中生代前陆盆地演化阶段
燕山旋回开始以来，华北和扬子地块陆-陆重叠活动持续，而东太平洋洋壳向西北俯冲，印度地块对欧亚古陆的俯冲碰撞逐渐加强。在这两者的共同作用下，鄂尔多斯盆地南部的上地壳发生了大规模的收缩，并在构造上向北挤压，使得陆内坳陷盆地不断北移，沉降中心逐渐转向NE-Sn向。西南地区最先抬升剥蚀，形成了延长组由东北向西南逐渐抬升剥蚀的构造地貌特征，同时陆内坳陷盆地(J1-2)的沉积不断向北、东北方向移动。中侏罗世晚期和燕山早期运动最终完成了华北地块和扬子地块大陆地壳的叠置造山作用。随着该区南部和西部大陆地壳的不断挤压，盆地西部和南部边缘的构造逆冲活动和前陆造山作用进一步加强并达到顶峰。在此过程中，由于深部作用，在前陆地区的鄂尔多斯盆地南部形成了一系列由南向北的地表逆冲推覆构造，形成多排逆冲推覆褶皱。由于逆冲推覆作用，西南缘负荷增大，导致前缘地区地壳下沉，于是堆积了一套类似于前陆盆地的红色粗碎屑沉积。自此，内陆坳陷盆地发展阶段基本结束，燕山晚期运动表现不太强烈。除了该地区的急剧隆起外，在西段的志丹群中只看到轻微的褶皱，这似乎并没有改善早期形成的结构。到早白垩世末，鄂尔多斯盆地的田桓向斜、伊陕斜坡、渭北隆起等构造单元最终形成，鄂尔多斯盆地南部主要表现为东南部隆起，西部沉降。
燕山旋回晚期以来，鄂尔多斯地块由沉积转为整体上升，主体随着周边断裂的沉降而上升。总之，鄂尔多斯盆地中生代地壳运动是晚古生代的延续，其结构性质前后没有明显变化。三叠纪以来，沉积物以陆相沉积为主，发育了完整的陆相碎屑沉积体系(表3-1)。
3.4.1三叠纪前陆-坳陷盆地
早-中三叠世，鄂尔多斯本部古构造面貌仍略呈“两个凹陷夹一个隆起”的特征。中部古隆起依然存在，但形态发生了较大变化，整体呈现北高南低的特点，并进一步分为盐池隆起、志丹隆起和长武-宾县隆起，最北部杭锦旗隆起呈东西向展布。东部的绥德-延长凹陷是二叠纪榆林-绥德凹陷向东发展的结果。
自晚三叠世和燕山运动以来，盆地演化进入了大型内陆差异沉降盆地的形成和发展时期。燕山运动导致大规模构造变形的发生，不仅影响了断块之间的活动带，也影响了断块内部的构造变形，导致鄂尔多斯盆地三叠系和侏罗系之间出现区域性平行不整合，而盆地边缘地区由于斜向抬升和剥蚀，出现微角度和角度不整合。燕山运动盆地边缘特别强烈，往往造成盆地周边强烈的褶皱逆冲和逆冲推覆构造。
表3-1鄂尔多斯盆地演化-改造阶段及主要地质事件
3.4.2侏罗纪前陆-坳陷盆地演化阶段
3.4.2.1盆地残留地层
由于后期强烈而不均匀的剥蚀和改造，直罗-安期地层的分布和厚度发生了很大变化:在鄂尔多斯盆地总部，直罗-安定组整体大面积分布；在邻近地区，同期可比地层的总体分布是零星的(表3-2)。
表3-2鄂尔多斯盆地及周边地区侏罗系地层对比表
直罗组:目前直罗组厚度为150 ~ 400 m，仅鄂托克前旗至苏里格寺之间的一小片地区可达500m。在乌海和镇远，厚度在400 m以上，这三个聚集中心构成一条厚约400m的厚带(聚集中心)，从乌海经鄂托克前旗延伸至盆地西部的平凉。这条带往西，厚度越来越薄；这条带向东，整体厚度逐渐减小。
安定组延续了直罗组近南北向等厚线分布的总体趋势，但厚度变化不如直罗组显著，一般在50 ~ 200 m之间..残留厚度在乌海东北部、鄂托克旗、盐池西南部、环县西北部、镇远可达200 ~ 250 m，构成近SN分布的厚带。该带在平面位置上与直罗组较厚带(聚集中心)基本一致，但苏里格庙西南部直罗组有较高值。
3.4.2.2盆地周围的残余地层
(1)西部地区
在鄂尔多斯盆地西缘冲断带，地震和钻探证实了直罗和安定地层的存在，厚度分别为400 m和200 ~ 300 m，属河湖相，两组均有砾砂岩和细砾岩夹层(盐池马坊沟和坛井沟)。贺兰山汝箕沟直罗组底部为砾质粗砂岩，中上部夹砾岩或砾质砂岩。安定组由紫红色和灰绿色砂泥岩互层组成。左奇阿拉善薛蝌山直罗组厚约700米，下部灰色厚砾岩、含砾粗砂岩、砾岩累计厚度达260余米，具边缘相特征。安定组厚度超过900米，主要由灰紫色砾岩和粗砂岩组成，有时会转化为砂砾岩。砾岩分选差，有时粒径可达30cm，成分复杂，包括砂岩、石英岩、灰岩等。总体表现为山前河相。
(2)南部地区
盆地西南部直罗组下部为泥质粗砂岩，上部为泥岩夹粗砂岩和细砾岩，晚期以河流相和短命滨浅湖相为主。安定组以干旱内陆湖泊沉积为特征。盆地南部宁县、正宁地区直罗组底部为含砾粗砂岩，中上部为泥岩夹细砂岩，与下伏延长组呈不整合接触。安定组底部为杂色泥岩，中上部为杂色砂岩，具边缘相色。盆地南缘早-中侏罗世地层厚度小、粒度粗、分选差，应时、花岗岩和变质岩是碎屑颗粒的主要来源。
(3)东部地区
马坳组继承于豫西济源西，与直罗、安定同时代，厚233m，底部为一层9m厚的黄褐色中厚砾岩，与下伏三叠系呈平行不整合接触，中部和上部分别为砂岩、页岩夹砂岩和泥灰岩。义马东孟村组以砂砾岩为主，厚度200多米，发育冲积扇-砾质辫状河，为沉积边缘相。
宁武-静乐地区与直罗组同时期的云岗组，厚127 ~ 191m，底部为砾质长石应时砂岩，为河湖相沉积。与安定组同期的天池河组红砂岩下部以三角洲和湖滨浅滩相为主，古流向ws，上部为巨交错层理风成砂岩组成的海岸沙丘沉积(程守田，1997)。大同云岗镇云岗组厚265米，底部煤层薄，中上部发育多套含砾粗砂岩或粗粒长石应时杂砂岩，古水流总体流向为南北向，大同地区云岗组向北变厚，具有边缘相特征。分布在晋中太谷、祁县、榆社、武乡一带的“黑峰组”的岩性、岩相和生物地层特征与晋西北的云岗组相当。底部为砾岩或含巨砾的石英砂岩，顶部主要为厚-厚砾-中-粗-巨砂岩。砾石成分为石英岩、应时砂岩、脉状应时及少量变质岩和石灰岩，具有明显的边缘相。
3.4.2.3原始盆地的沉积边界
根据物源、古水流和岩石矿物学，分析了盆地的原始沉积边界。
(1)东部边界
山西省的云冈组和天池河组应与该盆地的直罗组和安定组同属一个沉积盆地。
(2)北部边境
石拐地区的长汉沟组与鄂尔多斯盆地的直罗组和安定组不是同一个原始沉积盆地。鄂尔多斯盆地北部卓资山-东胜地区的直罗组和安定组均为接近物源的河流沉积。虽然直罗组未见边缘相沉积，但在东胜北德奥公路沿线下伏的延安组中可见到以厚砾岩为代表的边缘相。根据延安组的沉积相、砂体展布、古水流和边缘相位置，推断直罗—安期原始盆地的沉积边界在现今的河套盆地内。根据沂蒙隆起的长期活动、各时代地层叠置向北变薄的特征以及河套盆地的基底特征，河套地区在中侏罗世应是一个隆起区，为南部的鄂尔多斯盆地和北部的石拐盆地提供了物源，并界定了鄂尔多斯盆地的北界。
(3)西部边境
贺兰山南段薛蝌山剖面的直罗组覆盖了石炭系，发育巨厚的边缘相沉积。贺兰山和六盘山北部的地层从早到晚都是河流-滨海-浅湖相沉积。沉积相的分布和演化是渐进的，与盆地总部具有可比性，古水流也指向盆地总部。以往的研究表明，三叠纪-中侏罗世贺兰山地区处于拉张环境，尚未隆升，一般认为是沉积作用。虽然目前对银川地堑基底的认识尚不明确，但对贺兰山及盆地西缘晚三叠世和中侏罗世早期地层的沉积特征及物源方向的研究较多(叶连军，1993；王双明等，1996；刘赤阳等，2005)表明两者都具有原始沉积的统一性，因此可以推断银川地堑所在地区在中侏罗世并没有分离出东西，所谓的银川古隆起至少在当时是不存在的。
巴彦浩特盆地位于阿拉善地块东部，在地下侏罗系中已见到64 m灰绿色砂岩泥岩薄煤层和千米以上的粉房河组红层，其沉积特征可与东部的贺兰山地区和鄂尔多斯盆地相媲美。根据陈永勋(1981)的资料，巴彦浩特地区出露的安定组是一套砾岩，厚度超过200米。砾石主要由花岗片麻岩、角闪石片麻岩和石英岩等组成。，磨圆度差，分选差，明显变粗变薄，属边缘相沉积(袁等，2003)。此外，巴彦浩特盆地直罗组或上侏罗统粉房河组直接不整合覆盖石炭系不同层位，二叠系、三叠系和下侏罗统缺失，表明该区在印支-燕山运动早期发生抬升剥蚀，燕山运动中期才沉降接受中侏罗统沉积(赵等，2006)，地层接触关系反映了盆地边缘特征。根据成都地质学院陕北研究队(1964)的研究，盆地西北端台东脚的直罗组厚319m，主要由巨厚的长石应时砂岩和长石砂岩组成，多层砂岩中含有砾石直径为1 ~ 4 cm的砾岩，为河流相，具洪积性质。初步分析认为，直罗组和安定组的西北界线应在狼山-巴彦浩特盆地-薛蝌山一带。
六盘山地区的檀山和瑶山剖面与盆地西部沉积相关系密切，岩性岩相一致，属于冲积扇和辫状河沉积组合。而位于同心以西的商水剖面和盘滩3井，含有大量灰黑色泥岩夹黑色油页岩，湖相沉积发育，表明原始盆地仍可向西追溯至走廊区。赵等(2006)认为，晚三叠世盆地西部受褶皱带和阿拉善古陆控制，六盘山西缘大断裂和贺兰山西缘断裂分别构成晚三叠世沉积盆地的西南和西北边界。走廊过渡带与盆地中的沉积物相连。晚三叠世鄂尔多斯盆地类型复杂:西北部贺兰山地区为裂谷，西南部六盘山地区为前陆，盆地西部南北受挤压制约，推动阿拉善地块向东挤压。有研究认为河西走廊侏罗纪煤系沉积与鄂尔多斯盆地是同一个盆地(甘肃煤田地质勘探公司，1981)，试图通过水系将小残留盆地与大盆地连接起来，提出了“走廊河”注入“青羊湖”的概念(陈丕基，1979)。但根据目前对西北地区侏罗纪沉积盆地的研究(张虹等，1998)，同一地层区的纵向和横向相变强烈，结合盆地构造环境，这些地区当时应以小型山间盆地为主。这本书没有做过这方面的实际工作，不敢推测沉积作用的具体西边界。但根据以往的研究成果，初步推测鄂尔多斯盆地的西边界应该不会太远，具体范围有待进一步研究。
罗开平(2006)认为六盘山盆地在侏罗纪是一个分裂的断陷盆地，而不是以前认为的宽(湖)盆地沉积，但没有列出具体的证据。本文通过对西部地层沉积特征和构造演化的分析以及前人的研究，初步认为直罗&一个周期性原始盆地的西南边界大致在六盘山西缘的大断裂带上。
(4)南部边境
鄂尔多斯盆地南部剥蚀边界附近的泾川-铜川西区探井和露头表明，直罗组和安定组广泛发育含砾粗砂岩，砾岩少见，属辫状河相沉积，缺乏边缘相。砂岩厚度、砂泥比平面填图和古水流测量也表明有来自南方的物质供应。根据直罗组沉积前古地质图，在鄂尔多斯盆地中南部，直罗组下伏地层自北向南逐渐老化，甚至直接接触到泾川南部的延长组，体现出从盆地中心向边缘过渡的趋势。通过对秦岭造山带和渭河地堑中生代地质特征及沉积相带组合的讨论，认为渭河地堑的大部分地区位于直罗、安境内靠近盆地边缘的冲积沉积区，秦岭造山带也可能包括渭河盆地南部，是这一时期鄂尔多斯盆地的南部物源。
3.4.2.4原始盆地的沉积特征
综上所述，直罗-安期原始盆地的沉积范围大致为:向东穿越今魏奋地堑，在今太行山以西，河南济源、义马同步地层可能不属于鄂尔多斯大盆地；北部边界在现在的河套盆地；西北边界在狼山-今巴彦浩特盆地-科学山一带；西南边界在六盘山西缘的大断裂带上，同时河西走廊盆地和鄂尔多斯盆地可能有一定的联系。南部边界在今天的渭河地堑南部。根据盆地边缘相的分布和直罗组、安定组沉积体系的分布格局，推断从盆地外围到湖盆中心约有7个物源供给方向，沉积中心位于原盆地中心的南部。东部的太行隆起、北部的河套隆起、西部的阿拉善地块以及原盆地西南部和南部的秦岭-祁连造山带是其周围的主要剥蚀区。盆地北部、西部和南部的剥蚀区主要为前寒武纪变质基底；除了变质岩，东北还接受了来自华北克拉通东部的同生火山碎屑物质。原生盆地沉积范围广，面积是现在残留盆地的两倍多。
据粗略恢复，华北地台东部(大致在太行山以东)早、中侏罗世可能存在10多个中小型坳陷盆地(杜旭东等，1999)。
3.4.3白垩纪前陆盆地
早白垩世是中生代盆地演化的最新阶段，地层分布广泛，约占现今盆地面积的三分之二，均为陆相沉积，后期隆升剥蚀强烈，残留范围最小。
3.4.3.1盆地残留地层
早白垩世地层主要残留在盆地内，为一套陆相碎屑沉积，分布于衡山-安塞-宜君一线以西、宜君-旬邑-彬县-麟游-千阳地区以北、陇县-千阳地区以东(表3-3)。在盆地西南部，通过平凉-环县-惠安堡线逐渐过渡到六盘山盆地发育的下白垩统。盆地西北部以黄河为线，毗邻银川盆地，西临贺兰山。河套盆地和固阳盆地被盆地北部和西北部的大青山隔开，其上沉积了早白垩世固阳组。向北延伸至内蒙古鄂托克旗至东胜一带。东北的东胜地区可以继续进入陕西省境内，主要分布在山西北部的右玉、左云、大同，内蒙古的丰镇市，以及南部凉城县与陕西省的交界地带。地层发育良好，也是一套陆相粗碎屑沉积。此外，山西省东北部的阳高、天镇、浑源地区也有零星分布的早白垩世地层。
表3-3鄂尔多斯盆地早白垩世地层划分演化表
目前，鄂尔多斯盆地早白垩世地层的分布规律总体上表现为盆地东部东老西新，乌审旗、横山、靖边等大部分地区属于洛河义均组，上部缺失何欢组、华池组、罗汉洞组、泾川组等地层。中部定边、吴起、青阳、鄂托克旗地区大部为何欢组、华池组，上部罗汉洞组、泾川组缺失。西部的环县、镇远、泾川地区完整保存了泾川组、罗汉洞组及地层，从盆地西南部的环县、凉城地区逐渐过渡到六盘山盆地的下白垩统六盘山群。罗汉东组、泾川组、东胜组等上部地层残留在盆地北部的东胜及黄河两岸。地层分布表明，盆地西部下白垩统沉积完整，中东部不完整。从地层剥蚀角度看，盆地剥蚀程度由东向西逐渐减弱。盆地东部至黄河附近地层剥蚀程度最强，西部环县和镇远地层剥蚀最弱。
晚侏罗世的构造变动造成盆地中东部强烈的隆升和剥蚀，导致下白垩统下伏地层的多样性:西部的粉房河组和中东部的安定组，均为剥蚀不整合接触；西部及南、北缘主要为中侏罗统直罗组-古生界，呈角度不整合接触关系；同时，由于盆地普遍缺乏晚白垩世沉积，早白垩世上覆地层一般为古近系-新近系，呈不整合接触。由于盆地不同部位白垩系发育程度不同，白垩系不同层位可与新生界直接接触。盆地西部和南部新生界沉积厚度约为100 ~ 200 m，北部和东部一般小于50m，较好地反映了上覆地层沉积前盆地的构造格局。白垩系底部与下伏前侏罗系呈不整合或平行不整合接触。西部田桓凹陷底部埋深达到1，200 ~ 1，600 m，东部乌审旗-横山-志丹地区仅300 m，相差1，000 m以上，结合顶面埋深图，地层厚度东薄西厚。
3.4.3.2盆地周围的残余地层
鄂尔多斯盆地周边分布有许多小型沉积盆地，主要有河套盆地、银川盆地、六盘山盆地、银根盆地、雅布赖盆地、巴彦浩特盆地、定西盆地和渭河盆地，其中也分布有白垩系地层，主要为下白垩统(表3-4)。其中一些盆地的构造和沉积历史与鄂尔多斯盆地的发展演化有关。
表3-4鄂尔多斯及邻区盆地白垩纪地层分布表
(石油地质、叶德全等编译。)
河套盆地是一个沉积巨厚的中新生代断陷盆地。白垩系地层命名为固阳组，主要为紫红色和棕红色泥岩夹同色细砂岩。中上部夹深灰色、黑灰色泥岩、灰色粉砂质砂岩或泥灰岩，底部为不等粒砂岩和杂色砾岩，厚约527m，含蕨类和裸子植物。与前白垩纪不同时代的地层呈不整合接触。
银川盆地下白垩统为一套山麓-河流-湖泊相沉积，出露于贺兰山东西两侧。曾分为庙水湖组和柳沟门组(1969，银川石油勘探指挥部108队创建)。从水淼湖洪雅剖面可以看出，下部褐色泥岩夹砂岩，底部为厚37 m的砾岩，与其下的砾岩呈断层接触。上部为橙红色、红灰色、灰白色泥灰岩夹紫色砂岩、泥岩，顶部与新近系地层不整合接触，揭露厚度约504 m
志丹群也分布在盆地东部，仅在横山堡附近出露，主要在部分钻孔中，与二叠纪地层和上石炭统不整合。无论是庙水湖组、柳沟门组还是志丹组，岩性组合和化石特征都是一致的，可以对比。
在贺兰山东侧，向东倾斜的下白垩统仍从三关口向南断续分布，其底部砾石直径越靠近贺兰山和桌山越厚，越远离老山物源向东越小。纵向上，下白垩统自下而上由粗到细，即由山前河流相到河流相。
早白垩世六盘山群由安特生、袁复礼于1925年创建，广泛分布于宁夏、甘肃六盘山地区。岩性主要为砾岩、砾质砂岩、砂岩夹泥质和砂质泥岩。前奥陶纪变质岩或印支期花岗岩上的不整合。自下而上分为三桥组、和尚铺组、李瓦峡组、马东山组、乃家河组(1959，银川石油勘探所125队创建)，含瓣鳃类、腹足类、植物等化石。根据它们的岩性和化石，认为下三套岩层大致相当于志丹群的罗汉洞组、泾川组和东升组。早白垩世沉积时期，鄂尔多斯盆地与六盘山地区相连，沉积作用具有过渡性。
早白垩世，鄂尔多斯盆地整体沉降，被广泛接受为沉积作用。盆地的沉积边界一般小于中侏罗世，但其东边界仍在黄河以东很远的地方，一直延伸到陕西省内。
西部叠加在已被强烈侵蚀和几乎夷平的西缘冲断带上，大致以西缘冲断带为界。断裂的南部比北部影响更明显。自北向南，在台东麓-马家滩-平凉-安口窑-崇信地区分布有边缘相砾岩。而在六盘山南部地区，周围的山脉被燕山运动抬升，该地区再次沉积为内陆湖泊相。根据岩性和化石，认为本区白垩系下部的三个岩层相当于志丹群罗汉洞组、泾川组和东升组。因此，一般认为早白垩世沉积时期，鄂尔多斯盆地边界在现今西部构造隆起带之外与六盘山盆地相连，西部断裂带在早白垩世有同生活动，影响了白垩系的分布和沉积条件。
盆地的南部边界应该在渭河盆地附近，甚至更靠南。证据如下:①宜君组砾岩沿宜君-旬邑-宾县-千阳一带分布，在盆地边缘山麓表现出明显的冲积相；②秦岭地区宜君组物源主要来自元古界和古生界，砾石磨圆较好，说明秦岭和渭北沉积区物源是搬运和聚集的过渡带，应有一定范围的沉积；③在渭河盆地三原、阜平和蔡家坡，钻井资料证实前新生代地层常不整合于二叠系、奥陶系、寒武系或更老地层之上，其间缺失整个中生界地层，但这些地区处于浅埋断阶斜坡带，不能作为断陷盆地前新生代地层的全部代表；④盆地南缘上覆的宜君组洛河组在宾县地区呈砂砾岩与薄泥岩互层，巨厚砂岩层中有大规模交错斜层理，在崔木-粉房河-草碧沟地区岩性变为砾岩，与下伏的宜君组难以区分，表现为冲积相与河流相间的沉积特征；⑤目前，何欢华池组在盆地南缘主要与砂岩、泥岩互层，表现出滨浅湖相的沉积特征，表明盆地边界在沉积过程中可能扩大。
北边界较中侏罗世扩大或与大青山以北早白垩世沉积相连。它主要受沂蒙隆起区北部乌兰格东西向隆起带控制。早期洛河组沉积表现为中部的盆缘洪积相。早中期，何欢华池组虽然湖盆达到顶峰，水域面积扩大，但没有超出鄂尔多斯盆地北界，进入河套地区。
通过各种方法的相互验证和制约，恢复了剥蚀厚度和原型盆地的面貌。东部靠近黄河处的下白垩统厚约700 ~ 800 m，远离盆地东边界。厚度向西逐渐增加。鄂托克旗北部和环县西部有两个厚的堆积中心，最厚的分别达到1400 m和1800 m(刘赤阳等，2006)。
早白垩世是中生代盆地演化的最新阶段，其侵蚀作用在地层晚期最为强烈。剩下的幅度也是最小的。后期剥蚀改造具有东强西弱、边强内弱的特点；在东部，晚白垩世以来中生代剥蚀厚度最大可达1800 ~ 2000 m。在盆地南缘和东部，下白垩统大部分已被剥蚀。早白垩世末，鄂尔多斯盆地整体隆升。此后，盆地没有大规模接受广泛的区域沉积，大鄂尔多斯盆地消失，盆地开始进入后期转化期。