在距今5亿~4.5亿年时,进入奥陶纪。由于晚寒武世末期的大规模海退,导致鄂尔多斯广大地区缺失晚寒武世末期至早奥陶世早期的沉积。又是大自然的恩赐,唯贺兰山这块圣地保留了寒武纪至奥陶纪的连续沉积。
贺兰山区不仅有完整多样的早、中奥陶世的沉积物,而且有丰富多彩的古生物化石,更兼是华北西部生物地层研究最清楚的地区,从而使贺兰山的奥陶系又成为科研、教学、地质旅游的又一耀眼亮点。
该区奥陶纪为古华北碳酸盐台地的西缘,是稳定型沉积,具有一系列沉积特征,如潮道沟、潮坪的纹层和透镜状构造等。早奥陶世末,贺兰拗拉谷渐趋活跃,产生了一系列近南北向同生断裂,随之深陷,中奥陶世拗拉谷达到鼎盛时期,构成秦、祁、贺三叉裂谷的一个分支。这是贺兰山地史中极为壮观的一页。随之在拗拉谷内接受了巨厚复杂的大陆边缘斜坡相海底扇重力流沉积,具有完整的鲍马序列及滑塌等特征,并含有深、浅水互交混生的生物群。具有陆源重力流(浊流)与碳酸盐重力流(崩塌角砾岩)混合交替特征。
应特别指出的是,贺兰山奥陶纪的石灰岩,为优质化工灰岩,是水泥、化工、冶金、陶瓷、制糖工业的原料,具有质优量多的特点,是宁夏又一优势矿种。
至晚奥陶世(距今4.5亿年),随着华北古老地块的总体上升,贺兰山地区亦抬升为陆地,结束了拗拉谷的生命。这一状况一直延续到泥盆纪末(距今4.5亿~3.5亿年)。
早—中石炭世(距今3.4亿年),贺兰海槽再度活动,发生海侵,祁连海与华北海在贺兰山地区沟通,呈现滨海沼泽和海陆交互环境。
晚石炭世末(距今2.9亿年),本区海水最终退出,成为陆地。
进入二叠纪(距今2.9亿~2.4亿年),贺兰山中段地区均匀沉降,演变为内陆河湖环境。在响水至大武口一带形成大型河湖盆地,接受了厚及千米的陆相碎屑沉积。当时气候由温暖湿润渐变为炎热干旱,而且交替呈现,导致灰白、黄绿、灰黄、紫红、灰绿等杂色岩层相间,十分醒目。
由于地壳造山运动,使这些原本是河流、湖泊中形成的水平岩层崛起,铸成今日之险峰和峡谷的壮观地貌,真可谓“河湖凌空、峰峡兼存”。由紫红、灰绿、灰白、黄绿色条带鲜明的陡立岩层形成的条条彩带,悬于天际,构成一道亮丽的风景线。这一景致在贺兰山东麓的大水沟、大风沟、归德沟等沟口均有呈现。
三叠纪(距今2.4亿~2.1亿年)承载了二叠纪的古地理面貌,并进一步发展为大型湖盆地,在贺兰山中段叠置于老地层之上,周边有许多河水注入湖盆。在数千万年的时间里,湖盆地快速沉积了巨厚(总厚逾4000米)的黄绿、灰绿夹紫红色之砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩。其上部呈现较多黑色页岩,昭示湖盆晚期气候温湿,植被茂密,沉积速率缓慢,湖盆即将封闭结束。
由于本区之三叠纪地层厚,巨厚的砂砾岩层致密坚硬,经过多次造山运动之后,形成陡峭山峰,高耸入云,直指苍穹。贺兰山3000米以上的山峰大多由它构成,可以说,是它构成了贺兰山高昂的头部。贺兰山东麓各个沟口、要隘均见雄浑巍峨的山体,沿沟望去,崇山峻岭、峭壁嶙峋;沟口两侧各有巨石盘踞,犹如狮象把门,俨然道道雄关、险要关隘,这就是三叠系巨厚砂砾岩的容貌。造山运动还塑造出许多具有观赏价值的景点,如天生桥、双乳峰、巨石蛙、幽谷深潭等。更有一系列具有科研价值的地质遗迹,如各种形式的褶皱、大型板状斜层理、包卷层理、底模等。(www.xing528.com)
三叠纪末期的印支运动,使贺兰山总体上升,结束了三叠纪的湖盆环境。
演化至侏罗纪(距今1.9亿~1.4亿年),贺兰山的陆相湖盆地急剧缩小,仅限于中段的汝箕沟、大峰沟、古拉本、二道岭一带,呈现为山间盆地,沉积了厚约3000米的河湖相碎屑岩含煤建造。
早、中侏罗世,气候温暖湿润,植被繁茂,生机盎然,汝箕沟一带呈现湖泊沼泽环境,在灰黑色的地层中孕育了极为丰富的煤炭资源,经过变质后,成为享誉中外的优质太西煤。
中侏罗世虽集成了早、中期的古地理、古气候环境,但气候逐渐干燥,沉积物随之变粗,成煤的沼泽环境已不复存在,这是一个漫长的演变过程。
晚侏罗世,盆地急剧缩小,仅二道沟和雀台沟一带接受沉积,为干燥炎热气候环境下山间盆地内的红色粗碎岩磨拉石建造,昭示着重大的地壳变格即将到来。
受晚侏罗世末(距今约1.4亿年)燕山运动Ⅰ幕的影响,推挤作用产生一系列近南北向的褶皱冲断推覆带,使贺兰山总体上升,褶皱冲断成山,造就了贺兰山的雏形。从而结束了中生代大型陆相盆地的环境。
造山期后的白垩纪(距今1.4亿~1亿年),仅在贺兰山东西两侧山前地区的庙山湖、塔塔水、南寺一带形成小型的内陆湖相沉积。其下部属于干旱气候条件下的盆地边缘山麓洪流堆积,为紫红色纵横向变化极快的复合成分砾岩,厚500余米。上部演化为较温暖条件下的内陆湖相细碎屑夹淡水碳酸盐沉积,厚340多米。
早白垩世末的燕山运动Ⅱ幕(主幕)不仅造成了上白垩统和古近系新统的缺失,而且使贺兰山崛起,巍然屹立,姿态峥嵘。
地史演化到新生代的古近纪和新近纪(即第三纪)(距今0.65亿~0.24亿年),仅在贺兰山东西两麓零星堆积有由砾岩、砂岩、泥岩组成的红色粗碎屑建造,构成起伏的山前丘陵地带。
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