鄂尔多斯盆地西部边界的确定及其地球动力学背景.docx
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鄂尔多斯盆地西部边界的确定及其地球动力学背景
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地质学报
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鄂尔多斯盆地西部边界的确定及其地球动力学背景
白云来¨,王新民∞,刘化清¨,李天顺1’2’
1)中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院西北分院,兰州,7300202)中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院鄂尔多斯分院,北京,100083
内容提要:
鄂尔多斯盆地西部边界特别是不同时期原型盆地具体边界的确定,是目前该盆地西缘亟待解决的重大科学和生产实践问题之一。
作者们着重从盆地西缘地区基本地质事实出发,充分汲取前人的有益成果,历史的分析西缘构造演化及地球动力学特点,紧密结合不同时期西缘盆一山转换的沉积响应,合理利用地震资料及其他第一手资料,认为鄂尔多斯盆地属华北板块的一部分,其形成和发展具体受四周的古祁连洋、古秦岭洋、不同时期的特提斯洋、古亚洲洋(古西拉木伦洋)及古太平洋(伊佐奈岐板块)控制。
在此构造背景条件下,盆地西界不同时期范围和形态是不同的。
早古生代盆地西缘为主动陆缘性质的弧后盆地;晚古生代盆地西部属被动陆缘构造背景上的滨浅海盆地;文中明确提出,晚三叠世鄂尔多斯原型盆地西界向西越过六盆山,连接六盆山盆地,直逼河西走廊靖远、景泰莫亦山附近,甚至在祁连山区也能找到其踪迹;不仅如此,笔者还认为“银JrI古隆起”及“西缘古脊梁”在印支期是不存在的,更不存在一个统一的南北走向的前陆盆地与沉降中心;燕山主期(J。
)盆地西缘可能隆起,使得六盘山盆地和鄂尔多斯盆地具一定的分割性,但随后在早白垩世又被夷平,鄂尔多斯盆地又与包括六盘山盆地在内的西部白垩纪盆地连通,鄂尔多斯盆地现今西界最后形成的时间应在喜马拉雅晚期(8Ma以来),这也是盆地西缘桌子山一贺兰山一六盘山最后定型的大致时间,它们是印度板块和太平洋板块远距离应力作用的结果。
关键词:
鄂尔多斯盆地;西部边界;地球动力学背景
鄂尔多斯盆地是现今我国石油勘查开发的热点地区之一。
由于近年来盆地西部在晚古生代天然气及晚三叠世低渗透油地层领域相继取得了巨大的历史性突破,从而使盆地西部成为近十年里油田勘探的重要目标地段。
但问题是盆地西部特别是所谓“西缘”由于后期构造作用使得地质情况变得复杂多样,西部究竟有无进一步勘查的地质前提?
西部的边界特别是不同时期的原型盆地的边界究竟在哪里?
是以现今的近南北向的山脉(贺兰山一六盘山)为界呢?
还是盆地西界向西还有延伸?
这是目前盆地西缘亟待解决的重大科学和生产实践问题之一,也是长庆油田勘查工作者目前最关心的问题之一。
对此,目前各家还没有一个统一的认识。
而对盆地西部边界及地质构造动力学背景的正确认定,势将影响勘探者对这一地区进一步工作的思路、决心和勇气,特别是当勘探工作遇到困难出现反复的时候。
针对鄂尔多斯盆地西部边界问题,作者们从西缘地区基本地质事实出发,充分汲取前人的有益成果,历史的
分析西缘构造演化特点,结合不同时期西缘盆一山
转换的沉积响应,合理利用地震资料所揭示的西缘深部的“CT”图像及物源分析等第一手资料,提出了我们的认识。
通过下文原对型盆地恢复,笔者明确提出,鄂尔多斯西部在不同地质历史时期有着不同的边界,晚三叠世鄂尔多斯原型盆地西界向西越过六盆山,连接六盆山盆地,直逼河西走廊靖远、景泰莫亦山附近,甚至祁连山区也有其踪迹,可称之为“大鄂尔多斯盆地”。
而古生代盆地的西部边界向西及西南延伸就更远了,它和“古祁连洋”(李春昱等,1978;左国超等,1987;冯益民等,1996;翟光明等,2002;汤中立等,2002)有着千丝万缕的联系。
这就需要用地质历史观正确地解答和理解这一问题。
需进一步指出的是,鄂尔多斯盆地西缘并不仅只是现在因为油气勘探才备受人们的关注,早在上世纪中叶,我国地质前辈们就注意到该构造带的重
要意义,认为它是存在于中国甚至亚洲东部的一条近南北走向的具分割性质的构造带,后来的地球物
注:
本文为中国石油股份有限公司勘探与生产分公司石油预探项目(编号20040819)部分成果。
收稿日期:
2005—02—06;改回日期:
2005—12—24;责任编辑:
郝梓国。
作者简介:
白云来,男,1957年生,陕西蒲城人。
教授级高级地质工程师,博士。
长期从事区域构造与岩石学、成矿学方面的研究和实践。
通讯地址:
730020,甘肃省兰州市城关区雁儿湾路277号,西北地质研究所;电话:
0931--8686182(O);Email:
baiyl6666@sina.corn。
万方数据
第6期白云来等:
鄂尔多斯盆地西部边界的确定及其地球动力学背景
793
理场资料也充分表明了这一点,因此,在讨论鄂尔多斯盆地西部边界问题时,对该地区争论已久的“古
陆梁”及“银川古隆起”等相关问题也作了适当讨论,不妥之处,恳请指正。
1
鄂尔多斯盆地西缘大地构造属性
1.1
鄂尔多斯盆地构造演化概述
研究表明:
从太古宙起,经元古宙,直到早古生
代晚期,鄂尔多斯地块和阿拉善古陆均属华北古陆的一部分,位于华北古陆西部(这里所说的现今方位,并不代表当时板块的方位,只是为了叙述方便,下同);中、新元古界,阿拉善古陆和鄂尔多斯地块之
间、鄂尔多斯与华北古陆本部之间(西安一洛阳附
近),曾出现过拗拉谷(张国伟等,1988;杨俊杰,2002),但很快就闭合了;中寒武世以后,阿拉善地区出现亲扬子板块生物分子(刘本培等,1996),表明阿拉善、鄂尔多斯及华北等陆块与杨子、柴达木等南方
陆块已隔古祁连一古秦岭洋而相望,并逐渐靠近;到志留纪一泥盆纪,阿拉善古陆及鄂尔多斯古陆西南部与柴达木一中祁连板块碰撞造山,连为一起,构成西域板块的一部分;古生代晚期(早、中二叠世),包括鄂尔多斯陆块在内的西域板块都拼贴到天山一兴
蒙碰撞带南侧;到三叠纪,鄂尔多斯及华北地区形成沉积中心偏南的大型陆内拗陷型盆地o(刘绍龙,
1986;刘池洋,2005);晚侏罗世,贺兰山一六盘山地
区发生逆冲推覆,形成褶皱冲断带,鄂尔多斯盆地第一次被分割开;早白垩世,鄂尔多斯盆地西部在发生夷平作用之后,继续受挤压,形成陆内前陆盆地;古
近纪末,在近东西向压力作用下,形成六盘山一贺兰
山等断块山,盆地南、北侧发生断陷,形成河套、渭河盆地;新近纪早期,主要在南北方向压应力的作用下,鄂尔多斯东西两侧均发生断陷,形成汾河地堑及银川地堑;中更新世(o.78Ma)以来的新构造运动与地震活动对盆地的总体面貌有一定的影响,四周分布有断陷与高山,内部大约以N38。
线为界,南、北两部分不论深部地幔还是地理地貌景观,甚至油气田的分布规律均有很大的不同(杨俊杰,2002),所受构造最大应力方向是NE,它控制着盆地内张性断裂与高深透带的分布(万天丰,2002,2004),目前鄂尔多斯盆地油气田沿盆地巨型X断裂系统分布(NE
向环县一大同左行断裂带比较发育,而NW向断裂
带相对不发育)的现象,应该引起研究者和勘探家们的关注。
现将鄂尔多斯盆地研究过程中几个关键问
题着重讨论如下。
万
方数据1.2鄂尔多斯盆地基底的性质
由于种种原因,对鄂尔多斯盆地的范围和名称曾有过不同的称谓和界定。
笔者研究认为:
地理上的鄂尔多斯是指分布于河套以南、长城以北的内蒙古自治区伊克昭盟地区,即汉武帝建立古“朔方城”的地方;而地质学上鄂尔多斯盆地范围比较广阔,它北跨乌兰格尔基岩凸起及河套盆地与阴山山系为邻,南越渭北挠褶带和渭河盆地与秦岭山系相接,东起
吕梁隆起,西至贺兰山一六盘山,面积40万平方公里
(图1)。
杨俊杰等人(2002)提出鄂尔多斯盆地面积25×104km2,他们并未包括河套、银川、渭河等分布于鄂尔多斯地块周边的新生代断陷盆地。
黄汲清(1945,1955)所称谓的鄂尔多斯地块,其范围与张泓(1995)指定的鄂尔多斯盆地的范围基本相同,该地块与其西北侧的阿拉善地块一起是华北板块的重要组成部分,有着较为刚性的前寒纪基底,该基底自1800Ma(古元古代末)固结之后,内部一
图1
鄂尔多斯盆地范围及山川水系(据张泓,1995)
Fig.1
Rangeand
mountain-riversystemsofOrdosbasin
(afterZhang
Hong,1995)
地质学报
直比较稳定,具有典型的“地台”性质,是中国大陆上比较稳定的地区之一,很少有“活化”的痕迹(06pyqeB,1895;黄汲清,1945,1955)。
不仅是鄂尔多斯地块,世界上大多数具刚性基
底的块体,其内部一般都较为稳定,一般岩浆活动、变质作用和变形作用多发生于地块的边缘或内部先期活动带如地体边界。
具刚性地块是鄂尔多斯盆地形成的先决条件,也是世界上大多数大型盆地的共同特征。
没有刚性基底,大规模盆地就难于形成,沉积作用就难于发生和保存,包括烃源岩在内的沉积地层在板块应力作用条件下将会发生褶皱和断裂,形不成完整的生储盖组合。
但是适当的基底断裂活
动,却可在盖层中形成与基底断裂相关的裂缝,简称
“断层相关裂缝”,鄂尔多斯盆地的油气田分布规律表明,这种与断层相关的裂缝有利于油气运移和聚
集,这一问题容待笔者另文讨论。
研究表明:
早古生代以前,鄂尔多斯地块与华北古陆块有较强的亲缘性,而与扬子、柴达木、中祁连等南方陆块有明显的不同。
主要表现为岩性、形成时代、变质作用特点等与华北其他陆块可以对比。
已有资料表明,包括鄂尔多斯地块在内的华北陆块老地层一般形成时代相对较老,其同位素年龄多集中于太古宙,而扬子等南方陆块老地层同位素年龄多集中于元古宙(高振家等,1983;马瑞士等,1993;张本仁,1995;刘训,1997;汤中立等,2002)。
在此提及鄂尔多斯陆块的性质,其现实意义在于以下两个方面:
一是能够帮助正确的理解鄂尔多斯盆地形成的构造背景,利于准确的厘定盆地的边界和物源;二是利于深入研究盆地内部沉积体的形态变化和成藏规律,指导油气远景评价。
1.3鄂尔多斯地块边缘盆山转换历史
鄂尔多斯地块边缘盆山转换的历史本质上是其与周边不同时期的大洋相互作用的历史。
鄂尔多斯盆地形成和演化与华北板块的构造发展演化息息相关,它的构造属性本质上是华北板块的一部分。
现有研究成果表明:
早在中、新元古生代,华北板块北部就可能受到古大洋(后来演变为西拉木伦洋)向南的俯冲作用(肖序常,1992;翟光明等,2002)。
早古生代西拉木伦洋的俯冲作用是东胜古陆长期隆起的动因,而石炭纪、二叠纪甚至到印支早期华北板块北缘出现长达2000多公里的链状高地,其根本原因也是其北侧发生了“古西拉木伦洋”的俯冲消减作用(肖序常,1992;翟光明等,2002)。
罗照华教
授(1999)在内蒙古首次发现印支末一燕山早期黑云
万
方数据母花岗岩,表明该地区虽然洋一陆作用暂时停止了,
但板内活动仍在继续。
由于包括鄂尔多斯盆地在内的华北板块南部边缘与其南侧不同时期的的大洋(古秦岭洋、古祁连洋和古特提斯洋)相互作用使得华北板块及鄂尔多斯盆地南缘、西南缘所发生的一系列地质构造现象;早古生代祁连洋向北或北东的俯冲作用,可以在鄂尔多斯地块西南部边缘形成沟一弧一盆体系(李春昱等,1978;左国朝等,1987;夏林圻等,1991;冯益民等,1996;汤中立等,2002),印支期古特提斯洋向北的俯碰作用,也可以在鄂尔多斯地块南部、西南部边缘形成隆起、褶皱与冲断,鄂尔多斯盆地形成凹陷中心偏南部的不对称多中心的凹陷,但却不大可能在盆地西缘中部形成很深的构造沉降中心,那种在西缘存在三叠纪前陆盆地以及鄂尔多斯盆地沉积中心从三叠纪到株罗纪、白垩纪有规律自西向东演化和迁移的观点,使人不能接受;如果不是利用板块构造的观点站在全球构造的角度考
虑伊佐奈岐板块(万天丰,2002)向西(华北板块东缘)的俯冲作用问题,就不能很好的理解燕山期(J。
一K。
)鄂尔多斯盆地西部沉积较厚、沉积体系近
南北向展布的规律。
因此,鄂尔多斯地块边缘盆山转换的历史本质上是其与不同时期的大洋相互作用的历史,下文着重讨论盆地西部构造演化和边界问题。
1.4鄂尔多斯盆地西缘区域构造格架
图2是笔者根据本区不同时期沉积建造特点,结合构造演化发展历史,利用地球物理资料,考虑邻区特别是其西部前人研究成果,以加里东时期所形成的构造为关键界面勾勒而成的。
大致以六盘山西缘断裂为界,其西南部属秦祁板块,东北大部为华北板块。
现将该图案中的一些关键性界面的确定依据、特征和意义简述如下:
1.4.1六盆山西缘大断裂
六盆山西缘大断裂是区内一级构造单元:
华北
在前人研究的基础上,通过对鄂尔多斯盆地及
的深入分析,目前初步认为,研究区以六盆山西缘大
断裂为界,其东北包括鄂尔多斯盆地、六盘山盆地、阿拉善陆块、北秦岭造山带在内的大部分构造单元山地体则属秦一祁板块(秦一祁板块是习惯叫法,具体
板块和秦一祁板块的分界线。
相关造山带(特别是秦一祁造山带)盆一山转换历史银川盆地、巴彦浩特盆地、汾渭盆地、河套盆地以及均属华北板块;而定西盆地、中祁连地体及东延的陇
应包括柴达木陆块、中祁连微陆块及古秦岭微陆
块)。
鄂尔多斯盆地西南侧是祁连山及其余脉陇山
第6期白云来等:
鄂尔多斯盆地西部边界的确定及其地球动力学背景
795
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图2鄂尔多斯盆地西缘构造格架略图
Fig.2
Sehematiegeotectonic
mapofwesternOrdosbasin
1一地名;2一一级深大断裂;3一次级断裂}4一盆地边界;
5一古板块界线}6一构造剖面及编号
1一Placename
I
2一stairfracture
l
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borderline}5一platedivision
line}6--position
ofstructural
profileanditsnumber
万
方数据山系。
六盆山西缘大断裂本质上是北祁连缝合带的
东延部分,由于俯冲碰撞力的作用方式不同,板块之
间可以是缝合带,也可以是缝合线,六盆山西缘大断裂属于后者,它大致可以和北祁连缝合带的北缘断
裂一走廊南山大断裂相接。
六盘山西缘大断裂两侧有明显不同的发展历史,存在两个明显不同的沉积系统;表1清楚的表明
了这一点;在早古生代该断裂为洋一陆直接相互作
用地区,其西段既有洋壳残余一蛇绿岩块及深水沉
积,也有大陆边缘的岛弧沉积,本区该断裂东北侧主要为弧后盆地沉积,寒武纪香山群就具弧后盆地建
造特点(霍福臣,1996)。
1.4.2青铜峡一固原深大断裂
早古生代,青铜峡一固原深大断裂是划分鄂尔多斯地块与河西走廊弧后盆地的关键性断裂,是华
北板块内(鄂尔多斯盆地西缘)二级构造单元的重要分界。
加里东期该断裂东北属大陆边缘陆棚浅海地
段,沉积类型属稳定型沉积,但西南侧为活动性沉
积,不仅沉积厚度巨大(深海复理石),而且有火山活动(表1),香山群是其典型代表(霍福臣,1996;宁夏回族自治区地质矿产局,1996)。
构造配置分析表明,香山地区及六盘山盆地范围早古生代形成于弧后盆
地环境(图3),盆地西缘和本部则属相对稳定的大陆
边缘斜坡和台地环境。
到泥盆纪,该断裂西侧尚有陆
相磨拉石建造,以东则是隆起剥蚀区,甚至在该断裂
以东的整个华北地区都缺失志留系、泥盆系及下石
炭统。
华力西晚期一印支期该断裂活动相对较弱,燕
山期和喜马拉雅期,该断裂又比较活跃,由于沿该断裂及其相关断裂的逆冲推覆作用,形成了六盘山山
系,使得古生代及前寒武纪地层被推至地表,形成分割型前陆盆地,从而使鄂尔多斯盆地西缘具有“双层结构”特点。
长庆研究院重磁图・表明鄂尔多斯西缘
的古陆块是“无根的”,从而证明这种推断是正确的。
该断裂地表产状较陡,向下变缓,倾向朝西。
沿走向
向西北可能与河西走廊北侧的龙首山深大断裂相连,形成阿拉善古陆与河西走廊弧后盆地的分界。
1.4.3阿色浪一车道断裂
早古生代中期,阿色浪一车道断裂也是进一步
划分鄂尔多斯盆地西部二级构造单元的关键性断裂;断裂以东为鄂尔多斯盆地台地区,显生宙地层产状平缓,中新生代天环凹陷叠加其上,以西地层多发生褶皱和逆掩推覆。
前人对阿色浪一车道断裂没有给予应有的重
796地质学报2006正
表1主干断裂相关的地层系统
Table1StratumsystemscorrelativewithtrunkrupturesinwesternOrdosbasin格葺区华北区戈棒鼍分医河西走庸-六童山分区
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白云来等:
鄂尔多斯盆地西部边界的确定及其地球动力学背景
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图3寒武纪鄂尔多斯盆地西缘构造剖面
Fig.3
GeotectonicsectionofwesternOrdosbasinin
Cambrian
1一青铜峡一固原断裂;2一阿色浪一车道断裂1--Qingtongxia--Guyuanfault}2--Aselang--Chedaofault
视,实际上该断裂不仅在地貌及遥感图上有较清楚地反映,而且在航磁异常图及重力异常图上也有相应的反映-。
更重要的是它不仅是贺兰山拗拉谷的东部边界、东胜古陆的西部边界,而且也是早白垩世鄂西缘前陆盆地的重要边界;断裂以东的天环凹陷中自垩纪地层沉积较厚,以西逆冲褶皱强烈。
加里东
南缘分布有磨拉石,为河湖相沉积。
早古生代早期的构造特征见图3、4。
鄂尔多斯北
部东胜古陆北侧为西拉木伦洋俯冲消减部位;南侧
为古秦岭洋向北俯冲消减部位,古秦岭洋早古生代对华北板块影响较小(张国伟,1988;贾承造,1989;
杨子华,1991);西南侧为祁连洋向东北的俯冲消减
位置。
青铜峡一固原断裂将河西走廊弧后盆地与西
期,该断裂是开阔台地相一局限(镶边)台地相碳酸盐建造与大陆斜坡相浅海一深海碳酸盐一复理石建
造的重要分界,断裂以东为碳酸盐台地,平缓且稳定,断裂以西地形较陡,除发育海相碳酸盐外,还发育复理石建造。
从构造角度出发,这种构造环境转折地段对成油系统的形成较为有利,是进行勘探的重要地段。
上述特点,在早古生代地层等厚图上均有清楚的反映(杨俊杰,2002);该断裂在陶乐东部显示不很清楚。
其原因比较复杂,需要进一步研究。
正确认识上述3条断裂的构造意义,对不同时期盆地西部边界的正确厘定是至关重要的。
缘拗陷带、贺兰拗拉谷分开,阿色浪一车道断裂大致
是西缘拗陷与中央古陆的分界线。
顺便提及,由于早古生代鄂尔多斯北部为安第斯型活动大陆边缘,属主动陆缘,难于形成良好的成
油系统,而西南边缘为岛弧一海沟系,在弧后盆地靠
大陆一侧容易形成有利的生储盖组合。
南缘由于秦岭造山带及渭河地堑的破坏,也不利于形成生储盖组合(刘池洋等,2005)。
2.2晚古生代被动陆缘滨浅海盆地
鄂尔多斯盆地西部晚古生代属被动陆缘构造背景上的滨浅海盆地。
已有研究表明,晚古生代是包括鄂尔多斯在内的华北板块构造演变的重要转折阶段,中祁连一柴达木陆块、北秦岭微陆块与华北板块
2鄂尔多斯盆地古生代时的西部边界
2.1早古生代主动陆缘火山弧后盆地
前已述及,早古生代鄂尔多斯地块就属华北地块的一部分,表现出主动陆缘火山弧后盆地的特征。
研究前人资料表明:
寒武纪大华北盆地为广海盆地,鄂尔多斯本部为局限台地;早奥陶大华北盆地也为广海盆地,鄂尔多斯本部除局限台地外,也见蒸发台地;中、晚奥陶鄂尔多斯陆块西南缘出现海湾及浅海盆地;志留纪鄂尔多斯陆块西南缘为典型的海湾环境;泥盆纪祁连洋闭合,华北板块与柴达木板块碰撞(李春昱等,1978;左国朝等,1987;夏林圻等,1991;冯益民等,1996;汤中立等,2002)。
鄂尔多斯地块西
连为一体,晚古生代他们南缘面临着古秦岭洋一古
昆仑洋的作用,具有被动陆缘性质。
在秦祁造山带普
遍缺乏海西期(C—P)岩浆活动,表明此时板块没有明显的俯冲作用,构造环境相对稳定。
但古秦岭洋一
古昆仑洋扩张向北间歇性的推挤作用是存在的,这主要表现在板块边缘时而隆起于水上,时而沉没于水下,这一运动景象在笔者们编绘的鄂尔多斯盆地
演化系列图中有形象而具体的反映(图略)o。
但若
考虑到高耸的加里东期祁连山在泥盆纪55Ma时间
万方数据
内就被几近夷为平地而使得古秦岭洋一古昆仑洋海
地质学报
图4鄂尔多斯盆地西缘早古生代构造略图
(据张泓,1995,有修改)
Fig.4
SchematicgeotectonicmapinwesternOrdosbasininearly
Paleozoic(modifiedfromZhangHong,1995)
1一古陆;2一沉积厚度等值线,3一俯冲带;4一断裂1一Ancientlandmass;2--depositional
thicknessisolineI
3--subductionzone:
4一fault
水直达阿拉善古陆和鄂尔多斯古陆南缘、西南缘这一事实,可以认为,华北板块西南部晚古生代是一个准平原化的过程;在华北板块的北缘,晚古生代由于其北侧大洋的作用,也有类似情况,二者遥相呼应。
除上述南、北两侧分异外,华北盆地也发生东西分异,早石炭世鄂尔多斯西部有海相沉积,而鄂尔多斯以及整个华北为隆起,中晚石炭世西部为浅海陆棚环境,东部有大量的海水入侵,在包括鄂尔多斯盆地在内的整个华北盆地为一向东开口向西收缩的喇叭
万
方数据形边缘海盆地(杨俊杰,2002)。
但地层厚度分析结果表明,此时中央古陆依然存在,只不过埋于水下而已(杨俊杰,2002)。
早石炭世东隆西南陷、中晚石炭世西升东降。
这是晚古生代整个盆地的构造活动概况,
现着重将盆地该期西界具体特征简述如下
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- 鄂尔多斯 盆地 西部 边界 的确 及其 地球 动力学 背景