，隆升為剝蝕區(qū)，下古生界遭受強烈剝蝕（圖2－1－14）。

本成盆階段特點為：①發(fā)育大型碳酸鹽蒸發(fā)臺地，沉積幾十米到100m厚的石膏、巖鹽；②海水時進時退，表明地殼活動性增強；③加里東運動使華北盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，終止沉積，下古生界，特別是峰峰組遭受強烈剝蝕。

圖2－1－14 華北盆地（∈—O2）東西向剖面圖

2．1．7．2 晚古生代華北陸塊構(gòu)造／盆地格局

華北陸塊晚古生代構(gòu)造／盆地格局似乎是早古生代時期的翻版。其差別僅在于沉降幅度小，以碎屑巖為主。以鄂爾多斯中部南北向隆起為界，東西有較大差別。鄂爾多斯隆起以東，自中奧陶世末期上升成陸，遭受近15Ma的長期剝蝕，已達到準平原狀態(tài)，直到晚石炭世開始，受北部天山－內(nèi)蒙草原裂谷系和古特提斯東段拉張影響，華北腹地重新緩慢沉降，總體呈向東傾斜的濱海地臺，海水始而從北東方向（晚石炭世早期），繼而從東南侵進。由于地勢平坦，地殼稍有下降，則引起海水侵入，成為一片淺海，當?shù)貧ど詾樯仙仁购Ｋ芸焱顺?，成為一片沼澤，這樣就形成了晚石炭世—早二疊世早期華北獨特的海陸交替相含煤建造夾灰?guī)r薄層。晚石炭世早期鄂爾多斯中部隆起尚處于陸地狀態(tài)，晚石炭世晚期起，沉降范圍擴大，東來的海侵已淹沒隆起，并與西來的賀蘭斷陷海水相連通。

1．成盆環(huán)境

1）基底結(jié)構(gòu)：加里東運動使華北陸塊整體抬升，經(jīng)受130Ma的剝蝕夷平，形成西北高、東南低的平緩單斜古地形。華北中、南部廣大區(qū)域內(nèi)仍賦存奧陶系中統(tǒng)，因此奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖構(gòu)成了晚古生代盆地基底的主體。

晚古生代，古亞洲洋會聚消亡，產(chǎn)生由北向南的推擠應(yīng)力；揚子陸塊則繼續(xù)向北推擠，秦嶺－大別疊覆造山，產(chǎn)生由南向北的擠壓應(yīng)力。這樣，華北陸塊就受到南北雙向擠壓應(yīng)力場的作用，其邊緣隆升，中部撓曲沉降，形成晚古生代克拉通坳陷盆地。

2）北部邊緣演化：隨著西伯利亞陸塊南移，約在晚泥盆世，華北陸塊與西伯利亞陸塊開始對接。陸塊的對接、拼合是一個極其復雜的地史過程，陸緣不同部位的拼接存在時間差異，其拼合過程是穿時的。早石炭世，華北陸塊與西伯利亞陸塊的拼接基本完成。中石炭世—早二疊世，殘留海消亡，對接帶及其兩側(cè)年輕陸殼以斷塊活動為特色，在局部引張應(yīng)力作用下，出現(xiàn)雙模式火山噴發(fā)活動。晚二疊世—三疊紀，對接帶全面隆升、擠壓褶皺，花崗巖侵位，華北與西伯利亞已完全焊合成一體（邵濟安，1991），華北陸塊北部邊緣演化終結(jié)。

3）南部邊緣演化：早古生代中—晚期，秦嶺洋消亡，華北陸塊與揚子陸塊對接，東秦嶺－大別與華北已發(fā)生陸－陸碰接，西秦嶺仍存有殘留海（任紀舜等，1991）。泥盆紀—早二疊世，碰撞加強，陸殼擠壓縮短，對接帶產(chǎn)生陸－陸疊覆造山，北秦嶺褶皺形成山系。泥盆紀末中—南秦嶺出現(xiàn)前陸盆地，沉積楊山－草涼驛煤系的一套磨拉石含煤建造。這套粗碎屑含煤巖系是穿時的巖石地層單位，在構(gòu)造上與華北沒有什么聯(lián)系。推測楊山－草涼驛煤系在沉積時具備一定的規(guī)模，大部分在海西晚期—印支期陸－陸碰撞中消失，殘塊在華北板塊的南緣呈東西向斷續(xù)零星分布。晚二疊世—三疊紀，擠壓進一步加強，華北、揚子陸塊完全焊合，強烈的陸內(nèi)走滑造山作用，形成北秦嶺仰沖山系、南秦嶺褶皺系。

2．克拉通盆地演化

晚古生代，華北是一個統(tǒng)一的克拉通盆地。盆地發(fā)育有海進－海退完整的構(gòu)造－沉積旋回，劃分為中－晚石炭世和早二疊世—晚二疊世早期兩個成盆階段。

1）中石炭世—晚石炭世成盆階段：中石炭世，海水由北東方向侵入，首先淹沒唐山、臨沂和徐州一帶的低地，接著向西南方向擴展，抵達三門峽—鄭州—鄢陵一線，沉積了一套濱淺海沙灘相砂泥巖建造，夾灰?guī)r和薄煤層，底為隨海水侵進穿時沉積的鐵鋁巖，與下伏地層平行不整合接觸，厚20～40m。沉積中心在本溪一帶，沉積厚度大于200m。晚石炭世，隨著華北陸塊與西伯利亞陸塊對接、碰撞完成，陰山－燕北古陸不斷隆升、剝蝕，南部邊緣東段（指大別山一帶）被剝蝕夷平沉降，古地勢北高南低。海水由東南方向入侵，和北方海水會合，形成廣闊的陸表海，當時氣候溫熱潮濕，動植物繁茂，具備良好的成煤環(huán)境，沉積了一套準碳酸鹽巖臺地相和三角洲－瀉湖潮坪相的暗色砂泥巖、灰?guī)r和煤層，厚60～150m。沉積中心在山東的兗州、臨沂一帶，沉積厚度187～198m。在北緯35°線附近開始發(fā)育了一條近東西向的正斷層，對水深和灰?guī)r的發(fā)育有所控制，在35°線以南的徐州、淮南等地發(fā)育多層灰?guī)r，累計厚達50余米，向西呈指狀分岔減薄。煤層主要發(fā)育于北緯38°線以北，多達10余層，累計厚10～30m，中石炭世—晚石炭世是華北主要成煤期之一。

2）早二疊世—晚二疊世早期成盆階段：早二疊世早期，隨著南北向擠壓應(yīng)力加強，造成華北盆地抬升，海水向東南方向退卻。濱海相帶退到北緯35°以南，沖積相帶僅沿陰山－燕北古陸呈帶狀分布，全盆以三角洲相帶占主導地位。沉積了深灰、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉細砂巖，夾碳質(zhì)泥巖和煤層，厚40～80m，大體為北厚南薄，東厚西薄。煤層單層厚在3m以上，厚者可達10m，自北而南變薄，本期也是華北主要成煤期之一。

早二疊世晚期，盆地繼續(xù)抬升，海水退縮到東南一隅，三角洲相帶隨之向南遷移，沖積相帶大面積向南推進，華北盆地逐步進入以陸相沉積為主的時期。北部沉積以粗碎屑巖為主，常含火山物質(zhì)；北緯35°線斷層對沉積有控制作用，表現(xiàn)為斷裂以南灰、深灰色泥質(zhì)巖增多，煤層局部可采。與周圍上升著的山系相比，相對沉降幅度反而大大增加，沉積厚度最大超過千米，其內(nèi)部差異升降亦加劇，形成較多的分散小型坳陷和相對隆起。晚期，內(nèi)部結(jié)構(gòu)漸趨均一化，這種趨勢持續(xù)到早中三疊世。該時期的另一特點是發(fā)生某些“反向”，表現(xiàn)為鄂爾多斯中部隆起東側(cè)變?yōu)橄鄬晗荨?/p>

晚二疊世早期，受南北對接帶疊覆造山作用的影響，陰山－燕北古陸和熊耳－伏牛古陸抬升，剝蝕相應(yīng)加強，提供大量的陸源碎屑，盆地出現(xiàn)短暫的沉降，其西北為沖積相帶，東南為三角洲相帶，徐州、淮南一帶發(fā)生多次海泛、沉積數(shù)層硅質(zhì)海綿巖。以北緯35°線斷裂為界，南、北華北出現(xiàn)明顯的沉積分異。北華北開始向內(nèi)陸干旱沉積環(huán)境轉(zhuǎn)化，沉積了一套以陸相為主的淺棕、灰黃色中－細砂巖和泥巖夾薄煤層或煤線，上部常發(fā)育鋁土巖。南華北氣候溫濕，植物茂盛，沉積以三角洲相帶為主的黃綠、灰綠色砂泥巖含煤建造，中上部夾6～12層硅質(zhì)海綿巖。北緯35°線斷裂具有同生斷層性質(zhì)，對沉積有明顯的控制作用，

沿熊耳－伏牛古陸北緣發(fā)育一些水下扇沉積。含煤性東好西差，沉積厚400～600m，明顯大于北華北。

3）晚二疊世晚期—中三疊世盆地發(fā)育：晚二疊世晚期，由于南北擠壓應(yīng)力的加強，華北盆地整體抬升，海水完全退出，盆地進入陸相沉積發(fā)展階段。當時北為陰山－燕山高地，經(jīng)風化剝蝕，提供大量的陸源碎屑，古地形仍為北高南低，氣候由溫暖轉(zhuǎn)為炎熱，濕潤變成干旱，沉積了以河流相為主的紅色碎屑巖建造，夾淡水灰?guī)r及石膏，厚150～300m。沉積中心在韓城—永夏一帶，沉積物厚350～420m。早－中三疊世，隨著古特提斯關(guān)閉，華北南緣疊覆走滑造山作用加強，形成北西西向熊耳－伏牛山山脈，給華北盆地南緣鑲上了一個邊。隨著盆地南部抬升，沉積中心向北遷移，沉積了一套河湖相紫紅－黃綠色砂泥巖建造，由下往上組成多個粗→細的韻律，表明地殼活動性大為增強，厚1400～1800m。中三疊世末，印支早期運動使華北板塊發(fā)生構(gòu)造分異，東升西降。華北盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)，隆升為剝蝕區(qū)，過渡階段盆地終結(jié)。晚三疊世，沉積向西部鄂爾多斯盆地遷移。