云南彌渡地區(qū)新近系三營組礫巖層礫組特征及其地質(zhì)意義

云南彌渡地區(qū)新近系三營組礫巖層礫組特征及其地質(zhì)意義

彭博，肖淵甫，張杰

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都610059)

摘要：通過對云南省彌渡地區(qū)哀牢山斷裂帶兩側(cè)的兩個小型盆地內(nèi)新近系三營組礫巖層礫性、礫度、礫態(tài)和礫向等的詳細研究與分析，結(jié)合盆地基巖地層特點和周邊構(gòu)造帶的巖性組合特征。對比了兩盆地的礫巖層組合特征，得出兩者皆為半干旱—干旱古氣候條件下形成的沉積盆地，其中南澗盆地為一套沖積扇—河流相粗碎屑沉積，具有快速堆積的特點，其礫石成分組合在盆地不同位置有較多的差異，反映了其物源供應(yīng)條件較復(fù)雜；而金寶山盆地雖也呈現(xiàn)沖積扇—辮狀河—洪積相粗碎屑沉積的特性，但其礫巖組合特征表明水動力條件相對南澗盆地弱，且礫石層沉積前礫石遭受了較強的物理化學(xué)作用。就盆地基巖及周邊地層巖性特點，結(jié)合礫石扁平面傾向統(tǒng)計，南澗盆地礫石主要來自盆地基底及周邊高山，而金寶山盆地的礫石則主要來自盆地內(nèi)部的基底地層及其西緣的哀牢山構(gòu)造帶。

關(guān)鍵詞：三營組；礫巖層；礫組分析；哀牢山構(gòu)造帶；云南彌渡地區(qū)

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局項目(12122011220386)

收稿日期：2014-11-20

作者簡介：彭博(1990~)，男，江蘇南京市人，碩士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，主要從事區(qū)域地質(zhì)和沉積相研究。

中圖分類號：P534.62文獻標(biāo)識碼；A

0引言

盆地中的礫巖層是研究沉積盆地物質(zhì)來源、沉積環(huán)境、古地理特征、構(gòu)造環(huán)境及古環(huán)境變遷的重要標(biāo)志之一。對于陸相沖積成因的礫巖地層，礫石統(tǒng)計分析是恢復(fù)沉積盆地條件的重要手段，通過野外露頭觀測礫石大小、成分、磨圓度以及扁平狀礫石產(chǎn)狀等，可以為盆地構(gòu)造演化及物源分析提供重要參數(shù)[3-4]。礫組分析是對礫巖層中的礫石進行系統(tǒng)全面的測量和統(tǒng)計，研究礫巖層的組構(gòu)特征，進而闡述其成分、性質(zhì)、搬運及沉積特征，是目前研究礫巖層最有效的方法，其基本內(nèi)容包括礫石的礫性、礫度、礫態(tài)和礫向分析[1-11]。根據(jù)礫石層的礫組測量和統(tǒng)計所得的數(shù)據(jù)或圖表，可以得出外營力形態(tài)與礫組特征的相關(guān)性和規(guī)律性，恢復(fù)礫巖層的沉積環(huán)境。

本研究區(qū)位于云南哀牢山構(gòu)造帶的兩側(cè)。筆者分別對哀牢山構(gòu)造帶西側(cè)的南澗盆地和東側(cè)的金寶山盆地之新近系三營組礫巖層進行了系統(tǒng)的測量和統(tǒng)計，以揭示該礫巖層的性質(zhì)、成因、物源，探討礫巖的沉積環(huán)境及構(gòu)造特征。

1區(qū)域地質(zhì)及基巖地層特征

研究區(qū)位于哀牢山構(gòu)造帶北部，蘭坪—思茅地塊與揚子陸塊之結(jié)合帶，其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿侵入活動強烈。特別是印支運動以來，由于印支板塊與歐亞板塊在本區(qū)的多次碰撞，經(jīng)歷了多期次構(gòu)造巖漿變質(zhì)活動，歷經(jīng)板塊聚合，褶皺(變質(zhì))隆升、伸展，大型走滑等一系列地質(zhì)構(gòu)造運動，這也控制了構(gòu)造帶兩側(cè)的地層的展布[12-13][16-18]。

研究區(qū)兩大地塊被哀牢山斷裂帶所分隔，為典型的一山隔兩盆的構(gòu)造格局(圖1)。主要受到九甲—安定斷裂、哀牢山斷裂、紅河斷裂3條區(qū)域性大斷裂影響，而紅河斷裂帶和哀牢山斷裂帶在經(jīng)過研究區(qū)時，合并為一條斷裂，九甲—安定斷裂構(gòu)造為哀牢山構(gòu)造帶的西邊界，呈北西—南東方向延伸，斷裂線波狀彎曲，傾向北東，為逆斷層。其東側(cè)為馬鄧巖群(PzMd)；西側(cè)屬蘭坪—思茅盆地，主要出露三疊系、侏羅系，白堊系及新近系三營組(N2s)。哀牢山群(Ptal)具有明顯的構(gòu)造混雜巖帶的特征。構(gòu)造帶內(nèi)物質(zhì)組成復(fù)雜，有著諸多不同時代、不同巖類、不同巖性的巖石在構(gòu)造帶中呈斷塊或斷片分布，其間被斷層分隔包繞，并與哀牢山構(gòu)造帶的延伸方向一致，顯示構(gòu)造混雜特征。構(gòu)造帶東側(cè)為楚雄盆地，主要出露三疊系和新近系三營組(N2s)。

圖1　研究區(qū)地質(zhì)簡圖和礫石統(tǒng)計位置 Fig.1　Geological Sketch Map of Study Area and Site of Gravel Statistics Q-第四系；N 2s-上新統(tǒng)三營組；K-白堊系；J-侏羅系；T-三疊系；P-二疊系；Ptal-元古界哀牢山群

照片1　三營組礫巖層礫石露頭特征 Pic.1　Gravel Outcrop Feature of Sanying Formation Conglomerate Bed

三營組(N2s)地層為云南地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊于1959年命名的，其主要巖性組合為灰、深灰、褐灰、黃白等雜色泥巖(粘土巖)、粉砂巖、細—中粒砂巖與礫巖、砂礫巖，研究區(qū)三營組地層分別位于哀牢山斷裂帶兩側(cè)的兩個小盆地中，巖性組合符合典型的三營組巖性特征，但兩者在細節(jié)上又有較多的差異。

研究區(qū)地質(zhì)簡圖和礫石統(tǒng)計位置如圖1所示。此次研究的礫巖層屬于三營組(N2s)，其中南澗盆地位于構(gòu)造帶西側(cè)，主要受到九甲—安定斷裂控制，整體形態(tài)基本為一等軸四邊形；而金寶山盆地位于構(gòu)造帶東側(cè)，主要受到哀牢山斷裂控制，總體產(chǎn)狀為北北西，盆地形態(tài)呈明顯的條帶狀。

2礫石統(tǒng)計方法

礫巖礫石容易在野外露頭統(tǒng)計測量，為了達到統(tǒng)計學(xué)的要求，對云南省南澗彝族自治縣縣城周邊及金寶山地區(qū)新近系三營組(N2s)礫巖層露頭較好的點統(tǒng)計了礫石特征，共計5個統(tǒng)計點，分別編號為NJ01、NJ02、NJ03、NJ04、JBS01，野外統(tǒng)計點照片(照片1)所示，NJ01、NJ02、NJ03、NJ04這四個點位于南澗縣城周邊。JBS01位于金寶山盆地東南側(cè)邊界前公路邊農(nóng)房后。每個統(tǒng)計點任意選擇1m×1m的礫巖面，然后在這1m2的范圍內(nèi)依次隨機選擇300個礫石，分別測出每個礫石的巖性，礫徑包括長軸(a)和次長軸(b)的長度，礫石形態(tài)，磨圓度及風(fēng)化程度等，并進行統(tǒng)計分析[1-3]。

3礫石統(tǒng)計分析

確定好野外統(tǒng)計方法和內(nèi)容后，在礫巖露頭巖石特征描述和相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對每個礫石統(tǒng)計點的礫性、礫度、礫態(tài)等進行分析。

3.1　礫性分析

礫性是指礫石的巖性成分，新近系三營組5個測點礫石礫性統(tǒng)計結(jié)果見表1。南澗盆地礫石統(tǒng)計點為NJ01-NJ04，其礫石成分以砂巖為主，平均含量達到71.00%；粉砂巖、脈石英次之，平均含量為15.67%、10.42%；其它礫石總含量為2.91%，并且其中含有少量千枚巖礫石；該礫巖層成分成熟度總體為低到中等。金寶山盆地礫石統(tǒng)計點為JBS01，其礫石成分以砂巖為主，平均含量達到67.33%；粉砂巖、石英砂巖次之，平均含量為19.67%、8.67%；其它礫石總含量為4.33%，其中含有少量花崗巖礫石；該礫巖層成分成熟度總體為低到中等且較南澗盆地成熟度更低。

對比兩盆地礫巖層中礫石的成分與基底地層和哀牢山構(gòu)造帶的巖性，推測南澗盆地在礫巖層沉積之前已形成了盆地的雛形，礫石成分較雜，推測其物源為盆地的基底地層和周邊高山；而金寶山盆地在礫巖層沉積之前也同樣形成了盆地的雛形，但礫石礫性相對單一，表明在金寶山三營組礫巖層形成之前，該地區(qū)已形成中間低、四周高的盆地雛形，且其主要物源區(qū)可能為活躍的哀牢山構(gòu)造帶方向。

3.2　礫石的礫度分析

礫石礫度數(shù)據(jù)是通過野外測量每個礫石的a軸(長軸)、b軸(中軸)和c軸(短軸)的長度，通過計算和統(tǒng)計求得的。由于客觀條件限制，作者僅測了a軸和b軸。由于所取5個統(tǒng)計點的礫石礫徑較大，所以測量單位僅精確到厘米。

另外，礫石軸徑頻數(shù)分布曲線可以大致反映每個測點礫石礫度的分布特征和分選、均勻、對稱及離散等情況，所以選擇各測點礫石的a軸頻數(shù)分布曲線圖進行分析[8-12]。

表1　三營組礫巖層礫性特征

圖2　三營組礫巖層a軸粒徑頻率分布直方圖 Fig.2　Histogram of A-Axis Grain Size Frequency Distribution of Conglomerate Bed of Sanying Formation

對于礫巖層的成因，根據(jù)前人研究，標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ)介于0.54~0.61之間為河流成因，介于1~2之間為沖積扇成因，介于2.01～3.22之間為冰磧成因，介于3.03~3.65之間為泥石流成因，大于3.38為坡積成因。對于偏度(SK)，一般有這樣的規(guī)律：時負時正不穩(wěn)定，為冰磧礫石沉積；大于0時為流水作用形成，當(dāng)大于0且較小時(一般小于0.3)為正偏度，是穩(wěn)定流水成因；當(dāng)大于0.3時為極正偏度，可能指示礫石為沖積層。對于峰態(tài)(KG)，呈寬緩曲線(一般小于1)時為冰磧礫石沉積；大于1時呈現(xiàn)出窄峰曲線，為流水沉積，且越大峰態(tài)就越尖銳，指示流水作用強。一般河流沉積物的KG在1.26～1.52之間，洪積層為1.01。

表2　粒度分布參數(shù)計算公式

注：式中Φn為累積曲線上對應(yīng)累積含量為n%的點對應(yīng)的Φ值粒徑。

表3　三營組礫巖層礫度特征

續(xù)　表

彌渡地區(qū)新近系南澗盆地三營組各統(tǒng)計點礫石層的標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ)為1.24～2.08，屬于沖積扇成因范疇[3]，δ最大值出現(xiàn)在NJ03點，δ值為2.08歸為冰磧成因范疇。其礫石分選差，分選系數(shù)S值在2.14~2.62，也證實了其沖積沉積的特征；偏度(SK)為0.31~0.45，屬于極正偏度，指示礫石為沖積成因；峰態(tài)(KG)為1.17~1.71，范圍較大，上限與下限均超過一般河流的峰態(tài)值，屬窄峰尖銳曲線，可能是多組沉積物混合沉積造成的，指示水動力條件不穩(wěn)定。綜合礫石的礫徑分布特征、a軸礫徑頻數(shù)曲線圖及標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ)、偏度(SK)和峰態(tài)(KG)[17]等參數(shù)特征分析，研究區(qū)南澗盆地三營組礫巖層為沖積成因，沉積過程中水動力條件不穩(wěn)定或存在多個物源河流。

而金寶山三營組各統(tǒng)計點礫石層的標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ)為0.89，屬于河流—沖積扇成因范疇[3]。分選較差，分選系數(shù)S值在1.58~1.59，也證實了其沖積沉積的特征；偏度(SK)為0.47，屬于極正偏度，指示礫石為沖積成因；峰態(tài)(KG)為1.13，屬窄峰尖銳曲線，可能是兩組—多組沉積物混合沉積造成的，指示水動力條件介于一般河流—洪水之間。綜合礫石的礫徑分布特征、a軸礫徑頻數(shù)曲線圖及標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ)、偏度(SK)和峰態(tài)(KG)[17]等參數(shù)特征分析，研究區(qū)金寶山盆地三營組礫巖層為沖積成因，沉積過程中水動力條件介于一般河流沉積—洪水沉積之間。

3.3　礫石的礫態(tài)分析

礫態(tài)分析包括礫石的風(fēng)化程度、扁度、磨圓度、球度等，是表征礫石特征的常用參數(shù)。對于礫態(tài)分析，此次研究采用野外目估法，統(tǒng)計了包括礫石的形態(tài)、磨圓度、風(fēng)化程度等。

礫石形態(tài)統(tǒng)計為野外工作，采用目估法，分為四級(圓球狀、橢圓狀、扁球狀、不規(guī)則狀)，其分級依據(jù)為長軸和短軸的比值，比值近3∶1則為扁圓狀，在2∶1和3∶1之間為橢圓狀，小于2∶1的為圓狀，礫石呈不規(guī)則狀多為斷裂所致。磨圓度指礫石的棱和角被磨蝕圓化的程度，利用肉眼對礫石進行相對比較法進行磨圓度估測，磨圓度P是根據(jù)5級分法估計值(0級—棱角狀、1級—次棱角狀、2級—次圓狀、 3級—圓狀、4級—極圓狀)，然后賦值求和，再與全部為極圓狀時的和值相比計算求得的計算，以百分數(shù)表示(圖3)。風(fēng)化程度的劃分與磨圓度相似，但采用目估法(0級為未風(fēng)化、1級為弱風(fēng)化、2級為中等風(fēng)化、3級為強風(fēng)化)表示。礫巖層中5個測點的礫態(tài)特征(如表4)具有很好的分布特征。

圖3　礫石a軸粒徑累計曲線圖 Fig.3　Accumulative Total Curve of Gravel A-Axis Grain Size

礫石形態(tài)特征上，南澗盆地的4個統(tǒng)計點礫石形態(tài)以扁圓狀和不規(guī)則狀為主，橢圓狀次之，磨圓度為40.72~46.98%，礫石磨圓以次圓狀居多。風(fēng)化程度主要為1級弱風(fēng)化，由于物性特征，不同巖性的礫石在同一點上風(fēng)化程度不同，少量礫石為2級的風(fēng)化，這部分指示了礫石沉積時已遭受了較強的物理化學(xué)作用。礫石的風(fēng)化程度與礫性有密切關(guān)系，其中硅質(zhì)巖、脈石英和石英砂巖風(fēng)化程度較低，為未風(fēng)化。礫石的形態(tài)較好，多以扁圓狀為主，推測一是因為沒有經(jīng)過中距離—長距離的搬運，磨圓度較好；二是礫石本身形成時間較早，遭受了球狀風(fēng)化作用。

表4　三營組礫巖層的礫態(tài)特征

而金寶山盆地的統(tǒng)計點礫石形態(tài)以不規(guī)則狀為主，扁圓狀次之，磨圓度為28.45%，礫石磨圓以次圓狀與次棱角狀居多。風(fēng)化程度主要為1~2級弱—中等風(fēng)化，由于物性特征，不同巖性的礫石在同一點上風(fēng)化程度不同，少量礫石為3級的風(fēng)化，這部分指示了礫石沉積時已遭受了較強的物理化學(xué)作用。礫石的風(fēng)化程度與礫性有密切關(guān)系，其中硅質(zhì)巖、脈石英和石英砂巖風(fēng)化程度較低，為未風(fēng)化。花崗巖由于其巖性抗風(fēng)化能力較差風(fēng)化程度較高，為強風(fēng)化。礫石統(tǒng)計點的礫石形態(tài)數(shù)據(jù)中不規(guī)則狀的高百分比可能是由該測量面和金寶山盆地的實際風(fēng)化程度有關(guān)系，金寶山盆地礫石風(fēng)化程度偏高，巖性脆弱，加之測量面近垂直層面導(dǎo)致往往礫石多錯斷，呈不規(guī)則狀，由于恢復(fù)原形態(tài)有限，所以造成不規(guī)則形態(tài)比例上升。推測盆地實際礫石形態(tài)組成扁圓狀礫石比例應(yīng)高比點上數(shù)據(jù)高，推測一沒有經(jīng)過中距離—長距離的搬運；二是礫巖層在形成之前哀牢山構(gòu)造帶活動期間，遭受了強烈的球狀風(fēng)化；其三是由于盆地形成較早，收到后期構(gòu)造活動影響而抬升，致使其后期風(fēng)化作用嚴重，礫巖碎裂。根據(jù)計算方法，磨圓度百分數(shù)愈小，表示磨圓度越差，反之，磨圓度越好。

結(jié)合上述礫態(tài)數(shù)據(jù)分析，研究區(qū)兩盆地礫巖層均為河流搬運的沖積成因，而金寶山盆地水動力較南澗盆地弱，推測南澗盆地為近—中源河流搬運的沖積成因，金寶山盆地為近源河流—洪積成因。

3.4　礫石的礫向及物源分析

礫向是指礫石扁平面(ab面)[13-14]和各軸的產(chǎn)狀要素。對于礫石層，則需要測量大量礫石的產(chǎn)狀要素和采用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來反映其規(guī)律性，尤其是那些露頭上粒徑較大的礫石和發(fā)育疊瓦狀構(gòu)造的礫石，要重點選擇測量，從而對形成礫巖地層的古水流方向進行分析。該區(qū)構(gòu)造活動強烈，主要受哀牢山構(gòu)造帶影響，致使地層發(fā)生了不同程度的傾斜，所以在做礫向分析時首先必須把這些礫石恢復(fù)到它的原始產(chǎn)狀。根據(jù)每個點上地層產(chǎn)狀平均值，以該巖層平均值為復(fù)平面，利用軟件恢復(fù)出礫石最大扁平面(ab面)原始產(chǎn)狀，做出各層位礫石原始最大扁平面(ab面)傾向玫瑰花圖(圖4)。

如圖5所示，表明研究區(qū)南澗盆地存在多個物源區(qū)，其物源方向也較為分散。而金寶山盆地礫石物源區(qū)主要為盆地西側(cè)的，推測其主要物源區(qū)為哀牢山構(gòu)造帶及其下伏地層。

哀牢山構(gòu)造帶是一個疊加與復(fù)合性質(zhì)的構(gòu)造帶，不同大地構(gòu)造演化階段具有相異的構(gòu)造屬性。新生代受印度—歐亞板塊之間的交互作用影響，哀牢山地區(qū)相繼發(fā)生了古新世以來的收縮造山、晚漸新世—早中新世區(qū)域性造山后伸展(誘發(fā)大規(guī)模高鉀堿性巖漿活動)和晚漸新世—早中新世印支地塊的大規(guī)模南東向逃逸與哀牢山大型左行走滑剪切作用及伴生的鈣堿性巖漿活動。

圖4　新近系三營組礫巖礫石ab面傾向玫瑰花圖 Fig.4　Rose Diagram of Gravel ab-Plane Dip of Neogene Sanying FormationConglomerate

將礫石原始最大扁平面(ab面)傾向玫瑰花圖(圖4)與區(qū)域構(gòu)造相對應(yīng)。南澗盆地很可能存在多個物源方向，根據(jù)礫性統(tǒng)計，其礫石以砂巖為主，還有脈石英和粉砂巖，可見有極少量硅質(zhì)巖、石英砂巖、千枚巖，物源主要為盆地兩側(cè)的下伏地層，其極少量的硅質(zhì)巖、石英砂巖、千枚巖可能來自哀牢山構(gòu)造帶?？傮w成分成熟度較低，局部層位較高，分選性和磨圓較差，反映了近—中源快速堆積的特點。金寶山盆地物源來自其下伏地層和哀牢山構(gòu)造帶方向，此外通過礫性統(tǒng)計，礫石成分以砂巖為主，還有硅質(zhì)巖、石英砂巖、石英巖、花崗巖、礫巖?？傮w成分成熟度較低，局部層位較高，分選性和磨圓較差，反映了近源快速堆積的特點。

4結(jié)論

根據(jù)彌渡地區(qū)新近系三營組礫石層的沉積特征及各測點礫石的礫性、礫度、礫態(tài)和礫向分析，對礫巖層的性質(zhì)、成因、來源和搬運方式等，以及礫巖層沉積時的構(gòu)造特征等總結(jié)如下。

(1)通過對彌渡地區(qū)新近系三營組礫巖礫組分析結(jié)果表明，礫石成分比較復(fù)雜，具有低到中等成分成熟度。

(2)南澗盆地礫石形態(tài)以扁圓狀和不規(guī)則狀為主，橢圓狀次之，磨圓度為40.72%~46.98%，以次圓狀為主，分選差。金寶山盆地盆地礫石形態(tài)以不規(guī)則狀為主，扁圓狀次之，磨圓度為28.45%，以次圓狀與次棱角狀為主，分選較差。

(3)南澗盆地三營組的礫巖層物源主要來自其下伏地層和周邊高山，其極少量的硅質(zhì)巖、石英砂巖、千枚巖可能來自哀牢山構(gòu)造帶，礫向分析表明存在多個古水流方向整體方向偏西。而金寶山盆地主要物源為下伏地層和哀牢山構(gòu)造帶，礫向分析表明其古河流方向為南西向。

(4)南澗盆地三營組礫巖層為半干旱—干旱古氣候條件下沖積扇—河流相粗碎屑沉積；金寶山盆地三營組礫巖層為半干旱—干旱古氣候條件下沖積扇—辮狀河—洪積相粗碎屑沉積。

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THE CONGLOMERATE FABRIC FEATURE AND

GEOLOGICAL SIGNIFICANCE OF NEOGENE

SANYING FORMATION IN MIDU AREA，YUNNAN

PENG Bo，XIAO Yuan-fu，ZHANG Jie

(CollegeofGeoscience，ChengduUniversityofScience&Technology，Chengdu610059)

Abstract：According to the detaialed study and analysis of gravel nature，grain size，state，direction，etc，of Neogene Sanying Formation conglomerate bed in 2 small basins on both sides of Ailaoshan fault in Midu area，Yunnan，and in combination with the characteristics of bedrock in the basin and the feature of lithologic character assemblage，we have a comparison between the conglomerate assemblage feature of 2 basins，resulted in a conclusion，ie，they are all the sedimentary basin formed under the semi-arid，arid palaeoclimatical conditions，Nanjian basin in them has a series of alluvial fan-river facies coarse clastic sediments，characterized by rapid accumulation，the gravel composition assemblage is very different at different place，showing the complex material source.Although Jinbaoshan basin also characterized by alluvial fan-braided river-diluvial facies coarse clastic sediments，the conglomerate assemblage feature shows the hydrodynamic condition is relatively weaker than that of Nanjian basin and it has been affected by the stronger physical-chemical function before the sediemntation of gravel bed.According to the lithological character of the basin bedrock and the surrounding strata，in combination with the statistics of dip of gravel flat plane，we think the gravel of Nanjian basin results mainly from the basin basement and the surrounding high mountain，whereas the gravel of Jinbaoshan basin results mainly from the strata in the basin and the west Ailaoshan tectonic zone.

Key Words：Sanying Formation；Conglomerate Bed；Analysis of Gravel Fabric；Ailoashan Tectonic Zone；Midu，Yunnan