晚三叠世龙门山前陆盆地早期(卡尼期)碳酸盐缓坡和海绵礁的淹没过程与动力机制

晚三叠世龙门山前陆盆地分布于扬子克拉通西缘,属于印支期造山楔构造负载驱动的挠曲型前渊凹陷.其中卡尼期马鞍塘组是分布于底部不整合面之上的第一套地层单元,记录了前缘隆起边缘碳酸盐缓坡和海绵礁的构建和淹没过程.据钻孔揭示马鞍塘组的最大厚度超过250m,显示为西北厚东南薄的楔形结构,从北西向南东依次分布了深水盆地、碳酸盐缓坡和海绵礁和浅水滨岸带等沉积物类型.其中碳酸盐缓坡和海绵礁分布于前陆盆地的远端,呈面向西的条带状展布,其走向线与龙门山冲断带的走向大致平行.碳酸盐缓坡和海绵礁的厚度介于30～100m之间,由北西向南东变薄.在垂向上,马鞍塘组由3部分构成,下部为鲕粒滩和生物碎屑滩,中部为海绵礁,上部为黑色页岩,显示为向上变细、变深的沉积序列.在Li et al.(2003)盆地模拟的基础上,本次对卡尼期前陆盆地的沉降速率、沉积速率、海绵礁生长速率、相对海平面上升速率进行了定量计算,其中沉降速率为0.10mm·a-1、沉积速率为0.04mm·a-1、海绵礁生长速率为0.03mm·a-1、相对海平面上升速率介于0.01mm·a-1～0.05mm · a-1之间.研究结果表明:在卡尼期早期,相对海平面处于初始上升阶段,相对海平面上升速率较小,盆地处于欠补偿状态,沉积了碳酸盐缓坡型鲕粒滩和生物碎屑滩;在卡尼期中期,相对海平面上升速率等于海绵礁生长速率,海绵礁持续保持垂直向上的生长状态,形成了高度达100余米的塔礁;在卡尼期晚期,相对海平面上升速率大于海绵礁生长速率,礁顶的水深逐步变大,导致礁体被淹溺致死,从而在卡尼期形成了鲕粒灰岩滩-生物碎屑滩-海绵礁灰岩-页岩的向上变细、变深的沉积序列,显示了前陆盆地早期碳酸盐缓坡和海绵礁生长并被淹没的特有模式.本次研究成果表明龙门山前陆盆地的底部不整合面和碳酸盐缓坡、海绵礁的淹没过程是扬子板块西缘印支期造山楔逆冲构造负载的挠曲变形的产物,显示了在卡尼期松潘-甘孜残留洋盆的迅速闭合和造山楔构造负载向扬子板块的推进过程.     

川西北晚三叠世卡尼期硅质海绵礁-鲕滩组合的沉积相分析

川西北晚三叠世卡尼期生物礁-鲕滩组合属于马鞍塘组（汉旺组）,分布于现今龙门山边缘的绵竹、安县、江油辖区,是作者于1975年带领地质填图小组发现的。文中通过对研究区生物礁进行微相分析,以及与世界同类生物礁对比,认为研究区的生物礁是以六射海绵为主的硅质海绵障积作用与以蓝细菌为主形成的凝块石粘结作用共同造礁,是一种深水粘结-障积型生物礁丘,也是灰泥基质支撑的生物礁。通过微相分析,尤其与世界镶边陆架模式及缓坡模式的标准微相对比,确定了研究区生物礁群的生长基底（鲕粒滩及生屑滩）不仅是形成于缓坡,而且是形成于同斜缓坡。川西北卡尼期同斜缓坡的推论、生物礁窗模式的建立及沉积相古地理图的编制,是认识川西北晚三叠世早期大地构造格局和沉积环境的依据。     

龙门山前陆盆地底部不整合面: 被动大陆边缘到前陆盆地的转换

晚三叠世龙门山前陆盆地是在扬子板块西缘被动大陆边缘的基础上由印支造山运动而形成的,盆地中地层充填厚度巨大,包括晚三叠世卡尼期至瑞提期的马鞍塘组、小塘子组和须家河组,持续时间达20Myr,显示为1个以不整合面为界的构造层序。位于晚三叠世龙门山前陆盆地构造层序与下伏古生代-中三叠世被动大陆边缘构造层序之间的不整合面属于龙门山前陆盆地的底部不整合面,标志了扬子板块西缘从被动大陆边缘盆地到前陆盆地的转换。该底部不整合面位于晚三叠世马鞍塘组与中三叠世雷口坡组之间,显示为平行不整合面或角度不整合面,在接触面上发育冲蚀坑、古喀斯特溶沟、溶洞、溶岩角砾、古风化壳的褐铁矿、黏土层及石英、燧石细砾岩等底砾岩。该不整合面向南东方向不断地切削下伏地层,且均发育岩溶风化面,上覆的晚三叠世地层沿不整合面向南东超覆,显示了从整合面到不整合面的变化过程,并随着逆冲楔的推进向南东方向迁移,其超覆线、侵蚀带和相带的走向线与龙门山冲断带的走向大致平行。底部不整合面显示为典型的前陆挠曲不整合面,标志着龙门山前陆盆地的形成和扬子板块西缘挠曲下降和淹没过程,底部为古喀斯特作用面,下部为碳酸盐缓坡和海绵礁建造,上部为进积过程中形成的三角洲沉积物,具有向上变粗的垂向结构,表明底部不整合面和前缘隆起的抬升是扬子板块西缘构造负载的挠曲变形的产物,显示了在卡尼期松潘-甘孜残留洋盆的迅速闭合和逆冲构造负载向扬子板块的推进过程。本次在对晚三叠世龙门山前陆盆地底部不整合面的风化壳、残留厚度、地层缺失、剥蚀厚度、地层超覆等研究的基础上,计算了底部不整合面迁移速率、前缘隆起迁移速率、地层上超速率和前缘隆起的剥蚀速率,并与逆冲楔推进速率进行了对比,结果表明,底部不整合面迁移速率、前缘隆起的迁移速率、地层上超速率均介于3~18mm·a^-1之间,其与逆冲楔推进速率(5~15mm·a^-1)相似,因此,可用底部不整合面迁移速率、前缘隆起的迁移速率和地层上超速率代表逆冲楔推进速率。但是前缘隆起的剥蚀速率很小,介于0.02~0.08mm·a^-1之间,仅为逆冲楔推进速率的1/100。     

绵竹汉旺观音崖剖面沉积微相:卡尼期湿润事件前后的环境演化

为探讨卡尼期湿润事件前后的环境演化过程,剖析黑色泥页岩的沉积机理,结合国内外研究资料并采取岩石沉积微相恢复古环境的方法,对四川绵竹汉旺观音崖剖面中碳酸盐岩至陆源碎屑岩的沉积微相进行了分析研究,结果表明,其沉积相由早卡尼期缓坡鲕粒滩-生屑滩-硅质海绵礁相至晚卡尼期浅海泥页相-陆源泥沙潮坪相变化,浅海相的灰黑色钙质泥页岩中生物多见,植物叶片和茎杆化石、黄铁矿丰富,显示低能贫氧的环境又伴随着淡水输入,这一明显的岩相变化与卡尼期气候事件过程中淡水和陆源碎屑物质大量输入有重要的关系。     

四川盆地东部晚二叠世-早三叠世飞仙关期礁、滩特征与海平面变化

据四川盆地东部上二叠统-下三叠统飞仙关组沉积特征和储层分布规律,认为区内长兴组生物礁和飞仙关组鲕粒滩特征和分布与海平面升降有关。长兴期生物礁发育于海平面快速上升阶段的缓坡坡折地带和缓坡内的局部,当生物礁的生长速度低于海平面的上升速度时,形成海侵追补型生物礁,当生物礁生长速度大于海平面上升速度时,则构成海侵并进型生物礁;飞仙关鲕粒滩形成于海平面下降阶段的台地边缘和台内局部地区,单一台地边缘鲕粒滩分布广、厚度大,而台内鲕粒滩数量虽多,但单一厚度小,分布范围窄。总体来看,长兴生物礁发育层位逐渐向海侵方向升高,而飞仙关鲕粒滩随海退的进行,向台地增生方向迁移。区内上二叠统-下三叠统飞仙关组是一次较大规模海平面升降过程中的产物,海侵始于吴家坪初期,长兴期海平面快速上升,至飞仙关初期达到最高海平面,海平面开始下降,直至飞仙关末期。     

楚雄盆地性质与沉积层序演化

晚三叠世楚雄盆地是扬子西南缘的前陆盆地,其西侧的前陆挠曲盆地盆底变形海平面相对上升,从而在卡尼期和瑞替期有３次海泛,并向东侧的前陆盆地隆起带和克拉通边缘推进,沉积了前陆碳酸盐缓坡和暗色泥页岩海泛物。由于海泛体的推进和海退下超的双重作用,构筑了楚雄三角洲与水下砂砾质舌形体形成的复合沉积体系。     

中国西部新生代陆内前陆盆地迁移过程及其构造指示意义

中国西部新生代陆内前陆盆地的迁移过程反映了与其耦合的造山带的缩短隆升历史。通过综述恢复前陆盆地迁移过程的研究方法及其与地壳缩短过程的定量关系,阐明了前陆盆地迁移过程的构造指示意义。横跨前陆盆地的地震反射剖面可显示盆地内的地层上超或砾岩—砂岩过渡带迁移,反映盆地迁移过程;结合磁性地层学约束的地层年龄,可获得迁移速率;该速率的变化对应前陆盆地基底相对造山带的俯冲速率变化,反映造山带吸收的地壳水平缩短速率变化。通过对比分析西昆仑山北侧及天山南、北侧的陆内再生前陆盆地的迁移过程,发现约30 Ma以来西昆仑山和天山的地壳缩短速率变化趋势和变形模式均不相同,可能反映二者造山的动力学机制差异。该方法未来还有望应用于青藏高原东北缘以恢复高原生长过程。     

印支期泸州-开江古隆起演化过程及其动力学机制

印支期泸州-开江古隆起位于四川盆地东部,由于其顶部广泛发育的岩溶不整合面是四川盆地重要的油气储集层而受到广泛关注,但是关于该古隆起的形成时间及成因机制长期存在很大分歧,既影响了对印支期上扬子地区构造演化的认识,也不利于四川盆地油气勘探工作.基于地震、钻井和野外露头资料,详细分析泸州-开江古隆起顶部不整合面,结合区域构造事件、全球海平面变化等资料,利用前陆盆地系统演化模型对泸州-开江古隆起的演化过程及动力机制进行系统分析.认为泸州-开江古隆起的形成及发展期在晚三叠世卡尼期-诺利期,消亡于瑞替期,该古隆起是晚三叠世龙门山前陆盆地系统的一个组成单元——前缘隆起,其演化过程主要受控于晚三叠世龙门山造山楔的构造负载和前陆盆地沉积物的沉积负载.晚三叠世,在华北板块和羌塘地体共同向扬子陆块西缘汇聚的构造背景下,扬子陆块西缘发生NW-SE向地壳缩短,导致龙门山造山楔向扬子克拉通的逆冲推覆作用,控制了泸州-开江古隆起的形成与演化.     

四川盆地古生代生物礁滩特征及发育控制因素

在古生代,生物礁从老到新主要发育在早寒武世、早志留世及晚二叠世地层中。地理分布上,它们分别产于四川盆地北、东北缘大巴山、米仓山地区（早寒武世礁）、四川盆地南北缘（早志留世礁）以及鄂西渝东、川东北地区（晚二叠世礁）。早寒武世礁滩组合包括古杯礁、灰泥丘及鲕粒滩,造礁生物为古杯、蓝藻类微生物,附礁生物有三叶虫、腕足类、海百合及海绵等。由于受海平面波动的控制,生物礁具有旋回性,并从西向东,层位逐渐抬升。早志留世礁有点礁、灰泥丘及层状礁等,其分布受古陆影响的陆源碎屑-碳酸盐缓坡的控制,也与海平面波动有关。晚二叠世生物礁有点礁、台缘礁及灰泥丘,其分布也受古地貌格局和海平面波动的控制。     

四川盆地盆-山耦合系统和沉积响应特征

依据四川盆地晚三叠世须家河期至白垩纪盆地构造和沉积演化史的综合分析结果,认为该盆地属于发育在大型周缘前陆盆地基础上的陆内压性叠合盆地,具类前陆盆地性质。盆地形成和演化受周边龙门山、米仓山-大巴山和雪峰山3个造山带多期次非同步异方位的逆冲推覆活动控制,可划分为受盆缘造山带逆冲推覆作用控制的川西、川东北和川东南3个盆-山耦合次系统,区域上构成了独具特色的"三坳围一隆"构造-沉积格局。对应各造山带异方位的交替逆冲推覆活动,盆-山耦合过程又可划分为早期周缘前陆盆地(T3m→T3xt)、中期类前陆盆地(T3x→J3)、晚期萎缩衰亡(K)3个演化阶段。各演化阶段盆-山耦合过程的沉积学响应具有特征的异同性:差异性为对应各造山带逆冲推覆应力方位的变化,各亚阶段沉降-沉积中心位置各异,往复迁移于川西、川东北和川东南3个坳陷带;相似性为各次系统地层分布都呈自前缘坳陷带向前陆斜坡带和前陆隆起带上超减薄变细的楔状体,具有相似的沉积组合、相带展布和油气地质特征。     

The Coupling Relationship between the Uplift of Longmen Shan and the Subsidence of Foreland Basin, Sichuan, China

Depending on the analysis of the coeval sedimentary geometry and subsidence mechanism in the Longmen Shan foreland basin, three models about the coupling relationship between Longmen Shan uplift and foreland basin subsidence since the Indosinian have been proposed: (1) crustal shortening and its related wide wedge-shaped foreland basin, (2) crustal isostatic rebound and its related tabular foreland basin, and (3) lower crustal flow and its related narrow wedge-shaped foreland basin. Based on the narrow wedge-shaped foreland basin developed since 4 Ma, it is believed that the narrow crustal shortening and tectonic load driven by lower crustal flow is a primary driver for the present Longmen Shan uplift and the Wenchuan (Ms 8.0) earthquake.     

A thin orogenic wedge upon thick foreland lithosphere and the missing foreland basin

Along the Caledonian front in central Scandinavia, the expected peripheral or pro-foreland basin is neither physically present nor are there any significant traces in the sedimentary record. In order to explain and quantify this situation, the authors assess the major geometric and mechanical constraints on the Caledonian orogenic wedge and model the orogenic load and its influence on the foreland lithosphere of Baltica. Geologic and geophysical data show a strong foreland lithosphere with a flexural parameter (α) of approximately 100 km. The shape of the orogenic wedge and its critical taper angle are dependent mainly on basal friction and wedge strength. In the external part organic-rich black shales provide a low-friction horizon both at the basal detachment surface and within the wedge itself. The more internal part of the wedge is composed of metamorphic and crystalline rocks, which cooled and strengthened prior to thrusting. As a result, the external part of the wedge had a lower strength and a smaller critical taper angle than its internal part, so the orogenic load is upward concave. Modelling of the effect of such a load on the Baltica lithosphere shows a very small depression in front of the load (2 km). The flexural depression produced by the main part of the orogenic load is filled up by the thickening thrust-and-fold belt, so that there is little space left for a foreland basin. These results imply that the missing foreland basin in front of the central Scandinavian Caledonides is not due to subsequent erosion, but is a primary feature.     

Clinoform deposition across a boundary between orogenic front and foredeep – an example from the Lower Cretaceous in Arctic Alaska

The Lower Cretaceous Fortress Mountain Formation occupies a spatial and temporal niche between syntectonic deposits at the Brooks Range orogenic front and post‐tectonic strata in the Colville foreland basin. The formation includes basin‐floor fan, marine‐slope and fan‐delta facies that define a clinoform depositional profile. Texture and composition of clasts in the formation suggest progressive burial of a tectonic wedge‐front that included older turbidites and mélange. These new interpretations, based entirely on outcrop study, suggest that the Fortress Mountain Formation spans the boundary between orogenic wedge and foredeep, with proximal strata onlapping the tectonic wedge‐front and distal strata downlapping the floor of the foreland basin. Our reconstruction suggests that clinoform amplitude reflects the structural relief generated by tectonic wedge development and load‐induced flexural subsidence of the foreland basin.     

龙门山造山带早期断裂活动的古地震制约——来自汶川科钻(WFSD)岩心的证据

强地震是断裂活动的表现形式,可以诱发地表沉积层序顶部未固结的软沉积物发生变形,形成新的变形层(即震积岩***)。因此,在连续沉积剖面中赋存的多层震积岩应是断裂活动的直接证据。川西前陆盆地中的软沉积物变形记载了龙门山断裂带的活动信息,对认识龙门山造山带演化历史具有重要意义。本文通过"汶川地震断裂带科学钻探"一号孔(WFSD-1)和三号孔(WFSD-3)连续岩心剖面的岩性分析和构造研究,识别出11段不同深度的液化角砾岩层,它们是地震触发成因的软沉积物变形岩层。11个液化角砾岩段厚度从~20m至102m不等,分布在晚三叠世须家河组二-五段。这些液化角砾岩层记录了龙门山前陆盆地形成过程中晚三叠世断裂活动特征及趋势。这些厚度不等的震积岩粗略指示约2~20万年的地震活动长周期(地震幕),以及约4至70万年的间震期(地震幕的间隔时间),反映了龙门山断裂早期脉动式(幕式)活动特征。从不同段液化角砾岩层分布间隔规律来看,地震活跃期间隔(即间震期)越来越短,显示龙门山造山带断裂活动越来越强的趋势。结合前人地表软沉积物变形研究,我们认为龙门山造山带在晚三叠世经历了多期次的正断-逆冲活动的造山作用(至少经历14个地震活跃期),形成龙门山雏形及前陆盆地。     

洛阳龙门地区中寒武统张夏组下部遗迹组构及其沉积环境

洛阳龙门地区中寒武统张夏组为一套富含生物扰动的薄层微晶灰岩和厚层鲕粒灰岩沉积,根据沉积学和遗迹学特征,从中识别出6个遗迹组构,从下到上依次是:潮下低能碳酸盐岩台地中的Planolites montanus遗迹组构,潮下浅水较高能碳酸盐岩台地中的Palaeophycus tubularis-Thalassinoides horizontalis遗迹组构,高、低能交替的滨岸浅滩或开阔台地滩间坪或滩前沉积中的Skolithos linearis-Planolites montanus遗迹组构,深水低能开阔台地沉积中的模糊生物扰动遗迹组构,高能鲕粒浅滩中的Macaronichnus segregatis遗迹组构和潮下低能局限台地环境中的Palaeophycus heberti遗迹组构.龙门地区张夏组由无鲕粒滩的碳酸盐岩台地逐渐向发育厚层鲕粒滩的碳酸盐岩台地演化,沉积环境从滨岸浅滩逐渐演变为无鲕粒滩的开阔台地,并随着海退由深水、开阔台地逐渐变浅形成鲕粒滩、局限台地.      

川西上三叠统海绵生物礁的分布及其控制因素

四川盆地西部在晚三叠世早期(卡尼期)为被动大陆边缘环境, 沉积岩石单元为马鞍塘组。其中发育硅质海绵生物礁类型为点礁, 分布在马鞍塘组的上部。点礁组合为礁基、 礁核、礁翼、礁盖。现今出露礁体的分布主要沿着龙门山, 呈NE-SW向展布。海绵礁体的分布与造礁生物海绵的自身特点、沉积环境、构造背景、生物组合、洋流等密切相关。本文基于此, 认为生物礁分布在绵竹—江油一带, 分布于大陆斜坡上, 水体相对较深, 呈宽带分布, 礁体大小不一。现今礁体部分暴露于地表, 部分被推覆体或上覆地层覆盖。该生物礁组合具有一定的油气成藏的地质条件, 可以作为石油勘探的靶区。