柏道遠,李長安,馬鐵球,王先輝,陳渡平

(1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院,湖南長沙 410011;2.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430074)

第四紀(jì)洞庭盆地安鄉(xiāng)凹陷及西緣構(gòu)造-沉積特征與環(huán)境演化

柏道遠1,2,李長安2,馬鐵球1,王先輝1,陳渡平1

(1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院,湖南長沙 410011;2.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430074)

通過地表觀察和鉆孔資料,對洞庭盆地安鄉(xiāng)凹陷及其西緣第四紀(jì)構(gòu)造-沉積特征和環(huán)境演化進行了研究,為江漢—洞庭盆地第四紀(jì)地質(zhì)研究補充了新的資料。凹陷總體呈南北向,周邊為正斷裂。凹陷內(nèi)第四系厚一般為100～220 m,最厚達300 m,自下而上依次為早更新世華田組、汨羅組,中更新世洞庭湖組,晚更新世坡頭組和全新世湖沖積。第四系以礫石層、砂層為主,次為(含)粉砂質(zhì)黏土、黏土,巖性、巖相橫向變化大。安鄉(xiāng)凹陷西緣(即太陽山隆起東緣),呈自西向東緩傾的丘崗地貌。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育中更新世白沙井組,其中南部下部以砂、礫石層為主,上部為黏土;北部以粉砂質(zhì)黏土沉積為主,下部可發(fā)育砂層。根據(jù)地貌、沉積及控凹斷裂特征,重塑安鄉(xiāng)凹陷及其西緣第四紀(jì)構(gòu)造活動與環(huán)境演化過程:早更新世—中更新世早期,凹陷西邊的北北東向周家店斷裂伸展活動,安鄉(xiāng)凹陷不均勻沉降,總體具河流和過流性湖泊環(huán)境并接受沅水沉積;同期凹陷西緣構(gòu)造抬升,處于剝蝕的山地環(huán)境。中更新世中期斷陷活動向西擴展,凹陷區(qū)為過流性湖泊環(huán)境;凹陷西緣地區(qū)轉(zhuǎn)為河流(南部)和湖泊(北部)環(huán)境并接受沉積。中更新世晚期安鄉(xiāng)凹陷及其西緣整體抬升并遭受剝蝕,凹陷西緣同時具有自西向東的掀斜。晚更新世安鄉(xiāng)凹陷拗陷沉降,具河流和湖泊環(huán)境;同期凹陷西緣遭受剝蝕。晚更新世末受區(qū)域海平面下降影響,安鄉(xiāng)凹陷遭受剝蝕。全新世安鄉(xiāng)凹陷拗陷沉降,具泛濫平原之河流、湖泊環(huán)境。

第四紀(jì);安鄉(xiāng)凹陷;沉降;抬升;沉積;剝蝕;洞庭盆地

0 引言

洞庭盆地是中國重要的糧棉油漁基地,在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中具有重要地位,并擁有豐富的濕地資源,對區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要影響。然而近代泥沙淤積、圍湖造田等因素造成湖域面積急劇減小,河床迅速淤高,導(dǎo)致洪澇災(zāi)害危險性顯著增大[1],濕地生態(tài)環(huán)境也日漸惡化[2]。為了尋找災(zāi)害治理和環(huán)境恢復(fù)的對策,前人對盆地近現(xiàn)代地理和生態(tài)環(huán)境特征與演化規(guī)律[3-11]以及相關(guān)的控制因素(如泥沙淤積[12-17]和構(gòu)造沉降[17-18]等)進行了大量研究。此外,為了揭示盆地構(gòu)造活動和環(huán)境演化的內(nèi)在規(guī)律,科學(xué)預(yù)測盆地及湖泊的發(fā)展趨勢,前人在區(qū)域第四紀(jì)地質(zhì)尤其是第四紀(jì)構(gòu)造活動[16,19-24]和相關(guān)沉積環(huán)境[25-28]等方面也開展了不少工作。

然而,受研究程度與認(rèn)識角度的限制,學(xué)者對洞庭盆地有關(guān)第四紀(jì)地質(zhì)問題的認(rèn)識尚存在一定分歧。如在洞庭盆地第四紀(jì)構(gòu)造屬性方面,有“斷陷盆地”[19-20]、“拗陷盆地”[21-22]、“先斷陷后拗陷”[16,18]等觀點;在近代洞庭湖演變成因方面,或認(rèn)為構(gòu)造沉降是控制近代洞庭湖演變的關(guān)鍵因素[10,16,17],或強調(diào)泥沙淤積才是控制近代洞庭湖演變的主要原因[29];對第四紀(jì)氣候演化,不同學(xué)者提出的氣候變化期的劃分[19,26,30]互不相同;對洞庭盆地周緣網(wǎng)紋紅土成因,有水成[31]和風(fēng)成[32]兩種觀點。以上表明,洞庭盆地第四紀(jì)構(gòu)造活動、沉積作用和環(huán)境演化等尚待進一步深入研究。

第四紀(jì)洞庭盆地西、南、東三面分別為武陵隆起、雪峰隆起和幕阜山隆起,北與江漢盆地相鄰,其間為華容次級隆起;洞庭盆地內(nèi)部由澧縣凹陷、臨澧凹陷、太陽山隆起、安鄉(xiāng)凹陷、赤山隆起、沅江凹陷等次級構(gòu)造單元組成(圖1)。筆者近年來在該地區(qū)進行的1∶250 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查表明,盆地及周緣地區(qū)第四紀(jì)構(gòu)造活動與沉積作用存在較明顯的橫向分異[33]。因此,對不同構(gòu)造單元的第四紀(jì)地質(zhì)特征進行詳細解剖,不僅是細化調(diào)查區(qū)域的現(xiàn)實需要,同時也有助于深化洞庭盆地第四紀(jì)地質(zhì)特征及構(gòu)造活動規(guī)律研究。筆者對安鄉(xiāng)凹陷及其西緣地區(qū)第四紀(jì)構(gòu)造-沉積特征與環(huán)境演化進行探討,以期為區(qū)域第四紀(jì)地質(zhì)研究補充新的資料。

圖1 第四紀(jì)洞庭盆地構(gòu)造格局Fig.1 Quaternary Tectonic Framwork of Dongting Basin

1 區(qū)域第四紀(jì)地層劃分

第四紀(jì)洞庭盆地及周緣不同地區(qū)地殼升降運動特征存在差異,導(dǎo)致第四紀(jì)地層厚度、層序、出露情況等存在顯著的橫向變化。第四紀(jì)期間洞庭盆地各次級凹陷的構(gòu)造活動總體為沉降,而周緣隆起區(qū)及盆地內(nèi)部的赤山隆起總體為抬升,這一構(gòu)造活動差異使凹陷內(nèi)部和周緣抬升區(qū)(包括赤山隆起)的第四紀(jì)沉積作用及地層發(fā)育狀況具顯著差異。抬升區(qū)第四紀(jì)地層主要分布于洞庭盆地周緣丘崗、山地,多有天然或人工第四系露頭剖面,并常見前第四紀(jì)基巖或基座出露;地層厚度一般不大,各時代沉積常組成基座或鑲嵌階地;成因類型以沖積為主,次為殘坡積,局部山麓或溝谷發(fā)育洪積。凹陷區(qū)第四紀(jì)地層主要分布于全新世湖沖積平原及部分盆緣低緩丘崗區(qū),一般無露頭剖面和基巖出露;不同時代地層自下而上疊置,地層厚度較大。據(jù)此,根據(jù)研究區(qū)地層發(fā)育情況,以前人資料[34-36]為基礎(chǔ),結(jié)合本次調(diào)查成果,分別建立了洞庭盆地覆蓋區(qū)(或凹陷區(qū))和露頭區(qū)(或抬升區(qū))地層系統(tǒng)[33],地層劃分對比情況見表1。表1中地層單位僅涉及分布廣泛、沉積厚度相對較大、時代意義明確且能較好反映構(gòu)造與環(huán)境和氣候演化的沖積物及湖積物,未包括殘坡積等其他類型(分布于露頭區(qū))。

表1 洞庭盆地及周緣第四紀(jì)地層劃分對比Tab.1 Subdivision and Correlation of the Quaternary Strata in Dongting Basin and Its Adjacent Areas

洞庭盆地露頭區(qū)的白水江組、馬王堆組、白沙井組、新開鋪組和汨羅組區(qū)域上分別對應(yīng)于一至五級階地,一般為具二元結(jié)構(gòu)(下部砂礫層,上部粉砂質(zhì)黏土、黏土層)的河流沖積物。其中白沙井組和新開鋪組的上部黏土層常具網(wǎng)紋化。需要指出的是,受河流遷移、后期剝蝕作用以及差異抬升的控制,露頭區(qū)階地實際上常發(fā)育不全。這種階地發(fā)育的不完整性在三峽地區(qū)較常見[37]。

覆蓋區(qū)各地層單位巖性組成可具明顯的橫向變化?？傮w而言,華田組以湖相雜色黏土為主,夾砂礫層、砂層、粉砂層等河流相沉積。汨羅組主要為一套灰、灰綠、灰黃、土黃色河流相細—粗砂層、含礫砂層,夾漫灘相、湖泊相(含)粉砂質(zhì)黏土、黏土,局部有少量砂礫石層。該組膠結(jié)緊密,多呈半成巖狀,以此與下伏華田組和上覆洞庭湖組相區(qū)別。洞庭湖組以河流相砂礫層為主,砂和黏土層為次,且總體具下粗上細層序結(jié)構(gòu)。坡頭組主要為一套土黃、褐黃、灰黃、淺黃色漫灘、湖泊相黏土,其結(jié)構(gòu)致密,多含較多鐵錳質(zhì)結(jié)核。全新統(tǒng)多為河湖相粉砂、黏土沉積,少量砂質(zhì)沉積。

2 安鄉(xiāng)凹陷及西緣地質(zhì)地貌

本研究區(qū)涵蓋安鄉(xiāng)凹陷北面大部,但不包括凹陷南端。第四紀(jì)安鄉(xiāng)凹陷為洞庭盆地主體的西部次級凹陷,總體呈南北向(圖1、2),寬40～55 km。根據(jù)大量鉆孔資料所編制的第四紀(jì)沉積等厚線圖(圖2)以及地貌特征充分反映出其凹陷屬性。凹陷西面(太陽山隆起東緣)為基巖山地和中更新世沖積層組成的丘崗地貌,地勢總體向盆地逐漸過渡,水系自西向東匯入安鄉(xiāng)凹陷,發(fā)育毛里湖、西湖等壅塞湖。凹陷東面(南段)為狹窄的赤山隆起,隆起帶上由古近紀(jì)—白堊紀(jì)紅層以及中更新世堆積組成丘崗地貌。凹陷周邊第四系厚度顯著小于凹陷內(nèi)部,凹陷內(nèi)第四紀(jì)沉積厚度一般為100～220 m,沉降最強烈處位于赤山隆起西側(cè)的目平湖一帶,第四系最厚達300 m。

凹陷總體為湖沖積低平原,河網(wǎng)密集,湖泊廣布,地表發(fā)育全新世湖沖積。澧水、松滋河和虎渡河自北而南、沅江自西向東流經(jīng)區(qū)內(nèi),至赤山隆起北側(cè)再向東入東洞庭湖。地表高程一般為28～32 m,總體上北西高,南東低。

圖2 安鄉(xiāng)凹陷及周邊第四紀(jì)地質(zhì)地貌Fig.2 Quaternary G eological-geomorphologic Sketch of Anxiang Sag and Its Periphery

凹陷南西部周家店至韓公渡一帶發(fā)育波狀平原,地表高程35 m左右,高出東側(cè)現(xiàn)代湖沖積低平原,明顯表現(xiàn)為臺狀地貌。其地表無明顯切割,僅局部略有起伏,發(fā)育河流與小規(guī)模湖泊,表層為晚更新世黃褐色黏土。

研究區(qū)安鄉(xiāng)凹陷主要受3條邊界斷裂的控制,即西面的北北東向周家店斷裂,北東面的北西向南縣—黃山頭斷裂及東面的南北向赤山隆起西斷裂,均為傾向凹陷內(nèi)部的正斷裂。地表觀察及鉆孔資料表明,斷裂兩側(cè)沉積厚度與第四系底板高程突變,較充分反映出斷裂存在及其展布位置(圖2、3)。

圖3 安鄉(xiāng)凹陷周家店—南嘴第四紀(jì)地質(zhì)剖面Fig.3 Quaternary G eological Section in Zhoujiadian-Nanzui of Anxiang Sag

3 安鄉(xiāng)凹陷構(gòu)造與沉積特征

安鄉(xiāng)凹陷規(guī)模較大,周邊構(gòu)造古地理條件復(fù)雜,加之澧水和沅水匯入或流經(jīng),導(dǎo)致凹陷內(nèi)第四紀(jì)沉積巖性、巖相變化較大。前人于凹陷內(nèi)施工了大量鉆孔(本文所采用的鉆孔資料主要來源于湖南省地勘局水文二隊),為全面認(rèn)識凹陷內(nèi)沉積層序與空間變化提供了條件。本次調(diào)查于目平湖西側(cè)兩護村新施工了穿透第四系的ZKC1孔,進行了詳細的剖面編錄與大量的樣品分析。這里以ZKC1孔及前人ZK90、ZK91、ZK140孔的沉積層序和巖性組成為基礎(chǔ),通過其揭示的周家店—南嘴剖面結(jié)構(gòu)(圖3)解剖,分析安鄉(xiāng)凹陷不同時期沉積的空間變化,探討沉積分異與演化。

3.1 安鄉(xiāng)凹陷東部ZKC1孔沉積層序與環(huán)境

ZKC1孔第四系總厚294.26 m,下伏基巖為新元古代板溪群五強溪組(圖4)。根據(jù)巖性層序及特征,參考以往洞庭湖地區(qū)第四紀(jì)地層劃分方案與標(biāo)志,將ZKC1孔第四系自下而上劃分為早更新世華田組(Qp1ht)與早更新世汨羅組(Qp1m)、中更新世洞庭湖組(Qp2d)、晚更新世坡頭組(Qp3p)、全新世湖沖積(Qhlal)等5個地層單位(圖4)。

孢粉氣候信息為沉積物形成時代的劃定提供了支持,ZKC1孔孢粉組合指示自下而上不同層段形成氣候環(huán)境為[33]:華田組下段為暖干—溫干,上段下部為涼干,上段上部為暖濕間涼干;汨羅組下部為涼干—較冷干,上部為暖較濕;洞庭湖組中部和上部為暖稍濕(下部無樣品);坡頭組為溫較濕;全新統(tǒng)為暖稍濕—暖稍干。華田組上段下部、上部和汨羅組下部、上部形成氣候環(huán)境與中國東部早更新世冷→溫暖→冷→濕暖的氣候階段相對應(yīng)[38];洞庭湖組中部和上部對應(yīng)于中國東部中更新世晚期濕熱氣候[38];坡頭組可基本對應(yīng)于中國東部晚更新世中期濕熱氣候[38];全新統(tǒng)與中國東部溫濕—暖濕氣候大體吻合[38]。需要指出的是,華田組下段電子自旋共振(ESR)年齡達3.19 Ma;而孢粉分析顯示,針闊葉混交的疏林草原植被和森林草原植被[33]代表溫暖氣候,與中國東部早更新世早期寒冷氣候[38]不一致。因此,盡管將華田組下段劃歸下更新統(tǒng),但按2.6 Ma的第四紀(jì)底界年齡[39],實際可能屬上新世。

此外,盡管測試結(jié)果存在一定誤差[33],但ZKC1孔中獲得的ESR測年和光釋光(OSL)測年結(jié)果總體與地層的先后時序?qū)?yīng),并佐證了上述地層時代的劃定[40]。

圖4 兩護村ZKC1孔綜合柱狀分析Fig.4 Compositive Stratigraphic Column of ZKC1 Borehole in Lianghucun

ZKC1孔各地層單位的巖性特征及形成環(huán)境概況如下:

(1)華田組可分為上、下兩段,下段下部為一套礫石層、砂礫層,中、上部總體為一套雜色黏土夾粉砂層;沉積環(huán)境大致經(jīng)歷了湖相→河流相→湖相的環(huán)境演變。上段厚由砂—粉砂—(含粉砂質(zhì))雜色黏土組成4個下粗上細的韻律,總體形成于河流與過流性湖泊交替的環(huán)境。

(2)汨羅組厚主要為一套細—粗砂層、含礫砂層夾(含)粉砂質(zhì)黏土、黏土,下部含少量砂礫石層,總體形成于過流性湖泊環(huán)境。

(3)洞庭湖組可分為三段,下段為一套砂礫層、礫石層,上部夾少量偶含礫的黏土層,總體為河道沉積,其中所夾含礫黏土層可能為河漫灘或天然堤外側(cè)洼地湖泊沉積。中段由礫石層、砂礫層、不等粒砂層、砂質(zhì)黏土、粉砂質(zhì)黏土、泥炭層等組成,總體上自下而上沉積物粒度增大;沉積環(huán)境依然以河道為主,下部間以漫灘或洼地湖泊。上段為黏土、粉砂質(zhì)黏土、粉砂層、泥炭層、瘀泥層,夾少量砂礫層,總體屬漫灘—湖泊沉積。

(4)坡頭組主體為一套土黃、褐黃、灰黃、淺黃色黏土,結(jié)構(gòu)致密,多含較多鐵錳質(zhì)結(jié)核,屬湖泊—漫灘沉積。

(5)全新統(tǒng)主要為黏土,少量粉砂和粉砂質(zhì)黏土,沉積環(huán)境為漫灘和(或)湖泊沉積。

需要指出的是,洞庭盆地在中更新世晚期發(fā)生過一定幅度的整體抬升并遭受剝蝕[40-44],因此洞庭湖組形成于中更新世早期和中期,中更新世晚期缺失沉積。

3.2 ZK90、ZK91、ZK140孔層序概況

ZK90孔自下而上依次發(fā)育華田組、汨羅組和洞庭湖組。華田組厚15.12 m,為棕黃、紫紅、灰色等雜色細砂、粉砂層;汨羅組總厚45.33 m,自下而上依次為棕黃色微夾紫紅色黏土(11.04 m)、雜色黏土(5.93 m)、青灰—深灰色粉砂質(zhì)黏土(26.36 m);洞庭湖組厚54.91 m,自下而上依次為灰色泥質(zhì)粉砂—細砂層(9.13 m)、棕黃—褐黃色粉砂質(zhì)黏土(9.97 m)、灰色砂礫層(2.96 m)、棕黃色粉砂—細砂(1.2 m)、棕黃色粉砂質(zhì)黏土(20.21 m)、棕紅色微夾灰白色黏土(11.44 m)。

ZK91孔自下而上依次發(fā)育華田組、汨羅組、洞庭湖組、坡頭組和全新統(tǒng)。華田組厚65.25 m,自下而上依次為褐黃色夾棕紅色粉砂質(zhì)含礫黏土(7.3 m)、雜色粉砂質(zhì)黏土(43.12 m)、灰白色中—粗砂層(6.78 m)、灰白至褐黃色砂質(zhì)黏土(8.05 m);汨羅組厚85.5 m,自下而上依次為青灰色粗—中砂層(17.69 m)、淺灰色泥質(zhì)粉砂層(29.54 m)、灰白色砂礫層(24.87 m)、青灰色泥質(zhì)粉砂層(13.4 m);洞庭湖組厚54.31 m,自下而上依次為淺灰—褐灰色砂礫層(17.69 m)、淺灰色泥質(zhì)粉砂層(29.54 m)、灰白色砂礫層(24.87 m)、青灰色泥質(zhì)粉砂層(13.4 m),洞庭湖組自下而上依次為淺灰、青灰、褐黃色砂礫層,厚54.31 m。坡頭組厚10.24 m,為淺黃色細砂層。全新統(tǒng)厚7.2 m,為灰、棕紅、淺黃色砂質(zhì)黏土。

ZK140孔自下而上依次發(fā)育華田組、汨羅組、洞庭湖組、坡頭組和全新統(tǒng)。華田組厚19.48 m,為灰色細砂層;汨羅組厚32.27 m,自下而上依次為灰色礫石層(5.13 m)、灰色和淺黃色粉砂層(18.24 m)、灰色和淺黃色細砂層(5.00 m)、灰色礫石層(3.10 m)、灰色粉砂層(0.80 m);洞庭湖組厚68.26 m,自下而上依次為灰色中—細砂(局部含礫石)夾粉砂(19.65 m)、灰色粗礫石層(48.61 m);坡頭組厚16.30 m,自下而上為灰色細礫石層(6.49 m)、灰色細砂層(9.81 m);全新統(tǒng)自下而上依次為淺黃色黏土(局部含粉砂)(8.48 m)、黃褐色粉砂(5.21 m)。

3.3 安鄉(xiāng)凹陷第四紀(jì)沉積橫向變化與環(huán)境特征

安鄉(xiāng)凹陷內(nèi)部第四紀(jì)沉積厚度變化較大,除北部安福一帶厚度相對較大外,總體上北部厚度小、南部厚度大(圖2)。北段總體呈一中部沉積厚度大、東西兩側(cè)厚度小的單凹形,南段自北西向南東存在凹—隆—凹的次級構(gòu)造分異(圖2、3)。需要指出的是,除表層沉積來源復(fù)雜外,凹陷內(nèi)沉積主要由沅水帶入[25],現(xiàn)今復(fù)雜水系格局自19世紀(jì)荊江“四口”潰口開始形成[45]。

筆者以周家店—南嘴剖面為例(圖3),剖析安鄉(xiāng)凹陷第四紀(jì)不同時代沉積巖性組成、構(gòu)造古地理格局及沉積環(huán)境的橫向變化特征。

華田組下段下部礫石層僅發(fā)育于東側(cè)凹陷內(nèi),反映早更新世早期早階段(或上新世末)赤山隆起西面首先沉降形成次級凹槽,沅水于凹槽中自南流向北。爾后區(qū)域水面上升,湖泊環(huán)境下形成了華田組下段上部的一套雜色黏土、含粉砂黏土。

華田組上段在東、西次凹中均有發(fā)育,表明該時期周家店東面也開始沉降。其中東部次凹中為一套由砂—粉砂—(含粉砂質(zhì))雜色黏土組成的旋回性堆積,總體屬河流與湖泊沉積,即可能具有過流性湖泊環(huán)境。西部次凹中以含礫黏土和含粉砂質(zhì)黏土為主,次為砂層和砂質(zhì)黏土,也為過流性湖泊沉積之巖性組合。位于兩次級凹陷之間的隆起地帶,可能因地勢較高、水動力較強,形成一套河流沖積砂層。西次凹的西緣因同樣原因形成河流沖積砂層(圖3)。

早更新世晚期汨羅組在東部主要為一套細—粗砂層、含礫砂層,夾(含)粉砂質(zhì)黏土、黏土,分別形成于河流(或三角洲)和天然堤外側(cè)洼地湖泊環(huán)境。在西部為黏土和含粉砂質(zhì)黏土,屬湖泊沉積。在中部為一套礫石層、砂層、粉砂層堆積,基本為一套河流沉積。從上述沉積物粒度結(jié)構(gòu)的剖面變化來看(圖3),沅水古河道很可能為多條辮狀河道,并主要展布、游走于中部和東部。西部總體處于沅水河道外側(cè)洼地湖泊環(huán)境,主要形成泥質(zhì)沉積。

中更新世洞庭湖組粒度結(jié)構(gòu)在東西方向上的分異與汨羅組類似(圖3),即中部粗,東部稍細,西部更細。東部洞庭湖組以砂礫石層為主,中部夾黏土和砂,頂部為粉砂、(粉砂質(zhì))黏土,反映其沉積環(huán)境以河流為主,湖泊為次。中部洞庭湖組基本為一套砂礫層,底部為砂層,形成于河流環(huán)境。西部洞庭湖組以(含)粉砂質(zhì)黏土為主,下部為細砂層,反映沉積環(huán)境以漫灘—湖泊為主,早期有河流沉積。值得指出的是,區(qū)域上中更新世白沙井組(盆地外緣)與洞庭湖組(盆內(nèi))頂部發(fā)育的一套湖相黏土,在安鄉(xiāng)凹陷中部缺失(圖3),顯然與中更新世晚期的抬升剝蝕[40-44]有關(guān)。

晚更新世坡頭組在中部為砂礫石層、砂層,東部和西部主要為黏土、含粉砂質(zhì)黏土,這一巖性空間差異反映晚更新世期間中部具河流環(huán)境,東西兩側(cè)為漫灘和(或)洼地湖泊。值得指出的是,在目平湖西面坡頭組因晚更新世末的切割而缺失,相應(yīng)導(dǎo)致該帶全新世沉積厚度增大(圖3)。

全新統(tǒng)為粉砂質(zhì)黏土、含粉砂質(zhì)黏土,結(jié)合現(xiàn)今地貌景觀,確定沉積環(huán)境主要為泛濫平原中的漫灘和湖泊。

4 安鄉(xiāng)凹陷西緣沉積與地貌特征

安鄉(xiāng)凹陷西緣即太陽山隆起的東坡,呈自西向東緩傾的丘崗地貌,高程一般為60～100 m。其地表主要為中更新世白沙井組所覆蓋,局部有前第四紀(jì)基巖出露(圖2)。據(jù)露底基巖出露情況,上述堆積物的底板高程一般為35～80 m,反映沉積物形成時地表存在一定的起伏。大致以棠華為界,白沙井組巖性組成存在明顯的南、北差異。南部白沙井組下部以砂、砂礫層為主,上部為黏土。北部以粉砂質(zhì)黏土沉積為主,下部可發(fā)育砂層。

4.1 凹陷西緣南部沉積特征

在周家店鎮(zhèn)徐家灣南東約300 m(Q21觀察點),因大規(guī)模人工取砂而見良好的第四系露頭剖面,可作為安鄉(xiāng)凹陷西緣南部白沙井組沉積之代表。剖面上沖積層總厚21 m以上,自下而上總體可分為4層(圖5):第1層為黃色含礫粗砂層,厚約8 m,未見底,砂層中發(fā)育大型斜層理;第2層為灰白色、灰黃色黏土,厚8 cm左右,延伸較穩(wěn)定;第3層為黃紅色礫石層,厚約5.9 m,結(jié)構(gòu)松散,該層頂部約50 cm內(nèi)有網(wǎng)紋發(fā)育,與第4層呈漸變過渡關(guān)系;第4層為網(wǎng)紋紅土、含礫紅土,中夾不穩(wěn)定的砂礫層,厚7 m左右。

在Q21觀察點北約70 m,見第3層礫石層、第4層網(wǎng)紋紅土層被坡積成因的鐵錳裂隙土等切割充填(圖6),據(jù)區(qū)域?qū)Ρ?后期充填物的時代大致為晚更新世。

圖5 徐家灣露頭剖面Fig.5 Outcrop Profile in Xujiawan

圖6 位于徐家灣的白水江組與白沙井組間切割覆蓋關(guān)系Fig.6 Crosscutting and Coverage Relationships Between Baishuijiang and Baishajing Formations in Xujiaw an

根據(jù)白沙井組的大面積分布特征,結(jié)合區(qū)域西高東低的古地勢和東西分異的古山—盆地理景觀,本區(qū)白沙井組應(yīng)系多條北西向古河流之山前沖積。

4.2 凹陷西緣北部沉積特征

安鄉(xiāng)凹陷西緣北部白沙井組沉積層序以津市新洲南面荷花園的ZK41孔和津市白衣鄉(xiāng)金林村的ZK44孔剖面為代表。

北面的ZK41孔下伏基巖為志留系。上覆白沙井組總厚26.71 m,自下而上可分為5層:第1層為灰白色細砂,厚6.45 m;第2層為褐黃色砂質(zhì)黏土,厚6.96 m;第3層為紫紅、灰白、灰綠色砂質(zhì)黏土,厚2.81 m;第4層為蠕蟲狀紅土,偶夾1～5 mm的石英砂礫,厚7.57 m;第5層為褐黃色砂質(zhì)黏土,厚2.92 m。

南面的ZK44孔基底為古近紀(jì)紫紅色鈣質(zhì)粉砂巖。上覆白沙井組厚15.97 m,其中下部為紫紅色蠕蟲狀黏土,厚10.15 m;上部為褐黃色粉砂質(zhì)黏土,含少量錳質(zhì),厚5.82 m。

ZK41孔和ZK44孔上部褐黃色黏土應(yīng)與晚更新世以來的改造有關(guān)。

上述兩鉆孔白沙井組剖面層序在一定程度上反映出古地理環(huán)境的分異:北面地勢差異較大,早期河流環(huán)境下沉積了厚6.45 m的細砂層。晚期受區(qū)域湖面上升影響而具河湖交替環(huán)境,湖泊環(huán)境下形成砂質(zhì)黏土,河流環(huán)境下則于岸坡地帶形成含礫黏土的再生堆積。南面地勢低平,與西部的柏枝殘坡積崗狀平原相連(圖2),處于相對靜水的湖泊環(huán)境,形成粉砂質(zhì)黏土沉積。

5 安鄉(xiāng)凹陷及西緣第四紀(jì)構(gòu)造活動與古地理環(huán)境演化

受區(qū)域伸展應(yīng)力作用[46],早更新世早期早階段(或上新世末)赤山隆起西斷裂首先正斷活動,其西面目平湖一帶構(gòu)造沉降,沅水自南向北流經(jīng),沉積了華田組下段下部的礫石層。之后該地帶又在斷陷幅度增大、相對水面上升形成的湖泊環(huán)境下沉積了華田組下段上部黏土、含粉砂質(zhì)黏土。該時期凹陷西部應(yīng)處于剝蝕的準(zhǔn)夷平環(huán)境,凹陷西緣即太陽山隆起東緣處于剝蝕山地環(huán)境。

早更新世早期晚階段西面的周家店斷裂開始活動,安鄉(xiāng)凹陷的斷陷作用進一步向西擴展,并形成東西相對凹陷、中部相對隆起的構(gòu)造格局。東、西次凹總體具過流性湖泊環(huán)境,形成了河流相的砂質(zhì)與湖泊相的泥質(zhì)沉積。位于兩次級凹陷之間的隆起地帶由于地勢較高、水動力較強,形成厚度較小的河流沖積砂層。該時期凹陷西緣為山地環(huán)境,遭受剝蝕。

早更新世晚期赤山隆起西斷裂和周家店斷裂繼續(xù)活動,安鄉(xiāng)凹陷持續(xù)沉降,但凹陷內(nèi)部東西相對凹陷、中部相對隆起的構(gòu)造格局已不明顯。沅水的辮狀河道展布、游走于凹陷中部和東部,在中部形成汨羅組一套河流相的礫、砂、粉砂堆積,東部形成河流(或三角洲)相的砂層、含礫砂層和洼地湖泊相的(含)粉砂質(zhì)黏土沉積。凹陷西部為河道外側(cè)洼地湖泊環(huán)境,形成泥質(zhì)為主沉積。在這一期間,凹陷西緣構(gòu)造抬升并為遭受剝蝕的山地環(huán)境。

中更新世早期—中期,控凹斷裂繼續(xù)活動,安鄉(xiāng)凹陷相對西緣沉降,形成洞庭湖組沉積。凹陷東部沉積環(huán)境以河流為主、湖泊為次,相應(yīng)沉積物以砂礫石層為主,中部和頂部發(fā)育粉砂、黏土和砂質(zhì)沉積;凹陷中部主要為河流環(huán)境,形成一套砂礫堆積(底部為砂層);凹陷西部沉積環(huán)境以漫灘—湖泊為主,早期為河流,相應(yīng)下部形成細砂層,中、上部以(含)粉砂質(zhì)黏土、黏土為主。

凹陷西緣,中更新世早期還處于剝蝕山地環(huán)境,缺乏沉積。中更新世中期由于斷陷活動向西擴展,凹陷西緣地區(qū)轉(zhuǎn)為沉積環(huán)境,形成白沙井組。其中南部地勢較高,發(fā)自西部太陽山地區(qū)的多條河流形成沖積扇群,沉積物下部以砂、砂礫層為主,上部為砂質(zhì)黏土。北部地勢相對較低,沉積環(huán)境以湖泊為主,沉積物主要為粉砂質(zhì)黏土,少量河流沖積砂層。

中更新世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn),安鄉(xiāng)凹陷及其西緣整體抬升。凹陷西緣從此抬升出地表遭受剝蝕,白沙井組上部黏土因抬升出水面受濕熱化作用而形成網(wǎng)紋紅土;凹陷內(nèi)部洞庭湖組上部的黏土層也受到不同程度的剝蝕。白沙井組基底面明顯自西向東傾斜(圖3),反映凹陷西緣在抬升的同時具有自西向東的掀斜。

晚更新世,凹陷區(qū)因拗陷沉降而沉積了坡頭組,主要由湖相或漫灘相灰黃色、黃褐色黏土、粉砂質(zhì)黏土組成,部分地帶為河流相砂、砂礫石層堆積。在凹陷西緣,先期沖積層經(jīng)河流切割于岸坡地帶就近堆積,形成坡積成因的鐵錳裂隙土、含礫黏土等。

晚更新世末區(qū)域海平面大幅下降[47-48],受其影響安鄉(xiāng)凹陷總體具陸地環(huán)境并遭受剝蝕,造成坡頭組不同程度減薄甚至缺失。與此同時,凹陷西緣形成下蝕谷地。

全新世區(qū)域海平面及相應(yīng)的侵蝕和沉積基準(zhǔn)面上升,地殼稍有沉降(局部可能較強沉降)。凹陷區(qū)具泛濫平原之河、湖環(huán)境,沉積物以粉砂質(zhì)黏土、含粉砂質(zhì)黏土為主,厚度一般為5～15 m,局部地帶如酉港一帶達30 m以上。凹陷西緣主要為受河流切割的丘崗地貌,于河谷中形成少量沖積砂礫層。與此同時,繼承先期谷地形成了毛里湖、西湖等壅塞湖。

6 結(jié)語

(1)第四紀(jì)安鄉(xiāng)凹陷受周邊正斷裂控制,凹陷內(nèi)發(fā)育早更新世—中更新世中期、晚更新世和全新世的河流相、湖泊相沉積。凹陷西緣即太陽山隆起的東緣,主要發(fā)育中更新世中期河流相(南部)和湖泊相(北部)沉積。

(2)安鄉(xiāng)凹陷及其西緣第四紀(jì)構(gòu)造活動與環(huán)境演化過程為:早更新世—中更新世早期,安鄉(xiāng)凹陷斷陷沉降,并在河流和過流性湖泊環(huán)境下接受沅水沉積;凹陷西緣則構(gòu)造抬升并處于剝蝕的山地環(huán)境。中更新世中期斷陷活動向西擴展,凹陷區(qū)為過流性湖泊環(huán)境,凹陷西緣地區(qū)轉(zhuǎn)為河流(南部)和湖泊(北部)環(huán)境并接受沉積。中更新世晚期安鄉(xiāng)凹陷及西緣整體抬升并遭受剝蝕。晚更新世安鄉(xiāng)凹陷拗陷沉降,具河流和湖泊環(huán)境。晚更新世末受區(qū)域海平面下降影響,安鄉(xiāng)凹陷遭受剝蝕。全新世安鄉(xiāng)凹陷拗黏土陷沉降,具泛濫平原之河流、湖泊環(huán)境。

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Quaternary Tectonic-sedimentary Characteristics and Environmental Evolution of Anxiang Sag in Dongting Basin and Its West Periphery

BAI Dao-yuan1,2,LI Chang-an2,MA Tie-qiu1,WANG Xian-hui1,CHEN Du-ping1

(1.Hunan Institute of Geological Survey,Changsha410011,Hunan,China;
2.School of Earth Sciences,China University of Geosciences,Wuhan430074,Hubei,China)

Detailed geologic mapping and bore data was conducted to study on the Quaternary tectonic and sedimentary characteristics and environmental evolution of Anxiang Sag and its west periphery of Dongting Basin, which provided new materials for Quaternary geology of Jianghan-Dongting Basin.The sag trends north-south direction and is surrounded by normal faults.The thickness of Quaternary deposits in the sag is commonly 100-220 m with maximun thickness of 300 m,and from lower to upper,the Quaternary strata is composed of Early PleistoceneHuatianFormationandMiluoFormation,MiddlePleistoceneDongtinghuFormation,Late Pleistocene Potou Formation and Holocene lacustrine-alluvial deposits.Quaternary deposits in the sag are mainly gravel and sand,and secondly silt-bearing clay,silty clay and clay,while there exists distinct lateral lithological and lithofacies variation.In west periphery of Anxiang Sag,namely east margin of Taiyangshan uplift,there ____exists low hills_____with the earth's surface inclining east clearly,and there occurs Middle Pleistocene Baishajing

Formation which is composed of sands and gravels in the lower and clay in the upper of the south,and mainly silty-clay in the north.Based on geomorphologic,sedimentary and sag-controling fault characteristics,evolution of the Quaternary tectonic and environment of the study area is defined.During early Middle Pleistocene,NNE-trending Zhoujiadian fault at the west boundary of Anxiang Sag extended and the sag subsided unevenly with deposits were formed in rivers and river like flowing lakes;in the same time the west periphery of Anxiang Sag rose and was denudate.During Middle Pleistocene faulted subsidence expanded westward,when the environment of the sag liked flowing lake,and the environment of southern and northern segment of the west periphery was river and lake,respectively.The sag and its west periphery rose as a whole during late Middle Pleistocene,when there occurred eastward tilt in west periphery.During Late Pleistocene Anxiang Sag subsided for depression and the environment was of river and lake;in the same time the west periphery was denuded.At the end of Late Pleistoncene regional sea-level dropped,which caused Anxiang Sag denudated.The sag subsided and the environments were river and lake in flood plain during Holocene.

Quaternary;Anxiang Sag;subsidence;rise;sediment;denudation;Dongting Basin

P534

A

1672-6561(2010)02-0120-10

2009-11-02

中國地質(zhì)調(diào)查局項目(1212010610706)

柏道遠(1967-),男,湖南澧縣人,研究員級高級工程師,理學(xué)博士研究生,從事第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)與構(gòu)造學(xué)研究。E-mail:daoyuanbai@sina.com