狼山南麓李三沟组古流向恢复与物源区性质探讨

去年底我们关于狼山盆山耦合的长篇论文网络发布：

吕洪波，冯雪东，王俊，朱晓青，董晓朋，张海春，李莎，郑大燃，张琦. 2025. 盆山耦合的关键问题及其在狼山与两侧白垩纪盆地研究中的应用。地质论评，2025.12.20 网络首发。网络连接：https://www.geojournals.cn/georev/georev/article/abstract/20257106051

因论文太长，我分别发布多篇博文进行了科普介绍：

在分析了狼山北侧测老庙坳陷的古地理格局和古构造应力场之后，上篇博文又展示了狼山南麓逆冲片中的蛇绿混杂岩特征。下面我再介绍早白垩世远在现今位置以南的李三沟组红层盆地之古地理格局，以便与狼山北侧的早白垩世地层进行对比，探索狼山隆起的精准机制（括号中图件及文献可在论文原文中查阅）。

李三沟组为下白垩统陆相碎屑沉积层，地层时代与狼山以北测老庙坳陷的巴音戈壁组相当。其分布范围广泛，从东部的鄂尔多斯北部、包头固阳地区直到西部的阿拉善地区东缘均有出露（内蒙古自治区地质矿产局，1991）。李三沟组在狼山南麓以一套红色砂砾岩夹泥岩为特征，单个露头超过30千米长，最宽处超过1.5千米（图5，图13，图14）。

从乌拉特后旗东升庙镇远眺狼山就可发现至少两套叠置的逆冲片包含李三沟组红层（图16）：

说明李三沟组红层与下伏变质基底共同组成逆冲片在向狼山之下俯冲过程中多次折断而重复堆叠，暗示河套平原北界深处有更多类似的逆冲片（图25）。

沿着狼山南麓追索，发现狼山主体变质杂岩逆冲在李三沟组红层之上（图13、图14、图17）：

我们主要利用细砾岩或含砾砂岩中的前积纹层恢复古流向。分别测量地层和前积纹层产状并在室内进行赤平投影恢复其古流向，对于层面上可见的前积纹层露头，可以在野外现场恢复。前积纹层露头举例如下：

测量结果见表1：

根据古流向恢复结果和位置在卫片上标注古流向平面图如下（图18）：

这个古流向格局直观上可能让人以为李三沟组红层的沉积物来自于狼山。然而，前面已经证实狼山在早白垩世尚未隆起，无法成为李三沟组的物源区，其物源区位置和性质等信息需要重新寻找证据。

狼山南麓除了下白垩统李三沟组露头外，还有少量下白垩统巴音戈壁组露头（图13），其古流向为SSW（210o）（表1之384点），与测老庙坳陷内巴音戈壁组古流向格局一致（图8）。说明巴音戈壁组在早白垩世向南覆盖的范围远超后来隆起的狼山范围，盆地的下游在狼山以南延展范围很广。

从前面的讨论中我们知道，李三沟组与巴音戈壁组两套同时代的碎屑岩不仅成分有别，而且颜色明显不同，不仅属于不同的盆地，而且古气候环境和物源区性质差别巨大。早白垩世二者之间不仅有一个玄武岩残片对应的残余洋盆（已接近前陆盆地阶段），在洋壳的南边至少隔着一个为李三沟组提供物源的隆起带，而这个隆起带位于李三沟组所在盆地（鄂尔多斯盆地？）的西北方，相当于前陆盆地的前缘凸起带（Forebulge）（见论文中的综合构造演化图，图25）。证据如下：

讨论狼山南麓蛇绿混杂岩时，我们注意到在混杂岩南边相继分布着一系列不同岩性的逆冲片：从片岩夹着白云质大理岩块体的逆冲片变为由滨海相石英砂岩变质形成的石英岩（图19），再到其南边的千枚岩和砾岩逆冲片，并以断层泥带与山前的李三沟组红层相接（图14，图15）。其中的石英岩逆冲片保留着明显的变余层理构造（图19下）：

而李三沟组红层砾岩中就有大量棱角明显的纹层状石英岩分布（图20）：

我们不再利用砂岩岩石薄片鉴定格架颗粒组成（Q-F-L图解），而是利用主要砾石组成进行判别，因为李三沟组主要由砾岩和泥岩组成。红层砾岩中的石英岩角砾成为判别李三沟组物源区性质的标志，其示踪的准确性远高于碎屑锆石年龄峰值对比，与其西北侧逆冲片中的石英岩无论外观还是成分都完全一样，而其棱角状特征也证明李三沟组红层砾岩靠近蚀源区的石英岩露头。

然而，我们不能就此认为李三沟组物源区是狼山南麓的石英岩逆冲片，因为这些逆冲片的就位时间必然晚于蛇绿混杂岩中的玄武岩和变质辉绿岩（最新岩石年龄88.2Ma）（吕洪波等，2018），至少在白垩纪末期才定位于这些逆冲片中的石英岩无法为早白垩世的红层砾岩提供物源，而红层的物源区应该位于前陆盆地的前缘凸起带。

我们分析一下李三沟组砾岩所携带的物源区性质：

纹层状石英岩等硅质碎屑为主，而片麻岩砾石等较少，这些砾石都是抗风化能力强的代表，显示成分成熟度较高，说明物源区处于炎热潮湿的古气候环境；砾石的棱角状特征显示结构成熟度极差，说明沉积区距离物源区不远。这些特征揭示了蚀源区隆起不明显，属于稳定大陆边缘性质。结合狼山南麓逆冲片的排列组合判断：当时的物源区应为前陆盆地的前凸带（图25，上部）：

事实上，狼山南北广大范围内最大的白垩纪沉积盆地既不是北侧的巴音戈壁盆地群，也不是南侧的鄂尔多斯北缘红层盆地，而是介于二者之间的残余洋盆—前陆盆地，但已经完全消失殆尽，即使其残骸在白垩纪末也并入到狼山造山带中（图25）。鄂尔多斯地块长期向中亚造山带俯冲的结果不仅将原来的残余洋盆和前陆盆地彻底埋葬，而且也让南北两侧的白垩纪沉积层成为了残留体，因而今天在狼山南麓拼贴在一起（图24）。

我们可以尝试重建相关盆地在整个白垩纪的演化过程：

早白垩世这些不同的逆冲片均为不同岩石单元的地壳表层组分，而且水平距离相隔较远。以石英岩为物源区的隆起带必然位于现在狼山南麓南边很远的区域，这些岩石单元与测老庙坳陷巴音戈壁组沉积层所在盆地之间被玄武岩洋壳所分割，后来才拼贴在一起。这里用一个假想的模式图重构早白垩世开始的构造地貌格局（图25）：一个即将闭合的残余洋盆正在向前陆盆地转化，而从南东向北西俯冲的板块为华北板块的被动大陆边缘（鄂尔多斯地块），其边缘隆起带相当于前凸带，而隆起的原因为板块俯冲受阻而上拱。

富含石英岩的隆起带为其东南的李三沟组红层盆地提供物源，因为近源而形成砾岩，而砾石则棱角鲜明。当时包含测老庙坳陷的巴音戈壁盆地群属于陆相弧前盆地，其北方有一个岩浆弧造山带（以火山岩为代表）为其提供物源。到晚白垩世末期，两套盆地之间的残余洋盆消失，鄂尔多斯地块俯冲到逐渐隆起的狼山之下，狼山南麓增生楔保留着不同岩石单元的逆冲片，逆冲片的前方坳陷就是河套新生代前陆盆地，接收了巨厚层的河湖相沉积物（图25）。尽管该模型还有不少疏漏和缺陷，但却为狼山及两侧相关盆地的盆山耦合研究提供了一个构造演化分析的新思路。

今天就介绍到这里，下篇将介绍李三沟组红层古应力场恢复。

敬请朋友批评指正。

吕洪波

2026.02.27