川西马尔康—金川地区晚三叠世松潘甘孜残留洋盆复理石建造沉积特征与沉积模式

龚大兴，郭佳，罗俊峰，岳相元，周雄，周家云

1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，成都 610041

2.四川省地质矿产勘查开发局一〇九地质队，成都 610100

0 引言

作为中国造山带中地理位置最特殊、构造变形及几何形态最复杂的地区，松潘—甘孜造山带素有“中国地质百慕大”之称，长久以来一直处于构造地质学家、板块运动学家的聚光灯下[1-5]。构成松潘—甘孜造山带的地层主体——三叠系西康群，也因其作为古中国南北板块碰撞成陆，秦岭—大别中央造山带剥蚀消减，古特提斯东侧残留洋盆的重要沉积记录，而受到沉积学界的重视[6-8]。西康群虽然分布范围广、但属于典型的复理石建造，岩性单调、缺少生物化石及火山岩夹层，没有准确的年代学证据[9]；强烈的构造变形和褶皱叠加，导致地层厚度成倍增大，原始沉积序列、沉积构造破坏殆尽，尚没有确切的、公认的岩石地层层序[10]。目前关于西康群的研究，多集中于物质来源上，通过岩石地球化学特征[11-14]、碎屑锆石[15-17]、古水流方向[18-19]等多种手段，力

图合理地解释这一巨量沉积物的来源。值得注意的是，沉积物物源分析不仅包括物源区的方位、侵蚀区与母岩区的位置、母岩的性质及组合特征，还包括沉积物的搬运途径、搬运方式及沉积环境[20]。目前，关于松潘—甘孜复理石沉积模式的解释主要有两种观点：多数学者将其笼统的称作浊流沉积[21-22]；也有人将其定义为多物源，多期次的海底扇[23-25]。两者虽然并不矛盾，海底扇扇中及扇端发育有浊流沉积，但存在着沉积水深及触发、搬运机制的异同。而且，传统的浊流沉积正受到砂质块体搬运和底流再改造砂体等概念的冲击[26-28]，松潘—甘孜复理石沉积是否能用深水浊流理论一语盖之，值得商榷。单一的海底扇沉积模式也无法合理的解释扇根砾岩—粗砂岩沉积物的缺失问题[29]。

本文基于川西马尔康县—金川县一带野外露头剖面的详细研究，希望通过西康群中复理石层序的沉积构造、粒度、物质组成、砂板比等特征，还原三叠纪松潘—甘孜复理石盆地的沉积环境，反演西康群的沉积过程。文中数据来源于中国地质调查局1∶5万区域地质调查项目三年的野外收集，研究区面积为1 758 km2（图1），其中三叠系西康群占比为83%。野外采集薄片样品112件，利用偏光显微镜统计了矿物组成；粒度分析样品27件，利用显微图像分析仪（显微镜：德国莱兹显微镜），采用线统计法测定。

1 地质背景

松潘—甘孜复理石盆地呈“倒三角形”镶嵌于华北板块、华南板块及西藏板块之间[30]（图1）。复理石主要分布在西康群区，包括若尔盖地区的草地群和青海境内的巴颜喀拉群，以及义敦群分布区的党恩组、列衣组、喇嘛娅组，在三叠纪它们属于巴颜喀拉海槽[10]，也有人将其称作松潘—甘孜残留洋盆[31-33]。少量的化石证据显示，这套砂泥质复理石沉积于晚三叠世早中期的卡尼期（Carnian）—诺利期（Norian）[34-35]。在鲜水河断裂带以东的川西马尔康—金川县一带，西康群主要出露有三套地层，从老到新依次为杂谷脑组（T3z）、侏倭组（T3zw）及新都桥组（T3xd）。

杂谷脑组（T3z）为一套厚层块状砂岩夹板岩组合，砂岩以灰色、深灰色厚层块状变质长石石英砂岩，岩屑石英砂岩等为主，连续厚度较大，偶夹少量粉砂质、泥质板岩（图2d）。

侏倭组（T3zw）复理石韵律特征明显，为一套浅变质的砂板岩互层地层（典型的“斑马纹”特征）。根据岩性组合将其分为上下两段：

上段（T3zw2）岩性为深灰色、灰色变质长石石英砂岩、石英砂岩、岩屑石英砂岩、粉砂岩等与泥质板岩、粉砂质板岩、绢云板岩形成不等厚互层或韵律式互层，局部地层可见逆粒序现象（图2b）；下段（T3zw1）岩性为深灰色、灰色厚层状变质长石石英砂岩夹极少量粉砂质板岩与薄—中层状变质长石石英砂岩夹粉砂（泥）质板岩形成层段间互（图2c）。

新都桥组（T3xd）岩性以深灰色、灰黑色的砂质板岩、粉砂质板岩、泥质板岩、绢云母板岩为主，偶夹少量变质长石石英砂岩或与其形成互层（图2a）。

2 西康群沉积特征

2.1 沉积构造

沉积岩的构造特征是沉积时水动力条件的直接反映，具有良好的指相性。一些具有示顶示底意义的沉积构造，如波痕，槽模，斜层理等，在判别西康群地层的顶底关系时非常关键。西康群变质砂岩一般具变余砂状结构，块状构造，变余层理构造，部分地区保留有岩石的原生层理和粒序特征。

杂谷脑组厚层块状砂岩发育有：平行层理、斜层理、包卷层理、重荷模、块状层理；侏倭组砂岩板岩中尚能识别出：槽模（图2e）、沟模、不对称波痕（图2f）、平行层理、水平层理、交错层理（图2g）、斜层理（图2h）、包卷层理、重荷模、波状层理、泥砾（图2I）；新都桥组粉砂岩—板岩中见水平层理、波状层理及小型舌状槽模。此外三套地层中均能见到发育不完整的鲍马序列，如图2j中所示，Ta段为中粗粒砂岩—中细粒砂岩的递变层，Tb段为具平行层理的细粒砂岩段，Tc段为具波状层理或包卷层理的粉砂岩、泥岩，Td段为具水平层理的粉砂质泥岩层。

2.2 粒度分析

侏倭组上段砂岩的平均粒级（Mz）范围为3.64～4.33φ（0.05～0.08 mm），平均值为4.15φ（0.06 mm），为粗粉砂～极细砂级；侏倭组下段砂岩平均粒级（Mz）范围为2.90～3.93φ（0.07～0.13 mm），平均值为3.33φ（0.10 mm），为极细砂—细砂级；杂谷脑（T3z）砂岩平均粒级（Mz）范围为3.03～ 4.01φ（0.06～0.12 mm），平均值为3.43φ（0.10 mm），为细砂级（表1）。西康群砂岩整体分选性好（标准偏差SD，0.27～0.54，平均值为0.38），直方图中均表现为单峰形态。除五件样品表现为正偏外，其余样品偏度均为负偏—很负偏（Sk，-0.77～0.34，平均值为-0.22），以细组分为主。尖度（K，2.63～5.11，平均3.31）表现为很尖锐—非常尖锐。根据萨胡粒度判别函数计算[36]，属于浅海—半深海环境砂岩（表1）。

从粒度累积曲线图（图3a）来看，三套地层中砂岩粒度累积曲线均为陡倾，符合海相砂岩的分布特征；直方图形态为单峰正态曲线为主，对称性较好（图3b～d），表明分选性好。概率累积曲线图（图3e～g）能更直观、准确地显示沉积物粒度组成及各特征组分的分选性，使用频率最高。侏倭组上段砂岩（图3e）表现为“简单的一段式”，累积曲线倾角约为66°～69°，反映颗粒为湍流支撑悬浮搬运为主，粒径<0.1 mm者约占98%以上，为典型的浊流沉积。侏倭组下段砂岩（图3f）有3件样品表现为“两段式宽缓上拱弧线形”，2件表现为“简单的一段式”，可能属于水下分支河道及漫滩环境。不同于侏倭组上段，杂谷脑砂岩（图3g）虽然也表现为“简单的一段式”，但累积曲线倾角较小，约为62°～65°，且以跳跃组分为主，粒径<0.1 mm者约占70%，含少量悬浮搬运组分。

2.3 矿物组成

受川西印支期以来侵入岩及构造作用的影响，川西马尔康—金川县一带西康群岩层整体发生低绿片岩相变质作用，岩石类型有变质（杂）砂岩、板岩、片岩。

受成岩期后风化变质作用的影响，传统的Dickinson图解法在反演西康群物质来源时常常具有多解性[11,13]，但各个层段砂岩组分的垂向变化尚能直观的反应沉积过程的连续性和叠加样式。本文统计了西康群各组段砂岩中的石英、长石及岩屑组分（表2、图4）。结果表明：垂向上，杂谷脑组—新都桥组，石英含量总体呈减少的趋势（平均75%～67%），长石及岩屑含量增多。整体变化特征显示砂岩组分呈明显的两段式，第一段为杂谷脑组—侏倭组下段，第二段为侏倭组上段—新都桥组，侏倭组上、下段之间砂岩组分的突变代表着出现了一次沉积间断或沉积环境的转变（图4）。

2.4 砂板比

本文共统计砂板比175点，西康群由老到新整体表现为泥质含量逐渐增多，砂岩逐渐减少减薄，砂板比逐步降低。杂谷脑组砂板比一般大于20∶1，最大可达50∶1左右，PM101剖面平均20.38∶1；侏倭组下段砂板比一般在2∶1～20∶1，PM101剖面平均为5∶1左右，砂岩以中层—薄层状为主，偶见厚层状，板岩连续厚度较小；侏倭组上段砂板比一般在2∶1～15∶1，PM402剖面平均为11.31∶1，砂岩以薄—中层状为主，偶见厚层状；新都桥组砂岩与板岩的比例（砂板比）一般在1∶1～1∶5，PM402剖面平均为4.97∶1。砂岩以薄—中层状为主，连续厚度小。

图2 川西马尔康—金川县一带西康群露头特征、典型沉积构造及薄片照片sl.板岩；si.粉砂岩；ss.砂岩；UF.正粒序；UC.逆粒序；（e）舌状槽模（T3zw1）；（f）不对称波痕（T3zw2）；（g）小型交错层理（T3zw1）；（h）斜层理（T3zw2）；（i）泥砾（T3zw1）；（j）鲍马序列（T3z）；（k）变质砂岩（Ta段，正交偏光）；（l）变质砂岩（Tb段，正交偏光）；（m）绢云黑云片岩（Td段，正交偏光）；Ta—Td.鲍马序列a段—d段；Qtz.石英；Bt.黑云母；Cal.方解石；Pl.斜长石；Ser.绢云母Fig.2 Field photographs and photomicrographs of the clastic strata,showing the texture and composition for flysch rocks from the Triassic Xikang Group in Maerkang-Jinchuan,Sichuan

同砂岩矿物组成垂向变化一致，侏倭组下段与侏倭组上段之间，砂板比有明显的突变现象，这也是分段的明显标志之一（图4）。

表1 川西马尔康—金川县一带西康群砂岩粒度参数表Table 1 Results of grain size analysis from the Xikang Group in Maerkang-Jinchuan,western Sichuan

2.5 古流向

沉积构造是判别某一点古流向最直接、最明显的标志[37]。研究区西康群地层中尚保留有不对称波痕、舌状槽模等可以直接复原古水流方向的沉积构造（图2e，f）。笔者在区内测量古流向16点，利用旋转野外记录本的方法进行现场赤平投影直接恢复古流向，结果如图4所示。杂谷脑组古流向优势方向为南，仅1组数据为北东，平均为159.5°；侏倭组下段优势方向为南东向，南西向其次，1组数据为北东东向，平均为174.7°；侏倭组上段优势方向为南西向，平均值为202.9°；新都桥组同样为南西向，平均值为206.5°。由于分流水道发育，浊流沉积为主的海底扇古流向玫瑰花图往往呈扇状、掌状，西康群古流向也具有类似特征，总体具有继承性，整体自北向南，集中在34°～248°。并且，杂谷脑组—侏倭组下段包含北东向古水流，侏倭组上段—新都桥组以南西向为主，未见北东向，可能属于不同期次的浊流沉积（图4）。

3 西康群的沉积环境

西康群的沉积环境属于浅海相—深海相，能形成这种大规模海相砂质碎屑岩的沉积模式主要有砂质碎屑流、浊流、等深流、内流和内潮汐。将这些典型海相砂质碎屑流沉积与西康群的沉积特征进行对比后不难发现，马尔康—金川县一带西康群除侏倭组上段外，均属于典型的浊流沉积。侏倭组上段概率曲线具1～2个总体，跳跃总体斜率大，见逆粒序，其沉积期内可能有砂质碎屑流或等深流的参与或叠加改造作用（表3）。

图3 川西马尔康—金川县一带西康群砂岩粒度分布直方图（b,c,d）、累积曲线图（a）及概率累积曲线图（e,f,g）Fig.3 Grain size distributions of flysch deposits from the Xikang Group in Maerkang-Jinchuan,western Sichuan.Grain size percentage histograms:(a)Grain size cumulative frequency curves;(b)T3zw2;(c)T3zw1;(d)T3z.Grain size log-probability distribution curves:(e)T3zw2;(f)T3zw1;(g)T3z

表2 川西马尔康—金川县一带西康群砂岩组分分析结果表Table 2 Analysis of components from the Xikang Group in Maerkang-Jinchuan,western Sichuan

海底扇沉积模式是在浊流沉积概念下建立的[39-40]。但海底扇模式实际上反映的是包含了各种重力流事件的堆积，同时还受到深水牵引流（等深流、内流及内潮汐等）沉积并改造作用的影响，并非仅仅是浊积岩[40-41]。以这一概念作为前提，西康群的沉积模式可以用多期次叠加型海底扇模式来解释。马尔康—金川地区西康群沉积相可划分为海底扇相，扇中—扇端亚相（表4、图4）。

杂谷脑组，岩相为粒序层理砂岩、平行层理砂岩、低角度交错层理砂岩、块状层理砂岩，正粒序，砂板比较高，砂岩单层厚度大，属于海底扇扇中沉积，可细分为分流水道及辫状水道两种微相类型。

侏倭组下段，岩相为小型沙纹交错层理、波状层理砂岩、砂板岩互层、深色板岩，正粒序，砂板比变化较大，相对较高，砂岩单层厚度中—厚，属于海底扇扇中水道间、漫滩至平滑扇、叶体环境。

侏倭组上段，岩相为小型沙纹交错层理、波状层理砂岩，块状层理砂岩、粉砂岩，平行层理细砂岩，砂板岩互层等，正粒序及逆粒序，砂板比变化较大，相对较低，砂岩单层厚度中—薄，属于海底扇扇中—扇端平滑扇、叶体至切割水道环境，但有砂质碎屑流或等深流沉积物质的参与。

新都桥组，岩相简单，主要为深色板岩及砂板岩互层，砂板比低，砂岩单层厚度小，以薄层为主，粒序关系为正粒序（不明显），属于海底扇扇端叶体边缘至海底平原环境。

4 讨论

4.1 物源方向

关于松潘—甘孜造山带复理石沉积物源的研究非常多，有学者认为复理石的主体来自于大别山—苏鲁超高压变质带的风化剥蚀[7,31]；也有学者认为浊流沉积来自南方的古隆起[42]；但多数的观点认为其属于多物源，有昆仑造山带[1,11,43]，华南及华北板块[17,44]及羌塘板块[14,45]等多个块体的参与[18]（图5a，b）。就马尔康—金川一带来看，杂谷脑组—侏倭组下段物源以北西向为主，北东向来源次之，并包含少量来自南西向的物源，可能指示来自昆仑造山带、华北板块及南方古隆起区的陆源碎屑；侏倭组上段—新都桥组物源主要来自北东向，可能属于大别山—苏鲁超高压变质带的风化剥蚀。

4.2 砾岩的缺失

浊积体的形态和特点取决于物源区的特点及其所经历的搬运和沉积作用过程。Stowet al.[48]曾绘制了一张关于沉积物源区、搬运和沉积作用的影响因素表，以此来说明浊积体主要受构造、气候、沉积物以及海平面变化的影响。但无论从沉积环境还是从沉积特征对浊积体进行分类，都会有一些过渡类型出现，甚至有矛盾的情况[49-50]。川西马尔康—金川一带西康群缺失砾岩，仅在盆地南缘[10]及北缘[23]见有零星砾岩及滑塌构造，扇根砾岩的缺失一直是松潘甘孜地区海底扇研究的疑问。但海底扇沉积并非都具有粗粒的沉积物，Nilsen[51]将深水扇分成由三角洲供给的细粒扇和由水道供给的粗粒扇2种简单类型，阐述了缺失砾岩型深水扇的沉积模式；Readinget al.[52]根据深水扇沉积物供应的方式（点源、多源和线源）和沉积物的粒度（泥、泥/砂、砂、砾）把深水扇细分成12种类型，再次阐明了不同沉积物粗细和输送方式造成扇体的差异性。对于现代扇体的研究[53-55]及实验模拟[56]均证实了缺失粗粒沉积物的浊积扇体存在。

图4 川西马尔康—金川县一带三叠系西康群沉积相综合柱状图1.板岩；2.粉砂岩；3.砂岩；4.向上变粗变厚；5.向上变细变薄；6.正粒序；7.逆粒序；8.重荷模；9.槽模；10.沟模；11.不对称波痕；12.水平层理；13.平行层理；14.斜层理；15.波状层理；16.包卷层理；17.交错层理；18.泥砾；19.鲍马序列；20.石英含量（Qt）；21.长石含量（F）；22.不稳定复晶岩屑总量（L）Fig.4 Comprehensive histogram of sedimentary facies of the Triassic Xikang Group in Maerkang-Jinchuan,western Sichuan

4.3 沉积模式

马尔康—金川一带西康群的沉积构造、矿物组成、粒度分布、砂板比及古流向等因素均表明存在两期次的海底扇，第一期为杂谷脑组—侏倭组下段；第二期为侏倭组上段—新都桥组。两期海底扇的触发机制均为海平面下降，导致三角洲向陆架边缘进积；而随着冲积平原及三角洲复合体的逐渐消耗，沉积物供应量逐渐减小，海底扇的规模及影响范围逐渐缩减，形成两期向岸退积型的海底扇沉积（图5c）。以两期及多期叠加型海底扇的观点来看，鲜水河断裂以西，康定—道孚一带杂谷脑组—新都桥组，两河口组—雅江组两期海底扇沉积旋回可能属于海底扇随着水深的变化形成的同时异相产物。

表3 典型海相砂质碎屑流沉积与西康群的沉积特征对比表（砂纸块体、浊流、深水牵引流特征据参考文献[38]）Table 3 Sedimentary characteristics of typical marine sandy debris deposits and Xikang Group in Maerkang-Jinchuan,western Sichuan(after reference[38])

晚三叠世末期，古特提斯由东向西呈剪刀式闭合[57]，华南与华北地块的碰撞，造成东部地势高于西部，华南地块西部与东昆仑地块之间特提斯洋北岸地区的弯曲，这些因素共同为晚三叠世海底扇的发育提供了条件。由俯冲引起的华南地块西部大陆边缘的裂离（弧后扩张）也为海底扇的沉积提供了空间[58]（图5a，b）。松潘—甘孜盆地复理石建造应该属于受周缘造山带提供多源或线源，多期次叠加的，以细粒浊积体为主的海底扇沉积。一种合理的解释是：从周缘造山带物源区到海岸的搬运距离应该较长，河流的坡降较小，砂泥为主的细粒沉积物在宽缓的海岸平原堆积成冲积平原及三角洲复合体，当海平面下降，有利于海底扇形成时[59]，三角洲向陆架边缘进积，细粒沉积物随着海平面下降越过陆棚区再次搬运至斜坡及盆地海域，形成富砂泥，缺少砾岩的海底扇（图5c）。海岸冲积平原及三角洲复合体经过二次搬运使得粗粒沉积物进一步破碎，形成中—细粒砂岩及泥岩为主的扇体沉积。

表4 川西马尔康—金川一带西康群的主要岩相类型及沉积环境意义Table 4 Sedimentary environment and lithofacies,Xikang Group,Maerkang-Jinchuan,western Sichuan

图5 晚三叠世古特提斯东侧残留洋盆的沉积模式——以川西马尔康—金川一带为例（a）据文献[46]修改；（b）据文献[47]修改Fig.5 Sedimentary model of Upper Triassic residual oceanic basin east of the Paleotethys:A case study from the Maerkang-Jinchuan area in western Sichuan(a)modified from reference[46];(b)modified from reference[47]

5 结论

（1）川西马尔康—金川县一带，三叠系西康群主要发育杂谷脑组、侏倭组及新都桥组，其中侏倭组可进一步细分为上下两段。岩石类型均属于弱变质的海相细碎屑岩，由细—中粒变质砂岩及板岩构成。

（2）沉积构造、矿物组成、粒度分布、砂板比及古流向等因素均表明川西马尔康—金川县地区存在两期次的海底扇，第一期为杂谷脑组—侏倭组下段；第二期为侏倭组上段—新都桥组。两期海底扇的触发机制均为海平面下降，导致三角洲向陆架边缘进积；而随着冲积平原及三角洲复合体的逐渐消耗，沉积物供应量逐渐减小，海底扇的规模及影响范围逐渐缩减，形成两期向岸退积型的海底扇沉积。

（3）松潘—甘孜盆地三叠纪复理石建造应该属于受周缘造山带提供多源或线源，多期次叠加的，以细粒浊积体为主的海底扇沉积，海岸冲积平原及三角洲复合体经过二次搬运使得粗粒沉积物进一步破碎，形成中—细粒砂岩及泥岩为主的扇体沉积。

致谢 本文撰写过程中，得到了中国地质科学院矿产利用研究所惠博，孙勇同志的帮助，参加野外调查的同志还有四川省地质矿产勘查开发局一〇九地质队李威，谢刚，左红卫三位同志，在此一并致谢。