長江三峽地區(qū)的夷平面在宜昌地區(qū)白堊紀(jì)—第四紀(jì)沉積物中的反映

王金元，向　芳，張　瑤，王譽婉

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川　成都　610059；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川　成都　610059)

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長江三峽地區(qū)的夷平面在宜昌地區(qū)白堊紀(jì)—第四紀(jì)沉積物中的反映

王金元1，向芳2，張瑤2，王譽婉1

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川成都610059)

通過對湖北宜昌地區(qū)白堊紀(jì)—第四紀(jì)沉積演化的研究，發(fā)現(xiàn)存在3個明顯的沉積旋回，每個旋回由下部顆粒粗大的礫石層和上部顆粒較細(xì)小的粉砂-泥質(zhì)層組成。3個沉積旋回對應(yīng)了宜昌以西三峽地區(qū)3期構(gòu)造演化旋回，同時反映了三峽地區(qū)3期夷平面的存在。結(jié)合前人研究結(jié)果、古生物化石和對第四系善溪窯組的測年數(shù)據(jù)，認(rèn)為3期夷平面形成時代分別為：鄂西期夷平面形成于白堊紀(jì)晚期—古近紀(jì)的始新世，山原期夷平面形成于上新世—早更新世初，云夢期夷平面形成于早更新世末—中更新世早期。

夷平面；長江三峽；宜昌；白堊紀(jì)-第四紀(jì)沉積

1　研究現(xiàn)狀

夷平面是指由剝蝕和夷平作用所產(chǎn)生的、以截面形式橫切所有在年齡上先于它的地層和構(gòu)造的一種平緩地形[1]，代表了一種穩(wěn)定構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物，是地貌演化的終極階段。長江三峽地區(qū)(包括宜昌地區(qū))的夷平面研究具有重要意義，因為其對于長江三峽的成因及其形成時間等關(guān)鍵性問題具有重要的佐證作用[2]。葉良輔、謝家榮、劉季辰、巴爾博、沈玉昌、劉興詩、田陵君、李吉均、謝世友[2-9]等對三峽地區(qū)夷平面均有過研究，但對于三峽地區(qū)夷平面的分期、形成時代存在爭議(表1)。

前人在夷平面的研究中，一般采用地貌學(xué)和地圖學(xué)的原理[2-9]，很少涉及利用能夠反演構(gòu)造運動的沉積記錄來研究夷平面形成過程中從抬升到夷平這樣一個構(gòu)造從活躍到穩(wěn)定的變化過程。因此，本文采用沉積學(xué)的研究方法和思路，利用宜昌地區(qū)三峽出口處保存較好的白堊紀(jì)—第四紀(jì)沉積物的沉積記錄，討論三峽地區(qū)在白堊紀(jì)—第四紀(jì)發(fā)生的構(gòu)造運動旋回，探討夷平面的分期及其形成的時間，為長江三峽的形成演化研究提供重要參考。

2　研究方法與原理

Penck[10]指出，夷平過程的相關(guān)沉積與侵蝕地貌有著同樣重要的地貌意義。在發(fā)生剝蝕作用的情況下，剝蝕物必定會在地勢低洼的地方沉積下來，而夷平面的異地相關(guān)堆積則是相鄰沉積盆地中的堆積物[11]，異地相關(guān)盆地堆積也可在某種程度上反映夷平面的特征[12]。因此，盆地中快速堆積、粗粒沉積為主的階段對應(yīng)于鄰區(qū)構(gòu)造抬升的活躍，盆地中細(xì)粒、湖相、平靜期為主的沉積對應(yīng)于構(gòu)造活動減弱、夷平作用的發(fā)生。

江漢盆地西緣的宜昌地區(qū)位于長江三峽的出口處(圖1)，包括黃齡穹窿在內(nèi)的三峽一線的構(gòu)造旋回變化，在相鄰的宜昌地區(qū)均可形成沉積記錄，而沉積物中記錄的構(gòu)造運動旋回與長江三峽地區(qū)的夷平面形成旋回具有可對比性。因此，本文主要基于能反映鄰區(qū)構(gòu)造活動的宜昌沉積盆地的演化及沉積物特征的分析，并且與前人利用地貌學(xué)原理對三峽地區(qū)夷平面的劃分相對比，從沉積學(xué)的角度來討論盆地西側(cè)三峽一線夷平面的分期、形成時代以及與長江三峽形成的關(guān)系。

表1　三峽地區(qū)夷平面研究資料對比

圖1研究區(qū)位置

Fig.1Location of the Yichang region, Hubei

3　宜昌地區(qū)的地層特征

宜昌地區(qū)的白堊系與前白堊系之間為角度不整合接觸，第四系也呈角度不整合疊覆在以前的地層之上。古近系內(nèi)部缺失晚始新世一中新世地層，上新統(tǒng)掇刀石組與下部地層之間形成角度不整合。

3.1白堊系下統(tǒng)地層特征

白堊系下統(tǒng)主要分布于宜昌、當(dāng)陽地區(qū)，呈走向北東、傾向南東的單斜層，略成帶狀展布，與前白堊系呈不整合接觸(圖2)。其巖性及分布特征表現(xiàn)如下：

3.1.1石門組(K1s)

為兩個由灰黃色、磚紅色中礫巖和含泥質(zhì)粉砂巖組成的簡單韻律。礫巖的成分以白云巖為主，次為灰?guī)r及隧石。礫徑一般為3～8cm，分選差，磨圓度不好，底部呈角礫狀，鈣質(zhì)膠結(jié)。厚度在本區(qū)西南側(cè)靠近天陽坪斷裂一帶較大，向東北方向變薄，如在王家壩厚185m，至南津關(guān)僅12m，再往東則尖滅。

3.1.2五龍組(Klw)

下段:由兩個韻律組成。下部第一個韻律為灰紅、磚紅色中、粗礫巖與粉砂巖。上部第二韻律為灰紅、磚紅色中礫巖、鈣質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，其中還夾有灰綠色頁巖透鏡體及1～4cm厚的炭質(zhì)瀝青多層，含植物及腹足類碎片化石。礫巖中礫石成分除灰?guī)r、白云巖以外，石英巖有顯著增加，且分選性和磨圓度均較好，并且具有一定的排列方向，上部發(fā)育斜層理。與石門組為整合接觸。

上段:由3個韻律組成。自下而上第一、第二韻律基本相同。底部為中礫巖、礫石，成分以灰?guī)r、石英巖為主，分選和磨圓度均較好，大部為扁圓狀，傾向北東。中部為磚紅色砂巖、含鈣質(zhì)粉砂巖互層，局部夾有泥質(zhì)粉砂巖。上部為細(xì)-粗砂巖夾礫石透鏡體，局部見粉砂巖。粗砂巖中常發(fā)育斜層理、波痕、沖刷面及蟲跡構(gòu)造。第三韻律底部為細(xì)-中礫巖，中上部為細(xì)砂巖、粉砂巖夾數(shù)層小礫巖，層理不明顯。

圖2宜昌地區(qū)白堊系下統(tǒng)地層柱狀圖(根據(jù)1:20萬區(qū)調(diào)報告：宜昌—長陽幅改繪)

Fig.2Columnar correlation of the Lower Cretaceous strata in the Yichang region, Hubei

五龍組巖性、厚度變化特征與石門組相同，在西南偏巖、王家壩等地厚度大，以礫巖為主，向北東到南津關(guān)一帶砂巖增多，厚1696m。再向北東至宋家嘴缺失下段，厚度僅為714m，最后向東逐漸尖滅。

3.2白堊系上統(tǒng)地層特征

白堊系上統(tǒng)主要分布在宜昌、當(dāng)陽地區(qū)遠(yuǎn)安地塹一帶，其巖性及分布特征(圖3)由下至上分別為：

3.2.1羅鏡灘組(K2l)

以灰紅色、棕紅色塊狀中礫巖為主，下部夾砂巖、粉砂巖。礫石成分以灰?guī)r為主，次為石英巖及少量砂巖、燧石，分選差，磨圓程度較高，常呈疊瓦狀定向排列，鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)。在宋家嘴一帶厚273m，由此向南西至南津關(guān)，厚度劇增至801m，巖性全為礫巖，礫石礫徑下細(xì)上粗，分選、磨圓度較差。由宋家嘴向北東至遠(yuǎn)安地區(qū)，在地塹中部洋坪一帶，礫巖中夾有砂巖、粉砂巖及少量粉砂質(zhì)泥巖，厚353m，由此向南至曹家河，為厚813m的中礫巖。

3.2.2紅花套組(K2h)

圖3宜昌地區(qū)白堊系上統(tǒng)地層柱狀圖(根據(jù)1:20萬區(qū)調(diào)報告：宜昌—長陽幅改繪)

Fig.3Columnar correlation of the Upper Cretaceous strata in the Yichang region, Hubei

以磚紅色、棕紅色塊狀細(xì)砂巖、粉砂巖為主，在洋坪一帶發(fā)育較多的粉砂質(zhì)泥巖及薄層灰?guī)r。砂巖中發(fā)育斜層理和水平層理，層面偶見波痕。巖石粒度和厚度變化基本特征同羅鏡灘組，厚度為450～421m。

3.2.3跑馬崗組(K2p)

下部為雜色中厚層狀細(xì)砂巖、粉砂巖與紫紅色、灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，在鴉雀嶺等地見薄層狀石膏。上部為灰綠色、灰褐色薄-中厚層細(xì)砂巖、粉砂巖與泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層，夾兩層灰綠色含銅頁巖及薄層石膏。砂巖中常發(fā)育平行層理、小型交錯層理、水平層理及波痕。泥巖中含有介形蟲、螺及輪藻化石。宋家嘴一帶總厚度為538m，向北東至遠(yuǎn)安地區(qū)，地層的出露厚度為500m左右。

3.3古近系地層特征

3.3.1分水嶺組(Efn)

宜昌地區(qū)分水嶺組下部為灰褐色、棕紅色厚層狀細(xì)砂巖、粉砂巖夾紫紅色、灰綠色粉砂巖、泥巖。中部為棕黃色、灰綠色厚層狀粉砂巖與紫紅色泥巖互層，間夾薄層石膏。上部為褐灰色薄層狀粉砂巖、細(xì)砂巖與灰綠色、紫紅色泥巖互層，間夾薄層石膏及泥灰?guī)r。水平層理為主，次為小型斜層理和各種波狀層理。含介形蟲、螺、輪藻、古植物化石。上部泥巖中還含有魚化石。巖層在宋家嘴一帶厚919m，與下伏跑馬崗組呈整合接觸。在宜都松滋一帶，巖性變化很大，常被稱為“洋溪組”[13]，該沉積底部為棕紅色厚層塊狀角礫巖、礫巖、含礫砂巖?！吨心系貐^(qū)區(qū)域地層表》(1974)認(rèn)為這些礫巖中出現(xiàn)了最早來自黃陵穹隆的花崗巖和變質(zhì)巖[14]。

3.3.2方家河組(Ef)

在宜昌地區(qū)為一套棕紅色、棕黃色及灰褐色厚層狀細(xì)砂巖與薄層粉砂巖、泥巖互層，底部含礫砂巖。

圖4宜昌地區(qū)古近系柱狀對比圖(根據(jù)1:20萬區(qū)調(diào)報告：宜昌—長陽幅改繪)

Fig.4Columnar correlation of the Palaeogene strata in the Yichang region, Hubei

在宋家嘴一帶出露厚度為84m，與分水嶺為整合接觸。在洋溪一帶巖性以淺紅色、灰白色、黃褐色砂巖為主，與泥巖互層。下部砂巖中人字形交錯層理發(fā)育，并常見波痕及蟲孔構(gòu)造。從洋溪向西北至大宋山一帶，底部出現(xiàn)厚度達(dá)237m的礫巖層。古近系只有上部地層分布，下部地層在宜昌地區(qū)普遍缺失(圖4)。

3.3.3掇刀石組(Nd)

零星分布于雙蓮寺、安福寺、當(dāng)陽、半月山等地，下部為灰白色厚層、塊狀、致密堅硬的細(xì)-中礫巖、砂巖。中部為鈣質(zhì)粉砂巖、泥巖，上部為泥灰?guī)r，頂部偶見薄層灰綠色粘土巖。有時底部出現(xiàn)5m左右的砂礫巖，與下伏地層呈不整合接觸，一般厚度為15～50m，宜昌燈磁河一帶最厚達(dá)60～70m(圖4)。

3.4第四系地層特征

3.4.1云池組(Q1y)

下部為礫石層，上部為粉砂及細(xì)砂互層，局部礫石底部為薄層灰綠色黏土層。礫石成分以石英質(zhì)礫石為主，伴有其它成分的礫石。礫石具有風(fēng)化圈，磨圓較好，礫徑多在10cm左右。礫石ab面傾斜平緩，多為水平排列，夾有砂質(zhì)透鏡體，局部地段夾有一層礫徑大小懸殊、無一定排列方向的礫石層。礫石層均為鈣質(zhì)膠結(jié)，呈半成巖狀，砂狀及粉砂質(zhì)填隙，上部粉砂及細(xì)砂層中具交錯層理。主要在長江以北的白家灣鴉雀嶺、云池、梅子溪呈半圓形展布，巖層向北東傾斜，沉積厚度在白家灣為21m，在云池為27m，在梅子溪為4m，與下伏巖層為角度不整合接觸(圖5)。

圖5云池李家院子剖面素描圖

Fig.5Sketch of the Lijiayuanzi section in Yunchi

3.4.2善溪窯組(Q2s)

善溪窯組上段在整個江漢盆地分布廣泛，分為上下兩層。下層厚度在5m左右，個別地方僅為1～2m，甚至沒有礫石層。上層為標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)紋紅土，由粉砂質(zhì)粘性土組成，結(jié)構(gòu)較松。善溪窯組下段在盆地西緣主要出露于宜昌縣磨盤溪至宜都縣紅花套及枝江縣善溪窯、白洋一帶。一般分為上、下兩層。下層下部為礫石層，成分主要為石英、石英砂巖，磨圓度好，分選較好，大小礫石間互成層，由砂泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松上部為砂層或夾透鏡體砂，具交錯層理(圖5)。下層厚度一般為30～50m，以善溪窯厚度最大，可達(dá)87.1m；上層為褐紅色網(wǎng)紋狀粘性土，網(wǎng)紋粗大并常見蜂窩狀蟲孔，一般厚為10～15m，至松滋老城沿江一帶最大厚度可達(dá)40m以上。善溪窯組的下段分布較為局限，在很多地方缺失。

3.4.3宜都組(Q3y)

宜都組下段廣泛分布于河谷兩側(cè)，在鄂西三峽外圍地區(qū)也較為發(fā)育，多不整合覆于新近系砂頁巖之上，構(gòu)成基座階地，厚度多為10～40m，個別地段厚度可達(dá)70余米。上段較下段分布更為廣泛，主要為江河泛濫沉積的褐黃色、棕黃色砂質(zhì)粘性土、粘性土層，常構(gòu)成階地。宜都組幾乎遍及江漢平原及襄樊平原全區(qū)[15]。

3.4.4平原組(Q4p)

分布在長江及其它水系的兩側(cè)，在江漢平原區(qū)分布較廣，集中分布于平原的中心部分及湖泊的周緣[15]。平原組下段主要由沖積相和湖沼相組成。主要由礫石、砂礫、漫灘相粉砂、含砂粘性土或夾牛軛湖相淤泥質(zhì)粘性土組成，巖性變化不大。礫石局限分布于河床附近，其余沖積相多為砂質(zhì)沉積，厚度一般為2～15m。平原組的上段為近代沉積，沉積物的成因類型受現(xiàn)在地貌所控制：沖積相主要形成現(xiàn)代河床、邊灘、心灘堆積，由礫石、砂、砂質(zhì)粘土等組成，一般厚度為2～10m不等；湖沼相堆積為灰黑色的亞粘土和粘土組成，含較多的植物殘骸，分布于近代湖泊周緣及底部。

4白堊紀(jì)—第四紀(jì)沉積演化與夷平面分期

白堊紀(jì)早期，在宜昌地區(qū)形成受天陽坪斷裂控制的初始斷陷盆地，其為一個南陡北緩的箕狀盆地，在盆地南西側(cè)的王家壩沉積了厚度為185m,以礫巖為主的石門組以及厚度大于1696m、向上厚度變厚、以礫巖為主的五龍組。晚白堊紀(jì)早中期，為強斷裂期，此時的盆地同樣為斷陷盆地[16]。在南津關(guān)一帶，沉積了厚度為801m、以礫巖為主的羅鏡灘組，在遠(yuǎn)安曹家河一帶的羅鏡灘組厚度為813m，同樣以礫巖為主。晚白堊世晚期，盆地的斷陷作用減弱，同時盆地的面積有所擴張，湖相沉積面積擴大，并在局部地區(qū)出現(xiàn)薄層石膏及含銅頁巖沉積。由此可見，早白堊世—晚白堊世早中期為構(gòu)造活動期，以造山活動為主，形成受斷裂控制的斷陷盆地，同時地形差別大，因此形成厚度較大的近源粗顆粒沉積。古近紀(jì)古新世沉積了以紅色碎屑巖間夾石膏層為特征的分水嶺組湖相沉積，始新世沉積了以碎屑-泥質(zhì)巖為主的方家河組地層。始新世以后該區(qū)發(fā)生抬升，造成漸新世—中新世的地層缺失。白堊紀(jì)晚期—古近紀(jì)始新世，拗陷盆地的出現(xiàn)以及以湖相細(xì)粒為主的沉積反映了構(gòu)造活動的減弱和地形差別的減小，相應(yīng)對應(yīng)了夷平作用的發(fā)生，即鄂西期夷平面的形成階段。

古近紀(jì)漸新世—新近紀(jì)上新世以前，宜昌地區(qū)沉積的缺失反映了構(gòu)造抬升的再次發(fā)生。上新世開始，新的拗陷盆地的出現(xiàn)，以及下部以河流相為主、上部以湖泊相泥灰?guī)r為主的掇刀石組地層的沉積，代表了陸源物質(zhì)來源的缺乏，反映了夷平作用再次發(fā)生，地形高度的減小，即對應(yīng)于山原期夷平面的形成。當(dāng)?shù)貧み\動從長期的相對穩(wěn)定逐漸轉(zhuǎn)為緩慢抬升時，開始對前一亞期夷平面進(jìn)行分解，形成了套生其間的許多寬敞平坦的巖溶谷地，即為第二亞期的夷平面(王家坪亞期夷平面)。在該亞期的夷平面上發(fā)現(xiàn)了“巫山猿人”[17]，“巫山人”化石實測年齡為1.80～2.04Ma BP[18]。，因而推測第二亞期夷平面形成的時代早于2Ma。

早更新世，在宜昌地區(qū)出現(xiàn)了分布較廣的以粗碎屑為主的沖積扇-扇三角洲沉積，這種扇體的沉積從早更新世至中更新世早期，至少出現(xiàn)了兩套沉積旋回。沖積扇-扇三角洲的廣泛發(fā)育反映了較大地形高差的出現(xiàn)，特別是其中泥質(zhì)巖碎屑的出現(xiàn)，更是反映了一種近源、快速堆積的沉積過程和沉積環(huán)境，因此代表了構(gòu)造隆升的加劇。此后，大面積分布的湖相細(xì)粒沉積的出現(xiàn)，代表了物源供應(yīng)減少，構(gòu)造活動減弱。善溪窯組上部的網(wǎng)紋紅土作為一種古土壤，代表了沉積物供應(yīng)不充分、出露地表接受濕熱條件下風(fēng)化作用改造的結(jié)果，反映了善溪窯組沉積后期，湖盆逐漸趨于消亡的過程，另外還疊加有善溪窯組沉積結(jié)束后的構(gòu)造抬升造成的沉積物暴露和改造。同時，大面積分布的高程近于相等的平坦地貌、殘余丘陵的出現(xiàn)[2]，也反映了構(gòu)造活動減弱背景下夷平作用的存在，即三峽地區(qū)夷平面的第三期—云夢期夷平面。從宜昌地區(qū)早更新世—中更新世沉積特征分析來看，在宜昌一帶，善溪窯組上部細(xì)粒湖相沉積和網(wǎng)紋紅土的發(fā)育時間為0.75Ma左右[19]，而江漢盆地內(nèi)部大面積分布、以河流相砂質(zhì)沉積為特征的宜都組開始沉積的時間為中更新世[20]，因此該期夷平作用結(jié)束的時間應(yīng)該在0.75Ma以后、中更新世以前。

5　結(jié)論

(1)宜昌地區(qū)白堊紀(jì)—第四紀(jì)沉積演化具有3個明顯的旋回。第一個旋回：白堊紀(jì)早期至古近紀(jì)始新世，下部的石門組、五龍組、羅鏡灘組以礫石沉積為主，上部的分水嶺組、方家河組以碎屑巖夾石膏層、泥質(zhì)巖沉積為主。第二個旋回：新近紀(jì)上新世至早更新世，下部為細(xì)-中礫巖、砂巖，中部為鈣質(zhì)粉砂巖、泥巖，上部為以泥灰?guī)r為主、頂部有時可見薄層灰綠色粘土巖。第三個旋回：下部為粗碎屑為主的沖積扇-扇三角洲沉積，上部為湖相細(xì)粒沉積，頂部可見網(wǎng)紋紅土。

(2)沉積旋回與構(gòu)造演化是相對應(yīng)的，3個沉積旋回反映了三峽地區(qū)3次主要的構(gòu)造演化過程，相應(yīng)也對應(yīng)了3期夷平面的形成過程。結(jié)合前人研究結(jié)果、古生物化石和第四紀(jì)善溪窯組測年數(shù)據(jù)，可以獲得3期夷平面的形成時間，即鄂西期夷平面形成于白堊紀(jì)晚期—古近紀(jì)的始新世，山原期夷平面形成于上新世-早更新世初，云夢期夷平面的形成在早更新世末-中更新世早期。

(3)宜昌地區(qū)白堊紀(jì)—第四紀(jì)沉積物特征也表明，該區(qū)白堊紀(jì)—早更新世主要為斷陷盆地-拗陷盆地沉積，大規(guī)模的河流沉積出現(xiàn)在中更新世早期以后(宜都組和平原組)。說明三峽貫通并在宜昌地區(qū)形成大規(guī)模的河流相沉積是在云夢期夷平面形成以后。

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Planation surfaces in the Three Yangtze Gorges area: Evidences from the Cretaceous to Quaternary deposits in the Yichang region, Hubei

WANG Jin-yuan1， XIANG Fang2， ZHANG Yao2， WANG Yu-wan1

(1.CollegeofEarthSciences,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China; 2.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China)

There are three major depositional cycles recognized in the Cretaceous to Quaternary deposits in the Yichang region, Hubei. Each cycle is composed of the gravel beds in the lower part and silt and mud beds in the upper part. These depositional cycles are interpreted to be the responses to the three phases of tectonic evolution and three phases of planation surfaces in the Three Yangtze Gorges areas west of Yichang. Referenced to the previous data, organic fossils and age determinations for the Quaternary Shanxiyao Formation, the planation surfaces cited above were dated at the Late Cretaceous-Eocene for the Exian planation surfaces, the Pliocene-beginning of the early Pleistocene for the Shanyuanian planation surfaces, and the end of the early Pleistocene-the early stage of the middle Pleistocene for the Yunmengian planation surfaces, respectively.

planation surface; Three Yangtze Gorges; Yichang; Cretaceous to Quaternary deposit

1009-3850(2016)01-0077-08

2015-04-27； 改回日期： 2015-06-29

王金元(1991-)，男，碩士研究生

向芳(1974-),女，博士，教授，從事沉積學(xué)教學(xué)與科研

P512.2

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