四川盆地北部构造特征及盆山耦合分析

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　　摘要：四川盆地北部受东北部大巴山和西北部龙门山的逆冲推覆作用，其地质构造相当复杂。通过对大巴山横向构造式样、剖面构造式样、龙门山地面构造、地腹构造特征分析，总结了四川盆地北部地区的基本构造特征。在构造运动、陆源碎屑物源及沉积充填特征等分析基础上，对龙门山造山带与龙门山前陆盆地盆山耦合关系进行了研究。得出了龙门山及其前陆盆地存在良好的耦合关系。对深入认识四川盆地构造与油气分布规律具有重要意义。
　　关键词：构造特征；造山带；构造式样；前陆盆地；盆山耦合；四川盆地；大巴山；龙门山
　　中图分类号：TEl21.2 文献标识码：A
　　
　　前言
　　
　　四川盆地叠覆于海相碳酸盐岩台地之上，大地构造上位于扬子陆块(克拉通)西北隅，地貌上呈一菱形盆地。区内北侧的米苍山呈近东西向展布，为一介于龙门山与大巴山台缘断褶带之间的隆起区，北以深断裂紧接秦岭地槽，南与四川盆地相邻。周缘造山带围绕盆地边缘分布是现今四川盆地地貌上的一个显著特点，受周缘山系向盆地逆冲推覆作用的影响，盆内卷入了多期次、多边界的构造变形，东西、北东和北西方向构造叠加与复合，盆地不断迁移与改造，这些无疑为开展盆山多方向耦合作用及多边界、多期次构造叠加与复合关系的研究提供了不可多得的理想研究区。
　　
　　1　四川盆地东北部构造特征
　　
　　四川盆地东北部属扬子准地台与秦岭褶皱系之间的过渡带，区内大巴山弧形构造带夹持在秦岭造山带和四川盆地之间，以城口―钟宝断层为界分为南大巴山和北大巴山2个岩石构造单元。由于川东北地区受到多期次、多方位、多种性质的构造应力作用，造就了该区复杂的构造式样，本文分别从横向构造式样及剖面构造式样进行分析。
　　
　　1.1　横向构造式样
　　川东北地区横向上可分为2个构造层次，即表构造层次和浅层构造层次。2个构造层次垂向叠加，使得该区构造式样十分复杂。
　　(1)表构造层次。表构造层次可分为上表构造层次和下表构造层次。上表构造层次在横向上以某一断层为界，东北侧褶皱较强，背、向斜相对紧密排列，延伸长，背斜呈长条形鼻状构造延伸，两翼紧闭。轴向以北西向为主，但靠近盆地一侧，构造形迹不同程度的向西弧状突出或弯曲；而西南侧构造在发育规模及背、向斜排列紧密程度方面均较北部差。整体上构造分布北密南疏。而下表构造层次在横向上构造的分布规律与上表构造层次基本相同。轴向也以北西向为主，在靠近盆地一侧构造形迹不同程度的向西弧状突出或弯曲。构造变形十分强烈，其中褶皱强烈，并且断层特别发育。
　　(2)浅层构造层次。该构造层次发育于嘉陵江组第四段底部以下，以北东向构造为主，并且其构造形迹随深度的增加而愈加明显。
　　
　　1.2　剖面构造式样
　　川东北构造带的形成主要受秦岭造山带的控制，尤其是南秦岭构造活动更是直接作用在构造带上。造山运动派生的地应力是构造形变的源动力，其在对盆地作用过程中，首先要经过北大巴山的传导，在传导过程中又受到汉南隆起和黄陵隆起的影响，它们对应力的传播以阻碍作用为主。在这些刚性隆起的梗阻和挟持下，源于南秦岭从北往南的区域挤压应力越过城口断层后转换为从北东向南西的挤压。随着挤压应力由北东向盆地内传播，产生了4条形变带，即推覆形变带、断弯褶皱形变带、断层褶皱形变带和形变消减带(图1)，由北东向盆地内部构造强度依次减弱，表现为断层接近力源一侧褶皱明显，而远离力源一侧构造相对平缓。从构造形变形态上看，该区基本形变褶皱作用有断弯褶皱作用、断展褶皱作用和滑脱褶皱作用3类。区内构造剖面形态都是由其中1种或若干种作用复合的结果。
　　
　　
　　2　四川盆地西北部构造特征
　　
　　四川盆地西北部区域构造属川北低平褶皱带和川西低陡褶皱带，西侧与龙门山台缘断褶带毗连，北邻米仓山台缘突凸，东侧为川中平缓褶皱带。而龙门山作为一个典型的推覆构造带，在陆内造山带中具有一定的代表性。其基本构造样式既是龙门山地区也是青藏高原东北缘地区推覆构造带的普遍样式，在我国各种类型推覆构造带中具有一定的独特性。
　　
　　2.1　地面构造特征
　　通常以北川断层及香水断层为界将龙门山分为龙门山后山带、龙门山前山带和龙门山山前带。北川断层以西称为龙门山后山带；北川断层与香水断层之间的地带称为龙门山前山带；香水断层以东、靠近山体的地带称为龙门山山前带。通过10条覆盖龙门山北段大部分地区的野外地质剖面调查，对该区构造特征有了一定的认识。
　　(1)在龙门山北段后山带，通过对南坝―木座、雁门坝―枫顺场和竹园坝―青川剖面的观察发现，在地质作用强烈地区具有不同程度绢云母化的千枚岩，岩层已被严重挤压揉皱，受构造作用力影响较小的岩层也被挤压成以高角度甚至直立出露。在断层内部仍发育碎裂岩和断裂摩擦镜面、擦痕及牵引褶曲。
　　(2)在龙门山北段前山带，区内浅部滑脱层系在更多地区应该为飞仙关组上部的砂泥岩段。前山带内还发育以天井山背斜为代表的滑覆体，反映了当时地层被挤压推覆后受到自身重力等因素而向前陆盆地方向滑移的现象。
　　(3)在龙门山北段山前带对含增、二郎庙、宝轮和广元等处的剖面进行细致地面地质调查发现，整个区内见到的岩层越来越新，而且多为较单一的逆冲断层及背、向斜。在断层内部次级构造相对于其他构造带更小、更弱，反映了前山带向前陆盆地的缓慢过渡。
　　通过横穿龙门山多条横剖面的野外地质调查发现，在龙门山北段存在8种构造样式，即断层转折褶皱构造样式、断层传播褶皱构造样式、叠瓦逆冲构造样式、前翼突破构造样式、叠瓦状构造样式、倒转变形构造样式、逆断层牵引构造样式、逆掩构造样式。
　　
　　2.2　地腹构造特征
　　龙门山北段地表构造从北西向南东方向可划分为轿子顶推覆体、唐王寨推覆体和冲断前锋构造带3个基本的构造单元。通过地表和地腹构造特征分析认为：马角坝断裂以西的唐王寨、轿子顶推覆体等均属于外来逆冲推覆构造；而马角坝断裂以东的逆冲推覆岩片为原地构造，并发生了2期构造变形叠加，构成典型的断层转折褶皱样式。并基本否定了1：50 000区域地质调查资料中关于龙门山地区存在顺层滑脱构造的认识。
　　冲断前锋构造包括矿山梁、天井山和中坝等典型背斜构造。通过对天井山构造、矿山梁构造和中坝构造地震测线地面和地下综合解释认为，前2个地区存在地表和地腹双重构造，其中地表构造主要是印支期沿飞仙关组滑脱面推覆形成的背斜，而地腹构造是以中、深2套能干层沿不同非能干层滑脱形成的叠瓦构造形态。中坝构造则表现为侏罗系地层不整合于印支期形成的背斜上，该构造最终定型于喜山期。根据以上3个构造的构造演化模式地腹形态特征，将天井山构造和矿山梁构造划分为以下3个构造单元：山前单斜构造单元、地面及浅 层推覆构造单元、地腹叠瓦式构造单元；而将中坝构造划分为地腹叠瓦式构造单元和山前单斜构造单元(图2)。
　　
　　
　　3　山耦合分析
　　
　　四川盆地与周缘造山带均以冲断褶皱带相耦合。根据前陆盆地分析理论和方法，将龙门山前陆盆地作为与龙门山冲断带相对应的前陆盆地，并将两者作为一个地质整体进行研究，探讨龙门山及其前陆盆地间的耦合关系。龙门山冲断带除了在向其前陆盆地方向逆冲推覆过程中形成了复杂的构造样式外，造山作用还导致前陆盆地挠曲沉降，前陆盆地沉积物类型和物质构成也随之发生变化等。
　　
　　3.1　造山带向东推进导致前陆盆地挠曲沉降
　　在川西一龙门山盆山体系中，将龙门山造山带、龙门山前陆盆地和前陆隆起作为一个三维一体的地质体系。根据均衡重力异常研究表明，龙门山表现为正均衡异常，造山带内质量过剩，构造负荷明显，则龙门山造山带在均衡力的作用下应下降；龙泉山及其以东地区为负均衡异常，在均衡力作用下应上升；而龙门山前陆盆地则处于两者之间的过渡地带。由此可见，在龙门山造山带向东前展式推进过程中，龙门山逆冲推覆的构造负载不仅造成了造山带内质量过剩，而且引起了地壳的均衡反应，从而使龙门山前陆盆地挠曲沉降。龙门山前陆盆地的挠曲下沉和前陆隆起的隆升是岩石圈对龙门山冲断带第四纪以来逆冲推覆所产生构造负载的弹性响应。
　　
　　3.2　造山带是前陆盆地沉积物来源区
　　龙门山前陆盆地均被第四系半固结一松散沉积物覆盖，主要由横切龙门山横向河流所产生的冲积扇和扇前冲积平原沉积物构成。盆地中陆源碎屑沉积物主要来自龙门山造山带，每次造山作用均会导致前陆盆地沉积物类型和物质构成的变化。龙门山前陆盆地沉积物碎屑成分能够反映龙门山造山带物质构成，因此龙门山造山带的逆冲推覆构造活动与盆地内的沉积特征及其碎屑成分具有较好的吻合性。
　　
　　3.3　盆山间物质循环与能量交换的耦合关系
　　通过地质、地球物理综合研究发现，龙门山造山带―川西前陆盆地系统岩石圈在平面上具分区性，在剖面上具有层圈性。其层圈性决定了龙门山冲断带发生了深部地幔物质的调整，使上地幔顶部层沿软流圈、下部地壳层沿莫霍面、中部地壳层沿壳内高导层由东向西的多级滑脱，从而导致上部地壳层沿其内的塑性层和结晶基底面由西向东的多层次推覆。川西前陆盆地向西的俯冲潜滑(楔入)和龙门山由西向东冲断推覆构造的形成在垂向上受北川―映秀断裂的控制，在水平方向上受塑性软弱层的控制。在多级俯冲潜滑和多层推覆作用的动力学过程中，龙门山造山带与龙门山前陆盆地盆山耦合过程中的物质流和能量流循环均有2个传递方向。能量流的2个传递方向是：①从深部软流圈和上地幔传向下地壳、中地壳和上地壳；②以壳内高导层为界，其下能量从盆地传向造山带，而其上是从造山带传向盆地。物质流的2个迁移方向是：①地壳高导层之下由沉积盆地迁移(俯冲潜滑)到造山带，在壳内高导层之上，由造山带迁移(推覆和滑覆)到沉积盆地；②在沉积盆地，物质从浅部向深部迁移，而在造山带，物质从深部迁移到浅部。
　　
　　3.4　造山带隆升与前陆盆地沉降(隆升)的耦合关系
　　刘树根等采用澳大利亚墨尔本大学裂变径迹技术及镜质体反射率测定，对龙门山造山带及川西前陆盆地的岩石样品研究认为，在60 Ma以前，龙门山造山带的隆升速率与川西前陆盆地的沉降速率之间呈镜像关系，即龙门山造山带隆升较快时，川西前陆盆地沉降也较快；60 Ma以来，龙门山造山带和川西前陆盆地有总体抬升的趋势，川西前陆盆地也以隆升为主，但是龙门山造山带的隆升速率相对较大(图3)，因而很少有古近纪的沉积。因此龙门山造山带的隆升和川西前陆盆地沉降(隆升)存在定量耦合关系。
　　
　　
　　3.5　成盆作用是造山作用的沉积响应
　　每一次构造运动必然会通过前陆盆地沉积的地层特征做出响应。根据龙门山前陆盆地5个成盆期盆地结构、形态、范围、垂向和横向充填模式等方面分析，可将龙门山前陆盆地沉积一构造演化归纳为3个大的发展时期：晚三叠世诺利克期为前陆盆地形成时期，盆地范围相对较窄，并具有特定向上变粗的充填模式，是龙门山冲断带初始形成的沉积响应；晚三叠世瑞替克期一中侏罗世时期是前陆盆地发展时期，盆地范围广阔，具向上变细的充填模式，是龙门山冲断带冲断推覆抬升的沉积响应；晚侏罗世一第四纪是龙门山前陆盆地萎缩时期，盆地范围越来越小，并具特定向上变细的充填模式，是龙门山冲断带强烈冲断推覆抬升的沉积响应。
　　
　　4　结论
　　
　　(1)四川盆地东北部处于强应力挤压区，逆断层十分发育。在横向构造样式上，形成了2个构造层次垂向叠加，北东向与北西向构造垂向横跨的特殊地质现象；在剖面构造样式上，由力源向盆地内部渐变条带状衰减。
　　(2)四川盆地西北部的龙门山北段，从后山带、前山带到山前带构造变形逐渐变弱，并存在多种构造样式。根据对矿山梁、天井山和中坝地区的研究认为，前两者存在地表和地腹双重构造，并可划分为3个构造单元，而后者可划分为2个构造单元。
　　(3)前陆盆地和挤压造山带是成对出现的，表现出明显的耦合性和互补性。龙门山及其前陆盆地之间的耦合表现在：造山带向东推进导致前陆盆地挠曲沉降；造山带是前陆盆地沉积物来源区；盆山间物质循环与能量交换的耦合关系；造山带隆升与前陆盆地沉降(隆升)的耦合关系；成盆作用是造山作用的沉积响应。
　　
　　审稿专家　陈振岩
　　编辑　许廷生
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