Soft-sediment Deformation in the Late Triassic and the Indosinian Tectonic Movement in Longmenshan

内容提要:龙门山地区上三叠统包括卡尼阶马鞍塘组、诺利阶小塘子组与瑞替阶须家河组.通过野外研究在小塘子组与须家河组的多个层位中首次识别出丰富的地震触发成因的软沉积物变形,包括液化变形(液化角砾岩、液化滴状体、液化底劈、液化均一层等);塑性变形(卷曲变形,软布丁)以及与重力作用相关的负载、球-枕、枕状层.上述软沉积物变形是龙门山地区晚三叠世构造运动的响应,它们是印支期松潘-甘孜地体与扬子板块裂开、碰撞、逆冲走滑伴生的地震事件的记录.通过古地震事件与沉积事件结合分析,提出龙门山地区印支期的构造运动过程为:晚三叠世中期(印支构造期中期)松潘-甘孜地体与扬子板块开始裂开,古断裂走向近NS,断裂活动产生的地震于小塘子组浅海沉积中触发—系列软沉积物变形;晚三叠世晚期(印支构造期晚期)松潘-甘孜地体与上扬子板块发生陆内俯冲,地震诱发须家河组湖相沉积物变形;晚三叠世末期(印支构造期末期)松潘-甘孜地体左旋走滑逆冲于上扬子板块之上,形成松潘-甘孜山与川西前陆盆地,二者边界即现今的汶川-茂县断裂,印支期的造陆与造山伴随古地震发生.依据已识别的软沉积物液化变形位置与汶茂断裂的距离,估算出诺利阶小塘子组古地震震级约为Ms7.2;目前小塘子组液化变形记录远非距汶茂断裂最远的液化点,因而实际的古地震震级远远大于Ms7.2,应存在更强的地震事件.龙门山发生的毁灭性大地震(如2008,5,12汶川大地震Ms8)实际上于晚三叠世期间早已频繁发生,现今龙门山的活动地震带是中生代古地震带的延续.     

龙门山晚三叠世软沉积物变形与印支期构造运动

龙门山地区上三叠统包括卡尼阶马鞍塘组、诺利阶小塘子组与瑞替阶须家河组。通过野外研究在小塘子组与须家河组的多个层位中首次识别出丰富的地震触发成因的软沉积物变形,包括液化变形(液化角砾岩液化滴状体、液化底劈、液化均一层等);塑性变形(卷曲变形,软布丁)以及与重力作用相关的负载、球-枕、枕状层上述软沉积物变形是龙门山地区晚三叠世构造运动的响应,它们是印支期松潘-甘孜地体与扬子板块裂开、碰撞逆冲走滑伴生的地震事件的记录。通过古地震事件与沉积事件结合分析,提出龙门山地区印支期的构造运动过程为:晚三叠世中期(印支构造期中期)松潘-甘孜地体与扬子板块开始裂开,古断裂走向近NS,断裂活动产生的地震于小塘子组浅海沉积中触发一系列软沉积物变形;晚三叠世晚期(印支构造期晚期)松潘-甘孜地体与上扬子板块发生陆内俯冲,地震诱发须家河组湖相沉积物变形;晚三叠世末期(印支构造期末期)松潘-甘孜地体左旋走滑逆冲于上扬子板块之上,形成松潘-甘孜山与川西前陆盆地,二者边界即现今的汶川-茂县断裂,印支期的造陆与造山伴随古地震发生。依据已识别的软沉积物液化变形位置与汶茂断裂的距离,估算出诺利阶小塘子组古地震震级约为Ms7.2;目前小塘子组液化变形记录远非距汶茂断裂最远的液化点,因而实际的古地震震级远远大于Ms7.2,应存在更强的地震事件。龙门山发生的毁灭性大地震(如2008,5,12汶川大地震Ms8)实际上于晚三叠世期间早已频繁发生,现今龙门山的活动地震带是中生代古地震带的延续。     

川西盆地演化及盆地叠合特征研究

川西盆地位于青藏高原松潘甘孜构造带东缘龙门山前陆地带,是四川盆地的一部分。自震旦纪以来,川西盆地经历了海相盆地与陆相盆地两个时期的演化,其中陆相盆地演化与松潘-甘孜构造带及龙门山的形成发展密切相关。晚三叠世以来,川西盆地与松潘-甘孜构造带、龙门山构造带之间经历了盆岭耦合与盆山耦合两期构造动力学演化过程,形成了结构复杂、多期演化的叠合盆地,其盆地性质、类型在不同地质时期各不相同。总的说来,川西盆地经历稳定克拉通海盆发展时期(震旦纪-中三叠世)、海陆交互相断陷盆地发展时期(上三叠世须家河组一段-须家河组三段)、陆相坳陷盆地发展时期(须家河组四段-中侏罗纪世)、前陆盆地发展时期(晚侏罗世-现今),最终形成了4期单型盆地的有序叠置。     

龙门山南段活动构造分布特征

本文在综合解译地质图、遥感影像及数字高程模型的基础上,沿着青衣江河谷对龙门山南段多条断裂进行了详细调查。将前第四纪大规模不整合边界作为断裂的分布范围,同时通过构造地貌标志确定最新的活动断裂位置,如断错山脊、断层槽谷、河道形态变化等。解译过程中也参考了前人研究成果,如开挖探槽位置信息,浅层地震剖面资料。调查结果显示,松潘—甘孜褶皱带与龙门山接触地带发育了中岗断裂、永富断裂,晚第四纪活动特征不明显。龙门山后山、中央、前山3条主干断裂在南段依次对应耿达—陇东断裂、岩井—五龙断裂、与双石—大川断裂,与北段具有相似的断块构造。3条断裂都有断错地貌特征但断裂分支较多,其中盐井—五龙断裂有一条分支为宝兴断裂,双石—大川断裂有小关子断裂一条分支。在前陆地区,基底滑脱带延伸至浅部盖层,断坡处发育了始阳断裂、新开店断裂等浅部分支断裂。通过这些断裂分布样式、断错地貌特征、与实测地质剖面发现,龙门山南段具有纯挤压特征,最新构造活动已经开始改造前陆地区,是扩展的边界。而龙门山北段具有和逆冲相当的走滑分量,表明青藏高原在推挤龙门山的过程中,龙门山北缘向西秦岭方向发生走滑逃逸,龙门山南段由于同时受川滇块体向东推挤作用而呈现纯挤压特征。高原推挤作用集中于松潘—甘孜褶皱带东缘的小金弧形构造,控制了龙门山断裂带南北构造差异。     

扬子地台西缘构造格局

研究区位于扬子地台与松潘—甘孜地槽结合部,属龙门山—锦屏山造山带中段。经历了基底形成、被动陆缘发展、褶皱造山、陆内造山４个构造演化阶段。尤其是中、新生代的褶皱造山和陆内造山作用,形成了现今地质景观。按构造岩片观点,以韧性剪切带为界划分构造岩片,从而建立了“四带五片”的构造格局。     

扬子西南缘晚三叠世-早侏罗世盆山格局演化过程：来自楚雄盆地碎屑锆石U-Pb年代学的证据

印支期扬子西南缘沉积盆地大地构造性质及盆山格局演化过程长期存在较大分歧.对楚雄盆地西侧祥云剖面上三叠统-下侏罗统砂岩样品进行碎屑锆石U-Pb定年和碎屑物源分析.结果显示,上三叠统云南驿组和罗家大山组碎屑物源主要来自上扬子地区的中-下三叠统和二叠系,而上三叠统白土田组和下侏罗统冯家河组碎屑物源主要来自松潘-甘孜地体和康滇古陆.结合沉积环境演变和区域地质背景,认为在晚三叠世早期,区域内造山作用相对较弱,楚雄盆地碎屑物源供给不足,为欠补偿盆地;晚三叠世晚期-早侏罗世,虽然楚雄盆地的构造演化受哀牢山造山带逆冲推覆作用的控制,但是楚雄盆地的沉积充填过程主要受控于快速崛起的松潘-甘孜造山带.     

扬子地台西缘构造格局

研究区位于扬子地台与松潘－甘孜地槽结合部,属龙门山－锦屏山造山带中段。经历了基底形成,被动陆缘发展,褶皱造山,陆内造山４个构造演化阶段。尤其是中,新生代的褶皱造山和陆内造山作用,形成了现今地质景观。按构造岩片观点,以韧性剪切带为界划分构造岩片,从而建立了“四带五片”的构造格局。     

龙门山中段山前带浅层冲断系统的结构、形成与演化

本文依据断层相关褶皱几何学原理,对龙门山中段地震剖面进行了精细解释。研究发现,龙门山中段山前带浅层冲断系统存在多套滑脱层,具有上下分层变形特征。浅层滑脱层为上三叠统须家河组三段(T_3~x3)的碳质页岩夹煤层,其上发育双重构造和叠瓦构造;下三叠统嘉陵江组四、五段(T_1j~(4-5))的膏岩层,发育断层传播褶皱、冲起构造和构造楔;深层为下寒武统的泥页岩层,发育断层转折褶皱和滑脱褶皱。该区滑脱断层所控制的地层变形和缩短量各不相同,其中三叠系上统缩短量最大,大于30 km;三叠系下统至古生界地层缩短量约为14.5 km;侏罗系以上的地层缩短量则较小。研究区内的通济场断裂(F_3)为印支末期形成的一套逆冲断层组,其下部交于下寒武统滑脱层,深度约为10 km;关口断层(F_4)和彭县断裂(F_5)为晚侏罗世一早白垩世形成的逆冲断层,下部交与下三叠统嘉陵江组滑脱层,深度大约为8～10 km。这些断层以前展的方式破裂,并且长期活动。龙门山中段自中生代以来存在多期构造事件,主要发生诺利末期、印支晚幕、燕山期和喜马拉雅期。其中,燕山期和喜马拉雅期是龙门山活动最强烈的两个阶段,在龙门山中段山前带表现为大量断裂的长期活动,地壳缩短和龙门山快速隆升,并形成多种构造样式。     

四川盆地晚三叠世碎屑组分对物源分析及印支运动的指示

沉积物源分析是认识盆山演化的重要途径.四川盆地上三叠统的砾岩碎屑、砂岩骨架颗粒、碎屑重矿物组分显示,晚三叠世存在5大物源,它们分布于龙门山北段-中段、大巴山、龙门山南段、盆地东南和盆地南部.碎屑物源总体以"再旋回造山带"和"大陆板块"类型为主,其中,龙门山北段-中段和龙门山南段以"再旋回造山带"类型为主,而盆地东南部和南部以"大陆板块"类型为主."再旋回造山带"类型可细分为"混合造山带"及"碰撞造山和褶皱冲断带"两种类型,龙门山北段和龙门山南段均以"混合造山带"及"碰撞造山和褶皱冲断带"类型为特征.盆地物源分布存在阶段性特征:早期,龙门山北段-中段、大巴山物源规模较大,盆地东南和南部规模较小;晚期,盆地东南和南部规模增大,各方向呈均衡分布格局,这与周缘板块构造活动的阶段性有关.晚三叠世,龙门山北段由西北向东南方向挤压,构造活动强度总体具有弱-强-弱的演变趋势.须二期,龙门山北段逆冲-推覆开始形成,并暴露水面遭受剥蚀,向盆地提供物源;须四期为盆地最活跃期,龙门山北段进一步挤压抬升剥蚀,盆内沉积中心也由西北向东南迁移;须四期后,龙门山北段剥蚀区继续向东南推进,但构造活动强度渐趋和缓.     

四川盆地晚三叠世碎屑组分对源区分析及印支运动的指示

沉积物源分析是认识盆山演化的重要途径。四川盆地上三叠统的砾岩碎屑、砂岩骨架颗粒、碎屑重矿物组分显示,晚三叠世存在5大物源,它们分布于龙门山北段-中段、大巴山、龙门山南段、盆地东南和盆地南部。碎屑物源总体以"再旋回造山带"和"大陆板块"类型为主,其中,龙门山北段-中段和龙门山南段以"再旋回造山带"类型为主,而盆地东南部和南部以"大陆板块"类型为主。"再旋回造山带"类型可细分为"混合造山带"及"碰撞造山和褶皱冲断带"两种类型,龙门山北段和龙门山南段均以"混合造山带"及"碰撞造山和褶皱冲断带"类型为特征。盆地物源分布存在阶段性特征:早期,龙门山北段-中段、大巴山物源规模较大,盆地东南和南部规模较小;晚期,盆地东南和南部规模增大,各方向呈均衡分布格局,这与周缘板块构造活动的阶段性有关。晚三叠世,龙门山北段由西北向东南方向挤压,构造活动强度总体具有弱-强-弱的演变趋势。须二期,龙门山北段逆冲-推覆开始形成,并暴露水面遭受剥蚀,向盆地提供物源;须四期为盆地最活跃期,龙门山北段进一步挤压抬升剥蚀,盆内沉积中心也由西北向东南迁移;须四期后,龙门山北段剥蚀区继续向东南推进,但构造活动强度渐趋和缓。     

龙门山中北段印支晚期构造活动:来自构造解析及碎屑锆石年代学的证据

晚三叠世是四川盆地演化过程中的重要阶段,该时期盆地西部经历了从被动大陆边缘向前陆盆地的演变.为进一步厘定龙门山中北段印支晚期构造的具体活动时间及活动强度,本研究选择龙门山前中北段某地震剖面进行构造几何分析,结果显示龙门山前中北段大规模的逆冲推覆很可能在须家河组四段沉积初期就已经出现,其恢复的推覆位移量至少达到11 km;另外针对研究区晚三叠世地层开展碎屑锆石U-Pb年代学以及沉积学分析,结果显示~800 Ma主峰及沉积学响应表明须家河组三段沉积时期研究区域地层中具有大量来自龙门山中段彭灌杂岩的碎屑物质,反映龙门山中北段基底在须家河组三段沉积时期已经局部隆升并为研究区提供物源.      

川西和川东北地区差异构造演化及其对陆相层系天然气成藏的影响

川西和川东北地区处于扬子地台西北缘,均具有褶皱冲断带-前陆盆地的二元结构,其构造特征具一定相似性。根据地震资料解释和典型气藏解剖,再结合前人研究成果,分析了川西和川东北地区构造演化差异性及其对各自成藏特征的影响,结果表明：川西地区主要受龙门山造山带影响,从印支期中晚期开始发育前陆盆地,之后主要受燕山中晚期和喜马拉雅期构造运动的影响;而川东北地区从燕山早期开始发育前陆盆地,之后在燕山中期和晚期受大巴山、米仓山和雪峰山联合作用影响,最后大巴山造山带在喜马拉雅期的强烈活动使其最终定型。上述差异构造演化对川西和川东北地区陆相层系的成藏特征的影响主要表现在4个方面：烃源岩的发育、输导体系的形成、气藏的保存和天然气成藏过程。川西地区主要发育须家河组烃源岩,形成了以NE向和SN向断裂及其伴生裂缝为主的输导体系,多期构造运动形成的大型通天断裂影响了山前断褶带气藏的保存,成藏经历了印支晚期、燕山中期、晚期和喜马拉雅期4个关键时刻。川东北地区发育须家河组和下侏罗统两套烃源岩,输导体系以NW向断裂为主,隆升剥蚀和大型断裂造成了山前断褶带较差的保存条件,成藏经历了燕山中期、燕山晚期和喜马拉雅期三个关键时刻。     

龙门山冲断带北段前锋带新生代构造变形

龙门山北段前锋构造的地震剖面解释和前缘盆地内沉积地层的磁组构研究表明前锋构造中发育两期构造挤压作用,即整体强烈的晚三叠世变形和由北向南逐渐减弱的弱新生代构造变形。受这两期构造挤压作用的控制,龙门山北段前锋构造中发育上、下两套构造层,地表构造为晚三叠世时期形成,而深部隐伏构造则形成于新生代。北部的矿山梁和天井山构造几何学上表现为一个双重构造,浅层是一个晚三叠世形成的断层转折褶皱;深层是新生代形成的多个逆冲岩片叠置所构成的隐伏堆垛背斜;南部的青林口和中坝构造主体表现为叠瓦状逆冲,前锋构造是断层转折褶皱和断层传播褶皱。新生代构造冲断位移量以及造成早期构造抬升由北向南逐渐减小,反映新生代变形强度由北向南的减弱。磁组构研究表明新生代变形从龙门山冲断带边缘到盆地内部,磁组构从铅笔状磁组构到初始变形磁组构并逐渐过渡到沉积磁组构。由南向北磁组构由初始变形磁组构转变为铅笔状磁组构,说明应变越来越强,从而进一步证明了龙门山前锋新生代构造的弱变形作用和变形强度的北强南弱分布特征。     

四川类前陆盆地须家河组震积岩的发现及其研究意义

四川盆地是扬子地块上的一个多旋回类前陆盆地,盆地边缘长期剧烈的构造活动控制着上三叠统须家河组的沉积作用。通过地表剖面和岩芯观察,首次在该盆地上三叠统须家河组地层中识别出微裂缝、微褶皱层、[JP2]微断层、液化砂岩构造、球—枕构造和角砾岩等典型的软沉积变形构造的地质记录,这些变形构造可能与印支构造运动期的地震活动有关。越靠近断裂带附近,软变形构造呈明显增加的趋势,表明震积岩的分布与龙门山和米仓山—大巴山构造活动有关。因此,研究该盆地须家河组震积岩,对了解控制盆地边界的龙门山和米仓山—大巴山造山带的活动史具有重要意义。     

复杂构造区油气构造保存条件分析:来自皖泾地1井的构造解析

下扬子地区中生代发生了多期挤压-伸展构造作用,是制约该区域油气勘探取得突破的重要因素之一。为揭示下扬子区中生代构造作用对油气保存的影响,文章通过地震剖面解释资料、野外露头调查、区域构造演化历史分析,并结合皖泾地1井获取的岩芯资料和油气显示情况综合探讨了下扬子南部地区的有利构造保存条件。地震解释剖面和地表调查结果表明下扬子南部地区晚三叠世以来主要经历了两期重要的构造作用:第一期为印支期挤压作用造成褶皱变形和逆冲断层以及隆升剥蚀;第二期为晚白垩世以来的伸展作用,形成断陷盆地和正断层活动。皖泾地1井在二叠系页岩地层中获得页岩气显示,在下三叠统殷坑组灰岩中钻遇轻质油,表明下扬子南部区域具有良好的油气富集条件和资源潜力。构造保存条件分析表明皖泾地1井位于褶皱冲断带内的向斜部位,印支期隆升剥蚀量小,晚白垩世以来伸展拉张幅度小,具有良好的封闭性和成藏条件,是有利的构造保存部位。      

四川盆地厚坝侏罗系大型油砂矿藏的成藏主控因素

厚坝侏罗系大型油砂矿藏位于四川省江油市,龙门山北段推覆体构造带的单斜构造单元内,地表出露大量的侏罗系沙溪庙组下段的含油砂岩,经钻井证实油砂资源丰富,油砂层的平均厚度为34.7 m,平均含油率为9.46%,初步估算0～500 m埋深的油砂分布面积为26.79 km²。通过研究区详细的石油地质和地球化学的研究发现,厚坝侏罗系大型油砂矿藏的成藏主控因素为：①寒武系烃源岩为厚坝侏罗系大型油砂矿藏提供了充足的油源;②储集层砂岩含油率高、油砂层厚、储集物性和储集空间良好;③龙门山北段区域构造带控制了油砂成矿带的形成与分布,逆冲断层、节理发育带与高孔隙度中-粗砂岩的良好配置是油砂形成的最有利形成条件,而喜山期构造掀斜、断裂输导和山前剥蚀是油砂形成和保存的必要条件。     

松潘-甘孜地体内花岗岩锆石SHRIMP U-Pb定年及其构造意义

松潘-甘孜地体总体上是一个三角状褶皱带,其北侧、东南侧及东侧分别与东昆仑-西秦岭构造带、金沙江构造带及龙门山构造带相邻。地体内几乎全部被三叠系浊积岩所覆盖,其中侵位了很多花岗岩体。显然,这些花岗岩的岩浆特征、来源与侵位时代,对研究松潘-甘孜地体基底性质、构造演化等问题具有重要意义。本文报道利用SHRIMP定年技术对一些花岗岩岩体锆石所进行的精确测年数据。测试结果表明:(1)松潘-甘孜地体内的花岗岩体主要形成于晚三叠世,但岩浆活动可延续到早侏罗世晚期;(2)早期花岗岩浆活动与三叠纪系褶皱变形大致同期,指示这一时期的花岗岩浆的形成可能与三叠系下部大型拆离滑脱构造相关;(3)花岗岩结晶锆石普遍具有浑圆状或不规则状较老的继承锆石核,这些核部继承锆石可能代表花岗岩浆在上升过程中从不同地层内捕获的碎屑锆石,或者是下地壳岩石深熔残留锆石。根据SHRING U-Pb定年,这些继承锆石的年龄分别为二叠纪、加里东期、晚元古代和早元古代。元古代碎屑锆石的存在也可能指示松潘-甘孜地体具前寒武系基底。     

西昆仑山前晚三叠世古构造特征及对侏罗-白垩纪沉积的控制

造山带和盆地是在时空发展和形成机制上具有密切联系的构造系统。青藏高原内部晚三叠世古特提斯造山带的形成,对北缘的塔里木盆地产生了重要的影响,导致了盆地内部西昆仑山前地区发生了强烈的冲断构造变形,而这一冲断构造变形所形成的古构造-古地貌对后期侏罗-白垩纪的沉积具有重要的控制作用,同时也决定了该地区的油气分布。本文基于对西昆仑山前露头区中生代地层分布详细的野外考察和盆地覆盖区钻井资料的整理,结合对盆-山结合带清晰地震剖面的详细解释,开展西昆仑山前的晚三叠世古构造特征及侏罗-白垩纪沉积充填过程研究,以期揭示晚三叠世的古构造-古地貌特征及对沉积的控制作用。通过研究发现,西昆仑山前地区发育晚三叠世前陆褶皱冲断带,冲断带根部发育基底卷入构造,锋带发育叠瓦状构造;古生界受逆冲断裂控制,形成一系列的北陡南缓的背斜隆起,冲断带前锋位置与新生代构造前锋位置相近。三叠纪末古地貌形态由于特提斯造山带的强烈隆升,总体呈南高北低的地貌形态,但是褶皱冲断构造带受地表风化剥蚀作用,背斜核部形成南缓北陡的古隆起,而断层破碎带形成南陡北缓的洼地,是侏罗系发育前的基本地貌格架。早侏罗世受特提斯造山带造山后伸展的影响,西昆仑山前发育4个箕状断陷,控陷断层发育于古造山带一侧;受大型控陷断层的影响,在断陷内部呈北高南低的地形特点,断陷内侏罗系逐渐向北部斜坡超覆。晚三叠世形成的古构造-古地貌与早侏罗世断陷叠加形成的古地理格架一直控制了侏罗纪-早白垩世的沉积,直到晚白垩世沉积时才没有起到控制作用。     

塔里木盆地西北缘柯坪冲断带的构造变形特征

柯坪冲断带位于塔里木盆地的西北缘, 是南天山南缘冲断系统的一部分。根据野外实际考察和地震剖面解释, 总结了该冲断带的构造变形特征:发育于古生界、以寒武系膏盐层为主滑脱层、叠瓦状冲断、暴露式冲断前锋、断层传播褶皱、前展式冲断、形成于上新世-第四纪。根据平衡剖面的恢复, 柯坪冲断带的构造缩短量最小为29.1%～40.7%。