论龙门山前陆盆地与龙门山造山带的耦合关系

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1998 年 4 月 矿物岩石地球化学通报 第 17 卷第 2 期 BULL ETIN OF MIN ERALO GY ,PETROLO GY AND GEOCHEMISTR Y
Apr. ,1998 Vol. 17 No. 2
论龙门山前陆盆地与龙门山造山带的耦合关系
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李 勇 :论龙门山前陆盆地与龙门山造山带的耦合关系
Apr. ,1998
112 龙门山造山带是龙门山前陆盆地沉积物的来源区
现今龙门山前陆盆地位于龙门山造山带与龙泉山前陆隆起之间 ,均为第四系沉积物覆盖 ,
地貌上为成都平原 ,主要由冲积扇和冲积平原构成 。龙门山山前主要发育冲积扇群 ,由北向南
依次为绵远河冲积扇 、石亭江冲积扇 、湔江冲积扇 、岷江冲积扇和两河冲积扇 ,其中以岷江冲积
龙门山造山带 、龙门山前陆盆地和龙泉山前陆隆起是一个三位一体的地质整体 。龙门山 造山带位于龙门山前陆盆地西侧 ,属青藏高原东缘造山带 ,其内部由三个大致平行的叠瓦状冲 断带构成 ,由西至东分别被称为 A 带 、B 带和 C 带[1 ] ,具典型的推覆构造特征 ;现今龙门山前 陆盆地位于龙门山造山带与龙泉山前陆隆起之间 ,盆地具西陡东缓 、并向西倾斜的不对称结 构 ,西部为深凹陷 ,并与龙门山造山带以冲断层相接 ,部分已卷入龙门山造山带 ,东部较浅 ,以 平缓的沉积斜坡与前陆隆起过渡 ;充填地层厚度呈现西厚东薄 ,沉降中心位于紧靠龙门山造山 带一侧 ,发育巨厚的砾岩 (石) 楔 ;龙泉山前陆隆起位于现今龙门山前陆盆地的东侧 ,主体构造 为龙泉山背斜 ,均由中生代侏罗系红层构成 ,是一个正在上升的隆起 ,是现今龙门山前陆盆地 的前缘隆起 。
山前陆盆地最大沉积厚度估算了龙门山造山带的隆升高度和隆升速率[2 ,3 ] ,结果表明第四纪
龙门山隆升速率为 0135 mm/ a ;而近年来地形变形测量资料表明 ,以九顶山为代表的龙门山正
以 013~0. 4 mm/ a 的速率持续抬升 ,两个数值十分接近 ,表明龙门山前陆盆地沉降幅度与龙
门山造山带隆升幅度呈正比 。
三级 (逆冲推覆事件)
层序
(1) 地层不整合面及沉积间断面 (2) 砾质粗碎屑楔状体出现 (3) 盆地构造沉降速率变化
1~50
由不同逆冲推覆幕导致 构造负载增加 ,前陆盆地 构造沉降速率和沉积物 供给速率发生变化 ,并产 生新的成盆期
1~20
由次级逆冲推覆事件导
致的构造负载增加 ,前陆 盆地构造沉降速率和沉
李 勇
(成都理工学院沉积地质研究所 ,成都 610059)
关键词 盆山耦合 沉积响应 地层标识 造山作用 成盆作用 前陆盆地 造山带
大陆动力学是当今地球科学研究的前沿课题 ,造山带及其毗邻盆地是研究大陆构造的两 个最重要的构造单元 ,因此新的大陆构造科学理论必须建立在造山带与沉积盆地精细研究基 础之上 。龙门山及其前陆盆地在我国众多中新生代盆山体系中占有重要地位 ,因其所处的构 造位置而成为解决青藏高原隆升和周边造山带造山过程的关键地区 。
and Longmenshan foreland basin
降中心随地质时代变新由北东向南西左
行迁移所证实 。
总之 ,龙门山造山带逆冲推覆作用在时间上呈幕式活动 ,在空间上呈前展式渐进推覆 ,并
具左旋走滑特征 。
3 造山作用与成盆作用
龙门山前陆盆地是龙门山造山带造山过程的产物 ,是在扬子地台西缘被动大陆边缘的基 础上 ,随着龙门山造山带的首次构造侵位而形成 ,沉积特征显示龙门山前陆盆地是由 6 个成盆 期的充填实体叠合而成的叠合前陆盆地 ,而每一个成盆期与龙门山造山带逆冲推覆构造幕相 耦合 ,成盆作用是造山作用的沉积响应 。在此基础上 ,我们建立了龙门山造山作用与成盆作用 的历史过程 (图 2) ,并划分为 6 个造山2成盆阶段 ,即 :晚三叠世诺利克期造山2成盆阶段 、晚三 叠世瑞替克期造山2成盆阶段 、早中侏罗世造山2成盆阶段 、晚侏罗世 —早白垩世造山2成盆阶 段 、中白垩世 —早第三纪造山2成盆阶段和第四纪造山2成盆阶段[3 ,6 ] 。
积物补给速率发生变化 , 使同一成盆期产生不同
的演化阶段
表 2 龙门山造山带逆冲推覆期次及其地层标识
Table 2 The thrusting stages in Longmenshan orogenic belt and their stratigraphic signatures
(1) 可将龙门山造山带自晚三叠纪诺利克期初始形成以来的逆冲推覆历史分为 6 个逆冲
1 盆 —山耦合的地质模式
111 龙门山造山带构造负载引起的地壳均衡作用是导致龙门山前陆盆地挠曲下沉和龙泉山 前陆隆起隆升的主因
深部物探资料表明龙门山造山带向西倾斜 ,缺乏山根 ,显示龙门山为陆内山链 ,是独立的 构造负载系统 。均衡重力异常表明 ,龙门山地区地壳尚未达到均衡 ,处于均衡调整状态 ,龙门 山造山带为正均衡异常 ,龙泉山及其以东地区为负均衡异常 ,而龙门山前陆盆地则处于两者之 间的过渡地带 ,显示从龙门山造山带 —龙门山前陆盆地 —龙泉山前陆隆起均衡重力异常由正 —零 —负的变化特点 。龙门山造山带为正均衡异常 ,壳内质量过剩 ,构造负荷明显 ,在均衡力 的作用下应下降 ;龙泉山前陆隆起及其以东地区为负均衡异常 ,在均衡力作用下应上升 。由此 可见 ,龙门山前陆盆地的弯曲下沉主要与龙门山造山带的逆冲推覆构造负载有关 。逆冲推覆
白垩世 —早第三纪和第四纪 ,而龙门山
造山带相对平静的时期为早中侏罗世 、
中白垩世和晚第三纪 ,显示了龙门山逆
冲推覆作用具幕式活动的特点 。
(4) 龙门山造山带逆冲推覆作用的
强度随时代变新具有由北东向南西迁移
图 2 龙门山造山带与前陆盆地同步演化示意图
的特点 ,具左旋走滑的特征 ,这主要由龙
Fig. 2 Synchronous evolution of Longmenshan orogenic belt 门山前陆盆地西缘砾质楔状体和盆地沉
成于晚侏罗世 ,C 带形成于第四纪[6 ] ;另
一方面表现为砾质楔状体和盆地沉降中
心随时代变新不断向东迁移 ,而且龙门
山造山带所卷入的地层也越来越新 。
(3) 龙门山前陆盆地构造沉降速率
和前陆隆起发育程度和横向迁移 (图 2)
均显示龙门山造山带构造负载最大的时
期为晚三叠世 、晚侏罗世 —早白垩世 、晚
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4 龙门山造山2成盆作用与特提斯构造演化的对应性
沉积物类型和物质构成的变化 。因此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 ,主要表现在两个方面 :不同冲积
扇砾岩 (砾石层) 砾石成分构成能够反映龙
门山造山带不同地段地层组成不同 ;龙门
山造山带各推覆体的地层构成不同 ,故可
根据前陆盆地沉积碎屑成分在时间上的变
化 ,推测推覆体前进的年龄 。
龙门山前陆盆地和龙门山造山带所处的 特殊构造位置有可能成为解决青藏高原形成 和隆升的关键地区 。该区造山2成盆作用最 强烈的时期 ( T3 ,J 3~ K1 , K2~ E ,Q) 与青藏高 原的羌塘地体拼合 、拉萨地体拼合 、喜马拉雅 地体拼合 、印度次大陆拼合和青藏高原的强 烈隆升事件相对应 (图 3) ,而相对平静时期 (J 1~2) 与中特提斯洋打开的时期相对应 ,这 种对应性表明它们是在同一地球动力系背景 下形成的不同响应 ,显示了青藏高原构造演 化与周边前陆盆地和造山带之间的相关性 , 以及前者对后者的控制作用 。
收稿日期 :1997211224 作者简介 :李 勇 男 1963 年生 教授 沉积学盆地分析 第六届 (1996) 侯德封奖获得者
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表 1 龙门山造山带各级逆冲推覆事件及相应的地层标识 Table1 The thrusting ranks of Longmenshan orogenic belt and their stratigraphic signatures
113 龙门山造山带向东前展式推进是造
成龙门山前陆盆地冲积扇迁移 、沉降中心
迁移和向上变细旋回式沉积的主因
1994 年我们逐层揭盖复原了第四纪
图 1 龙门山盆 —山耦合的地质模式 Fig. 1 Coupling relationships between Longmenshan
foreland basin and Longmenshan orogenic belt
2 利用前陆盆地沉积记录再造造山带造山过程的方法
在盆山耦合地质模式的基础上 ,我们建立了利用前陆盆地沉积记录再造造山带造山过程
的方法 (表 1) ,并根据在龙门山前陆盆地充填序列中能反映造山带逆冲推覆作用的地层标识 (表 2 ,图 2) [2~5 ] ,总结了龙门山造山带逆冲推覆作用的特征 。
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的构造负载不仅造成了龙门山造山带内质量过剩 ,同时引起地壳的均衡反应 ,表现为龙门山前
陆盆地均衡沉陷和龙泉山前陆隆起均衡隆升 。根据这一原理 ,我们建立了造山带构造负载量
( H) 与盆地的最大沉积厚度 ( S ) 之间的关系 :1 H = 1. 32 S 。根据该公式 ,我们利用第四纪龙门
扇规模最大 ,各扇体均位于横切龙门山的横向河谷的河口地带 ,地势均自北西向南东倾斜 ,联
辍成群 ,并在扇前缘犬牙交错地叠置于上更新统地层之上 。盆地中陆源碎屑沉积物主要来自
于青川 —茂汶断裂以东的龙门山造山带 ,显示它是龙门山前陆盆地沉积的主要物源区 ,其造山
作用直接控制龙门山前陆盆地沉积物类型和沉积物供给量 ,每次造山作用均会导致前陆盆地
推覆幕和 12 个逆冲推覆事件 ,显示造山
带是多期逆冲推覆体构造叠加的产物 ,
逆冲推覆作用在时间上具多幕性和周期
性。
(2) 龙门山造山带逆冲推覆作用在
时空上具 前 展 式 渐 进 推 覆 的 特 点 ( 图
2) 。一方面表现在自西而东各推覆构造
带形成的时间越来越新 ,龙门山造山带
A 带形成于晚三叠世瑞替克期 ,B 带形
龙门山前陆盆地演变过程[4 ] ,结果表明龙 门山造山带向东前展式推进是造成龙门山 前陆盆地沉降 、冲积扇迁移 、沉降中心迁移 和向上变细旋回式沉积的主因 。
在此基础上 ,我们建立了龙门山前陆盆地与龙门山造山带耦合的地质模式 (图 1) ,为从龙
门山前陆盆地沉积记录再造龙门山造山带造山过程奠定了理论基础 。
逆冲推覆构 造事件级别
主要地层 标 识
源自文库
辅助性地层标识
时间 ( Ma)
起 因
一级
盆 地 充填序列
造山带形成和发展所导 > 200 致的挠曲负载
二级 (逆冲推覆幕)
构造层序
(1) 地层不整合面 (2) 盆地构造沉降速率明显变化 (3) 巨厚砾质粗碎屑楔状体及侧向迁移 (4) 前陆盆地宽度和结构变化 (5) 前陆隆起隆升幅度变化及侧向迁移 (6) 沉降中心迁移 (7) 沉积体系配置模式和古流向体系改组
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