白毛偉， 謝小平， 陳芝聰

(曲阜師范大學(xué)，山東日照276826)

川西龍門山前陸盆地晚新生代沉積記錄與構(gòu)造響應(yīng)

白毛偉， 謝小平， 陳芝聰

(曲阜師范大學(xué)，山東日照276826)

龍門山前陸盆地位于青藏高原東緣，夾于龍門山推覆造山帶與龍泉山褶斷帶之間。自4.6 Ma以來，逆沖推覆構(gòu)造運動使龍門山造山帶強烈隆升，古河流的侵蝕、搬運和堆積作用使盆地沉積了1套巨厚的半固結(jié)—松散堆積物。通過對沉積特征和沉積結(jié)構(gòu)的綜合研究，認為龍門山前陸盆地是由自東向西的深部多級俯沖潛滑而引起的淺部由西向東的多層次推覆作用形成的，其晚新生代逆沖推覆構(gòu)造所產(chǎn)生的構(gòu)造負載是龍門山前陸盆地的成盆動力。巖漿物質(zhì)的循環(huán)過程表明成都盆地在形成過程中遵循物質(zhì)循環(huán)與能量守恒定律。龍門山前陸盆地地質(zhì)構(gòu)造的沉積響應(yīng)表現(xiàn)為：沉積基底整體上向西傾斜，盆地剖面明顯不對稱；沉積地層與下伏地層均為不整合接觸；盆內(nèi)發(fā)育了一系列相間排列的次級凹陷和凸起，并呈雁斜式展布；礫質(zhì)粗碎屑楔狀體的周期性發(fā)育。從盆地動力學(xué)的角度初步分析了龍門山前陸盆地盆-山耦合關(guān)系，龍門山?jīng)_斷帶及其前陸盆地的研究對于大地構(gòu)造位置、成礦作用以及油氣聚集地的勘探等具有重要意義。

沉積響應(yīng)；逆沖推覆作用；晚新生代；前陸盆地；龍門山；川西

0 引 言

前陸盆地概念由Price(1973)首次提出，其后許多學(xué)者(劉和甫,2001;Dickinson,1993)提出了對前陸盆地的認識。DeCelles等(1996)認為前陸盆地系統(tǒng)是在收縮造山帶與毗鄰的克拉通之間的大陸地殼之上沉積物堆積的潛在地區(qū)，沉降主要是與俯沖作用及其導(dǎo)致的周緣或弧后褶皺逆沖帶有關(guān)的地球動力學(xué)過程的響應(yīng)。前陸盆地系統(tǒng)由造山楔沖斷帶、前陸坳陷、前緣隆起、隆后坳陷4個獨立構(gòu)造單元組成(劉亢等,2008；DeCelles et al.,1996)。Dickinson(1993)提出了盆地動力學(xué),使盆地由靜態(tài)的類型研究轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)的過程研究。

前人從動力學(xué)角度探討了龍門山造山帶—川西前陸盆地系統(tǒng)形成的動力學(xué)模式，對于構(gòu)造-沉積響應(yīng)的研究是前陸盆地分析的核心問題之一與研究熱點(陳發(fā)景等,1992；王華等,1998；劉和甫,2001；劉樹根等,2003a，2003b，2003c；李勇等,2006a，2006b)，尤其是四川盆地西緣前陸盆地一直是研究的焦點，其中核心問題之一就是龍門山前陸盆地晚新生代動力成因機制(劉樹根等,2003a，2003b，2003c；李勇等,2006a，2006b)。

在分析國內(nèi)外學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，對川西龍門山前陸盆地晚新生代盆-山的耦合關(guān)系從盆地動力學(xué)的角度展開了詳細研究，結(jié)果表明成都盆地的成因機制遵循能量守恒定律，其應(yīng)變空間、能量和物質(zhì)交換遵循守恒定律。在重力均衡作用下前陸盆地(成都盆地)下降，龍泉山前陸隆起；在擠壓作用下龍門山?jīng)_斷帶滑脫，同時使成都盆地在垂直龍門山?jīng)_斷帶的方向上縮短且地層加厚。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

新生代以來，川西龍門山的構(gòu)造運動以推覆、走滑為主。根據(jù)地表、鉆井和深部物探資料，將龍門山及其前緣地區(qū)劃分為3個構(gòu)造區(qū)：龍門山?jīng)_斷帶、龍門山前陸盆地和龍泉山褶皺隆起帶(圖1)。

圖1 川西前陸盆地構(gòu)造位置簡圖(據(jù)何銀武，1992修改)1-前震旦系雜巖；2-古生界和三疊系巖層；3-背斜軸；4-壓扭性斷裂；5-隱伏斷裂帶；6-青川—茂汶斷裂；7-北川—映秀斷裂；8-馬角壩—灌縣斷裂；9-廣元—大邑隱伏斷裂Fig.1 Tectonic sketch map of foreland basin in western Sichuan Province(modified from He, 1992)

1.1 龍門山?jīng)_斷帶

龍門山?jīng)_斷帶位于松潘—甘孜褶皺帶與龍門山前陸盆地之間，既是青藏高原的東緣，也是四川盆地的西界(彭金寧等,2009)。它北起廣元，南抵天全，長約500 km，寬約30 km，呈北東—南西向展布，由一系列大致平行的疊瓦狀沖斷帶構(gòu)成，具有典型的逆沖推覆構(gòu)造特征(林茂炳等,1991；許志琴等,1992；林茂炳，1996)。按照變形強度將龍門山?jīng)_斷帶劃分為強變形帶、中強變形帶和中等變形帶。強變形帶即龍門山后山帶，位于青川—茂汶斷裂帶與北川—映秀斷裂帶之間，由前震旦系雜巖構(gòu)成；中強變形帶即龍門山前山帶，位于北川—映秀斷裂帶與馬角壩—灌縣斷裂帶之間，由古生界和三疊系巖層構(gòu)成；中等變形帶位于馬角壩—灌縣斷裂帶與廣元—大邑隱伏斷裂帶之間，由上三疊統(tǒng)、侏羅系、白堊系、古近系和第四系地層構(gòu)成(羅志立等,1992；李勇等,1994，2006a，2006b；劉和甫,2001；金文正等,2007；李智武等,2008)。

1.2 龍門山前陸盆地

現(xiàn)今的龍門山前陸盆地即成都盆地，位于龍門山?jīng)_斷帶與龍泉山褶皺隆起帶之間。它限于廣元—大邑隱伏斷裂與龍泉山之間，均為第四系沉積物覆蓋(何銀武,1992；劉埃平等,2000；楊長清等,2008；李忠權(quán)等,2011)。在地貌上為成都盆地，形成“兩山夾一盆”的地貌格局，北起安縣，南抵名山一線，面積約為8 400 km2(圖1)。成都盆地短軸方向呈北西—南東向，垂直于龍門山斷裂帶；長軸方向呈北東—南西向，軸向為N30°—E40°,平行于龍門山斷裂帶，其在宏觀上顯示為西陡北緩，東西向明顯不對稱(李勇等,1994，2005；曾允孚等,1995)。西部為深凹陷，與龍門山?jīng)_斷帶相接，部分卷入龍門山?jīng)_斷帶。東部較淺，以平緩的沉積斜坡向龍泉山褶皺隆起帶過渡(何銀武,1987；羅志立,1991，1998；徐強等,2000；賈東等,2003)。

1.3 龍泉山褶皺隆起帶

龍泉山褶皺隆起帶位于龍門山前陸盆地(成都盆地)的東側(cè)，北起中江、羅江，南至仁壽、樂山一帶。軸向為北東，地表為南高北低，軸部平緩，兩翼傾角陡立，東翼較緩，西翼急陡，在褶皺較急處常見逆斷層。主體構(gòu)造為龍泉山背斜，由中生界侏羅系紅層構(gòu)成，地表覆蓋第四系礫石和黏土層(何銀武,1987；李勇等,1994，2005；曾允孚等,1995)。

2 前陸盆地晚新生代沉積演化

四川盆地西緣在晚三疊世是盆陸開始期和前淵形成期，沉積地層的厚度為4 000 m；侏羅紀(jì)是造山帶主要褶皺期，沉積地層的厚度為2 700 m；白堊紀(jì)和古近紀(jì)是造山帶主要抬升期，沉積地層的厚度為1 300 m；新近紀(jì)是造山帶剝蝕夷平期，沉積地層缺失；第四紀(jì)是盆地定型期，沉積地層的厚度為300 m,且不同時代地層都與下覆地層呈角度不整合接觸關(guān)系。以上演化表明四川盆地西緣的亞盆地(成都盆地)在早更新世開始成盆之前經(jīng)歷了長時期的剝蝕夷平，并非是連續(xù)接受沉積的繼承性沉降盆地。

按構(gòu)造-沉積旋回級次劃分原則以及區(qū)域性構(gòu)造不整合界面的發(fā)育位置和沉積超覆特征，參照李勇等(2006a，2006b)觀點，以相當(dāng)皮亞琴察階的大邑礫石層底部的構(gòu)造不整合面作為晚新生代成都盆地沉積序列的分界面，將成都盆地的構(gòu)造層序劃分為3套沉積層序，分別為下部的大邑礫巖層，中部的雅安礫巖層，上部的晚更新世和全新世礫巖層。

2.1 晚上新世—早更新世大邑礫巖層

針對大邑礫巖層的形成年代，許多學(xué)者對其展開了詳細的年代學(xué)研究，李吉均等(2001)通過ESR(電子自旋共振)年齡測定其沉積始于2.6～2.2 Ma之間；王鳳林等(2003)通過ESR年齡測定其沉積始于4.6～0.82 Ma之間，本次研究選取沉積年齡4.6 Ma作為成都盆地形成的開始時間，這一時期，青藏高原強烈隆起和龍門山構(gòu)造帶活動強烈。

大邑礫巖層是成都盆地沉積序列中最古老的沖擊礫巖層，其與下覆中新生代沉積地層和上覆的雅安礫巖層均為不整合接觸。大邑礫巖為黃灰、灰黃、淺黃、灰褐、黃褐色砂質(zhì)卵礫石夾透鏡狀巖屑砂巖，礫石成分以石英巖、閃長巖、花崗巖和變質(zhì)砂巖為主，礫石分選差，磨圓性好，部分礫石具壓裂和扭曲現(xiàn)象，填隙物多為泥質(zhì)膠結(jié)或鈣質(zhì)膠結(jié)。礫巖在垂直方向向上變細，磨圓分選性變好，礫巖的單層厚度變薄，粒徑變小，顯示為一個退積過程。

2.2 中更新世雅安礫巖層

雅安礫巖層是成都盆地沉積序列的中部層序，厚度較大，其與上覆的晚更新世和全新世礫巖層為不整合接觸。雅安礫巖為黃色、黃棕色、灰綠色黏土夾卵礫石，厚度為10～20 m；礫石成分以花崗巖、石英巖、玄武巖、輝長巖為主,粒徑一般為2～8 cm；填隙物為粉砂質(zhì)、泥質(zhì)成分；礫石磨圓度好，分選性差，具定向排列特征，在垂直方向表現(xiàn)為向上變細的退積序列。

2.3 晚更新世和全新世礫巖層

晚更新世和全新世礫巖層是成都盆地沉積序列中最上部的沉積地層。該套沉積物在垂向上由2個向上變細的沉積旋回構(gòu)成，每個旋回的下部為礫石層；上部為黏土層，其中的黏土礦物以含鈣質(zhì)結(jié)合的伊利石為主。從現(xiàn)代地形、地貌中可以看出，龍門山前陸盆地(成都盆地)由一系列北西—南東向分布的沖積扇和沖積平原構(gòu)成，其中以岷江沖積扇的規(guī)模最大。下部礫石層一般代表河道沉積，而其上覆的黏土層則代表洪泛期細粒薄層沉積，組成一個旋回，顯示了向上變細的退積序列。

3 龍門山前陸盆地的成因機制

成都盆地屬于單側(cè)盆地型盆山系統(tǒng)，其盆山耦合的動力學(xué)模式為由自東向西的深部多級俯沖潛滑而引起的淺部自西向東的多層次推覆而形成,在平面上的主俯沖斷裂為北川—映秀斷裂,垂向上俯沖潛滑與推覆的分界就是殼內(nèi)高導(dǎo)(低速)塑性層，即L(龍門山)-型俯沖(劉樹根等,2003a，2003b，2003c)。龍門山造山帶及其前陸盆地的巖石圈內(nèi)在水平方向上具有分區(qū)性，在垂直方向上具有層圈性，其巖石圈內(nèi)存在多層不穩(wěn)定的塑性層，決定了龍門山造山帶及其前陸盆地的活動程度，是盆地動力學(xué)的基礎(chǔ)。

李勇等(2005)運用Airy均衡假說計算出龍門山?jīng)_斷代帶為正均衡異常，龍泉山前陸隆起及其以東地區(qū)為負均衡異常。由此可以說明：在均衡力的作用下，由于地殼的均衡反應(yīng)，使逆沖推覆的構(gòu)造負載造成龍門山?jīng)_斷代殼內(nèi)質(zhì)量過剩、成都盆地均衡沉降以及龍泉山前陸隆起地區(qū)的均衡隆起。劉樹根等(2003a，2003b，2003c)對龍門山造山帶—川西前陸盆地系統(tǒng)動力學(xué)模式進行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示：在龍門山山前及山后帶，塑性層的水平相對位移為正；在前陸盆地以下，塑性層的水平相對位移為負；在鄰區(qū)板塊擠壓力的作用下，前陸沉積盆地沿著一些相對弱帶產(chǎn)生了自東向西多層次滑脫。鑒于以上特征，認為成都盆地是在逆沖推覆作用和滑脫擠壓作用下形成的。

巖漿巖是深部物質(zhì)循環(huán)過程的直接記錄和良好標(biāo)志。晚新生代時期的巖漿組合為15～10 Ma的殼源型花崗巖組合(劉樹根,1993；駱耀南等,1998；黃永健等,2002)，該時期龍門山前陸盆地的沉積巖石類型以中酸性侵入巖(花崗巖、閃長巖)為主。這些沉積礫巖的物源來自龍門山造山帶，說明在4.6 Ma之前龍門山造山帶經(jīng)歷了1次強烈的構(gòu)造活動，巖漿物質(zhì)從深部遷移到淺部。龍門山前陸盆地發(fā)育了1套巨厚的半固結(jié)—松散堆積物，隨著沉積厚度的增加，在靜壓力的作用下，沉積盆地的物質(zhì)從淺部向深部遷移。在殼內(nèi)高導(dǎo)層界面之下，能量從前陸盆地傳向龍門山造山帶，表現(xiàn)為前陸沉積盆地俯沖潛滑到龍門山造山帶；在殼內(nèi)高導(dǎo)層界面之上，能量從龍門山造山帶傳向前陸沉積盆地，表現(xiàn)為龍門山造山帶逆沖推覆到沉積盆地之上(圖2)。綜上，成都盆地在形成過程中遵循物質(zhì)循環(huán)與能量守恒定律。

圖2 龍門山造山帶—川西前陸盆地系統(tǒng)形成的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)示意圖Fig.2 Diagram showing matter cycling and energy cycling of the Longmenshan orogenic belt-western Sichuan foreland basin system

4 龍門山地質(zhì)構(gòu)造的沉積響應(yīng)

隨著逆沖推覆體向前陸盆地前展式推進，其沉積響應(yīng)主要表現(xiàn)在以下5個方面。

(1) 龍門山前陸盆地充填物為第四紀(jì)半固結(jié)—松散沉積物，主要由橫切龍門山的河流所攜帶的泥沙所形成的沖積扇和沖積平原構(gòu)成，顯示前陸盆地的主要物源來自于龍門山斷裂帶且主要是茂汶斷裂以東的龍門山斷裂帶。因此，前陸盆地沉積碎屑物能夠反映龍門山斷裂帶的物質(zhì)構(gòu)成，其中酸性侵入巖物質(zhì)顯示龍門山造山帶強烈的地質(zhì)活動。新的逆沖推覆體向上逆沖抬升，則前陸盆地開始新的沉降，而形成的新地貌高地則成為新前陸盆地的新物源(圖3)。

圖3 成都盆地的演化過程圖Fig.3 Map showing the evolution process of the Chengdu Basin

(2) 大邑礫巖層與下覆中新生代沉積地層和上覆的雅安礫巖層均為不整合接觸，且雅安礫巖層與上覆的巖層為不整合接觸，表明前陸盆地的沉積物在垂向上的充填序列表現(xiàn)為以3個不整合面為界的3個向上變細的退積序列。

(3) 龍門山前陸盆地內(nèi)的長軸方向發(fā)育了一系列的次級凸起與凹陷，并呈雁行式相間斜列分布(圖4)。自北向南次級凹陷有明顯向西遷移的現(xiàn)象，自北東向南西次級凹陷中心的厚度具有逐漸變淺的趨勢。如竹瓦一帶次級凹陷中心厚度為500 m，向南西到達大邑一帶次級凹陷中心厚度為340 m,邛崍地區(qū)次級凹陷中心厚度達1 000 m。以上特征表明盆內(nèi)走滑斷裂在擠壓作用下有明顯的走滑運動以及沉降中心向西遷移(圖4)。

(4) 新的逆沖推覆體向前陸盆地前展式推進，在舊的礫質(zhì)粗碎屑楔狀體的基礎(chǔ)上，前陸盆地開始新一輪沉積，并發(fā)育一套礫質(zhì)粗碎屑楔狀體。如此反復(fù)，巨厚礫質(zhì)粗碎屑楔狀體周期性出現(xiàn)(圖5)。前陸盆地一方面因為沉積厚度的增加，盆地范圍向東擴，另一方面新的逆沖推覆體受侵蝕變低，盆地范圍由窄變寬。

(5) 龍門山前陸盆地西側(cè)為龍門山?jīng)_斷帶，其西側(cè)邊緣部分卷入龍門山?jīng)_斷帶，形成新的地貌，即東部龍門山隆起、中部成都盆地均衡沉降和龍泉山隆起，具有西陡東緩的不對稱結(jié)構(gòu)，是巖石圈對龍門山?jīng)_斷帶第四紀(jì)以來逆沖推覆所產(chǎn)生構(gòu)造負載的彈性響應(yīng)。

5 結(jié) 論

圖4 成都盆地次級凹陷、凸起相間分布圖Fig.4 Alternative distribution map of secondary sags and uplifts in the Chengdu Basin

圖5 礫質(zhì)粗碎屑楔狀體的周期性發(fā)育Fig.5 Periodic development of gravelly coarse clastic wedge

(1) 從盆地動力學(xué)的角度，分析了龍門山前陸盆地的成因機制,表明龍門山前陸盆地在成盆期間遵循能量守恒定律。

(2) 通過對成都盆地沉積特征的研究，認為龍門山晚新生代逆沖推覆構(gòu)造所產(chǎn)生的構(gòu)造負載是龍門山前陸盆地的成盆動力，是沉積物的主要來源，使成都盆地范圍擴大，導(dǎo)致其沉降中心向龍門山?jīng)_斷帶方向遷移。盆內(nèi)走滑斷裂受擠壓產(chǎn)生走滑作用，導(dǎo)致成都盆地內(nèi)的次級凹陷成雁行式斜列并向龍門山?jīng)_斷帶方向遷移。

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The Late Cenozoic sedimentary records and structural response of Longmenshan foreland basin in western Sichuan Province

BAI Maowei, XIE Xiaoping, CHEN Zhicong

(Qufu Normal University, Rizhao 276826, Shandong, China)

The Longmenshan foreland basin is located in the eastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau, between the Longmenshan nappe orogenic belt and the Longquanshan fault-fold belt. Since 4.6 Ma, thrust nappe tectonic movement has strongly uplifted the Longmenshan orogenic belt, and the erosion, transportation and accumulation of ancient rivers have allowed the basin to deposit very thick semi-solid-loose sediments. Comprehensive studies of the sedimentary characteristics and structures show that the Longmenshan foreland basin resulted from the shallow mutli-level nappe from west to east which was caused by the deep multistage subduction slide from east to west. The Late Cenozoic structural load caused by thrust nappe was a driving force of the Longmenshanshan foreland basin. Magma material circulation process indicates that the Chengdu Basin follows the material recycling and energy conservation law in the process of its formation. The sedimentary response of the geological structures of the basin is as following: (1) The sedimentary basement is generally tilted to the west, and the profile of the basin is obviously asymmetric. (2) Both sedimentary strata and underlying strata are unconformable. (3) The basin developed a series of secondary sags and uplifts, which are arranged in an echelon distribution. (4) Gravelly coarse clastic wedge was periodically developed. In virtue of the significance of studying Longmenshan thrust belt and foreland basin for better understanding tectonic position, mineralization and hydrocarbon exploration, this work attempted to explore the coupling relationship between basin and mountain in the Longmenshan foreland basin from the perspective of the basin dynamics.

sedimentary response; thrusting and napping; Late Cenozoic; foreland basin; Longmenshan in western Sichuan Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.640

2016-03-21；

2016-06-28；編輯：陸李萍

國家自然科學(xué)基金項目“龍門山地區(qū)涪江上游晚新生代水系演化與新構(gòu)造響應(yīng)研究”(41072164)

白毛偉(1991— )， 男，碩士研究生，地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事沉積學(xué)研究，E-mail: 17863349965@163.com

P542

A

1674-3636(2016)04-0640-06