川西地区龙门山前陆地层磁组构与应力研究

赵　千，杨凯峰，吴鸿天

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)



川西地区龙门山前陆地层磁组构与应力研究

赵千，杨凯峰，吴鸿天

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

四川盆地紧邻龙门山冲断带，研究盆地西部新生代变形，对进一步认识和理解青藏高原隆升具有一定的科学意义。磁化率各向异性对地层应力状态变化非常灵敏。在雅安地区飞仙关镇附近选取9个采点进行岩石磁组构分析，探讨四川盆地西部岩石的构造变形特征。磁组构分析显示出样品具有沉积磁组构和初始变形磁组构特征。磁线理为NE-SW向，与区域褶皱轴方向一致，表明龙门山控制了四川盆地西部的构造变形，并且研究显示该变形发生在新生代。

四川盆地；新生代；应力变形；磁组构

利用岩石磁组构分析推测岩石形成环境和所经历的历程是近年来研究的热点。作为一项地质研究手段，其已经渗透到地质研究的各个领域。在沉积岩中，可以用来研究岩石的应力应变状态、岩石沉积、搬运方式。磁组构可用一个三轴椭球体(K1≥K2≥K3)表示，其中K1、K2、K3分别代表最大、中间、最小磁化率主轴(Hronda，1982；Borradaile，1988)。整体上，磁化率椭球体的主轴与应变椭球体三个轴具有非常好的对应关系。磁化率椭球体的形状与沉积岩变形过程可以表示为：最初，K3轴与层理面垂直，K1轴垂直于构造缩短方向；随着变形的发生，K3轴沿平行于构造缩短方向移动，K1轴仍垂直于构造缩短方向；当岩层发生强应变，K1轴垂直于层理方向，而K3轴平行于构造缩短方向。

四川盆地西部位于龙门山冲断带前陆，其变形受龙门山活动控制，由于其紧邻青藏高原东缘，该地利用磁组构研究其新生代的地层受力过程对认识西藏地区新生代隆升过程具有重要意义，因此，讨论龙门山前陆地区地层磁组构类型与反应的该地区的应力过程。

1　区域地质特征及采样

四川盆地是我国著名的盆地之一。其位于华南板块西北部，是在扬子克拉通台地基础上形成和发展起来的复合型盆地，经历了漫长的地质演化历史，盆地基底由前震旦系变质地层组成(郭正吾等, 1996)。与其他克拉通盆地相比，四川盆地的特点是其盖层的强烈褶皱和受到不同方向构造挤压变形的改造，在其周缘形成了复杂的弧形褶皱构造带(张岳桥等, 2011)，是一个多因素耦合形成的大型构造盆地(许效松等，1997)，四川盆地是在古生代广阔海盆基础上发育起来的红色陆相盆地(李岩峰，2005)，为世界上最大的红层盆地之一，盆地面积约18～19×104km2(邓康龄，1992；王泽成等，2002)，盆周山地是一系列低、中山。北部和东北部的米仓山、大巴山弧形构造带，呈北西-南东走向。南缘和东南缘紧邻川西南褶皱带，多为低山为主，山脉走向北东-南西，宜宾以南转为近东西向。西北缘、西南缘的龙门山冲断带，山体雄伟陡峭，以中山为主(图1)。地层物质组成和充填序列与盆地构造地质演化与周缘陕西的俯冲拼合过程密切相关。大面积分布中生代陆相红层沉积，(郭正吾等, 1996；汪泽成等，2002)。

采样剖面位于四川盆地西缘雅安市以西约10 km的飞仙关镇(30.0°N，102.9°E)，所采岩石样品为白垩世砂岩和粉砂岩。处于飞仙关断层传播褶皱。共分布采样点九个，每个采样点采集约10个定向样品。所有在实验室样品加工成长22 mm、直径25 mm的古地磁标准样品。

图1　四川盆地地质简图(据马丽芳等, 2002)

2　样品测试及结果

磁组构(AMS)提供了磁性矿物定向排列的信息，为确定样品中载磁矿物主要类型，我们选取三块代表性样品进行等温剩磁获得和三轴热退磁实验(图2)。等温剩磁(IRM)及反向直流场退磁曲线实验显示，雅安地区样品剩磁强度随外部直流磁场的增大逐步递增，在正向场强0～800 mT磁化强度快速增加，当正向外加磁场达到2.2 T左右才能趋于饱和，当所加反向磁场增加至400～500 mT之间时，样品等温剩磁强度减至0(图2a)。三轴等温剩磁热退曲线显示，三种磁组分在加热加热到680℃左右降至0，显示了赤铁矿的存在信息(图2b)。可以确定，雅安剖面地层主要载磁矿物为赤铁矿。

样品磁化率测试在西北大学地质学系古地磁实验室完成。用AGICO KLY-3s Kappabridge进行磁化率各向异性测试。近年来的研究认为沉积岩在形成过程中其磁性矿物颗粒的排布受重力影响最大，因此磁面理较磁线理发育，磁化率的张量椭球特征以压扁状为主；而在构造活动强烈的地区，受到挤压应力的影响，磁线理会更为发育。我们利用在研究变形过程中具有代表行的磁化率参数各向异性度Pj、形态参数T、磁线理L和磁面理F等来研究该区域的变形特征。样品其平均磁化率(Km)分布区间为：186 ×10-6～522×10-6。

(a)等温剩磁获得曲线；

(b)三轴等温热退磁曲线

褶皱前平行层面的缩短产生的应变(LPS)。LPS应变在石灰岩、砂岩、粉砂岩、页岩中通过磁组构方法得到验证(Pares et al.,1999)。但水平缩短量很难估算。但是LPS相关的磁组构结果显示共轴变形和发展阶段。初始为沉积磁组构(磁线理、磁面理垂直层面和缩短方向)。最终演变为构造磁组构(磁面理垂直层面和缩短方向)。中间磁组构为磁线理垂直缩短方向，磁面理平行层面。

所采样品岩性均为红色、砖红色、紫红色粉砂岩，颗粒区别不明显，通过测量样品的磁化率各向异性，我们发现了样品据有不同的磁组构类型：沉积磁组构(YK3和YK9)和其他样品均为初始变形磁组构(图3)。这说明在四川盆地内部，受应力作用较小，整体变形较弱。T-Pj图显示我们的样品磁组构T值都大于0，表现出磁化率椭球体压扁的特征(图4)。这说明采样点的磁组构都表现出弱变形，压扁状磁组构特征。

3　讨论

前人的研究结果显示在龙门山地区存在着较为明显中生代和新生代两期变形(杜思清等，1998；吴德超等，1998)，而川西地区我们采样区地层为白垩系地层，不能够直接确定该地区的新生代变形。而龙门山地区新生代的变形要强于中生代的变形，由图3可以看出，采样区样品磁组构特征并未受到构造叠加应力影响，我们认为该地区所受应力应为新生代变形的结果，验证了前人研究结果一致(罗良等，2008)。

初始变形磁组构中除YK1外，所有采点的磁线理L走向为NE-SW向(图3)，这与龙门山地区的整体走向一致，和盆地内部区域的向斜也一致，说明川西龙门山前陆盆地的地层所受应力方向为NW-SE向，与磁线理方向垂直。很可能是龙门山逆冲推覆作用所造成的。这也能够说明四川盆地西南褶皱带对这一地区影响有限。雅安地区采样点剖面位于飞仙关断层传播褶皱中，磁化率各向异性结果显示磁面理与地层走向平行，磁线理与地层走向斜交，而且三个椭圆主轴分别聚集。罗良等(2013)在研究龙门山南段天全-乐山剖面磁组构时，认为龙门山新生代期间经历了局部的逆时针旋转，从而使定向排列的磁性矿物发生一定的旋转，使得磁线理方向与地层走向发生一定的分离。

正方形代表K1，三角形代表K2，圆代表K3，圆弧代表层面

图4　采样点磁组构T-Pj图

Saint-Bezar et al. (2002) 研究了South Atlas Front (Morocco)断展褶皱，其AMS结果显示出四种磁组构特征：(i)沉积磁组构位于未变形区域，(ii)中间磁组构，(iii)构造磁组构K3轴围绕平行缩短方向分布，(iv)磁面理与层面斜交的特殊构造磁组构。当以赤铁矿为载磁矿物的砂岩受到挤压造成平行层面缩短(LPS)或褶皱的压缩应变时，K1轴方向通常垂直于LPS方向或平行于褶皱轴方向(Saint-Bezar et al., 2002)。而川西前陆盆地发育过程中，由于受到龙门山冲断带的影响可能产生的变形类型为：平行缩短变形和褶皱过程中的变形。我们的磁组构结果显示初始变形磁组构均发生了平行缩短变形。也证明了我们的研究区域未受川西南褶皱带构造应力的影响。

4　结语

通过分析雅安地区所采样品的磁化率各向异性测试结果，得到以下结论：

(1)为磁化率各向异性研究前陆盆地断层传播褶皱岩石变形提供了新的研究数据和支持证据。表明磁化率各向异性对岩石的变形具有非常高的敏感度，非常适用于研究所受应力复杂地区的岩石所有应力特征。

(2)研究表明延安地区所受应力应为新生代变形的结果，由龙门山冲断带所控制，为前人在该地区的研究结论提供了新的佐证。

[1]邓康龄. 四川盆地形成演化与油气勘探领域[J].天然气工业.

1992(5) :7-12.

[2]杜思清, 魏显贵. 汉南—米仓山区叠加东西向隆坳的北东向推覆构造[J]. 成都理工学院学报.1998(3):367-374.

[3]郭正吾，邓康岭，韩永辉，等. 四川盆地形成与演化[M]. 北京：地质出版社. 1996.

[4]李岩峰. 四川盆地东北部中—新生代造山与前陆变形构造叠合关系研究[D].中国地震局地质研究所.2005.

[5]罗良, 贾东, 李一泉,等. 构造叠加弱应变沉积岩地区的磁组构研究——以川西北盆地为例[J]. 地质学报.2008, 82(6):850-856.

[6]罗良，漆家福，贾东，等. 龙门山南段山前天全—乐山剖面磁组构研究及其对新生代构造变形的指示意义[J]. 地球物理学报, 2013，56(2): 558-566.

[7]马丽芳，乔秀夫，闵隆瑞，等. 中国地质图集[M]. 北京：地质出版社.2002.

[8]四川省地质矿产局. 四川省区域地质志[M]. 北京:地质出版社.1991.

[9]汪泽成. 四川盆地构造层序与天然气勘探[M].地质出版社.2002.

[10]吴德超, 魏显贵, 杜思清,等. 米仓山叠加型推覆构造几何结构及演化[J]. 矿物岩石.1998(S1):22-26.

[11]许效松，刘宝珺，赵玉光，等．上扬子西缘二叠纪-三叠纪层序地层与盆山转换耦合[J].北京：地质出版社．1997a:31-56.

[12]张岳桥,董树文,李建华，等. 中生代多向挤压构造作用与四川盆地的形成和改造[J]. 中国地质.2011, 38(2):233-250.

[13]Borradaile G J. Magnetic susceptibility, petrofabrics and strain[J]. Tectonophysics, 1988, 156(s 1-2):1-20.

[14]Hrouda F. Magnetic anisotropy of rocks and its application in geology and geophysics[J]. Geophysical Surveys, 1982, 5(1):37-82.

[15]Parés J M, Ba V D P, Dinarès J. Evolution of magnetic fabrics during incipient deformation of mudrocks (Pyrenees, Northern Spain)[J]. Tectonophysics, 1999,307(1):1-14.

[16]Saint-Bezar B, Hebert R L, Aubourg C, et al. Magnetic fabric and petrographic investigation of hematite-bearing sandstones within ramp-related folds: examples from the South Atlas Front (Morocco)[J]. Journal of Structural Geology, 2002,24(01):1507-1520.

2016-03-14

赵千(1988-)，男，河北保定人，在读硕士研究生，主攻方向：构造地质学。

P539.3

A

1004-1184(2016)04-0247-03