峨眉山地幔柱主要研究進(jìn)展及四川盆地二疊紀(jì)成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制

孫自明，卞昌蓉，劉光祥

(中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 引 言

地幔柱假說與板塊構(gòu)造學(xué)說的提出時(shí)間相近，但前者發(fā)展較慢，且是否真實(shí)存在尚存爭(zhēng)議。后者強(qiáng)調(diào)巖石圈板塊的水平運(yùn)動(dòng)，可較好地解釋板塊邊界處大規(guī)模的構(gòu)造作用和巖漿起源等問題；而前者則強(qiáng)調(diào)物質(zhì)和能量的垂向運(yùn)動(dòng)，可較好地詮釋后者難以解釋的穩(wěn)定克拉通內(nèi)部大規(guī)模的巖漿事件等科學(xué)問題。

地幔柱垂向上溝通了地核、地幔與地殼之間的物質(zhì)與能量交換。地幔柱上涌主要表現(xiàn)為大規(guī)模的物質(zhì)和能量由地球深部向表層遷移，不僅可以造成區(qū)域性的地殼隆升和大規(guī)模的巖漿噴發(fā)，形成大火成巖省以及與之相關(guān)的一系列地質(zhì)事件，如大規(guī)模的巖漿成礦作用、地殼淺層地層差異剝蝕和相關(guān)不整合的形成等，而且還可以導(dǎo)致全球性的氣候劇變和生物大滅絕等次生災(zāi)害事件[1-3]。

20世紀(jì)90年代以來，大火成巖省概念得到國(guó)內(nèi)學(xué)者廣泛重視并進(jìn)行了相關(guān)研究。其典型實(shí)例是位于我國(guó)西南川滇黔交界地區(qū)、現(xiàn)已被國(guó)際地學(xué)界廣泛認(rèn)可、以中—晚二疊世噴發(fā)的峨眉山玄武巖為主體形成的峨眉山大火成巖省(Emeishan Large Igneous Province，ELIP；圖1)，普遍認(rèn)為其成因與地幔柱作用有關(guān)[4-10]。另外，前人針對(duì)大陸增生、大陸裂解、巖漿成礦作用以及巖漿噴發(fā)后的地表地貌改變、環(huán)境與氣候變化和生物滅絕事件等進(jìn)行了專題研究[11-19]。

圖1 峨眉山大火成巖省與四川盆地分布(據(jù)文獻(xiàn)[20-25]修編)

四川盆地涉及峨眉山大火成巖省，二疊紀(jì)火成巖在盆地西南部和西部較為發(fā)育，在盆地中東部的華鎣山地區(qū)也有局部出露。近年來在盆地其它地區(qū)如盆地東北部的開江—梁平等地也不斷有鉆井鉆遇，盆地內(nèi)部的某些探井如ZG1、YS1、YT1、TF2、Y210和ST10等在這套火成巖地層也分別試獲工業(yè)氣流，反映出良好的天然氣勘探前景。但目前關(guān)于峨眉山地幔柱在四川盆地的作用范圍和二疊紀(jì)成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制等方面尚存在不同的見解，影響了對(duì)四川盆地古生界天然氣富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)。鑒于此，通過大量文獻(xiàn)調(diào)研，采用深部地?；顒?dòng)控制表層系統(tǒng)演變的研究思路，本文系統(tǒng)梳理和歸納峨眉山大火成巖省特征及其地幔柱成因的主要研究進(jìn)展，并探討分析峨眉山地幔柱在四川盆地的作用范圍和二疊紀(jì)成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制，以期為四川盆地古生界油氣勘探遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1 峨眉山地幔柱主要研究進(jìn)展

1.1 峨眉山大火成巖省平面分帶特征

1.1.1 平面展布

峨眉山玄武巖概念最早由趙亞曾于1929年提出，是指出露于四川西南部峨眉山地區(qū)并覆蓋于中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r之上的一套玄武巖地層，后來泛指我國(guó)西南川滇黔地區(qū)大面積出露并以玄武巖為主的晚二疊世暗色火成巖系。峨眉山大火成巖省平面上主要分布于西藏高原東部，揚(yáng)子板塊西緣。以往認(rèn)為其西北界為龍門山斷裂，西南界為哀牢山—紅河斷裂，南界在中越邊境越南一側(cè)，東界約在湖南，西側(cè)緊鄰三江構(gòu)造帶，平面上呈長(zhǎng)軸近南北向的菱形形態(tài)展布(圖1)[6，22，26]，地表出露面積約為0.5×106km2，體積為0.3×106～0.6×106km3。相較于全球其它平面面積大于1×106km2的大火成巖省，其面積相對(duì)較小，但仍大于Bryan等和Ernst等重新修訂的大火成巖省的標(biāo)準(zhǔn)[27-29]。

由于峨眉山玄武巖的噴發(fā)時(shí)間與羌塘地塊和揚(yáng)子板塊之間的離散作用基本上同期[25]，而且峨眉山大火成巖省又緊鄰三江造山帶，其形成后易于遭受強(qiáng)烈的構(gòu)造變形改造或被破壞，因此其原始分布面積可能要遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)意義上認(rèn)識(shí)的范圍。部分學(xué)者通過分析紅河斷裂帶兩側(cè)玄武巖的地球化學(xué)特征，認(rèn)為云南金平地塊(紅河斷裂帶以南)的玄武巖亦屬于峨眉山大火成巖省的產(chǎn)物[30]。由此推測(cè)，其西南邊界也可能超越了哀牢山—紅河斷裂，空間分布范圍可能高達(dá)7×105km2[8，13，25，30-31]。自20世紀(jì)60年代以來，隨著油氣勘探節(jié)湊的加快和研究工作的逐步深入，在四川盆地內(nèi)部中新生界覆蓋區(qū)尤其是盆地西南部、西部和東北部等地區(qū)已先后有多達(dá)300余口鉆井鉆遇了這套玄武巖地層[32]，也同樣反映了峨眉山玄武巖的初始覆蓋面積可能遠(yuǎn)大于現(xiàn)今地表出露的殘留面積。

1.1.2 橫向分帶

以往多認(rèn)為攀枝花西部地區(qū)是峨眉山玄武巖的分布中心區(qū)，并將其作為裂谷或峨眉山玄武巖的軸部地帶；后來通過對(duì)揚(yáng)子地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組地層的詳細(xì)劃分和對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)茅口組灰?guī)r在峨眉山玄武巖噴發(fā)前后存在明顯的差異剝蝕現(xiàn)象，剝蝕中心或茅口期地殼隆起中心位于云南大理至四川米易地區(qū)，且其剝蝕程度和頂部不整合在區(qū)域上具有分帶性特征，據(jù)此將峨眉山大火成巖省劃分為內(nèi)帶、中帶和外帶等部分[22，25](圖1)。

內(nèi)帶為一直徑約為400 km的圓形區(qū)域，茅口組遭深度剝蝕，殘余厚度一般為50 m左右。因剝蝕面起伏較大，局部完全缺失，導(dǎo)致峨眉山玄武巖直接覆于茅口組及下伏不同時(shí)代的地層之上，古風(fēng)化殼不發(fā)育。在米易雷打石一帶，峨眉山玄武巖直接覆于梁山組砂巖之上，其間缺失棲霞組和茅口組；而在賓川上倉(cāng)，峨眉山玄武巖底部綠色凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖中夾有3～4層厚約30 cm的灰?guī)r透鏡體，顯示下蝕作用可能已達(dá)石炭系。

中帶主要位于滇東地區(qū)，部分涉及四川盆地南部和西南部，總體為寬約300 km的弧形環(huán)帶，帶內(nèi)茅口組剝蝕程度相對(duì)較小，僅頂部地層有部分缺失，殘留厚度200～450 m。茅口組頂部發(fā)育古風(fēng)化殼，局部可見炭質(zhì)頁巖夾煤線。在接近內(nèi)帶的局部地區(qū)，發(fā)育有礫巖等粗粒碎屑沉積[33]。

目前對(duì)于外帶在四川盆地的具體位置尚不清楚，多數(shù)人認(rèn)為外帶邊界大致位于四川盆地中東部華鎣山地區(qū)，帶內(nèi)茅口組頂部剝蝕面較平坦，古風(fēng)化殼普遍發(fā)育，茅口組缺失地層較少，殘留厚度為250～600 m[25]。

1.2 峨眉山大火成巖省與地幔柱上涌

一般認(rèn)為大火成巖省的形成與地幔柱活動(dòng)有關(guān)。根據(jù)地幔柱模型可以較好地解釋短時(shí)限、大規(guī)模、巨量的火山噴發(fā)作用的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。但早期關(guān)于峨眉山大火成巖省的研究缺乏對(duì)玄武巖噴發(fā)時(shí)限的同位素年代學(xué)的精準(zhǔn)厘定，造成難以根據(jù)火成巖噴發(fā)速率對(duì)地幔柱作用機(jī)制進(jìn)行約束。另外，根據(jù)苦橄巖的巖石地球化學(xué)特征確定地幔柱作用機(jī)制尚存在一定的不確定性。因此，關(guān)于峨眉山大火成巖省的形成機(jī)制，以往主要傾向于裂谷成因[22]。近年來，隨著對(duì)峨眉山大火成巖省研究工作的逐步深入，在許多重大地質(zhì)問題上均取得了新的重要進(jìn)展，越來越多的學(xué)者日益傾向于利用地幔柱概念來解釋峨眉山大火成巖省的成因，并認(rèn)為地幔柱上涌是誘發(fā)峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā)并形成大火成巖省的主導(dǎo)因素。

1.2.1 大規(guī)?；鹕阶饔们暗牡貧ぢ∩?/p>

根據(jù)經(jīng)典的地幔柱模型，在大規(guī)模火山噴發(fā)之前，高溫地幔柱頭產(chǎn)生的巨大熱浮力將導(dǎo)致地殼表層產(chǎn)生千米級(jí)的規(guī)模隆升[33-38]，并引發(fā)相應(yīng)的地殼表層地質(zhì)作用，如地層的差異剝蝕、不整合面和古侵蝕溝谷的形成[39-40]以及同時(shí)期區(qū)域沉積-構(gòu)造格局的改變等。因此，多數(shù)學(xué)者將區(qū)域地殼隆升作為判斷大火成巖省是否具有地幔柱成因的一個(gè)重要標(biāo)志，但關(guān)于峨眉山大火成巖省是否存在由地幔柱上涌誘發(fā)的地殼隆升以及地殼隆升的規(guī)模等均存在不同觀點(diǎn)。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，峨眉山大火成巖省在大規(guī)模玄武巖噴發(fā)之前并沒有發(fā)生過千米級(jí)的地表隆升，甚至還可能出現(xiàn)地表下沉跡象[3，41-42]；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，峨眉山大火成巖省在峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā)之前地表隆升幅度有限，僅為200 m左右[28]。目前多數(shù)學(xué)者傾向于認(rèn)為，峨眉山大火成巖省因地幔柱上涌而形成，在峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā)之前，大火成巖省存在千米級(jí)的地表隆升幅度[25，33]。在地幔柱作用中心的大理—米易一帶地殼隆升幅度估計(jì)在1000 m以上[8，11，13，25，33，39]，而根據(jù)內(nèi)帶東南側(cè)沖積扇的高度和茅口組頂部的剝蝕特征估算，隆升幅度應(yīng)大于1300 m，四川盆地地區(qū)為100～400 m[33]，古地貌總體表現(xiàn)為“西高東低”。

1.2.2 放射狀基性巖墻群

峨眉山大火成巖省巖性以基性-超基性火山熔巖為主，伴有鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入巖，其次為少量的中酸性巖石，如長(zhǎng)英質(zhì)侵入巖、粗面巖和流紋巖等，火山碎屑巖占比較小。其中，基性-超基性巖包括拉斑溢流玄武巖、苦橄巖、輝長(zhǎng)巖和輝綠巖等。

峨眉山大火成巖省至少存在6條巨型輝綠巖巖墻群[8]，平面上呈帶狀分布，以主要輝綠巖巖墻群分布區(qū)為中心形成放射狀幾何形態(tài)，并收斂于永仁一帶[43-44]。這一特征與地層學(xué)研究揭示的茅口組最大隆起和最強(qiáng)剝蝕區(qū)位置基本吻合，反映其形成與地幔柱上涌有關(guān)。

1.2.3 短時(shí)限、大規(guī)模的火山噴發(fā)作用

大火成巖省以快速產(chǎn)生大量的巖漿而著稱，是大規(guī)模、短時(shí)間(或由多個(gè)短時(shí)間脈沖式噴發(fā)組成)、板內(nèi)型為主的玄武巖漿事件，包括大陸溢流玄武巖、火山被動(dòng)陸緣和洋盆溢流玄武巖等[27]，而海山、海山群、海底洋脊和洋底異常地殼等不再被視為大火成巖省[28-29]。大火成巖省巖性以溢流玄武巖為主，也有與火山爆發(fā)相關(guān)的火山碎屑巖、沉凝灰?guī)r或火山灰，分布面積一般大于0.1×106km2，巖漿體積大于0.1×106km3，最長(zhǎng)形成時(shí)間約為50 Ma，巖漿在短時(shí)(1～5 Ma)噴發(fā)期間大部分(大于巖漿總體積的75%)已侵位[28-29]。

關(guān)于峨眉山大火成巖省主噴發(fā)期的確定，目前主要采用地層學(xué)和同位素年代學(xué)兩種方法。根據(jù)地層學(xué)分析，棲霞組和茅口組相當(dāng)于美國(guó)地層劃分中的教堂山統(tǒng)(Cathedralian Series，299～271 Ma)和瓜德魯普統(tǒng)(Guadalupian Series，271～260 Ma)，其時(shí)間跨度為299～206 Ma。峨眉山玄武巖噴發(fā)首先出現(xiàn)于康滇古陸東西兩側(cè)，早二疊世主要發(fā)生在鹽源—麗江陸緣海區(qū)，晚二疊世進(jìn)入攀西裂谷及其以東地區(qū)，約260 Ma開始噴發(fā)，主噴發(fā)期為中二疊世晚期至晚二疊世早期，時(shí)限大致為259～257 Ma[22，45]。

根據(jù)同位素年代學(xué)確定峨眉山玄武巖的主噴發(fā)期，早期主要采用Ar40/Ar39法進(jìn)行同位素測(cè)年研究，獲得的主噴發(fā)期約在252 Ma，但后來發(fā)現(xiàn)其同位素測(cè)年結(jié)果中含有大量較年輕(中生代和新生代)的年齡，其準(zhǔn)確性較低。后來采用鋯石U-Pb測(cè)年技術(shù)，顯示巖漿活動(dòng)主要發(fā)生在263～251 Ma，但時(shí)間跨度仍然較大。為了進(jìn)一步約束主巖漿期的活動(dòng)時(shí)間，利用CA-TIMS鋯石高精度測(cè)年技術(shù)，獲得攀西地區(qū)主巖漿活動(dòng)期發(fā)生于259～257 Ma，持續(xù)時(shí)間約為2 Ma[46-47]，峨眉山大火成巖省西部和東部地區(qū)的主噴發(fā)期分別結(jié)束于(259.1±0.5)Ma和(259.51±0.21)Ma[48]；綜合分析認(rèn)為，峨眉山玄武巖的主噴發(fā)期為259～258 Ma，持續(xù)時(shí)間小于1 Ma[5]?？傮w來看，峨眉山大火成巖省是在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的巨量玄武巖漿的集中噴發(fā)而形成的，與地幔柱上涌密切相關(guān)。

1.2.4 地幔柱產(chǎn)出巖漿的地球化學(xué)特征

峨眉山大火成巖省的火成巖具有基性與酸性火山巖共生的雙峰式組合特點(diǎn)。峨眉山玄武巖的元素和同位素地球化學(xué)組成非常復(fù)雜[49]，總體可分為高Ti和低Ti兩個(gè)系列，它們可能源于不同巖漿源區(qū)和熔離機(jī)制[6]，反映不同的地幔熔融條件、源區(qū)不均一性和程度各異的地幔柱-巖石圈作用。地幔柱上涌的特征產(chǎn)物如高鎂巖漿、大量基性巖漿侵入對(duì)原有巖石圈的改造會(huì)留在巖石圈中，苦橄質(zhì)玄武巖及玄武巖的微量元素平均值與洋島玄武巖基本一致等，表明峨眉山玄武巖與地幔柱上涌密切相關(guān)[45]。

1.3 峨眉山地幔柱展布范圍模擬預(yù)測(cè)

由于峨眉山大火成巖省現(xiàn)今的位置早已遠(yuǎn)離中—晚二疊世地幔柱活動(dòng)時(shí)期的區(qū)域，而且經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)260 Ma的演化和冷卻，與古地幔柱活動(dòng)相關(guān)的熱結(jié)構(gòu)也已耗散殆盡；因此，難以直接利用地球物理探測(cè)技術(shù)確定古老大火成巖省的深部殼幔結(jié)構(gòu)、地幔柱的空間形態(tài)和橫向范圍，導(dǎo)致仍有諸多問題亟待解決，長(zhǎng)期困擾地幔柱研究。以往主要根據(jù)峨眉山大火成巖省的平面分帶性特征并結(jié)合各具特色的地幔柱模型等進(jìn)行宏觀預(yù)測(cè)，認(rèn)為峨眉山大火成巖省的平面面積約為0.5×106km2，地幔柱作用中心區(qū)位于云南大理至四川米易地區(qū)，峨眉山地幔柱尾的直徑約為400 km，體積約為0.35×106km3[22，36]。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和認(rèn)識(shí)的不斷深化，關(guān)于峨眉山地幔柱展布范圍和深部空間結(jié)構(gòu)的研究取得了顯著進(jìn)展。首先是以玄武巖噴發(fā)前的隆升和火山噴發(fā)為約束條件，根據(jù)二維地球動(dòng)力學(xué)模型模擬了地幔柱的演化過程，認(rèn)為峨眉山地幔柱的初始半球形半徑為85～150 km，地幔-巖石圈相互作用在峨眉山大火成巖省的內(nèi)帶和中帶交界處最為強(qiáng)烈，地幔熔融程度最高，古熱流異常高，巖石圈侵蝕最為嚴(yán)重，巖石圈被侵蝕至厚約70 km，這與峨眉山玄武巖在中帶集中發(fā)育的地質(zhì)事實(shí)一致。地幔柱物質(zhì)的最大橫向遷移距離小于660 km，地幔熱對(duì)流作用抑制了地幔柱頭向巖石圈下方擴(kuò)散，地幔柱頭的橫向分布范圍為1200～1300 km[20]。

根據(jù)地幔柱活動(dòng)期間形成的特征產(chǎn)物(如高鎂巖漿等)的空間分布特征，結(jié)合其它地球物理探測(cè)手段和研究成果的綜合約束，恢復(fù)了峨眉山大火成巖省的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，厘定了地幔柱的空間展布范圍[7]。圖2顯示峨眉山大火成巖省巖石圈內(nèi)部的主要界面分布及地質(zhì)解釋，可以看出，由于空間位置不同，峨眉山大火成巖省不同區(qū)帶的殼幔結(jié)構(gòu)差異明顯。上-下地殼之間的康拉德不連續(xù)界面(CD)在內(nèi)帶外側(cè)和中帶較為清晰，但在內(nèi)帶核心部位則較為模糊，可能是由于大量基性巖漿的侵入使上-下地殼之間的成分差異減小所造成的結(jié)果。內(nèi)帶的地殼厚度明顯增大，增加的厚度可達(dá)15～20 km，P波速度大于7.2 km/s，具有高速、高密度和低大地?zé)崃鞯忍卣鱗50-51]。從巖石圈-軟流層界面(LAB)和莫霍面(Moho)特征來看，從中帶到內(nèi)帶LAB快速上隆，而Moho面則近于水平分布，巖石圈厚度快速減薄。中帶的LAB在部分地區(qū)缺失，但巖石圈地幔內(nèi)部的間斷面(MLD)則發(fā)育較好，巖石圈地幔的P波速度較低。

圖2 峨眉山大火成巖省巖石圈內(nèi)部主要界面和地質(zhì)解釋(據(jù)文獻(xiàn)[7]修改)

上述殼幔結(jié)構(gòu)反映峨眉山大火成巖省不同區(qū)帶的深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制存在一定的差異，其中，內(nèi)帶以垂向作用為主，通過熱-動(dòng)力沖擊方式使巖石圈厚度減??；中帶表現(xiàn)更多的是通過橫向剪切變形方式引起巖石圈地幔伸展，甚至造成局部撕裂，使巖石圈遭到破壞；外帶可能以垂向拖曳為主，造成巖石圈局部拆沉而減薄。

2 四川盆地二疊紀(jì)成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

2.1 峨眉山地幔柱在四川盆地的作用范圍

盡管目前普遍認(rèn)為峨眉山地幔柱對(duì)四川盆地二疊紀(jì)沉積-構(gòu)造格局具有重要影響，但對(duì)其在四川盆地的作用范圍則存在兩種不同的認(rèn)識(shí)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為峨眉山大火成巖省幾乎涵蓋了四川盆地絕大部分地區(qū)，盆地西南部、西部、中東部華鎣山地區(qū)和東北部開江—梁平等地區(qū)鉆遇的二疊系火成巖均屬于峨眉山大火成巖省的組成部分[35]，峨眉山地幔柱對(duì)整個(gè)四川盆地均具有直接影響；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，峨眉山地幔柱僅對(duì)四川盆地部分地區(qū)具有重要影響，峨眉山大火成巖省的外圍邊界應(yīng)該位于盆地中東部的華鎣山地區(qū)。筆者傾向于后一種認(rèn)識(shí)。

地幔柱模擬和晚二疊世玄武巖巖石地球化學(xué)等的研究[20，23，33-34]，指示峨眉山地幔柱地幔-巖石圈相互作用在峨眉山大火成巖省的內(nèi)帶與中帶交界處最強(qiáng)，其中對(duì)四川盆地西南部和西部的影響較為強(qiáng)烈，該區(qū)的玄武巖漿噴發(fā)可能是地幔柱上涌的直接結(jié)果。盆地中東部華鎣山地區(qū)的晚二疊世玄武巖平面分布范圍極為局限，剖面上呈大透鏡體狀零星分布，透鏡體長(zhǎng)550～1500 m，最大厚度為20～70 m；其剖面產(chǎn)出位置、礦物學(xué)和巖石地球化學(xué)等特征與其南側(cè)峨眉山大火成巖省出露的玄武巖均十分相似，且都具有幔源性質(zhì)，推測(cè)可能是巖石圈伸展和地幔柱上涌共同作用的結(jié)果，可視為大火成巖省的東北邊界[23，30-34]。盆地北部和東北部如開江—梁平地區(qū)發(fā)育的玄武巖，平面上位于峨眉山地幔柱作用范圍之外[20]，且不屬于峨眉山大火成巖省的范疇，其成因與地幔柱作用無關(guān)，南秦嶺洋巖石圈板塊的伸展可能是其形成的主要原因。

2.2 四川盆地二疊紀(jì)成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

2.2.1 二疊紀(jì)沉積-構(gòu)造格局及演化

2.2.1.1 中二疊世

二疊紀(jì)梁山期至茅口組早期，四川盆地西南部一直處于古地貌高地[52]，向東及東北方向古地勢(shì)平緩降低，形成西南高、北東低的緩坡型沉積基底，此種古地貌格局與區(qū)域海平面升降共同控制了該時(shí)期沉積相帶的發(fā)育和平面分布。如中二疊世棲霞期，發(fā)育特殊的緩坡型碳酸鹽臺(tái)地相沉積，平面上自盆地西南部向東北方向沉積相帶依次為開闊臺(tái)地相、淺緩坡相、深緩坡相及相應(yīng)的微相類型，各相帶之間沒有較陡的斜坡和明顯的坡折帶[40]，這種沉積-構(gòu)造格局一直持續(xù)到茅口組沉積早期。

茅口組沉積晚期，四川盆地中南部繼承了前期的沉積-構(gòu)造特征，但盆地北部發(fā)生了較為明顯的沉積-構(gòu)造分異，形成廣元—巴中拉張槽[53]，或稱旺蒼—梁平臺(tái)內(nèi)裂陷[54]和廣元—旺蒼海槽[55]等(圖3)。拉張槽總體呈北西—南東向展布，西寬東窄并向東南方向收斂，面積約2×104km2。拉張槽內(nèi)沉積了一套厚度為10～30 m的深水欠補(bǔ)償黑色薄層狀泥質(zhì)巖系，富含屬于二疊紀(jì)瓜德魯普世末期的生物化石[56]，包括硅質(zhì)放射蟲、海綿骨針、牙形石、體小殼薄的腕足類和菊石等。拉張槽南側(cè)發(fā)育臺(tái)緣灘相沉積[53]，主要分布在劍閣—元壩—龍崗一線，臺(tái)緣帶南北寬8～10 km，面積達(dá)3000 km2，向北依次出現(xiàn)斜坡和深水海槽沉積。上述特征反映廣元—巴中拉張槽可能自西北向東南方向逐步發(fā)展，其平面范圍也隨之相應(yīng)縮小。廣元—巴中拉張槽的存在，奠定了晚二疊世開江—梁平拉張槽的基礎(chǔ)。

圖3 四川盆地中二疊世茅口組沉積晚期沉積-構(gòu)造格局及相帶展布(據(jù)文獻(xiàn)[53-55]修編)

茅口組沉積末期，揚(yáng)子地區(qū)快速海退，茅口組頂部遭到不同程度的剝蝕，致使中、上二疊統(tǒng)之間呈不整合接觸，平面上出現(xiàn)規(guī)律性分布的差異剝蝕分帶現(xiàn)象，形成峨眉山大火成巖省的內(nèi)帶、中帶和外帶等構(gòu)造單元，同時(shí)也控制其東南側(cè)沖積扇粗粒碎屑巖沉積[24，32]和其西側(cè)的碳酸鹽巖重力流沉積[25，57]。地層對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，在廣元—巴中拉張槽的槽內(nèi)及槽緣地區(qū)，茅口組頂部的剝蝕程度也有差異，槽內(nèi)茅口組遭剝蝕程度弱，主要由深水相炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖和硅質(zhì)灰?guī)r等組成的茅四段大多得到保存，而環(huán)拉張槽的槽緣地區(qū)則遭剝蝕程度較為嚴(yán)重，局部地區(qū)的茅三段已被剝蝕殆盡。

2.2.1.2 晚二疊世—早三疊世

晚二疊世，四川盆地中南部進(jìn)一步隆升，而盆地中北部則出現(xiàn)強(qiáng)烈的沉積-構(gòu)造分異，自北向南分別形成了城口—鄂西、開江—梁平和德陽—武勝拉張槽[58]，也稱為海槽[49，59-61]、海盆[59]、臺(tái)凹[49，62-63]和拗拉槽[64-66]等(圖4)，其間為淺水臺(tái)地分隔，它們平面上構(gòu)成“凹凸相間”的沉積-構(gòu)造格局[58，67-69]。

圖4 四川盆地及鄰區(qū)晚二疊世長(zhǎng)興期沉積-構(gòu)造格局及相帶展布(據(jù)文獻(xiàn)[58-59，62]修編)

城口—鄂西拉張槽是在龍?zhí)督M沉積早期碳酸鹽臺(tái)地沉積基礎(chǔ)上形成的，至長(zhǎng)興組沉積早期拉張槽西側(cè)開始出現(xiàn)臺(tái)緣巨厚層生物礁灘相沉積，而其東北側(cè)的斜坡-盆地區(qū)則發(fā)育滑塌角礫巖和深水炭硅質(zhì)泥頁巖沉積[70-71]。長(zhǎng)興組沉積晚期到早三疊世，拉張槽內(nèi)以鈣質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r等淺水沉積為主，早三疊世晚期則全部轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水臺(tái)地碳酸鹽巖沉積，拉張槽封閉。

開江—梁平拉張槽向北西方向開口與廣海相連，向南東方向收斂于梁平一帶。該拉張槽在茅口組沉積晚期已出現(xiàn)雛形，長(zhǎng)興組沉積期進(jìn)一步發(fā)展，并在拉張槽南北兩側(cè)均出現(xiàn)臺(tái)緣生物礁灘沉積，其間為斜坡-盆地沉積。這樣的沉積-構(gòu)造格局一直持續(xù)到早三疊世，早三疊世晚期拉張槽消亡。

德陽—武勝拉張槽，或稱蓬溪—武勝臺(tái)凹[63]和鹽亭—潼南海槽[57]等，是發(fā)育于四川盆地中部、位于開江—梁平拉張槽南側(cè)的一個(gè)水體相對(duì)較深的臺(tái)內(nèi)洼地，平面上呈北西—南東向展布；拉張槽南北兩側(cè)主要為斜坡相沉積，僅東側(cè)局部地區(qū)發(fā)育礁灘沉積。

2.2.2 二疊紀(jì)成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制

峨眉山地幔柱自中泥盆世至晚二疊世持續(xù)活動(dòng)，在峨眉山玄武巖噴發(fā)之前，由地幔柱上涌產(chǎn)生的地殼隆升在石炭紀(jì)已初見端倪[49]，導(dǎo)致在康滇地軸核部產(chǎn)生了一系列小型超基性巖體及基性層狀侵入體，如攀枝花和紅格等巖體。隨著地幔柱持續(xù)上涌，由其誘導(dǎo)產(chǎn)生的地殼隆起在一定程度上控制了四川盆地及鄰區(qū)二疊紀(jì)的沉積-構(gòu)造格局及演變，但關(guān)于中晚二疊世—早三疊世四川盆地尤其是盆地中—北部拉張槽形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制目前尚缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)[54-55，62，72]，其中主要有2種認(rèn)識(shí)。

一是認(rèn)為峨眉山地幔柱作用是形成四川盆地中—北部中晚二疊世—早三疊世拉張槽的主要原因[73]。峨眉山地幔柱上涌引起地殼隆起，位于隆起帶外緣的四川盆地中北部地區(qū)總體處于伸展構(gòu)造環(huán)境，加之盆內(nèi)隱伏基底斷裂的復(fù)活，造成盆地沉積-構(gòu)造格局出現(xiàn)分異，從而控制了中晚二疊世—早三疊世拉張槽群的形成和發(fā)育。

二是綜合考慮板塊構(gòu)造演化和峨眉山地幔柱作用，結(jié)合東吳運(yùn)動(dòng)或峨眉地裂運(yùn)動(dòng)等的分析，探討四川盆地中晚二疊世—早三疊世拉張槽群形成的深部動(dòng)力學(xué)背景，認(rèn)為峨眉山地幔柱上涌與古特提斯洋東延部分在晚二疊世—早三疊世的俯沖消減時(shí)間存在高度時(shí)空耦合，兩者在演化過程中相互作用，其中地幔柱上涌使遠(yuǎn)離地幔柱中心的外緣區(qū)域處于伸展?fàn)顟B(tài)，是形成四川盆地中北部拉張槽群和“凹凸相間”沉積-構(gòu)造格局的主要原因[22，32，64-66]。

顯然上述兩種認(rèn)識(shí)均難以圓滿解釋四川盆地中晚二疊世—早三疊世拉張槽群形成的深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制。例如，如果峨眉山地幔柱上涌控制了四川盆地中北部地區(qū)同時(shí)期“凹凸相間”沉積-構(gòu)造格局的形成，那么開江—梁平和德陽—武勝拉張槽及其所夾持的臺(tái)內(nèi)凸起在平面上均應(yīng)該表現(xiàn)出以峨眉山大火成巖省內(nèi)帶為中心的弧形或近于弧形的形態(tài)，而非NW—SE向或近EW向延伸；盆地中東部華鎣山地區(qū)二疊紀(jì)玄武巖主要沿NE—SW向的華鎣山斷裂分布，而盆地東北部開江—梁平地區(qū)的二疊紀(jì)玄武巖則主要受控于NW—SE向基底斷裂，反映兩者盡管形成時(shí)間相同或相近，巖石地球化學(xué)特征也類似，但其成因機(jī)制可能存在一定的差異。

從中晚二疊世四川盆地沉積-構(gòu)造發(fā)育特征看，峨眉山地幔柱在棲霞期已有明顯上涌[22，32，43]，控制了緩坡型碳酸鹽臺(tái)地沉積相帶自盆地西南部向東北方向有序分布，其間缺少較陡的斜坡或坡折帶，顯示出地幔柱上涌初始階段使地殼表層產(chǎn)生寬緩隆起的基本特征。中二疊世茅口組沉積中晚期的伸展活動(dòng)在中揚(yáng)子地區(qū)較為強(qiáng)烈，形成城口—鄂西拉張槽。茅口組沉積晚期廣元—巴中拉張槽的出現(xiàn)，則指示南秦嶺洋巖石圈板塊的伸展開始在上揚(yáng)子地區(qū)的四川盆地北部占據(jù)主導(dǎo)地位，控制了同時(shí)期的沉積-構(gòu)造分異活動(dòng)。晚二疊世—早三疊世，南秦嶺洋巖石圈板塊伸展作用的進(jìn)一步增強(qiáng)，導(dǎo)致四川盆地中北部繼續(xù)發(fā)生強(qiáng)烈的沉積-構(gòu)造分異，并最終形成城口—鄂西、開江—梁平和德陽—武勝拉張槽群以及“凹凸相間”的沉積-構(gòu)造格局。相較于城口—鄂西和開江—梁平拉張槽，德陽—武勝拉張槽兩側(cè)缺少生物礁灘相帶及相應(yīng)的沉積微相類型，顯示其發(fā)育演化程度較低，形成時(shí)限也可能更短[58]。但拉張槽的區(qū)域展布及內(nèi)部沉積充填特征，反映其仍然主要受南秦嶺洋巖石圈板塊伸展的控制，推測(cè)可能是由于南秦嶺洋巖石圈板塊的伸展作用自板塊邊緣向板內(nèi)逐漸擴(kuò)展和強(qiáng)度依次減弱所致。

綜合分析認(rèn)為，南秦嶺洋巖石圈板塊的伸展動(dòng)力學(xué)機(jī)制是控制四川盆地中北部中晚二疊世—早三疊世沉積-構(gòu)造分異的主導(dǎo)因素，盆地內(nèi)部部分NW—SE向及NE—SW向大型先存基底斷裂復(fù)活或部分段落選擇性差異復(fù)活，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)出現(xiàn)明顯的差異升降運(yùn)動(dòng)，是形成拉張槽群和“凹凸相間”沉積-構(gòu)造格局的主要原因，而盆地中南部地區(qū)則主要受峨眉山地幔柱作用的控制。

3 結(jié) 論

(1)峨眉山地幔柱是誘發(fā)峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā)并形成峨眉山大火成巖省的主導(dǎo)因素，峨眉山玄武巖噴發(fā)是大規(guī)模、短時(shí)限、板內(nèi)型的構(gòu)造-巖漿事件，噴發(fā)之前地殼表層曾發(fā)生過千米級(jí)的構(gòu)造隆升，導(dǎo)致茅口組地層遭到差異剝蝕并圍繞地幔柱中心在平面上出現(xiàn)明顯的分帶性特征。

(2)峨眉山大火成巖省不同區(qū)帶殼幔結(jié)構(gòu)和深部地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制存在一定差異，峨眉山地幔柱在四川盆地的作用范圍向盆地北東方向最遠(yuǎn)可達(dá)到華鎣山地區(qū)。

(3)四川盆地二疊紀(jì)—早三疊世的沉積-構(gòu)造演化受峨眉山地幔柱活動(dòng)和南秦嶺洋巖石圈的伸展作用共同控制，盆地中南部二疊紀(jì)沉積主要受控于峨眉山地幔柱作用，而盆地中北部中晚二疊世—早三疊世拉張槽群和“凹凸相間”沉積-構(gòu)造格局的形成則主要受控于南秦嶺洋巖石圈的伸展。