李 楠, 楊文光, 朱利東, 解 龍, 鐘 搖, 麥源君, 周 豫, 張洪亮

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

岡底斯位于青藏高原腹地(圖1-A)，經(jīng)歷了特提斯增生造山和印度-歐亞大陸碰撞造山過程[1]，記錄了多期構(gòu)造-巖漿活動，發(fā)育眾多不同時代、不同屬性的沉積盆地[2]。新一輪1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查在岡底斯東段厘定出一系列不同時代的增生雜巖[3-4]，識別出大量洋板塊地層單元[5-8]，為深入理解特提斯洋演化、大陸增生過程提供了重要基礎(chǔ)地質(zhì)資料。盡管前人對岡底斯板塊作了大量研究[9-12]，取得了一系列研究成果，但是，在一些關(guān)鍵問題的認(rèn)識上仍存在較大爭議。如對岡底斯南緣中三疊世-早侏羅世弧巖漿的構(gòu)造背景目前存在兩種截然不同的觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為其為班公湖-怒江洋向南俯沖的巖漿記錄[2,8,10,13]，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為其形成于雅魯藏布江洋向北俯沖的構(gòu)造背景[4,14-16]。之所以存在爭議，主要是由于岡底斯南緣盆地記錄較為有限，缺乏與巖漿弧同期沉積盆地的系統(tǒng)研究，制約了對岡底斯板塊構(gòu)造演化過程的理解。沉積盆地作為造山帶重要組成部分，記錄了造山過程的重要信息，可為造山帶精細(xì)結(jié)構(gòu)研究、造山作用歷史恢復(fù)和古地理重建提供沉積學(xué)依據(jù)[17]。造山帶內(nèi)沉積盆地通常受俯沖、增生和碰撞過程及后期地質(zhì)作用改造破壞，僅憑單一的沉積序列或沉積相難以恢復(fù)盆地原型[18]，而一些特殊的事件沉積記錄可為盆地原型恢復(fù)提供重要判別依據(jù)。

圖1 青藏高原大地構(gòu)造、岡底斯板塊大地構(gòu)造位置與研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Tectonic framework of the Tibetan Plateau, tectonic location of the Gangdise plate and simplified geological map of the study area(A)青藏高原大地構(gòu)造簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[10]); (B)岡底斯板塊大地構(gòu)造位置(據(jù)文獻(xiàn)[19]修改); (C)研究區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[21]修改)?；鹕綆r鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[8,14,19,20]

在野外地質(zhì)調(diào)查過程中，筆者在岡底斯板塊南緣上三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)劉瓊組中發(fā)現(xiàn)深水重力流沉積記錄。根據(jù)巖石學(xué)、沉積構(gòu)造、砂巖粒度特征及碎屑組分分析，結(jié)合最新區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料，對劉瓊組盆地屬性及深水沉積模式進(jìn)行探討，為進(jìn)一步理解特提斯洋俯沖-增生過程提供沉積學(xué)約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于岡底斯板塊南緣(圖1-B)，其北側(cè)直孔-松多一帶發(fā)育古特提斯洋的記錄[19]。直孔-松多洋自晚古生代形成以來，經(jīng)歷了持續(xù)的俯沖-增生，并于晚三疊世發(fā)生增生造山[3,5]。南側(cè)雅魯藏布江洋的形成時代至少不晚于三疊紀(jì)[4]，由于洋殼的北向俯沖使得在岡底斯南緣廣泛發(fā)育中三疊世-早侏羅世弧巖漿[8,14-15,20]。

劉瓊組(T3J1l)為桑日群中解體出的晚三疊世-早侏羅世地層，分布于雅魯藏布江北岸劉瓊村-多吉扎寺一帶，與北側(cè)昌果組(T2-3cg)、南側(cè)普夏組(T3p)均呈斷層接觸[21](圖1-C)。劉瓊組主要為碎屑巖和火山巖組合，局部可見灰?guī)r塊和滑塌角礫狀灰?guī)r(圖2)。在劉瓊組中獲得了181 Ma的安山巖鋯石U-Pb年齡[21]，Wang等[14]在劉瓊組獲得玄武巖鋯石U-Pb年齡為212 Ma，根據(jù)火山巖鋯石U-Pb年齡(圖1-C)確定劉瓊組沉積時代為晚三疊世-早侏羅世。昌果組是一套中-酸性火山巖組合[4]，其火山巖鋯石U-Pb年齡為226～235 Ma[8]，為中-晚三疊世雅魯藏布江洋向北俯沖的火山弧[4]。普夏組由晚三疊世中-基性火山巖與碳酸鹽巖組合構(gòu)成，具有典型洋島“雙層結(jié)構(gòu)”[4,7]，呈構(gòu)造巖塊產(chǎn)出。

圖2 昌果地區(qū)劉瓊組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of the Liuqiong Formation in the Changguo area

2 地層特征

2.1 野外特征

本文圍繞劉瓊村一帶出露的劉瓊組地層開展詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查以及剖面測制工作(圖2)。劉瓊組為一套呈北傾的單斜地層(圖3-A)，以碎屑巖和火山巖為主(圖3-B、C、D)，局部發(fā)育灰?guī)r塊和滑塌角礫狀灰?guī)r(圖3-E)。碎屑巖包括復(fù)成分礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖；火山巖包括玄武巖、安山巖、英安巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r。在部分層位中可見含灰?guī)r礫石的火山巖(圖3-F)。

圖3 昌果地區(qū)劉瓊組巖石類型Fig.3 Petrological characteristics of the Liuqiong Formation in the Changguo area(A)劉瓊組地層宏觀特征; (B)復(fù)成分礫巖, 礫石成分主要為灰?guī)r和火山巖; (C)塊狀砂巖，無明顯沉積構(gòu)造，與上、下層粉砂巖和泥巖呈突變接觸; (D)玄武巖與火山角礫巖接觸; (E)滑塌角礫狀灰?guī)r; (F)蝕變玄武巖中含灰?guī)r角礫

2.2 碎屑巖特征

根據(jù)野外及顯微鏡下觀察，劉瓊組碎屑巖主要包括復(fù)成分礫巖、雜砂巖、粉砂巖等不同類型(圖2)。①礫巖的露頭為棕紅色，新鮮面呈灰色，厚層狀，部分呈透鏡體狀，分選性較差；礫石體積分?jǐn)?shù)為60%～75%，成分復(fù)雜，可見灰?guī)r(圖4-A)、中-基性火山巖礫石(圖4-A、B)，呈次圓-次棱角狀，礫徑變化于0.5～10 cm，一般為2～5 cm，礫石無明顯定向排列；膠結(jié)物為鈣質(zhì)和砂泥質(zhì)。②巖屑雜砂巖的露頭呈褐紅色，風(fēng)化面為淺灰色(圖3-B)；細(xì)-中粒砂狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育平行層理，由石英(體積分?jǐn)?shù)約10%)、巖屑(50%～55%)、長石(約10%)及填隙物共同組成。其中巖屑以火山巖為主，長石主要為斜長石(圖4-C、D)；填隙物包括泥質(zhì)雜基(體積分?jǐn)?shù)為15%～20%)和方解石(3%～5%)。碎屑粒徑為0.15～0.25 mm，呈次棱角-次圓狀(圖4-C、D)。③巖屑長石雜砂巖的露頭呈黃褐色，新鮮面為青灰色，中粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由石英(體積分?jǐn)?shù)為15%)、長石(40%)、巖屑(25%)及填隙物共同組成；其中長石主要為斜長石，巖屑以火山巖為主(圖4-E、F)；填隙物包括泥質(zhì)雜基和方解石；碎屑粒徑為0.15～0.4 mm，呈次圓-次棱角狀(圖4-E、F)。

圖4 昌果地區(qū)劉瓊組碎屑巖特征Fig.4 Petrological characteristics of the Liuqiong Formation clastic rocks in the Changguo area(A)復(fù)成分礫巖中灰?guī)r和火山巖礫石,正交偏光; (B)復(fù)成分礫巖中火山巖礫石,正交偏光; (C)巖屑雜砂巖,單偏光; (D)巖屑雜砂巖,正交偏光; (E)巖屑長石雜砂巖(單偏光); (F)巖屑長石雜砂巖,正交偏光。Q.石英; Pl.斜長石; Lv.火山巖碎屑

2.3 砂巖粒度特征

采用普通薄片分析法測量劉瓊組砂巖碎屑顆粒的長軸直徑，每件樣品統(tǒng)計約400粒。利用圖解法分析所得數(shù)據(jù)，計算粒度參數(shù)，結(jié)果見表1。進(jìn)而繪制砂巖粒度概率累積曲線和C-M圖。

表1 劉瓊組砂巖粒度參數(shù)Table 1 Particle size parameters of Liuqiong Formation sandstones

劉瓊組砂巖以中-細(xì)粒巖屑雜砂巖為主，砂巖粒度累積概率曲線為“兩段式”，懸移載荷含量較高，斜率較低，表明砂巖分選性較差，顯示重力流沉積特征[22]。躍移載荷總體含量較低，斜率較高，與懸移載荷的交截點(diǎn)在1.25～3.50φ，反映重力流沉積過程也存在少量牽引流的沉積特征(圖5-A)。C-M圖顯示劉瓊組砂巖C值與M值投點(diǎn)平行于C=M基線(圖5-B)，說明劉瓊組砂巖具有快速堆積的重力流沉積特征[22]。

圖5 昌果地區(qū)劉瓊組砂巖粒度特征Fig.5 The characteristic of sandstone grainsizes of Liuqiong Formation in the Changguo area C值:粒度累積曲線上顆粒含量1%處對應(yīng)的粒徑; M值:粒度累積曲線上50%處對應(yīng)的粒徑

2.4 砂巖碎屑組分分析

砂巖碎屑組分統(tǒng)計方法為Gazzi-Dickinson記點(diǎn)法，在雙目鏡下統(tǒng)計出砂巖薄片中砂級(>62.5 μm)碎屑顆粒組分的數(shù)量，每張薄片統(tǒng)計數(shù)量大于300顆。在鏡下完成砂巖碎屑組分統(tǒng)計后換算出不同碎屑組分的百分比，然后繪制Dickinson三角圖[23]，進(jìn)而完成物源區(qū)構(gòu)造背景判別。

本文共統(tǒng)計了6件砂巖樣品的碎屑組分，結(jié)果見表2。砂巖樣品主要為巖屑雜砂巖、長石巖屑雜砂巖，分選性和磨圓度均較差，碎屑顆粒不均一，多為次棱角-次圓狀，反映其由源巖迅速剝蝕、快速堆積形成，與野外觀察的沉積構(gòu)造特征相吻合。砂巖碎屑組分統(tǒng)計結(jié)果顯示Qt(石英)、F(長石)和L(巖屑)三種組分換算后的數(shù)量百分比為8%∶35%∶57%。其中，石英占比較少，且主要為單晶石英，多晶石英僅在個別樣品中可見；長石主要是斜長石；巖屑以火山巖碎屑為主。根據(jù)上述統(tǒng)計結(jié)果繪制Dickinson三角圖解，在Qt-F-L、Qm-F-Lt、 Qp-Lv-Ls和Qm-P-K圖解中，劉瓊組砂巖樣品均顯示巖漿弧物源特征(圖6)。

表2 昌果地區(qū)劉瓊組砂巖碎屑組分統(tǒng)計Table 2 Clastic composition statistics of of Liuqiong Formation sandstone in Changguo area

圖6 昌果地區(qū)劉瓊組砂巖碎屑組分Dickinson三角圖解Fig.6 Dickinson triangular diagram of the sandstone detrital composition of Liuqiong Formation in the Changguo area (作圖方法據(jù)W.R.Dickinson等[23])

3 重力流沉積及相序組合

3.1 重力流沉積類型

根據(jù)巖石類型、沉積構(gòu)造和砂巖粒度特征，在劉瓊組中識別出滑塌、砂質(zhì)碎屑流和濁流3種重力流沉積類型。

3.1.1 滑塌沉積

滑塌是指內(nèi)部連貫的沉積物在沿著上凹滑動面運(yùn)移過程中，由于旋轉(zhuǎn)變形使得沉積物內(nèi)部發(fā)生形變的過程[24]。劉瓊組中滑塌沉積常見于中-細(xì)砂巖、粉砂巖等多種巖層中，滑塌層與未變形沉積互層，滑塌層表現(xiàn)為不同規(guī)模的滑塌變形構(gòu)造(圖7-A)，在滑塌變形的砂巖內(nèi)部可見條帶狀礫石帶(圖7-B)，具有礫石囊特征[25]。由于變形作用的增強(qiáng)，可見雜亂扭曲的砂巖層(圖7-A)，在細(xì)碎屑巖(粉砂巖/泥巖)中也可見到砂巖透鏡體發(fā)育(圖7-C)，共同指示深水滑塌沉積特征。

圖7 昌果地區(qū)劉瓊組重力流沉積特征Fig.7 Gravity-flow sedimentary characteristics of the Liuqiong Formation in the Changguo area(A)滑塌沉積,扭曲雜亂砂巖層; (B)滑塌沉積,砂巖中礫石囊; (C)滑塌沉積,豆莢狀砂巖透鏡體; (D)砂質(zhì)碎屑流, 粗砂巖中漂浮泥礫碎屑; (E)砂質(zhì)碎屑流, 粗砂巖中泥巖撕裂屑,與頂?shù)淄蛔兘佑|;(F)砂質(zhì)碎屑流,砂巖中呈不規(guī)則狀的泥巖撕裂屑;(G)濁流, 鮑瑪序列Ta-Td段、 Tb-Tc-Td段; (H)濁流,鮑瑪序列Ta-Tb-Tc-Td段,底部發(fā)育重荷模

3.1.2 砂質(zhì)碎屑流沉積

砂質(zhì)碎屑流是具有塑性流變特征的非牛頓流體，它是一種以整體凍結(jié)方式搬運(yùn)的砂質(zhì)沉積物流[26]。砂質(zhì)碎屑流很好地解釋了深水區(qū)無明顯沉積構(gòu)造的塊狀砂巖的成因[24]。劉瓊組中可見與頂、底界面呈突變接觸的塊狀砂巖(圖3-C)，反映其整體凍結(jié)式的搬運(yùn)過程[27]。此外，劉瓊組中常見含漂浮狀泥礫或泥巖撕裂屑的塊狀粗砂巖(圖7-D、E、F)，其中漂浮狀泥礫的磨圓度較好，隨機(jī)分布在塊狀砂巖中(圖7-D)。泥巖撕裂屑呈長條狀、不規(guī)則撕裂狀，分選性、磨圓度均較差，略具定向性(圖7-E、F),總體表現(xiàn)為典型砂質(zhì)碎屑流沉積特征。

3.1.3 濁流沉積

濁流是具有牛頓流體性質(zhì)的沉積物流，當(dāng)外力消失時，濁流中的懸浮顆粒將從大到小依次沉積，從而形成以正粒序?yàn)榈湫吞卣鞯某练e[24]。劉瓊組濁積巖底部常見重荷模等底模構(gòu)造(圖7-H)，以正粒序碎屑巖的發(fā)育為特征(圖7-G、H)，向上依次發(fā)育平行層理、沙紋層理和水平層理等沉積構(gòu)造(圖7-H)，構(gòu)成不完整的鮑瑪序列。在野外常見鮑瑪序列Ta-Tb-Tc-Td段、Tb-Tc-Td段和Ta-Td段等不同組合類型(圖7-G、H)，各段均呈漸變接觸。

3.2 沉積序列

劉瓊組重力流沉積類型多樣，且不同沉積類型重復(fù)出現(xiàn)，反映了復(fù)雜深水沉積過程(圖2)。根據(jù)砂體成因類型及其垂向組合關(guān)系，可識別出4種典型沉積序列。①滑塌沉積與砂質(zhì)碎屑流沉積(圖8-A)：通常表現(xiàn)為下部滑塌沉積、上部砂質(zhì)碎屑流沉積序列，二者呈突變接觸，代表同期重力流在流動過程中由流體轉(zhuǎn)換而成，也可見相反序列，可能為不同期次重力流沉積在同一位置疊置出現(xiàn)。②多期疊置的砂質(zhì)碎屑流沉積(圖8-B)：表現(xiàn)為多層塊狀砂巖重復(fù)出現(xiàn)，代表多期砂質(zhì)碎屑流的發(fā)育，不同期次砂質(zhì)碎屑流沉積直接接觸較為少見，通常在其間可見正常深水懸移載荷沉積。③濁流沉積與砂質(zhì)碎屑流沉積(圖8-C)：既可見濁流沉積與砂質(zhì)碎屑流沉積直接接觸，也可見其間發(fā)育深水懸移載荷沉積，前者可能為同期流體在流動過程中由于流體類型發(fā)生轉(zhuǎn)換而形成，后者可能代表不同期次重力流沉積疊置出現(xiàn)。④多期疊置的濁流沉積(圖8-D)：由多期濁流沉積在同一位置疊置形成，不同期次間通常可見深水懸移載荷沉積，也可見不同期次濁流沉積直接接觸。

圖8 昌果地區(qū)劉瓊組重力流垂向結(jié)構(gòu)特征Fig.8 Vertical structural characteristics of gravity flow of Liuqiong Formation in Changguo area

4 討 論

4.1 盆地構(gòu)造屬性

研究區(qū)北側(cè)直孔-松多地區(qū)存在古特提斯洋的地質(zhì)記錄[3,16]。最新研究顯示，直孔-松多洋盆形成于石炭紀(jì)，自二疊紀(jì)以來經(jīng)歷了持續(xù)的俯沖增生，于晚三疊世趨于閉合并在岡底斯中部形成晚古生代增生雜巖[4-6]。雖然對雅魯藏布江洋盆的開啟時限尚存爭議，但根據(jù)岡底斯南部已報道的中三疊世安尼階放射蟲[28]、中-晚三疊世蛇綠混雜巖[29]、晚三疊世洋島[7]等地質(zhì)記錄，可以證實(shí)雅魯藏布江洋盆開啟時限至少在中三疊世甚至更早。而岡底斯南部大規(guī)模晚三疊世-早侏羅世的弧巖漿記錄[8,14-15,30-32]，以及雅魯藏布江縫合帶內(nèi)晚三疊世增生雜巖的厘定[4,16]，則說明此時雅魯藏布江洋已經(jīng)發(fā)生向北的俯沖增生。

本文研究的劉瓊組位于晚古生代直孔-松多增生雜巖和雅魯藏布江結(jié)合帶內(nèi)晚三疊世增生雜巖之間。劉瓊組巖石組合及其典型沉積構(gòu)造特征指示其形成于深海-半深海環(huán)境(圖2)，深水重力流沉積的發(fā)育則反映其由源巖迅速剝蝕、快速堆積形成。劉瓊組中火山角礫巖以及滑塌角礫狀灰?guī)r的發(fā)育則指示其形成于構(gòu)造活動較強(qiáng)烈區(qū)域(圖3-D、E)。巖石學(xué)特征和砂巖碎屑組分統(tǒng)計結(jié)果顯示劉瓊組物源主要來自區(qū)域上同時期的巖漿弧(圖6)。因此，綜合劉瓊組的巖石組合、沉積環(huán)境、物源及其所處的大地構(gòu)造位置，筆者認(rèn)為其可能形成于弧前區(qū)域，為雅魯藏布江洋俯沖-增生過程的弧前盆地記錄(圖9)。

圖9 劉瓊組原型盆地類型及其大地構(gòu)造位置Fig.9 Prototype basin and tectonic location of the Liuqiong Formation

4.2 深水沉積模式

重力流沉積需要特定的地質(zhì)條件觸發(fā)。劉瓊組為深水-半深水沉積，這一時期北側(cè)由于直孔-松多洋閉合導(dǎo)致增生造山，而南側(cè)雅魯藏布江洋則發(fā)生向北的俯沖-增生并形成大規(guī)模弧巖漿，這為劉瓊組重力流形成提供了坡度條件和充足的物源。劉瓊組位于岡底斯南緣弧前區(qū)域，為構(gòu)造活動異常強(qiáng)烈區(qū)域，俯沖板片的俯沖角度和俯沖速率變化[32-34]及其伴生的強(qiáng)烈弧巖漿活動可能為劉瓊組重力流形成的直接觸發(fā)機(jī)制。

綜合區(qū)域構(gòu)造背景、劉瓊組沉積期盆地屬性及其重力流形成機(jī)制，筆者建立了劉瓊組以重力流為主的深水沉積模式(圖10)。由于洋殼俯沖及其伴生的火山活動，位于弧前區(qū)域的松散沉積物在運(yùn)移過程中發(fā)生滑塌變形，形成內(nèi)部發(fā)育一系列褶皺變形的滑塌體；在流體作用下，迅速運(yùn)移的滑塌體轉(zhuǎn)化為砂質(zhì)碎屑流，運(yùn)移過程中砂體底部發(fā)生剪切變形，使得下部泥質(zhì)沉積物卷入砂體中，形成泥礫或泥巖撕裂屑并保存在砂體中，砂質(zhì)碎屑流以整體固結(jié)式搬運(yùn)形成深水塊狀砂巖；砂質(zhì)碎屑流在繼續(xù)運(yùn)移過程中，與水體混合、稀釋，使沉積物濃度進(jìn)一步降低并逐漸轉(zhuǎn)化為濁流，濁流以紊流形式將沉積物搬運(yùn)至盆地底部，最終以懸移載荷的沉積方式按顆粒大小依次沉積，形成具正粒序的濁流沉積。與此同時，深水懸移沉積作為深海環(huán)境正常沉積，在重力流沉積過程的各個階段均有發(fā)育。

圖10 昌果地區(qū)劉瓊組深水沉積模式Fig.10 Depositional model of deep-water deposits of the Liuqiong Formation in the Changguo area (據(jù)文獻(xiàn)[26,35]修改)

5 結(jié) 論

a.岡底斯板塊南緣的劉瓊組廣泛發(fā)育深水重力流沉積，共識別出滑塌沉積、砂質(zhì)碎屑流沉積和濁流沉積3種重力流沉積類型，滑塌沉積與砂質(zhì)碎屑流沉積的垂向組合、多期疊置的砂質(zhì)碎屑流沉積組合、濁流沉積與砂質(zhì)碎屑流沉積的垂向組合和多期疊置的濁流沉積組合4種沉積序列，反映了復(fù)雜的深水沉積過程。

b.劉瓊組物源主要來自北側(cè)同期火山弧，具有弧前盆地沉積特征，為晚三疊世-早侏羅世雅魯藏布江洋向北俯沖、向南增生過程的盆地記錄。