川西地區(qū)龍門山前陸地層磁組構(gòu)與應力研究

趙　千，楊凱峰，吳鴻天

(西北大學地質(zhì)學系/大陸動力學國家重點實驗室，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)與應力研究

趙千，楊凱峰，吳鴻天

(西北大學地質(zhì)學系/大陸動力學國家重點實驗室，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，對進一步認識和理解青藏高原隆升具有一定的科學意義。磁化率各向異性對地層應力狀態(tài)變化非常靈敏。在雅安地區(qū)飛仙關鎮(zhèn)附近選取9個采點進行巖石磁組構(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；應力變形；磁組構(gòu)

利用巖石磁組構(gòu)分析推測巖石形成環(huán)境和所經(jīng)歷的歷程是近年來研究的熱點。作為一項地質(zhì)研究手段，其已經(jīng)滲透到地質(zhì)研究的各個領域。在沉積巖中，可以用來研究巖石的應力應變狀態(tài)、巖石沉積、搬運方式。磁組構(gòu)可用一個三軸橢球體(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變橢球體三個軸具有非常好的對應關系。磁化率橢球體的形狀與沉積巖變形過程可以表示為：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，K1軸仍垂直于構(gòu)造縮短方向；當巖層發(fā)生強應變，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程對認識西藏地區(qū)新生代隆升過程具有重要意義，因此，討論龍門山前陸地區(qū)地層磁組構(gòu)類型與反應的該地區(qū)的應力過程。

1　區(qū)域地質(zhì)特征及采樣

四川盆地是我國著名的盆地之一。其位于華南板塊西北部，是在揚子克拉通臺地基礎上形成和發(fā)展起來的復合型盆地，經(jīng)歷了漫長的地質(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，四川盆地的特點是其蓋層的強烈褶皺和受到不同方向構(gòu)造擠壓變形的改造，在其周緣形成了復雜的弧形褶皺構(gòu)造帶(張岳橋等, 2011)，是一個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上發(fā)育起來的紅色陸相盆地(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程密切相關。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。處于飛仙關斷層傳播褶皺。共分布采樣點九個，每個采樣點采集約10個定向樣品。所有在實驗室樣品加工成長22 mm、直徑25 mm的古地磁標準樣品。

圖1　四川盆地地質(zhì)簡圖(據(jù)馬麗芳等, 2002)

2　樣品測試及結(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行等溫剩磁獲得和三軸熱退磁實驗(圖2)。等溫剩磁(IRM)及反向直流場退磁曲線實驗顯示，雅安地區(qū)樣品剩磁強度隨外部直流磁場的增大逐步遞增，在正向場強0～800 mT磁化強度快速增加，當正向外加磁場達到2.2 T左右才能趨于飽和，當所加反向磁場增加至400～500 mT之間時，樣品等溫剩磁強度減至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。

樣品磁化率測試在西北大學地質(zhì)學系古地磁實驗室完成。用AGICO KLY-3s Kappabridge進行磁化率各向異性測試。近年來的研究認為沉積巖在形成過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)造活動強烈的地區(qū)，受到擠壓應力的影響，磁線理會更為發(fā)育。我們利用在研究變形過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)三軸等溫熱退磁曲線

褶皺前平行層面的縮短產(chǎn)生的應變(LPS)。LPS應變在石灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、頁巖中通過磁組構(gòu)方法得到驗證(Pares et al.,1999)。但水平縮短量很難估算。但是LPS相關的磁組構(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，通過測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)。這說明在四川盆地內(nèi)部，受應力作用較小，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)。這說明采樣點的磁組構(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)造疊加應力影響，我們認為該地區(qū)所受應力應為新生代變形的結(jié)果，驗證了前人研究結(jié)果一致(羅良等，2008)。

初始變形磁組構(gòu)中除YK1外，所有采點的磁線理L走向為NE-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，說明川西龍門山前陸盆地的地層所受應力方向為NW-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。這也能夠說明四川盆地西南褶皺帶對這一地區(qū)影響有限。雅安地區(qū)采樣點剖面位于飛仙關斷層傳播褶皺中，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，而且三個橢圓主軸分別聚集。羅良等(2013)在研究龍門山南段天全-樂山剖面磁組構(gòu)時，認為龍門山新生代期間經(jīng)歷了局部的逆時針旋轉(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)或褶皺的壓縮應變時，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)造應力的影響。

4　結(jié)語

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

(1)為磁化率各向異性研究前陸盆地斷層傳播褶皺巖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巖石的變形具有非常高的敏感度，非常適用于研究所受應力復雜地區(qū)的巖石所有應力特征。

(2)研究表明延安地區(qū)所受應力應為新生代變形的結(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。

[1]鄧康齡. 四川盆地形成演化與油氣勘探領域[J].天然氣工業(yè).

1992(5) :7-12.

[2]杜思清, 魏顯貴. 漢南—米倉山區(qū)疊加東西向隆坳的北東向推覆構(gòu)造[J]. 成都理工學院學報.1998(3):367-374.

[3]郭正吾，鄧康嶺，韓永輝，等. 四川盆地形成與演化[M]. 北京：地質(zhì)出版社. 1996.

[4]李巖峰. 四川盆地東北部中—新生代造山與前陸變形構(gòu)造疊合關系研究[D].中國地震局地質(zhì)研究所.2005.

[5]羅良, 賈東, 李一泉,等. 構(gòu)造疊加弱應變沉積巖地區(qū)的磁組構(gòu)研究——以川西北盆地為例[J]. 地質(zhì)學報.2008, 82(6):850-856.

[6]羅良，漆家福，賈東，等. 龍門山南段山前天全—樂山剖面磁組構(gòu)研究及其對新生代構(gòu)造變形的指示意義[J]. 地球物理學報, 2013，56(2): 558-566.

[7]馬麗芳，喬秀夫，閔隆瑞，等. 中國地質(zhì)圖集[M]. 北京：地質(zhì)出版社.2002.

[8]四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 四川省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京:地質(zhì)出版社.1991.

[9]汪澤成. 四川盆地構(gòu)造層序與天然氣勘探[M].地質(zhì)出版社.2002.

[10]吳德超, 魏顯貴, 杜思清,等. 米倉山疊加型推覆構(gòu)造幾何結(jié)構(gòu)及演化[J]. 礦物巖石.1998(S1):22-26.

[11]許效松，劉寶珺，趙玉光，等．上揚子西緣二疊紀-三疊紀層序地層與盆山轉(zhuǎn)換耦合[J].北京：地質(zhì)出版社．1997a:31-56.

[12]張岳橋,董樹文,李建華，等. 中生代多向擠壓構(gòu)造作用與四川盆地的形成和改造[J]. 中國地質(zhì).2011, 38(2):233-250.

[13]Borradaile G J. Magnetic susceptibility, petrofabrics and strain[J]. Tectonophysics, 1988, 156(s 1-2):1-20.

[14]Hrouda F. Magnetic anisotropy of rocks and its application in geology and geophysics[J]. Geophysical Surveys, 1982, 5(1):37-82.

[15]Parés J M, Ba V D P, Dinarès J. Evolution of magnetic fabrics during incipient deformation of mudrocks (Pyrenees, Northern Spain)[J]. Tectonophysics, 1999,307(1):1-14.

[16]Saint-Bezar B, Hebert R L, Aubourg C, et al. Magnetic fabric and petrographic investigation of hematite-bearing sandstones within ramp-related folds: examples from the South Atlas Front (Morocco)[J]. Journal of Structural Geology, 2002,24(01):1507-1520.

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。

P539.3

A

1004-1184(2016)04-0247-03