顏照坤, 李勇, 李海兵, 董順利, 閆亮, 李?yuàn)^生

1) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都, 610059; 2) 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100037; 3) 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京, 100029

內(nèi)容提要：本文根據(jù)鉆井、地層剖面等資料，利用Surfer8.0軟件編制出晚三疊世以來龍門山前陸盆地各構(gòu)造層序的殘留地層等厚圖，計(jì)算出6個(gè)構(gòu)造層序地層的沉積總量、沉積通量。沉積通量分別為：300.2g /(m2·ka) 、66.5 g /(m2·ka) 、71.7 g /(m2·ka) 、38.5 g /(m2·ka) 、113.0 g /(m2·ka) 、1204.6 g /(m2·ka)。利用物質(zhì)平衡法將各階段沉積物回剝至物源區(qū)，計(jì)算各階段物源區(qū)剝蝕速率分別為：167.3 mm/ka、22.5 mm/ka、22.9 mm/ka、9.8 mm/ka、22.9 mm/ka、319.4 mm/ka。計(jì)算結(jié)果表明，晚三疊世以來，物源區(qū)的剝蝕速率和沉積區(qū)的沉積速率均具有先減小后增大的變化規(guī)律，晚三疊世和晚新生代是剝蝕—沉積過程最強(qiáng)烈的兩個(gè)階段，可能對(duì)應(yīng)了龍門山強(qiáng)烈隆升的兩個(gè)時(shí)期。根據(jù)對(duì)盆地沉積物總量的估算，利用物質(zhì)平衡的原理，可以推算出龍門山自晚三疊世開始隆升到現(xiàn)在，龍門山?jīng)_斷帶的地殼隆升幅度大于10～12km，平均剝蝕厚度超過7.05km。

山脈的隆升與剝蝕過程研究一直是地學(xué)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，而與造山帶毗鄰的沉積盆地則真實(shí)地記錄了山脈的隆升、剝蝕歷史(符超峰等，2005)。物質(zhì)平衡法是一種再造古地形的定量研究方法，它是根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)，在一個(gè)封閉的剝蝕—沉積系統(tǒng)內(nèi)，剝蝕總量與沉積總量存在物質(zhì)守恒的關(guān)系，通過將沉積盆地內(nèi)的物質(zhì)重新“搬回”物源區(qū)的手段，進(jìn)行古地形再造(Hay et al.,1989；Word，1990)。Métivier 等(1997)根據(jù)東天山與其毗鄰盆地之間的物質(zhì)守恒關(guān)系，對(duì)東天山進(jìn)行了古地形的恢復(fù)。Anell等(2010)根據(jù)物質(zhì)平衡的原理，通過對(duì)新生代北海沉積物堆積量的計(jì)算與分析，恢復(fù)了挪威新生代的古高度。

在國(guó)內(nèi)，汪品先等(1993)、符超峰(2005)在總結(jié)國(guó)外運(yùn)用物質(zhì)平衡法進(jìn)行古高度再造的基礎(chǔ)上，對(duì)此研究方法的基本原理、數(shù)據(jù)采集、整理與計(jì)算、古高度校正等做了系統(tǒng)的闡述。王國(guó)芝等(1999，2000)利用鶯歌海盆地和瓊東南盆地堆積物對(duì)滇西高原的中新世、第四紀(jì)隆升史進(jìn)行了恢復(fù)。王成善等(2000)根據(jù)質(zhì)量平衡的思想，提出了對(duì)新生代青藏高原進(jìn)行古地形再造的方法：按照物源方向和一定的分配方案，將匯水盆地內(nèi)的沉積物回剝至剝蝕區(qū)，重建任一時(shí)間段內(nèi)剝蝕區(qū)和沉積區(qū)的地形。近年來，國(guó)內(nèi)許多研究者也在嘗試?yán)梦镔|(zhì)平衡的方法，研究剝蝕—沉積系統(tǒng)的剝蝕過程和沉積過程。向芳等(2001)利用利用質(zhì)量平衡法對(duì)青藏高原新生代的造山作用做了定量恢復(fù)。王利等(2007)對(duì)大別山及其毗鄰盆地的研究過程中，在假定大別山毗鄰的十個(gè)盆地內(nèi)沉積物全部來源于大別山，且大別山的剝蝕物質(zhì)全部沉積于毗鄰盆地中的情況下，通過對(duì)新生界沉積物堆積量和堆積速率的計(jì)算，獲得了大別山在新生代的剝蝕厚度和剝蝕速率。筆者等在前期的研究過程中，通過對(duì)龍門山前陸盆地晚三疊世沉積通量的精確刻畫，重塑了龍門山晚三疊世的隆升歷史和剝蝕過程(顏照坤等，2010)。

本文試圖利用物質(zhì)平衡法恢復(fù)古地形的原理，通過對(duì)龍門山前陸盆地晚三疊世以來殘留地層沉積通量的計(jì)算，獲得對(duì)造山帶剝蝕厚度和剝蝕速率的精確刻畫，進(jìn)而重塑龍門山造山帶晚三疊世以來的隆升—?jiǎng)兾g歷史。

圖 1 龍門山及鄰區(qū)構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig. 1 Tectonic—geological map of the Longmen Mts. and adjacent regionF1—汶川—茂汶斷裂；F2—北川—映秀斷裂；F3—彭灌斷裂；Q—第四系；N—新近系；E—古近系；R—古近系+新近系；K2—上白堊統(tǒng)；K1—下白堊統(tǒng)；K—白堊系；J3—上侏羅統(tǒng)；J2—中侏羅統(tǒng)；J1+2—下侏羅統(tǒng)+中侏羅統(tǒng)；J1—下侏羅統(tǒng)；J—侏羅系；T3J—上三疊統(tǒng)+侏羅系；T3—上三疊統(tǒng)；T2—中三疊統(tǒng)；T1+2—下三疊統(tǒng)+中三疊統(tǒng)；T1—下三疊統(tǒng)；T—三疊系；PT—二疊系+三疊系；Pz—古生界；Z—震旦系；Pt—元古界；AnZ—前震旦系；γ—花崗巖F1— Wenchuan—Maowen fault；F2— Beichuan—Yingxiu fault；F3—Pengguan fault；Q— Quaternary；N—Neogene；E— Paleogene；R— Paleogene+Neogene；K2—Upper Cretaceous；K1—Lower Cretaceous；K— Cretaceous；J3—Upper Jurassic；J2—Middle Jurassic；J1+2—Lower Jurassic + Middle Jurassic；J1—Lower Jurassic；J— Jurassic；T3J—Upper Triassic+Jurassic；T3—Upper Triassic；T2— Middle Triassic；T1+2—Lower Triassic + Middle Triassic；T1— Lower Triassic；T— Triassic；PT— Permian+ Triassic；Pz— Paleozoic；Z— Sinian(Ediacaran) System；Pt— Proterozoic；AnZ— Pre-Sinian(Pre-Ediacaran)；γ— granite

1 龍門山及其前陸盆地地質(zhì)概況

龍門山?jīng)_斷帶北起廣元南至天全，長(zhǎng)約500km，寬約30km，處于揚(yáng)子地臺(tái)和松潘—甘孜褶皺帶的分界線上，既是青藏高原的東界又是四川盆地的西緣，屬于松潘—甘孜造山帶的前緣沖斷帶(許志琴等，1992)。龍門山前山帶(北川—映秀斷裂以東)主要分布泥盆系、二疊系、三疊系等地層，而后山帶(北川—映秀斷裂以西)分布了泥盆系、二疊系、古生界、震旦系和前震旦系等地層，包括沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖和雜巖，地層構(gòu)成極其復(fù)雜(李勇等，2000；張偉?)(圖1)，反映了這一地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)過程。

晚三疊世，龍門山向東構(gòu)造逆沖推覆的的過程中，揚(yáng)子地臺(tái)西緣在龍門山逆沖推覆體構(gòu)造負(fù)載的作用下發(fā)生撓曲沉降(郭正吾，1996；LI Yong et al.，2003)，在龍門山構(gòu)造帶由北西向南東沖斷的過程中，具有由北西向南東漸次推進(jìn)的前展式特征，導(dǎo)致在龍門山前緣地區(qū)礫質(zhì)粗碎屑楔狀體的周期性出現(xiàn)和前陸盆地的幕式沉積(李勇等，1995)。對(duì)劍門關(guān)地區(qū)晚侏羅世沉積體系空間配置和沉積背景的分析表明，晚侏羅世蓮花口組沉積早期是龍門山逆沖推覆強(qiáng)烈的時(shí)期(徐世球等，2001)。通過對(duì)龍門山地區(qū)鋯石和磷灰石裂變徑跡測(cè)試的分析，結(jié)果表明中—新生代龍門山主要有印支期(約200Ma)、早白堊世末期(約100Ma)、早新生代(65～30Ma)以及晚中新世(15～9Ma)等四個(gè)冷卻事件，即龍門山的隆升歷史總體上經(jīng)歷了中生代至早新生代的緩慢隆升和晚新生代的快速隆升(李智武等，2010)。因此，關(guān)于龍門山經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造活動(dòng)，隆升—?jiǎng)兾g過程較為復(fù)雜。

龍門山前陸盆地是我國(guó)典型的前陸盆地之一，自晚三疊世以來，龍門山前陸盆地充填了1萬余米的海相至陸相沉積物，包括了上三疊統(tǒng)至第四系巨厚的地層，與下伏地層以不整合的形式接觸，垂向上具有由海相沉積物到海陸過渡相沉積物，再到陸相沉積物的變化特征，并且具有向上變淺、變粗的序列(李勇等，2006)，除新近系缺失較多外，上三疊統(tǒng)、侏羅系、白堊系、古近系、第四系均發(fā)育(圖1)。

2 基本理論與研究方法

物質(zhì)平衡古地理再造方法(Hay et al., 1989；Word，1990)的基本原理是以物源作為剝蝕區(qū)與毗鄰盆地之間的聯(lián)結(jié)紐帶，利用盆地沉積物增減研究確定造山帶上剝蝕掉的物質(zhì)數(shù)量，從而確定剝蝕區(qū)山脈的隆升—?jiǎng)兾g過程。其核心思想就是將碎屑沉積作用過程作為一個(gè)封閉系統(tǒng)(包括所有剝蝕區(qū)和沉積區(qū))，以目前的剝蝕區(qū)海拔高度為基礎(chǔ)，逐步將盆地的沉積物質(zhì)剝下來，重新搬回物源區(qū)，以恢復(fù)造山帶不同時(shí)期的古地形高度，為再造物源區(qū)剝蝕通量和隆升過程提供依據(jù)(汪品先等，1993)。

根據(jù)物質(zhì)平衡法所需的條件，對(duì)本次研究做出以下幾方面假定：(1)本文得出的沉積通量、沉積速率和剝蝕速率均代表各個(gè)階段的平均沉積通量、平均沉積速率和平均剝蝕速率，通過對(duì)這些平均值變化規(guī)律的分析，最終得出晚三疊世以來龍門山與前陸盆地之間的剝蝕—沉積系統(tǒng)的演化歷史。(2)晚三疊世至今，由于整個(gè)剝蝕—沉積系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生巨大的變化，物源區(qū)范圍和沉積區(qū)范圍已經(jīng)無法精確確定，但是，物源區(qū)面積和沉積區(qū)面積對(duì)本次研究又是必不可少的。本次研究的主要對(duì)象是來自盆地西部(龍門山及其西側(cè)地區(qū))的沉積物。然而盆地內(nèi)的沉積物并非完全來自其西部地區(qū)，來自東部、南部和北部地區(qū)的沉積物也是不可忽視的，因此，下文將充分考慮剝蝕區(qū)與沉積區(qū)物源對(duì)比分析(主要是鋯石年齡)、地層出露情況(主要依據(jù)基巖出露情況、下三疊統(tǒng)出露情況)、構(gòu)造特征(基巖斷裂分布)構(gòu)造演化特征(由北向南推進(jìn)表明物源區(qū)總體上北寬南窄)等因素對(duì)物源區(qū)邊界進(jìn)行假定，用于剝蝕—沉積系統(tǒng)的剝蝕區(qū)數(shù)據(jù)計(jì)算中。

2.1 沉積階段的劃分

根據(jù)龍門山前陸盆地6個(gè)構(gòu)造層序(Li Yong et al.，2001)，本文將所研究的時(shí)間區(qū)間劃分為6個(gè)階段：Ds1、Ds2、Ds3、Ds4、Ds5和Ds6，然后，根據(jù)各個(gè)構(gòu)造層序內(nèi)部地層發(fā)育時(shí)代，對(duì)剝蝕—沉積階段做更進(jìn)一步的劃分(表1)。為了保持所研究的剝蝕—沉積過程在時(shí)間上的連續(xù)性，本文將漸新世和中新世(33.9～3.6Ma)劃入Ds5階段，沉積區(qū)面積采用與其時(shí)間上相鄰、空間上相似的廬山組、名山組的面積。由于尚無法對(duì)馬鞍塘期和小塘子期的物源區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，本文研究的第1個(gè)剝蝕—沉積階段Ds1僅為須家河期(表1)。

2.2 剝蝕區(qū)邊界的標(biāo)定

對(duì)現(xiàn)今四川盆地西部物源區(qū)的標(biāo)定較為容易，主要為岷江、涪江和青衣江上游流域，此外還包括龍門山東南坡眾多山前小河流域(圖2)。然而，對(duì)地史時(shí)期物源區(qū)邊界的標(biāo)定是本項(xiàng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，目前尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)此方面有效的研究方法。自晚三疊世以來超過200Ma的漫長(zhǎng)地史時(shí)期，龍門山及其西北側(cè)物源區(qū)的面積必定發(fā)生了變化，而這種變化也是很難進(jìn)行精確恢復(fù)的。本次將基于以下兩個(gè)方面的依據(jù)對(duì)物源區(qū)邊界進(jìn)行大致標(biāo)定：(1)通過地層特征判斷古流向，以確定物源方向；(2)通過對(duì)剝蝕區(qū)與沉積區(qū)巖石的對(duì)比分析，判斷盆地沉積物物質(zhì)來源。具體分析過程如下：

2.2.1 晚三疊世古流向的判別

通過對(duì)須家河組斜層理傾向、砂體空間展布、砂巖巖屑成分和輕重礦物組合分析(鄧康齡，1982)的分析，表明晚三疊世須家河組陸源碎屑主要來自盆地西北部已經(jīng)褶皺隆起的松潘甘孜褶皺帶。通過對(duì)前陸盆地內(nèi)上三疊統(tǒng)須家河組砂巖組分分析和古流向等資料的分析也表明須家河組物源主要來自其西部地區(qū)(林良彪等，2006；謝繼容等，2006)。此外，對(duì)四川盆地上三疊統(tǒng)的礫巖碎屑、砂巖骨架顆粒、碎屑重礦物組分的分析表明，龍門山(特別是北段)在須家河期前陸盆地提供大量物源(施振生，2010)。

表 1 龍門山前陸盆地晚三疊世以來剝蝕—沉積階段劃分Table 1 Stage division of erosion—deposition in the Longmen Mts. foreland basin since the Late Triassic

2.2.2 晚三疊世物源區(qū)與沉積區(qū)物源對(duì)比分析

四川盆地都江堰地區(qū)須家河組下部灰色長(zhǎng)石石英砂巖和須家河組上部的細(xì)砂巖中鋯石年齡主要集中在1800～1900Ma、2400～2500Ma、720～850 Ma、950～1200 Ma和400～450 Ma(鄧飛等，2008)，這一年齡分布區(qū)間基本繼承了松潘甘孜地區(qū)拉丁期至諾利期地層中碎屑鋯石的年齡(Weislogel et al., 2006; 蘇本勛等, 2006；Enkelmann et al., 2007；鄧飛等，2008)，表明晚三疊世晚諾利期，松潘甘孜盆地經(jīng)過短暫的沉積以后，迅速發(fā)生海退，并褶皺隆起，為其東部盆地提供物源。對(duì)比分析松潘甘孜地區(qū)卡尼期、諾利期地層和四川盆地須家河組中鋯石年齡表明，其年齡分布區(qū)間基本一致(鄧飛等，2008)。對(duì)松潘甘孜地區(qū)上三疊統(tǒng)取樣層位為早于須家河組的卡尼期侏倭組石英砂巖和諾利期新都橋組絹云板巖，分布在理縣以西，馬爾康以東地區(qū)。因此，可以推測(cè)晚三疊世須家河期，理縣以西地區(qū)已經(jīng)開始為其東部的龍門山前陸盆地提供物源，這個(gè)位置已經(jīng)非常接近現(xiàn)今岷江上流流域的南部邊界(圖2)。因此，可以認(rèn)為晚三疊世須家河期物源區(qū)范圍可能接近現(xiàn)今四川盆地西部物源區(qū)的范圍。

圖 2 龍門山及其周邊地區(qū)地貌水系圖(據(jù)李勇等，2006修改)Fig. 2 Landform and water system map of the Longmen Mts. and neighborhoods (Modifide from Li Yong et al., 2006)F1—汶川—茂汶斷裂；F2—北川—映秀斷裂；F3—彭灌斷裂F1—Wenchuan—Maowen Fault；F2—Beichuan—Yingxiu Fault；F3—Pengguan Fault

又因?yàn)檫\(yùn)用物質(zhì)平衡法分析剝蝕—沉積系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于物源區(qū)變化不是非常大的剝蝕—沉積系統(tǒng)，必須假設(shè)剝蝕—沉積系統(tǒng)規(guī)模不變。但是晚三疊世以來沉積地層的空間展布有很大差異，主要表現(xiàn)在晚三疊世—早白堊世沉積地層分布較廣，中白堊世以來沉積地層主要分布在龍門山中南段的前緣地區(qū)(圖3)。因此，我們假定現(xiàn)今岷江、涪江和青衣江三個(gè)流域作為晚三疊世—早白堊世的西側(cè)物源區(qū)(面積為44074km2)，中白堊世以來的西側(cè)物源區(qū)則為岷江和青衣江兩個(gè)流域(面積為31890km2)。

2.3 沉積區(qū)邊界的標(biāo)定

對(duì)沉積區(qū)邊界的標(biāo)定工作也是本次研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)之一。前陸盆地沉積物充填一般具有雙物源的特點(diǎn)，并且主要物源來自沖斷帶，次要物源來自克拉通(王成善等，2003)。在進(jìn)行沉積區(qū)邊界標(biāo)定前，必須考慮到以下三點(diǎn)：首先，現(xiàn)今保存在盆地內(nèi)的地層為殘留地層；其次，盆地內(nèi)的沉積物不僅僅來自西部物源區(qū)。因此，本次研究將通過對(duì)不同沉積階段的地層特征作詳細(xì)分析，以確定來自西部物源區(qū)的地層分布范圍。

2.3.1 晚三疊世沉積區(qū)邊界的標(biāo)定

川西地區(qū)晚三疊世須家河組總體上呈北東—南西向展布，并具有明顯的西厚東薄的特征(圖3a, 圖4a)。對(duì)晚三疊世須家河期巖相古地理的研究顯示，須家河期四川盆地物源主要有西部的龍門山，北部的大巴山以及來自東側(cè)和南側(cè)兩個(gè)方向的物源。各個(gè)方向的物源匯集到四川盆地，對(duì)研究來自龍門山的沉積物的研究造成干擾。但是巖相古地理研究表明：川中古隆起在須家河期大部分時(shí)期發(fā)育混物源的砂壩沉積體系，主要分布在儀隴、南充、遂寧、資陽一線；另外一小部分時(shí)期為剝蝕區(qū)，為四周提供物源。因此，來自其他地區(qū)的物源很少有越過川中古隆起，并且川中古隆起作為短暫的物源區(qū)并未對(duì)其西側(cè)提供大量物源。其他對(duì)川西地區(qū)須家河組巖相古地理的研究也有類似的認(rèn)識(shí)(郭旭升，2010；姜在興等，2007)。于是，可以以川中古隆起以西地區(qū)的須家河組沉積物主要來自于龍門山地區(qū)。根據(jù)須家河期四川盆地物源體系分布情況，將廣元—儀隴—南充—遂寧—資陽—眉山—夾江一線以西地區(qū)的須家河組作為來自龍門山的沉積物，即以地層厚度700m等值線為界，其以西地區(qū)沉積物來自龍門山(圖3a)。

2.3.2 早、中侏羅世沉積區(qū)邊界的標(biāo)定

早、中侏羅世，龍門山前陸盆地充填地層表現(xiàn)為板狀地層(圖4b)，盆地內(nèi)來自東部克拉通的沉積物與來自龍門山的沉積物混在一起，來自龍門山的沉積物東部邊界恢復(fù)難度較大。下面將從不同的角度，分別對(duì)早、中侏羅世的白田壩期(自流井期)、千佛崖期、沙溪廟期和遂寧期四個(gè)時(shí)期來自盆地西側(cè)物源區(qū)的沉積物邊界進(jìn)行標(biāo)定。

圖 3 晚三疊世以來龍門山前陸盆地地層厚度等值線圖Fig. 3 Isopach map of residual thickness of the formation in the Longmen Mts. foreland basin since the Late Triassic

(1)白田壩期(自流井期): 四川盆地早侏羅世白田壩期底部礫巖主要分布于米倉(cāng)山、大巴山前緣的萬源、南江、旺蒼等地，由廣元向南礫巖延伸較遠(yuǎn)，可達(dá)到鹽亭東側(cè)(四川盆地陸相中生代地層古生物編寫組，1984)，根據(jù)礫巖分布形態(tài)(等厚圖)，可以判斷物源主要來自米倉(cāng)山。據(jù)此可以判斷廣元南部較厚的白田壩組物源并未來自龍門山。因此，可以初步判斷來自龍門山的沉積物主要集中在龍門山中南段的前緣地區(qū)。此外，在龍門山中段(江油南部、安縣等地)和南段(蘆山、寶興等地)也發(fā)育底部規(guī)模較北部小很多的沖積扇礫巖，并向東至三臺(tái)、簡(jiǎn)陽、仁壽一帶已經(jīng)基本過渡為湖泊。因此可以將來自西側(cè)龍門山的沉積物東部邊界定在三臺(tái)、簡(jiǎn)陽、仁壽一線(圖3b)。

(2)千佛崖期: 中侏羅世千佛崖組在米倉(cāng)山前緣地區(qū)地層最厚，具有向上變細(xì)的退積型層序特征，下部為沖積扇相，上部為湖泊相。而在龍門山南段的東部盆地內(nèi)向東依次發(fā)育來自龍門山的沖積平原相、湖泊相，再往東發(fā)育來自東部地區(qū)的三角洲(王峻?)，西部的沖積平原前端與東部的三角洲前端之間的中線大約在仁壽附近。龍門山中段都江堰、成都至綿陽等地發(fā)育三角洲，前端大概延伸至三臺(tái)以東地區(qū)。龍門山北段發(fā)育沖積平原相。來自江油的物源與來自米倉(cāng)山、大巴山的物源混在一起，但是從地層厚度可以判斷發(fā)育兩個(gè)沉降中心，因此在龍門山北段的前緣地區(qū)可以根據(jù)地層厚度判斷來自龍門山的沉積物的邊界(圖3c)。

(3)沙溪廟期: 通過對(duì)川西安縣至蒲江地區(qū)沙溪廟組進(jìn)行野外剖面古流向測(cè)量和測(cè)井古流向分析的結(jié)果(朱宏權(quán)?)表明，來自西側(cè)龍門山的物源在盆地內(nèi)可以達(dá)到現(xiàn)在的龍泉山以東地區(qū)。但是，由于米倉(cāng)、山大巴山向盆地提供大量物源，對(duì)來自西側(cè)龍門山的沉積物邊界判別造成干擾，因此還需要結(jié)合砂體分散體系，沉積體系展布圖，進(jìn)行沉積邊界標(biāo)定。砂體分散體系和沉積體系展布研究(朱宏權(quán)?)表明，來自西側(cè)(龍門山)和北側(cè)(米倉(cāng)山、大巴山)兩個(gè)物源體系之間的界限以仁壽、簡(jiǎn)陽、三臺(tái)一線為界，結(jié)合龍門山北段前緣的地層厚度特征，將來自龍門山的沉積物邊界定在劍閣附近。因此，將來自盆地西側(cè)龍門山的沉積物邊界標(biāo)定在仁壽、簡(jiǎn)陽、三臺(tái)、劍閣一線(圖3d)。

(4)遂寧期: 在中侏羅世遂寧期，龍門山前緣北起劍閣南至天泉廣泛分布一套礫巖，寬約20～30km。對(duì)遂寧組砂巖厚度和沉積相(以沖積扇—三角洲為主)分析也表明來自龍門山的沉積物可以延伸到仁壽、簡(jiǎn)陽、三臺(tái)一線，甚至可以繼續(xù)向東一定距離(高紅燦等，2006)。

結(jié)合上述分析，將來自盆地西側(cè)龍門山的沉積物邊界標(biāo)定在仁壽、簡(jiǎn)陽、三臺(tái)一線的西側(cè)，在龍門山北段，根據(jù)沉降中心的分布，將來自龍門山的沉積物邊界定在劍閣附近(圖3e)。

2.3.3 晚侏羅世—早白堊世沉積區(qū)邊界的標(biāo)定

(1)蓮花口期(蓬萊鎮(zhèn)期): 蓮花口期，在龍門山前沉積的地層底部為具有的沖積扇扇根相礫巖(圖4c)，中部為扇中相辮狀河道砂、礫巖，上部為扇端相洪泛平原沉積(李勇等，1995)，具有向上變細(xì)的退積型層序特征。蓮花口組在龍門山前沖積扇較發(fā)育，為多個(gè)扇體側(cè)向相連接構(gòu)成的沖積扇群，單個(gè)沖積扇最大可以延伸30km。由龍門山向東側(cè)盆地依次發(fā)育沖積扇、三角洲和濱湖。對(duì)四川盆地蓮花口期的巖相古地理研究表明，從龍門山地區(qū)進(jìn)入盆地的沖積扇—三角洲可以向東延伸至彭山、金堂附近，而來自東部的三角洲可以向西延伸至資中、射洪、儀隴一線。因此，結(jié)合巖相古地理圖可以將來自龍門山的沉積物邊界確定在名山、彭山、三臺(tái)、廣元一線(圖3f)。另外，此時(shí)可能已經(jīng)開始發(fā)育(李勇等，1995)，形成低隆起，將來自龍門山中南段的沉積物被限制在現(xiàn)今龍泉山以西地區(qū)。對(duì)龍門山北段前緣劍門關(guān)地區(qū)晚侏羅世古水流方向和物源的分析，表明龍門山為主要物源區(qū)(徐世球等，2001；徐強(qiáng)等，2001)。

(2)城墻巖期: 城墻巖期，龍門山前緣的沖積扇群仍然比較發(fā)育。在盆地西北緣，城墻巖組下部為沖積扇相，上部為河流相；在盆地西緣自下向上依次發(fā)育扇根相、扇中相和扇端相，具有典型的退積型層序特征；盆地西南緣下部發(fā)育辮狀河，上部發(fā)育曲流河(李勇等，1995)。此時(shí)，龍泉山已經(jīng)定型(李勇等，1995)，說明城墻巖期來自龍門山中南段的沉積物被限制在龍門山和龍泉山之間，即龍泉山就是中南段的沉積邊界。在龍門山北段，山前地區(qū)發(fā)育沖積扇和扇三角洲，在梓潼以東地區(qū)過渡為濱淺湖(梁詩(shī)明?)。

結(jié)合以上分析，將城墻巖期來自龍門山的沉積物東部邊界標(biāo)定在廣元、梓潼、金堂、眉山、雅安一線(圖3g)。

2.3.4 中白堊世沉積區(qū)邊界的標(biāo)定

中白堊世，在川西地區(qū)沉積了一套夾關(guān)組地層，來自龍門山的沉積物主要分布于龍門山中南段與龍泉山之間，龍泉山以東的樂山—黔北盆地以風(fēng)成沉積為主(李勇等，1995)。該時(shí)期以盆地主要發(fā)育沖積扇和河流沉積體系，湖泊沉積體系不發(fā)育(羅威?)。該時(shí)期來自龍門山的沉積物被限制在龍泉山以西地區(qū)，因此，可以將龍泉山一線作為來自龍門山的沉積物的東部邊界(圖3h)。

圖 4 晚三疊世以來龍門山前陸盆地演化剖面圖(據(jù)王金琪，1991；李勇等，1995，2006修改)Fig. 4 Evolution section map of the Longmen Mts. foreland basin since the Late Triassic (Modifidefrom Wang Jinqi,1991; Li Yong et al. , 1995, 2006)F1—汶川—茂汶斷裂；F2—北川—映秀斷裂；F3—彭灌斷裂F1—Wenchuan—Maowen Fault；F2—Beichuan—Yingxiu Fault；F3—Pengguan Fault

2.3.5 晚白堊世—中新世沉積區(qū)邊界的標(biāo)定

晚白堊世—中新世，龍門山前陸盆地沉積地層包括：灌口組、名山組和蘆山組。

(1)灌口期: 灌口組主要分布在龍門山中南段前緣地區(qū)，具有西厚東薄、南厚北薄的特征，發(fā)育兩個(gè)沉降中心，位于蘆山和都江堰附近，厚度超過1000m。灌口組地層大部分遭受不同程度的剝蝕，根據(jù)殘留地層進(jìn)行的巖相古地理研究表明，在蘆山和都江堰地區(qū)發(fā)育兩個(gè)沖積扇沉積體系，并向東過渡為河流、湖泊沉積體系(梁詩(shī)明?)。根據(jù)前人的巖相古地理研究(梁詩(shī)明?；紀(jì)相田等，1995)本文以龍泉山一線作為來自龍門山的沉積物東界(圖3i)。

(2)名山期、蘆山期: 名山期的沉積同樣在龍門山中南段前緣地區(qū)較為發(fā)育，沉積特征也繼承了晚白堊世的沉積特征，在天泉至蘆山一帶發(fā)育沖積扇沉積體系，向東過渡為以泥巖為主含石膏的湖相沉積(羅威?)。蘆山組整合與名山組地層之上，空間上分布在蘆山、雅安一帶，主要為湖泊、河流沉積體系。由于名山期和蘆山期的沉積作用主要繼承了晚白堊灌口期的沉積特征，本次研究將名山期、蘆山期來自龍門山的沉積物東部邊界也確定在龍泉山一線(圖3j)。

2.3.6 晚新生代沉積區(qū)邊界的標(biāo)定

晚新生代沉積物主要分布于成都盆地，自下向上依次發(fā)育大邑礫巖、雅安礫石層、網(wǎng)紋狀紅土層和成都粘土，主要發(fā)育河流相和沖積扇相(李勇等，1995, 2006)(圖4e)。由于晚新生代地層處于地表，是可以之間觀測(cè)到的，因此沉積區(qū)邊界較容易標(biāo)定(圖)。但是，由于現(xiàn)今成都盆地并不是封閉性的盆地，在使用沉積物數(shù)量進(jìn)行物源區(qū)剝蝕量和剝蝕厚度恢復(fù)時(shí)必須考慮盆地內(nèi)沉積物是不完整的(圖3k)。

3 前陸盆地沉積通量的計(jì)算

3.1 沉積通量的初步計(jì)算

對(duì)前陸盆地內(nèi)沉積物的沉積物質(zhì)量的計(jì)算是本次研究的前提。在確定各個(gè)階段來自沖斷帶的沉積物分布范圍和沉積物厚度的情況下，可以計(jì)算得到各個(gè)階段沉積物體積。然后，可以計(jì)算在任何一個(gè)剝蝕—沉積階段內(nèi)，被搬運(yùn)至沉積區(qū)物質(zhì)的質(zhì)量為：

Ms=V·ρ

(1)

其中：Ms為沉積物質(zhì)量，單位t；V 為沉積總體積，單位 m3；ρ為巖石密度，單位 t/m3。

此外，為了體現(xiàn)各個(gè)剝蝕—沉積階段從剝蝕區(qū)被搬運(yùn)到沉積區(qū)物質(zhì)的差異性，還需要對(duì)各個(gè)階段的沉積通量進(jìn)行計(jì)算。沉積通量是指在一定單位時(shí)間內(nèi)，單位面積上所沉積的固體物質(zhì)總量，本文中的沉積通量是指龍門山前陸盆地晚三疊世在各個(gè)沉積時(shí)期內(nèi)，單位時(shí)間單位面積上沉積物的質(zhì)量。計(jì)算公式為：

AR=Ms/S·△t

(2)

其中：AR為沉積通量，t/(m2·Ma)；Ms為沉積物質(zhì)量，t；S為沉積區(qū)面積，m2；△t為沉積持續(xù)時(shí)間，Ma。

通過上文對(duì)各個(gè)剝蝕—沉積階段來自龍門山的沉積物邊界進(jìn)行標(biāo)定，下一步就可以對(duì)各個(gè)階段的沉積物數(shù)量進(jìn)行定量計(jì)算。為了能夠精確計(jì)算各個(gè)剝蝕—沉積階段的沉積物數(shù)量，本文搜集了各階段沉積地層的厚度等值線圖，并根據(jù)實(shí)測(cè)剖面、鉆井和地震剖面等資料所揭示的地層厚度，對(duì)地層厚度等值線進(jìn)行調(diào)整。以這些地層厚度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用Surfer8.0軟件中自動(dòng)生成等厚線圖，并可以計(jì)算出各階段的沉積量(沉積物體積)，其基本原理如下：在圖面上布置若干水平和垂直交錯(cuò)并等距的網(wǎng)格，把每個(gè)單位網(wǎng)格作為微元，然后根據(jù)每個(gè)微元的面積及其所對(duì)應(yīng)的地層厚度計(jì)算該微元范圍內(nèi)的地層的體積，逐個(gè)計(jì)算，最后累加的結(jié)果即是各組段殘留地層的總體積。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：計(jì)算原理是微積分的原理；Z軸(表示地層厚度)數(shù)據(jù)存在負(fù)值；給出盆地沉積物總體積，且計(jì)算體積包括正體積和負(fù)體積，可取正值作為沉積通量的基本數(shù)據(jù)。這種方法還可以避免手工計(jì)算的繁雜和較大的人為誤差(黎兵?；顏照坤?；顏照坤等，2010)。

另外，利用Surfer8.0軟件還可以得出盆地殘留地層覆蓋面積，于是可以獲得各階段殘留地層沉積總量及其覆蓋面積等數(shù)據(jù)。將沉積總量(V)、殘留地層面積(S)和持續(xù)時(shí)間(△t)代入公式(1)，即可以計(jì)算出各階段沉積總量(表2)。

3.2 沉積通量的矯正

在計(jì)算沉積通量的過程中，必須考慮以下兩點(diǎn)關(guān)鍵問題：① 現(xiàn)今的成都盆地為外流盆地，從物源區(qū)剝蝕下來的沉積物并未完全保留在盆地內(nèi)；② 新生代地層存在大量的缺失，如果忽視對(duì)缺失地層對(duì)剝蝕—沉積系統(tǒng)的影響，在對(duì)物源區(qū)剝蝕過程進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，會(huì)造成剝蝕過程的不連續(xù)性，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)古高度的恢復(fù)。

表 2 晚三疊世以來龍門山前陸盆地沉積物數(shù)量計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of calculation results on the amount of the sediment in the Longmen Mts. foreland basin since the Late Triassic

針對(duì)以上問題，本文將從以下幾方面工作進(jìn)行解決：

(1)由于現(xiàn)今的成都盆地并非一個(gè)封閉的盆地，因此，上文對(duì)晚新生代(3.6Ma)以來成都盆地內(nèi)沉積物的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該遠(yuǎn)小于實(shí)際從物源區(qū)剝蝕下來的物質(zhì)。根據(jù)岷江紫坪鋪站1955～1974年的水文資料，獲得岷江上游年輸沙量，并計(jì)算出晚新生代(3.6Ma)岷江上游剝蝕厚度約為1150m(李勇等，2006)，這一數(shù)值遠(yuǎn)大于根據(jù)成都盆地內(nèi)沉積物數(shù)量獲得的物源區(qū)剝蝕厚度14.5m。此外1150m的剝蝕厚度與其他方法(岷江下蝕速率、裂變徑跡、宇宙核素、數(shù)字高程模型等)獲得的結(jié)論較為一致。于是，假設(shè)岷江上游流域的剝蝕厚度1150m適用于所有物源區(qū)，即晚新生代(3.6Ma)物源區(qū)剝蝕厚度為1150m。于是，可以計(jì)算出晚新生代物源區(qū)剝蝕量為36674km3(31890km2×1.15km)，總質(zhì)量為92052 Gt。

(2)由于晚白堊世至中新世存在較多的地層缺失(以漸新世和中新世為主)(表1)，本文必須進(jìn)行半定量的恢復(fù)，否則將對(duì)后期總隆升幅度和總剝蝕厚度的計(jì)算造成極大干擾。對(duì)于這部分地層的缺失，前人已經(jīng)做了大量的研究工作，利用裂變徑跡和鏡質(zhì)體反射率獲得四川盆地新生代(65.5 Ma)剝蝕量為2～3km(張毅?)。利用古地溫的方法獲得新生代(65.5 Ma)川西地區(qū)剝蝕最厚的地方位于龍門山南段的前緣地區(qū)，最厚可以超過3000m，到成都減少到2100m，平均約為2500m(朱傳慶等，2009)。利用裂變徑跡測(cè)得晚白堊世(88.6 Ma)以來川西地區(qū)剝蝕厚度約為2000～4000m(鄧賓等，2009)。上述研究結(jié)論較為一致，本文采用2500m作為88.6 Ma至3.6Ma這一階段盆地內(nèi)沉積物的剝蝕厚度，面積參考名山期、蘆山期的沉積面積21227km2，于是可以計(jì)算出88.6 Ma至3.6Ma盆地內(nèi)沉積物被后期剝蝕掉了53068 km3，質(zhì)量為138221Gt，在計(jì)算Ds5階段剝蝕量時(shí)需要增加這部分物質(zhì)。

綜合上述分析和計(jì)算結(jié)果，可以利用公式②獲得晚三疊世以來六個(gè)剝蝕—沉積階段的沉積通量(表3，圖5)。

4 龍門山隆升幅度與剝蝕厚度的估算

剝蝕厚度是指龍門山前陸盆地物源區(qū)被剝蝕掉物質(zhì)的平均厚度。剝蝕速率是指龍門山前陸盆地物源區(qū)單位時(shí)間內(nèi)被剝蝕的量(顏照坤等，2010)。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，從物源區(qū)剝蝕下來的物質(zhì)質(zhì)量等于盆地內(nèi)沉積物的質(zhì)量。于是可以計(jì)算出六個(gè)剝蝕—沉積階段的剝蝕厚度和剝蝕速率(表4)。通過對(duì)沉積通量和剝蝕速率的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)晚三疊世以來，物源區(qū)的剝蝕速率和沉積區(qū)的沉積速率均具有先減小后增大的變化規(guī)律(圖5)。

在獲得晚三疊世以來每個(gè)階段的剝蝕厚度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，便可獲得晚三疊世以來剝蝕區(qū)的總剝蝕厚度約為7.05km(表4)，由于龍門山地區(qū)與其西側(cè)川西高原出露地層表明龍門山地區(qū)出露地層較老(圖1)，反映了龍門山地區(qū)具有比其西側(cè)川西高原地區(qū)更高的剝蝕速率，因此，龍門山地區(qū)的剝蝕厚度應(yīng)該大于平均剝蝕厚度(7.05km)。

表 3 晚三疊世以來六個(gè)剝蝕—沉積階段沉積通量統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics of the sediment flux about the six erosion—deposition stages since the Late Triassic

表 4 晚三疊世以來六個(gè)剝蝕—沉積階段剝蝕速率統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics of the denudation rate about the six erosion—deposition stages since the Late Triassic

圖 5 晚三疊世以來龍門山盆—山系統(tǒng)剝蝕速率與沉積通量對(duì)比圖Fig. 5 Contrast diagram of denudation and sediment flux in the system of the Longmen Mts. foreland and orogenic belt since the Late Triassic

由于對(duì)某一階段的剝蝕區(qū)的地表隆升幅度主要受兩方面因素的影響，分別為地殼隆升幅度和該階段的剝蝕厚度，即“地表隆升幅度=地殼隆升幅度—?jiǎng)兾g厚度”(李勇等，2006)。上文已獲得晚三疊世以來剝蝕區(qū)的總剝蝕厚度約為7.05km(表4)，由于現(xiàn)今剝蝕區(qū)平均海拔為2.75km，于是可以獲得晚三疊世以來剝蝕區(qū)平均地殼隆升幅度大于10km，又由于現(xiàn)今龍門山的最大海拔約為5km，可以判斷晚三疊世以來龍門山部分地區(qū)的地殼隆升幅度大于12km。

根據(jù)龍門山的正均衡重力異常模擬反演的結(jié)果表明龍門山地區(qū)地殼隆升幅度達(dá)到11.2～12.6km(李勇等，2006)。利用磷灰石裂變徑跡法研究了龍門山地區(qū)的剝蝕作用，其結(jié)果表明龍門山至少有5～6km或7～10km的地層被剝蝕掉了(劉樹根等，2003；Xu Ganqing等，2000)。上述兩種方面獲得的結(jié)論與本文計(jì)算結(jié)果(龍門山地殼隆升幅度大于10～12km，剝蝕厚度大于7.05km)十分吻合。說明本文對(duì)龍門山與前陸盆地之間剝蝕—沉積系統(tǒng)的基本假定是合理的，通過這一方法進(jìn)一步限定了龍門山自晚三疊世以來的隆升幅度和剝蝕厚度。

5 結(jié)論

(1)龍門山前陸盆地與龍門山造山帶之間具有明顯的剝蝕—沉積響應(yīng)關(guān)系，晚三疊世以來，這種剝蝕—沉積響應(yīng)過程經(jīng)歷了三個(gè)階段：快速剝蝕—快速沉積階段、緩慢剝蝕—緩慢沉積階段和快速剝蝕—快速沉積階段，即物源區(qū)的剝蝕速率和沉積區(qū)的沉積速率均具有先減小后增大的變化規(guī)律。

(2)晚三疊世以來，不同階段的剝蝕速率和沉積速率差異較大，可能是不同階段構(gòu)造背景和氣候背景的差異性造成的。

(3)晚三疊世和晚新生代是剝蝕—沉積過程最強(qiáng)烈的兩個(gè)階段，可能反映了龍門山在這兩個(gè)時(shí)期的強(qiáng)烈構(gòu)造隆升作用。

(4)晚三疊世以來，對(duì)龍門山?jīng)_斷帶的地殼隆升幅度大于10～12km，平均剝蝕厚度超過7.05km。

注釋/Notes

? 張偉. 2012. 映秀—北川斷裂帶巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征研究——以汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探二號(hào)孔(WFSD-2)巖芯為例. 導(dǎo)師：李勇. 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.

? 王峻. 2007. 四川盆地上三疊統(tǒng)—侏羅系沉積體系及層序地層學(xué)研究. 導(dǎo)師：劉家鐸. 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.

? 朱宏權(quán). 2009. 川西坳陷中段沙溪廟組沉積相與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究. 導(dǎo)師：沈忠民. 成都理工大學(xué)博士學(xué)位論文.

? 梁詩(shī)明. 2009. 四川盆地北部晚侏羅世和白堊紀(jì)沉積古地理演化. 導(dǎo)師：陳建強(qiáng). 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)碩士學(xué)位論文.

? 羅威. 2010. 四川盆地中新生代地層區(qū)劃及盆地演化分析. 導(dǎo)師：石和. 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.

? 黎兵. 2004. 青藏高原東緣晚新生代隆升的沉積記錄與地貌響應(yīng). 導(dǎo)師：李勇. 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.

? 顏照坤. 2011. 龍門山與前陸盆地之間的剝蝕—沉積系統(tǒng)研究. 導(dǎo)師：李勇. 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.

? 張毅. 2006. 新生代以來四川盆地及龍門山的剝蝕作用. 導(dǎo)師：成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.