青藏高原東緣新生代早期古應(yīng)力環(huán)境：來自四川盆地西南緣磁組構(gòu)的記錄

張帥， 田云濤,2* ， 田野， 劉一珉， 唐苑， 秦詠輝， 顏照坤， 李仕虎， 沈中山， 張增杰

1 中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東省地球動力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實驗室， 廣州 510275 2 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(珠海)， 廣東 珠海 519082 3 東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實驗室， 南昌 330013 4 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實驗室， 北京 100029

0 引言

龍門山構(gòu)造帶作為青藏高原的東部邊界，其現(xiàn)今結(jié)構(gòu)構(gòu)造、新生代以來的隆升過程和機(jī)制一直是青藏高原東部研究的熱點(diǎn)科學(xué)問題之一，對以上問題的深入研究有助于理解高原向東生長擴(kuò)展的過程與機(jī)制(許志琴等,1992; Zhang et al., 2004; 王二七和孟慶任, 2008)、深部構(gòu)造變形的淺表響應(yīng)(Tian et al., 2013; Tan et al., 2017; Shen et al., 2019)等.新生代印度—?dú)W亞大陸間持續(xù)匯聚，應(yīng)力與應(yīng)變向東拓展，導(dǎo)致了松潘—甘孜地體與揚(yáng)子地塊間的斜向縮短，進(jìn)而活化了中生代龍門山構(gòu)造帶(Yin, 2006; Yuan et al., 2020).受東部穩(wěn)定的四川盆地地殼的阻擋，青藏高原向東傳遞的物質(zhì)和能量在龍門山構(gòu)造帶內(nèi)累積，形成了龍門山現(xiàn)今近5 km的地形陡變和約25 km的地殼厚度陡變，以及強(qiáng)震發(fā)育(王二七和孟慶任, 2008; Liu-Zeng et al., 2009).

GPS與歷史地震數(shù)據(jù)顯示龍門山地區(qū)現(xiàn)今的應(yīng)力場為近NWW-SEE向的擠壓(Zhang et al., 2004; Liu-Zeng et al., 2009)；熱年代學(xué)數(shù)據(jù)所制約的巖石剝露空間變化也指示新生代晚期以來龍門山地區(qū)主要表現(xiàn)為近東西向的上地殼縮短(Tian et al., 2013; Tan et al., 2017; Shen et al., 2019)；然而該地區(qū)新生代早期的古應(yīng)力狀態(tài)尚待量化，且是認(rèn)識龍門山新生代陸內(nèi)造山構(gòu)造過程與機(jī)制的必要條件.

龍門山構(gòu)造帶東側(cè)發(fā)育了一套古近系地層，前人推測其為龍門山新生代早期的前陸盆地沉積(劉樹根等,1995;賈東等,2003; Tian et al., 2016)，可能記錄了該地區(qū)早期的古應(yīng)力狀態(tài).磁組構(gòu)作為一種分析構(gòu)造應(yīng)力的有效手段，已廣泛應(yīng)用于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究(Parés et al., 1999; Cifelli et al., 2004; Huang et al., 2006; Tang et al., 2012; Yu et al., 2014; Li et al., 2020a, b; 羅良等,2008).磁組構(gòu)可用三軸橢球體(K1≥K2≥K3)來表示，其中K1、K2、K3互相垂直且分別代表最大、中間和最小磁化率主軸.磁化率橢球體主軸與應(yīng)變橢球體主軸之間通常具有很好的相關(guān)性，表現(xiàn)為兩者各主軸相互平行且大小上存在冪律關(guān)系(Hrouda, 1982).本研究將磁組構(gòu)分析方法應(yīng)用到四川盆地西南緣新生代早期陸相沉積地層，以揭示該地區(qū)新生代早期的古應(yīng)力方向及構(gòu)造變形特征.

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造

研究區(qū)位于四川盆地西南緣，北西側(cè)緊鄰龍門山褶皺沖斷帶南段(圖1b).龍門山褶皺沖斷帶由一系列北西傾的疊瓦狀逆沖斷裂構(gòu)成，自西向東發(fā)育汶川—茂縣斷裂、映秀—北川斷裂、安縣—灌縣斷裂和廣元—大邑斷裂(圖1b).龍門山褶皺沖斷帶是一個復(fù)合型的造山帶，顯生宙以來經(jīng)歷兩期構(gòu)造事件：

圖1 (a) 青藏高原及周邊構(gòu)造簡圖； (b) 龍門山地區(qū)地質(zhì)簡圖Ⅰ:汶川—茂縣斷裂； Ⅱ:映秀—北川斷裂； Ⅲ:灌縣—安縣斷裂； Ⅳ:廣元—大邑斷裂；圖b中方框為研究區(qū)位置.Fig.1 (a) Tectonic framework of the Tibetan Plateau and surrounding regions; (b) Generalised geological map of Longmen Shan and adjacent areasⅠ: Wenchuan-Maoxian fault; Ⅱ: Yingxiu-Beichuan fault; Ⅲ: Guanxain-Anxian fault; Ⅳ: Guangyuan-Dayi fault; The box in the figure 1b marks the location of the study area.

圖2 (a) 四川盆地西緣地質(zhì)簡圖，改自寶興幅20萬地質(zhì)圖； (b) 實測剖面(蘆山縣西南側(cè)，如粗虛線所示)及鄰區(qū)地層分布，位置見圖a； (c) 切過研究區(qū)的構(gòu)造剖面圖A-A′，位置見圖a. SSF：雙石逆斷層，XKDF：新開店逆斷層Fig.2 (a) Generalised geologycal map of the southeastern part of the Sichuan Basin, modified after the 1∶ 200000 geological map of the Baoxing area; (b) Geology map of the measured section (thick black dashed line, southwest of the Lushan County) and adjacent areas. For locality, see figure a; (c) The A-A′ cross-section, cutting across the study area, as shown in figure SSF: Shuangshi reverse fault, XKDF: Xinkaidian reverse fault

晚三疊世，松潘—甘孜褶皺帶向揚(yáng)子克拉通逆沖推覆，形成了中生代的龍門山?jīng)_斷帶(許志琴等,1992; Yan et al., 2018)；新生代印度—?dú)W亞板塊持續(xù)匯聚，活化了中生代構(gòu)造，并持續(xù)活動至今(許志琴等,1992; 劉樹根等,1995; Jia et al., 2006; Yin, 2006; Tian et al., 2016; Yuan et al., 2020).在兩期構(gòu)造事件的疊加作用下，造成了龍門山褶皺沖斷帶的現(xiàn)今地質(zhì)地貌格局(王二七和孟慶任, 2008).

同處于上揚(yáng)子地塊的四川盆地，它的演化與龍門山緊密相關(guān).整體上經(jīng)歷了三個階段的演化：(1)震旦紀(jì)—中三疊世，該地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境為揚(yáng)子地塊西緣的被動大陸邊緣(郭正吾等,1996; 劉樹根等,2011).(2)晚三疊世—白堊紀(jì)，伴隨著古特提斯洋的閉合，揚(yáng)子板塊、華北板塊和松潘—甘孜地塊持續(xù)匯聚，四川盆地周緣發(fā)生強(qiáng)烈的撓曲沉降并充填了厚達(dá)數(shù)公里的磨拉石充填，由此轉(zhuǎn)變?yōu)榍瓣懪璧?陶曉風(fēng), 1999)，該階段四川盆地主要以河流、三角洲和湖泊相沉積為主，從北西向南東方向沉積厚度總體上呈減薄趨勢(郭正吾等,1996; 何登發(fā)等,2011)，為典型的陸相前陸盆地(劉樹根等,1995; 賈東等,2003).(3)新生代以來，受印度—?dú)W亞板塊持續(xù)匯聚的影響，四川盆地結(jié)束了大面積的陸相沉積，進(jìn)入到整體抬升、剝蝕和改造階段，僅在盆地西南角發(fā)育了一套古近系陸相沉積(王二七和孟慶任, 2008; 黃涵宇和何登發(fā), 2016).

1.2 新生代地層與構(gòu)造

四川盆地新生代地層主要分布在盆地的西南部，包括名山組和蘆山組，其中名山組與下伏上白堊統(tǒng)灌口組呈整合接觸(圖2a，b).名山組位于天全和名山一帶，是一套以泥質(zhì)巖為主，夾石膏、鈣芒硝的陸相碎屑巖沉積，介形蟲等化石組合指示其時限為古新世至始新世 (茍宗海, 1992).蘆山組位于蘆山、名山和雅安一帶，以棕紅、褐紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，偶見泥灰?guī)r夾層，與下伏名山組呈整合接觸，輪藻和介形蟲等化石組合指示其時限屬始新世至漸新世 (茍宗海, 1992; 王全偉等, 2006; 嚴(yán)亮等,2014).最新的環(huán)境磁學(xué)與磁性地層學(xué)研究揭示本研究區(qū)古近系地層記錄了56 Ma左右古新世—始新世之交氣候極熱事件(PETM)，并將名山組和蘆山組的沉積時代限定在66.4～33 Ma左右(楊會會等,2018).

四川盆地西南緣的天全、大溪和雙石附近還發(fā)育有一套成層性好、礫石含量高、礫石成分以碳酸鹽巖為主的沖積扇相巨厚礫巖，前人稱其為大溪礫巖(紀(jì)相田和李元林, 1995)(圖2a).在平面上，大溪礫巖以大溪為中心呈扇狀展布，向外緣逐漸變薄、分叉直至尖滅，中心處最大厚度近 2000 m，向東則止于蘆山—始陽向斜西翼(圖2a).在垂向上，大溪礫巖與下伏的上白堊統(tǒng)夾關(guān)組為整合接觸關(guān)系.在橫向上，大溪礫巖自北西向南東巖性由礫巖逐漸過渡為砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖、砂巖乃至粉砂巖，且與上白堊統(tǒng)灌口組和古近系名山組砂泥巖呈復(fù)雜的指狀穿插關(guān)系，表明其與灌口組和名山組在橫向上為相變關(guān)系(茍宗海, 1992;紀(jì)相田和李元林, 1995; 曾宜君等,2004).

研究區(qū)構(gòu)造主要為一個天全—蘆山復(fù)向斜，軸向北北東，與龍門山走向近平行，夾于雙石斷裂和新開店斷裂之間(圖2a，c).2013年的蘆山地震就是雙石斷裂及大邑隱伏斷裂活動的結(jié)果(徐錫偉等,2013; Li et al., 2014) ，表明該地區(qū)東西向擠壓變形仍在持續(xù).根據(jù)卷入變形的最年輕地層(始新世—漸新世名山—蘆山組)，推斷上述斷層和褶皺的形成時間應(yīng)為晚古近紀(jì)—新近紀(jì)，是新生代龍門山褶皺沖斷帶東向擠壓的地質(zhì)記錄.

2 區(qū)域古地磁及磁組構(gòu)研究現(xiàn)狀

磁性地層的研究限定了名山組與蘆山組的時代為古新世—早漸新世(莊忠海等,1988; 楊會會等,2018).龍門山南段飛仙關(guān)斷層傳播褶皺的磁組構(gòu)結(jié)果顯示，僅在斷層上盤出現(xiàn)的磁線理與地層走向高角度斜交的異常磁組構(gòu)，可能反映了雅安地區(qū)新生代期間逆時針旋轉(zhuǎn)引起的變形疊加(羅良等, 2013).川西南鹽井溝斷層傳播褶皺的三維構(gòu)造建模與磁組構(gòu)研究顯示，該地區(qū)的磁組構(gòu)以弱變形的初始變形磁組構(gòu)為主，褶皺前翼應(yīng)變強(qiáng)度大于后翼，其反映的新生代構(gòu)造應(yīng)力為NW-SE向擠壓，與斷層相關(guān)褶皺的運(yùn)動學(xué)模型預(yù)測一致(Li et al., 2013).另外古地磁研究還顯示四川盆地西南緣在新生代可能經(jīng)歷了一定程度的構(gòu)造旋轉(zhuǎn)運(yùn)動.前人對此有順時針旋轉(zhuǎn)(Enkin et al., 1991)和逆時針旋轉(zhuǎn)(莊忠海等,1988)兩種不同的認(rèn)識.Enkin等(1991)對四川盆地西南部地區(qū)上白堊統(tǒng)地層的古地磁研究顯示自晚白堊以來新津地區(qū)經(jīng)歷了8.0°±13.2°順時針旋轉(zhuǎn).而四川盆地西南緣雅安地區(qū)古新統(tǒng)的古地磁數(shù)據(jù)顯示，該地區(qū)經(jīng)歷了11.5°±4.6°的逆時針旋轉(zhuǎn) (莊忠海等,1988).

3 樣品采集及磁組構(gòu)研究

3.1 樣品采集與測試

為獲得四川盆地西南緣新生代早期的構(gòu)造應(yīng)力方向，本研究選取出露連續(xù)完整的蘆山剖面為研究對象進(jìn)行磁組構(gòu)研究.蘆山剖面位于四川盆地西南緣蘆山向斜東翼(見圖2).所采巖石樣品為古近紀(jì)名山組和蘆山組粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖.所有樣品在野外統(tǒng)一使用便攜式油氣鉆孔采集圓柱形古地磁樣品，并使用磁羅盤測量樣品的方位和傾角.所有樣品均在室內(nèi)統(tǒng)一加工成直徑約2.5 cm，長約2.2 cm規(guī)格的圓柱樣品，利用卡帕橋KLY-4S進(jìn)行磁化率各向異性各項參數(shù)的測試.樣品預(yù)處理及測試均在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古地磁實驗室完成，實驗共測試548塊有效定向樣品.

3.2 磁組構(gòu)測試結(jié)果與分析

為研究樣品的磁組構(gòu)特征我們計算了蘆山剖面古近紀(jì)名山組和蘆山組的巖石樣品磁化率各向異性度PJ、形態(tài)參數(shù)T、磁線理L和磁面理F等相關(guān)參數(shù).磁組構(gòu)測試結(jié)果顯示：樣品平均磁化率(Km)為203.15×10-6，分布范圍為100×10-6～400×10-6.這一整體較弱的Km值與前人在柴達(dá)木盆地(Yu et al., 2014)、庫車盆地(Huang et al., 2006)和貢覺盆地(Li et al., 2020b)的磁組構(gòu)結(jié)果一致.另外，四川盆地西南緣始陽剖面古近紀(jì)地層的環(huán)境磁學(xué)研究顯示，該套地層中主要的攜磁礦物為亞鐵磁性與反鐵磁性礦物，以高矯頑力的反鐵磁性礦物為主 (楊會會等,2018).綜上所述，蘆山剖面的磁組構(gòu)主要受控于高矯頑力的反鐵磁性礦物，反映了攜磁礦物晶體各向異性.

磁組構(gòu)特征分析顯示絕大多數(shù)樣品的校正磁化率各向異性度(PJ)小于 1.10，范圍為1.008～1.297，均值為1.054，表明研究區(qū)總體變形較弱(圖3d).經(jīng)地層產(chǎn)狀校正后，樣品的磁組構(gòu)形態(tài)特征為磁面理平行于層面，K3主軸近垂直于層面，少數(shù)樣品K3主軸在NW-SE方向呈帶狀分布，利用bootstrap方法統(tǒng)計磁化率主軸的平均方向，結(jié)果顯示K3主軸在產(chǎn)狀校正前后偏角與傾角D/I分別為120.9°±2.4°/48.6°±0.7°，120.9°±1.3°/84.9°±0.6°(Constable and Tauxe, 1990).而K1主軸(D/I=219.1°±1.0°/0.7°±0.6°)和K2主軸(D/I=309.2°±1.0°/5.0°±1.3°)近與層面平行并在層面上發(fā)生分離，兩組方向各自集中且顯示出優(yōu)勢方向，表明原始沉積磁組構(gòu)的特征已被破壞(圖3a，b).樣品在磁面理(F)—磁線理(L)以及校正磁化率各向異性度(PJ)—磁化率橢球體形態(tài)參數(shù)(T)圖解中主要分布在扁圓區(qū)中(圖3c，d).以上特征表明研究區(qū)樣品磁組構(gòu)類型可能為初始變形磁組構(gòu) (Parés et al., 1999; Saint-Bezar et al., 2002)，也可能為受古水流控制的磁組構(gòu)(Rees and Woodall, 1975; Borradaile and Henry, 1997; Soto et al., 2009).

圖3 蘆山剖面磁組構(gòu)特征分析圖(a) 地理坐標(biāo)系下磁化率各向異性主軸等面積投影圖； (b) 層面坐標(biāo)系下磁化率各向異性主軸等面積投影圖.圖(a)與(b)中圖例相同：正方形代表K1，三角形代表K2，圓代表K3. (c) 磁面理(F)—磁線理(L)圖解； (d) 校正磁化率各向異性度(PJ)—形態(tài)參數(shù)(T)圖解，灰色箭頭表示變形的增強(qiáng)方向.Fig.3 Analysis diagrams of magnetic fabric characteristics of Lushan section(a) Equal-area projection of anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) principal axes in the stratigraphic coordinate. Panels (a) and (b) share the same legend: squares-K1, triangle-K2, circle-K3; (b) Equal-area projection of anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) principal axes in the geographic coordinate; (c) Magnetic plane (F) -magnetic lineation (L) diagram; (d) Corrected degree of anisotropy (PJ)-shape factor (T) diagram, in which the gray arrow represents the direction of increasing degree of deformation.

4 討論

4.1 磁組構(gòu)成因分析

磁面理平行于層面且顯著發(fā)育磁線理的特征，可能為與構(gòu)造變形相關(guān)的初始變形磁組構(gòu)，也可能為沉積過程相關(guān)的沉積磁組構(gòu).在沉積過程中，重力及水動力環(huán)境是原生磁組構(gòu)的主要控制因素：當(dāng)介質(zhì)流速較低時，磁線理方向與古流向一致；而當(dāng)介質(zhì)流速較高時，與古流向垂直(Rees and Woodall, 1975; Borradaile and Henry, 1997; Soto et al., 2009).構(gòu)造變形相關(guān)的巖石磁組構(gòu)，是構(gòu)造變形部分或完全改造原生沉積磁組構(gòu)而形成新的疊加磁組構(gòu).前人對石灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、頁巖中磁組構(gòu)的研究表明在單一應(yīng)力作用下，沉積巖受到水平擠壓應(yīng)力造成平行層面縮短時，磁組構(gòu)隨應(yīng)變的遞增出現(xiàn)共軸變形與遞進(jìn)演化，并依次將沉積磁組構(gòu)改造為初始變形磁組構(gòu)、鉛筆狀磁組構(gòu)、弱劈理磁組構(gòu)、強(qiáng)劈理磁組構(gòu)和拉伸線理磁組構(gòu)五種磁組構(gòu)類型(Ramsay and Huber, 1983; Parés et al., 1999; Saint-Bezar et al., 2002; Luo et al., 2009).

本研究所采集的樣品巖性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖為主，粒度較細(xì)，水動力條件較弱.若其磁組構(gòu)受控于古水流，則磁線理方向應(yīng)與古流向保持一致.然而盆地西側(cè)緊鄰龍門山褶皺沖斷帶的邊緣相大溪礫巖中疊瓦狀礫石產(chǎn)狀測量，顯示川西前陸盆地晚白堊世—古近紀(jì)的古流向總體為北西—南東向(160°～170°)，與本研究樣品磁線理方向(219°±1.0°)呈50°～60°斜交(圖4)，兩者既不垂直也不平行.因此，本研究認(rèn)為蘆山地區(qū)新生代砂泥樣品所記錄的磁組構(gòu)未受古水流因素控制.

圖4 大溪礫巖古流向玫瑰花圖及層面產(chǎn)狀，古流向總體為北北西—南南東方向. 黑色部分為本研究新測結(jié)果；灰色部分源自李元林和紀(jì)相田(1993)Fig.4 Rose diagram of Daxi conglomerate paleocurrent and bedding. The paleocurrent is mostly SSE-ward. Those filled in black are new new determinations of this work, whereas those gray ones are compiled from Li and Ji (1993)

對于未受后期強(qiáng)應(yīng)變改造的沉積巖，它們所記錄到的初始變形磁組構(gòu)是早期階段平行層縮短變形的結(jié)果，通常開始發(fā)育于沉積至固結(jié)成巖期間，反映了準(zhǔn)同沉積階段的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)(Hrouda, 1982; Borradaile, 1988; 羅良等,2013).測試分析結(jié)果顯示磁組構(gòu)的各向異性度較低，產(chǎn)狀校正后K3主軸方向相對集中(為120.9°±1.3°)，表明蘆山剖面沉積物磁組構(gòu)為弱變形磁組構(gòu)，于地層褶皺變形前獲得且未經(jīng)歷后期應(yīng)變改造.

初始變形磁組構(gòu)的磁線理通常是古應(yīng)力方向的可靠指示，在擠壓構(gòu)造環(huán)境下磁線理近似垂直于區(qū)域應(yīng)力場，在伸展環(huán)境中近似平行于最大伸展方向(Parés et al., 1999; Cifelli et al., 2004; Huang et al., 2006; Li et al., 2020a,b).由于川西南新生代前陸盆地發(fā)育于龍門山地區(qū)擠壓構(gòu)造背景下(Jia et al., 2006; Tian et al., 2016)，故新生代早期該地區(qū)最大主應(yīng)力方向應(yīng)與磁線理方向近似垂直.同時，前人研究表明磁組構(gòu)中K3主軸方向在反映最大主應(yīng)力方向時更具參考性(Yuan et al., 2020).據(jù)此推斷研究區(qū)新生代早期最大主應(yīng)力方向為120.9°±1.3°，即NW-SE向的構(gòu)造縮短.

4.2 構(gòu)造旋轉(zhuǎn)校正分析

利用磁組構(gòu)恢復(fù)古應(yīng)力場，還需要考慮后期旋轉(zhuǎn)變形對磁組構(gòu)的影響.目前有關(guān)四川盆地西南緣新生代以來的旋轉(zhuǎn)變形，其認(rèn)識并不統(tǒng)一，有順時針(Enkin et al., 1991)和逆時針(莊忠海等,1988)旋轉(zhuǎn)變形兩種不同的認(rèn)識，尚待更加系統(tǒng)深入的研究.為了校正后期旋轉(zhuǎn)變形對蘆山剖面古應(yīng)力場恢復(fù)的影響，本研究暫以上述兩類旋轉(zhuǎn)變形研究結(jié)果為參考，并依次計算討論.

Enkin等(1991)對新津地區(qū)上白堊統(tǒng)古地磁的研究顯示：四川盆地西南部自晚白堊以來相對于穩(wěn)定的歐亞大陸90 Ma的參考極(λp=82.2°N,φp=202.1°E,A95=5.2°)發(fā)生了10.4°±10.7°的順時針旋轉(zhuǎn)(Besse and Courtillot, 2002; Enkin et al., 1991).Tong等(2020)在四川盆地南部的宜賓地區(qū)得到的研究結(jié)果與之類似.據(jù)此，旋轉(zhuǎn)校正后的K3主軸方向為110.5°±10.8°(圖5).

莊忠海等(1988)對雅安地區(qū)古近紀(jì)名山組地層的古地磁研究顯示：四川盆地西南緣自新生代早期以來相對于穩(wěn)定的歐亞大陸60 Ma的參考極(λp=81.1°N,φp=190.5°E,A95=2.9°)發(fā)生了11.4°±6.3°的逆時針旋轉(zhuǎn)(Besse and Courtillot, 2002; 莊忠海等,1988).據(jù)此，旋轉(zhuǎn)校正后的K3主軸方向為132.3°±6.4°(圖5).

圖5 古應(yīng)力方向校正圖細(xì)線(120.9°±1.3°)為根據(jù)本研究磁組構(gòu)所獲得的最大主應(yīng)力方向；粗線為地層發(fā)生過順時針旋轉(zhuǎn)(粗實線)或逆時針旋轉(zhuǎn)(粗虛線)校正后的結(jié)果.Fig.5 Palaeostress direction correction diagramThe thin line is the maximum principal stress direction derived from the magnetic fabrics of this study, and the thick lines are the corrected directions by strata rotation in either a clockwise manner (thick solid line) or anticlockwise manner (thick dash line).

構(gòu)造旋轉(zhuǎn)校正后的磁組構(gòu)結(jié)果顯示，按照地層發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)校正后的主壓應(yīng)力方向(110.5°±10.8°)與逆時針旋轉(zhuǎn)校正后的主壓應(yīng)力方向(132.3°±6.4°)相差僅20°左右.兩者與研究區(qū)新生代以來未發(fā)生旋轉(zhuǎn)的情況所對應(yīng)的最大主應(yīng)力方向(120.9°±1.3°)并無顯著的差別，均為NW-SE方向.鑒于前人對該盆地新生代以來旋轉(zhuǎn)變形的認(rèn)識尚不一致，本研究認(rèn)為最大主應(yīng)力方向應(yīng)近似為直接通過磁組構(gòu)所得到的方向(約120.9°±1.3°)，即新生代早期川西南前陸盆地表現(xiàn)為NW-SE向的構(gòu)造縮短.而更準(zhǔn)確的最大主應(yīng)力方向的恢復(fù)仍需要在未來開展高精度的構(gòu)造旋轉(zhuǎn)研究.

4.3 構(gòu)造意義

本研究所獲得的蘆山地區(qū)新生代地層的磁組構(gòu)信息揭示了四川盆地西南緣新生代早期的最大主壓應(yīng)力方向為NW-SE向.該古應(yīng)力可能是印度—?dú)W亞大陸匯聚的遠(yuǎn)場效應(yīng)：新生代早期印度—?dú)W亞大陸匯聚，導(dǎo)致三角狀的松潘—甘孜地體向揚(yáng)子地塊擠出，在龍門山構(gòu)造帶山前表現(xiàn)為NW-SE向的構(gòu)造縮短.這一認(rèn)識與新生代早期龍門山構(gòu)造解析(Tian et al., 2016)、四川盆地沉積相分布與等厚圖(郭正吾等,1996)和盆內(nèi)構(gòu)造變形(Jia et al., 2006)等結(jié)果一致.因此本研究認(rèn)為龍門山褶皺沖斷帶在新生代早期，吸收了大量的青藏高原東緣與四川盆地之間地殼縮短.

新生代早、晚期龍門山褶皺沖斷帶南段地殼縮短的方向基本一致.首先，龍門山新生代晚期的脆性斷層、研究區(qū)新生代早期地層的后期褶皺軸跡均顯示NW-SE向的地殼縮短(Tian et al., 2013; Tan et al., 2017).另外，現(xiàn)今震間GPS觀測和歷史地震數(shù)據(jù)也顯示NW-SE向的上地殼縮短(Zhang et al., 2004; Liu-Zeng et al., 2009).據(jù)此，本研究認(rèn)為龍門山構(gòu)造帶在新生代早期和晚期的應(yīng)力狀態(tài)基本一致，暗示龍門山作為青藏高原的東邊界可能形成于新生代早期.

前人將晚白堊—早古近紀(jì)川西南盆地解釋為發(fā)育在龍門山褶皺—逆沖帶山前的前陸盆地(如圖6；Jia et al., 2006; Tian et al., 2016).相關(guān)證據(jù)如下：(1)沉積等厚圖顯示晚白堊—早古近紀(jì)的沉積中心發(fā)育于龍門山南段的前緣，最大沉積厚度近3 km，呈不對稱箕狀坳陷，延展方向平行于龍門山走向，呈現(xiàn)前陸盆地的幾何特征(郭正吾等, 1996; Jia et al., 2006).(2)同時期的古流向大致為SE方向，指示龍門山和松潘—甘孜地體為主要物源.(3)地震剖面顯示四川盆地西南緣發(fā)育晚白堊—早古近紀(jì)的生長地層，為同時期龍門山SE方向逆沖的沉積證據(jù)(Jia et al., 2006; Tian et al., 2016).(4)在龍門山南段的腹地，Tian等(2016)的構(gòu)造觀測揭示出一期頂部向NW方向的剪切變形，并通過糜棱巖面理中重結(jié)晶的黑云母和白云母40Ar/39Ar定年方法，確定了該期變形的時間為74～58 Ma.這套腹地的變形與龍門山前緣所發(fā)育的前陸盆地和逆沖變形時間上吻合，因此該時期的變形特點(diǎn)為：龍門山前緣逆沖、后緣向腹地剪切(圖6)，與喜馬拉雅中新世的構(gòu)造變形特征相似.Tian等(2016)使用雙重構(gòu)造模型的模式解釋這一腹地與前陸構(gòu)造差異性的變形組合特征.本研究所報道的磁組構(gòu)數(shù)據(jù)所揭示的四川盆地西南緣新生代早期古應(yīng)力環(huán)境與上述前人認(rèn)識一致，輔證了當(dāng)時龍門山地區(qū)為NW-SE向地殼縮短的構(gòu)造體制(圖6).

圖6 龍門山晚白堊-早古近紀(jì)雙重構(gòu)造模式圖(改自Tian et al., 2016)該模式用于解釋晚白堊世—古近紀(jì)早期龍門山構(gòu)造帶前緣逆沖縮短、后緣向腹地剪切的構(gòu)造變形組合.龍門山沿著上地殼底部的滑脫面(雙重構(gòu)造的底板)向四川盆地方向逆沖，源自上地殼底部的巖片呈疊瓦狀就位于底板逆沖斷裂之上，在每個巖片就位的過程中，其后緣表現(xiàn)為向腹地的剪切(與底板逆沖方向相反).Fig.6 A diagram of duplex model for explaining the Late Cretaceous-earliest Paleogene deformation of the Longmen Shan (modified from Tian et al., 2016)The model explains the contemporaneous Late Cretaceous-earliest Paleogene SE-ward thrusting in the Longmen Shan front and top-to-the-NW shear in the hinterland. It infers that a crustal wedge, bounded by a forelandward floor thrust and a hinterlandward roof thrust, is formed by numerous imbricate thrust faults branching off from a floor thrust, which curve upward to join a roof thrust. The roof thrust can have a top-to-the-hinterland sense of shear, opposite sense-of-shear to the floor thrust.

前緣逆沖、后緣向腹地剪切的構(gòu)造組合樣式通常發(fā)育于同造山期和后造山期的地殼增厚區(qū)域(Yin and Harrison, 2000; Grimmer et al., 2015; Tian et al., 2016).據(jù)此可以推測：龍門山地殼在晚白堊—早古近紀(jì)之前可能已經(jīng)獲得相當(dāng)?shù)暮穸?同時四川盆地西南緣在晚白堊—早古近紀(jì)發(fā)育了近3 km深的前淵沉積中心(郭正吾等, 1996)，也指示其西邊界之上應(yīng)該發(fā)育了較高的地形載荷.

上述認(rèn)識或可解釋龍門山晚新生代的構(gòu)造變形特征.現(xiàn)今震間GPS觀測表明，垂直龍門山的NW-SE向縮短速率不超過2～3 mm·a-1(Zhang et al., 2004).并且，在前陸一側(cè)未發(fā)育晚新生代撓曲盆地(Burchfiel et al., 1995).這些構(gòu)造現(xiàn)象被認(rèn)為是晚新生代龍門山上地殼縮短量有限的證據(jù)，前人為了解釋這些地質(zhì)觀測，提出龍門山晚新生代的構(gòu)造變形可能受控于下地殼流構(gòu)造(Burchfiel et al., 1995; Clark et al., 2005).然而，如果龍門山在新生代早期已經(jīng)獲得了相當(dāng)厚的地殼和相當(dāng)高的地形，那么則不需要大量的晚新生代上地殼縮短來解釋龍門山加厚地殼的形成(Tian et al., 2016).另外，熱年代學(xué)研究結(jié)果顯示晚新生代的巖石剝露主要受控于龍門山?jīng)_斷帶內(nèi)映秀—北川斷裂和汶川—茂縣斷裂亂序的(out-of-sequence)逆斷活動(Tian et al., 2013; Tan et al., 2017; Shen et al., 2019)，指示相關(guān)的構(gòu)造縮短主要集中在龍門山?jīng)_斷帶內(nèi)部(Tian et al., 2013).由于龍門山巖石圈有效彈性厚度僅為約7km (Fielding and McKenzie, 2012)，晚新生代的構(gòu)造縮短應(yīng)該在近原地均衡調(diào)整，而不會給東側(cè)的四川盆地施加較大的構(gòu)造負(fù)載，這或許是龍門山晚新生代撓曲盆地不發(fā)育的機(jī)制.

5 結(jié)論

通過對川西南前陸盆地蘆山剖面古近系地層的野外地質(zhì)調(diào)查和磁組構(gòu)研究，獲得以下結(jié)論：

(1)磁組構(gòu)橢球體的赤平投影結(jié)果顯示蘆山剖面樣品磁組構(gòu)的磁線理呈NE-SW方向(39°/219°)，K3主軸方向相對集中(為120.9°±1.3°).該磁組構(gòu)與古水流無關(guān)，且未受到后期構(gòu)造變形改造，為初始變形磁組構(gòu)的類型，形成于地層發(fā)生褶皺前的成巖階段.

(2)蘆山剖面磁組構(gòu)結(jié)果顯示該地區(qū)新生代早期的構(gòu)造變形受NW-SE向的最大主壓應(yīng)力控制.新生代晚期及現(xiàn)今應(yīng)力場狀態(tài)繼承了新生代早期的樣式，暗示龍門山構(gòu)造帶可能在新生代早期已經(jīng)形成.

致謝審稿專家提出了建設(shè)性的修改意見，中山大學(xué)孫習(xí)林、李瑞、陳素霞、蘭佳佳協(xié)助了野外采樣工作，中山大學(xué)王偉濤、閆永剛在成文過程中提供了有益建議，在此一并衷心感謝.