趙　千，楊凱峰，吳鴻天

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

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川西地區(qū)龍門山前陸地層磁組構(gòu)與應(yīng)力研究

趙千，楊凱峰，吳鴻天

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

四川盆地緊鄰龍門山?jīng)_斷帶，研究盆地西部新生代變形，對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解青藏高原隆升具有一定的科學(xué)意義。磁化率各向異性對(duì)地層應(yīng)力狀態(tài)變化非常靈敏。在雅安地區(qū)飛仙關(guān)鎮(zhèn)附近選取9個(gè)采點(diǎn)進(jìn)行巖石磁組構(gòu)分析，探討四川盆地西部巖石的構(gòu)造變形特征。磁組構(gòu)分析顯示出樣品具有沉積磁組構(gòu)和初始變形磁組構(gòu)特征。磁線理為NE-SW向，與區(qū)域褶皺軸方向一致，表明龍門山控制了四川盆地西部的構(gòu)造變形，并且研究顯示該變形發(fā)生在新生代。

四川盆地；新生代；應(yīng)力變形；磁組構(gòu)

利用巖石磁組構(gòu)分析推測(cè)巖石形成環(huán)境和所經(jīng)歷的歷程是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。作為一項(xiàng)地質(zhì)研究手段，其已經(jīng)滲透到地質(zhì)研究的各個(gè)領(lǐng)域。在沉積巖中，可以用來(lái)研究巖石的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、巖石沉積、搬運(yùn)方式。磁組構(gòu)可用一個(gè)三軸橢球體(K1≥K2≥K3)表示，其中K1、K2、K3分別代表最大、中間、最小磁化率主軸(Hronda，1982；Borradaile，1988)。整體上，磁化率橢球體的主軸與應(yīng)變橢球體三個(gè)軸具有非常好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。磁化率橢球體的形狀與沉積巖變形過(guò)程可以表示為：最初，K3軸與層理面垂直，K1軸垂直于構(gòu)造縮短方向；隨著變形的發(fā)生，K3軸沿平行于構(gòu)造縮短方向移動(dòng)，K1軸仍垂直于構(gòu)造縮短方向；當(dāng)巖層發(fā)生強(qiáng)應(yīng)變，K1軸垂直于層理方向，而K3軸平行于構(gòu)造縮短方向。

四川盆地西部位于龍門山?jīng)_斷帶前陸，其變形受龍門山活動(dòng)控制，由于其緊鄰青藏高原東緣，該地利用磁組構(gòu)研究其新生代的地層受力過(guò)程對(duì)認(rèn)識(shí)西藏地區(qū)新生代隆升過(guò)程具有重要意義，因此，討論龍門山前陸地區(qū)地層磁組構(gòu)類型與反應(yīng)的該地區(qū)的應(yīng)力過(guò)程。

1　區(qū)域地質(zhì)特征及采樣

四川盆地是我國(guó)著名的盆地之一。其位于華南板塊西北部，是在揚(yáng)子克拉通臺(tái)地基礎(chǔ)上形成和發(fā)展起來(lái)的復(fù)合型盆地，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化歷史，盆地基底由前震旦系變質(zhì)地層組成(郭正吾等, 1996)。與其他克拉通盆地相比，四川盆地的特點(diǎn)是其蓋層的強(qiáng)烈褶皺和受到不同方向構(gòu)造擠壓變形的改造，在其周緣形成了復(fù)雜的弧形褶皺構(gòu)造帶(張?jiān)罉虻? 2011)，是一個(gè)多因素耦合形成的大型構(gòu)造盆地(許效松等，1997)，四川盆地是在古生代廣闊海盆基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)的紅色陸相盆地(李巖峰，2005)，為世界上最大的紅層盆地之一，盆地面積約18～19×104km2(鄧康齡，1992；王澤成等，2002)，盆周山地是一系列低、中山。北部和東北部的米倉(cāng)山、大巴山弧形構(gòu)造帶，呈北西-南東走向。南緣和東南緣緊鄰川西南褶皺帶，多為低山為主，山脈走向北東-南西，宜賓以南轉(zhuǎn)為近東西向。西北緣、西南緣的龍門山?jīng)_斷帶，山體雄偉陡峭，以中山為主(圖1)。地層物質(zhì)組成和充填序列與盆地構(gòu)造地質(zhì)演化與周緣陜西的俯沖拼合過(guò)程密切相關(guān)。大面積分布中生代陸相紅層沉積，(郭正吾等, 1996；汪澤成等，2002)。

采樣剖面位于四川盆地西緣雅安市以西約10 km的飛仙關(guān)鎮(zhèn)(30.0°N，102.9°E)，所采巖石樣品為白堊世砂巖和粉砂巖。處于飛仙關(guān)斷層傳播褶皺。共分布采樣點(diǎn)九個(gè)，每個(gè)采樣點(diǎn)采集約10個(gè)定向樣品。所有在實(shí)驗(yàn)室樣品加工成長(zhǎng)22 mm、直徑25 mm的古地磁標(biāo)準(zhǔn)樣品。

圖1　四川盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)馬麗芳等, 2002)

2　樣品測(cè)試及結(jié)果

磁組構(gòu)(AMS)提供了磁性礦物定向排列的信息，為確定樣品中載磁礦物主要類型，我們選取三塊代表性樣品進(jìn)行等溫剩磁獲得和三軸熱退磁實(shí)驗(yàn)(圖2)。等溫剩磁(IRM)及反向直流場(chǎng)退磁曲線實(shí)驗(yàn)顯示，雅安地區(qū)樣品剩磁強(qiáng)度隨外部直流磁場(chǎng)的增大逐步遞增，在正向場(chǎng)強(qiáng)0～800 mT磁化強(qiáng)度快速增加，當(dāng)正向外加磁場(chǎng)達(dá)到2.2 T左右才能趨于飽和，當(dāng)所加反向磁場(chǎng)增加至400～500 mT之間時(shí)，樣品等溫剩磁強(qiáng)度減至0(圖2a)。三軸等溫剩磁熱退曲線顯示，三種磁組分在加熱加熱到680℃左右降至0，顯示了赤鐵礦的存在信息(圖2b)?？梢源_定，雅安剖面地層主要載磁礦物為赤鐵礦。

樣品磁化率測(cè)試在西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系古地磁實(shí)驗(yàn)室完成。用AGICO KLY-3s Kappabridge進(jìn)行磁化率各向異性測(cè)試。近年來(lái)的研究認(rèn)為沉積巖在形成過(guò)程中其磁性礦物顆粒的排布受重力影響最大，因此磁面理較磁線理發(fā)育，磁化率的張量橢球特征以壓扁狀為主；而在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，受到擠壓應(yīng)力的影響，磁線理會(huì)更為發(fā)育。我們利用在研究變形過(guò)程中具有代表行的磁化率參數(shù)各向異性度Pj、形態(tài)參數(shù)T、磁線理L和磁面理F等來(lái)研究該區(qū)域的變形特征。樣品其平均磁化率(Km)分布區(qū)間為：186 ×10-6～522×10-6。

(a)等溫剩磁獲得曲線；

(b)三軸等溫?zé)嵬舜徘€

褶皺前平行層面的縮短產(chǎn)生的應(yīng)變(LPS)。LPS應(yīng)變?cè)谑規(guī)r、砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖中通過(guò)磁組構(gòu)方法得到驗(yàn)證(Pares et al.,1999)。但水平縮短量很難估算。但是LPS相關(guān)的磁組構(gòu)結(jié)果顯示共軸變形和發(fā)展階段。初始為沉積磁組構(gòu)(磁線理、磁面理垂直層面和縮短方向)。最終演變?yōu)闃?gòu)造磁組構(gòu)(磁面理垂直層面和縮短方向)。中間磁組構(gòu)為磁線理垂直縮短方向，磁面理平行層面。

所采樣品巖性均為紅色、磚紅色、紫紅色粉砂巖，顆粒區(qū)別不明顯，通過(guò)測(cè)量樣品的磁化率各向異性，我們發(fā)現(xiàn)了樣品據(jù)有不同的磁組構(gòu)類型：沉積磁組構(gòu)(YK3和YK9)和其他樣品均為初始變形磁組構(gòu)(圖3)。這說(shuō)明在四川盆地內(nèi)部，受應(yīng)力作用較小，整體變形較弱。T-Pj圖顯示我們的樣品磁組構(gòu)T值都大于0，表現(xiàn)出磁化率橢球體壓扁的特征(圖4)。這說(shuō)明采樣點(diǎn)的磁組構(gòu)都表現(xiàn)出弱變形，壓扁狀磁組構(gòu)特征。

3　討論

前人的研究結(jié)果顯示在龍門山地區(qū)存在著較為明顯中生代和新生代兩期變形(杜思清等，1998；吳德超等，1998)，而川西地區(qū)我們采樣區(qū)地層為白堊系地層，不能夠直接確定該地區(qū)的新生代變形。而龍門山地區(qū)新生代的變形要強(qiáng)于中生代的變形，由圖3可以看出，采樣區(qū)樣品磁組構(gòu)特征并未受到構(gòu)造疊加應(yīng)力影響，我們認(rèn)為該地區(qū)所受應(yīng)力應(yīng)為新生代變形的結(jié)果，驗(yàn)證了前人研究結(jié)果一致(羅良等，2008)。

初始變形磁組構(gòu)中除YK1外，所有采點(diǎn)的磁線理L走向?yàn)镹E-SW向(圖3)，這與龍門山地區(qū)的整體走向一致，和盆地內(nèi)部區(qū)域的向斜也一致，說(shuō)明川西龍門山前陸盆地的地層所受應(yīng)力方向?yàn)镹W-SE向，與磁線理方向垂直。很可能是龍門山逆沖推覆作用所造成的。這也能夠說(shuō)明四川盆地西南褶皺帶對(duì)這一地區(qū)影響有限。雅安地區(qū)采樣點(diǎn)剖面位于飛仙關(guān)斷層傳播褶皺中，磁化率各向異性結(jié)果顯示磁面理與地層走向平行，磁線理與地層走向斜交，而且三個(gè)橢圓主軸分別聚集。羅良等(2013)在研究龍門山南段天全-樂(lè)山剖面磁組構(gòu)時(shí)，認(rèn)為龍門山新生代期間經(jīng)歷了局部的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而使定向排列的磁性礦物發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn)，使得磁線理方向與地層走向發(fā)生一定的分離。

正方形代表K1，三角形代表K2，圓代表K3，圓弧代表層面

圖4　采樣點(diǎn)磁組構(gòu)T-Pj圖

Saint-Bezar et al. (2002) 研究了South Atlas Front (Morocco)斷展褶皺，其AMS結(jié)果顯示出四種磁組構(gòu)特征：(i)沉積磁組構(gòu)位于未變形區(qū)域，(ii)中間磁組構(gòu)，(iii)構(gòu)造磁組構(gòu)K3軸圍繞平行縮短方向分布，(iv)磁面理與層面斜交的特殊構(gòu)造磁組構(gòu)。當(dāng)以赤鐵礦為載磁礦物的砂巖受到擠壓造成平行層面縮短(LPS)或褶皺的壓縮應(yīng)變時(shí)，K1軸方向通常垂直于LPS方向或平行于褶皺軸方向(Saint-Bezar et al., 2002)。而川西前陸盆地發(fā)育過(guò)程中，由于受到龍門山?jīng)_斷帶的影響可能產(chǎn)生的變形類型為：平行縮短變形和褶皺過(guò)程中的變形。我們的磁組構(gòu)結(jié)果顯示初始變形磁組構(gòu)均發(fā)生了平行縮短變形。也證明了我們的研究區(qū)域未受川西南褶皺帶構(gòu)造應(yīng)力的影響。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析雅安地區(qū)所采樣品的磁化率各向異性測(cè)試結(jié)果，得到以下結(jié)論：

(1)為磁化率各向異性研究前陸盆地?cái)鄬觽鞑ヱ薨檸r石變形提供了新的研究數(shù)據(jù)和支持證據(jù)。表明磁化率各向異性對(duì)巖石的變形具有非常高的敏感度，非常適用于研究所受應(yīng)力復(fù)雜地區(qū)的巖石所有應(yīng)力特征。

(2)研究表明延安地區(qū)所受應(yīng)力應(yīng)為新生代變形的結(jié)果，由龍門山?jīng)_斷帶所控制，為前人在該地區(qū)的研究結(jié)論提供了新的佐證。

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2016-03-14

趙千(1988-)，男，河北保定人，在讀碩士研究生，主攻方向：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。

P539.3

A

1004-1184(2016)04-0247-03