羅 良，漆家福，賈 東，王 開，曾 旭

1 中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249

2 中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249

3 南京大學地球科學與工程學院，南京 210093

1 引 言

絕大多數(shù)巖石都含有一定量的磁性礦物，磁組構(gòu)反映了磁性礦物的定向排列，作為地質(zhì)研究手段主要應用于構(gòu)造、水文、環(huán)境、石油及巖漿侵位機制等方面，特別在構(gòu)造地質(zhì)學領域發(fā)展很快，方法手段日趨成熟.磁組構(gòu)具體表現(xiàn)為一個三軸橢球體（K1≥K2≥K3），K1、K2和 K3分別代表最大、中間和最小磁化率主軸［1－2］.在絕大多數(shù)應變狀態(tài)下，磁化率橢球的三個主軸方向與應變橢球體基本軸之間表現(xiàn)出很好的相關性［1－6］，這使得磁組構(gòu)成為一種快速、有效地研究構(gòu)造變形的方法，尤其是在其它應變指示計很少甚至沒有發(fā)育的弱變形地區(qū)，因為磁組構(gòu)相對其它應變指示計更加靈敏.

四川盆地西南部緊鄰青藏高原東緣，其新生代構(gòu)造變形特征對于認識青藏高原東南邊界的變形模式具有一定的指示意義.本文論述了川西南盆地雅安—樂山區(qū)域大剖面的磁組構(gòu)研究成果，認為磁組構(gòu)反映的是新生代變形，并且川西南褶皺帶新生代期間對于四川盆地變形的影響很小，并據(jù)此對天全—雅安的飛仙關剖面磁組構(gòu)測試中發(fā)現(xiàn)的異常磁組構(gòu)類型進行詳細討論，認為它們是疊加變形的產(chǎn)物.

2 區(qū)域地質(zhì)特征及采樣

四川盆地西南部位于龍門山南段山前，南面緊挨川西南褶皺帶（圖1）.龍門山褶皺沖斷帶長500km，寬30～50km，是青藏高原周緣最為陡峭的地形邊界［7－8］.龍門山結(jié)構(gòu)復雜，構(gòu)造變形強烈，整體上由一系列運動方向為北西向南東逆沖推覆于揚子克拉通之上的巖片和推覆體組成［9－13］.龍門山地區(qū)中生代以來至少經(jīng)歷了兩期明顯的構(gòu)造變形：晚三疊世擠壓 變形和新生代變形［7，14－19］.根據(jù)構(gòu)造變形和地層發(fā)育等特征，龍門山可以分為南、北兩段，分界線位于安縣附近.南段大面積出露前震旦紀基底雜巖，表現(xiàn)出基底卷入的疊瓦狀沖斷特征.平衡剖面研究表明龍門山南段主要表現(xiàn)為新生代的構(gòu)造變形，晚三疊世變形基本被改造，南段整體縮短率達26.2%［20］.川西南褶皺帶位于青藏高原東南緣，主體是由一系列新生代走滑拉張斷裂組成.

川西南盆地大面積出露侏羅系和白堊系，局部地區(qū)可見新生代地層.雅安—樂山剖面采樣沿著連接兩地的省道公路進行，在約80km的間距內(nèi)布置了12個采樣點，其中僅有一個采樣點的樣品采自侏羅系砂巖，其余所有樣品均采自白堊系的砂巖及粉砂巖（圖2）.飛仙關斷層傳播褶皺位于天全與雅安之間，屬于龍門山南段沖斷前鋒構(gòu)造.詳細的野外地質(zhì)調(diào)查表明剖面形態(tài)為突破斷層傳播褶皺［21］（圖3）.褶皺呈北東走向，前翼發(fā)育的突破斷層使得侏羅系向南東逆沖于白堊系之上.飛仙關剖面樣品采自侏羅系、白堊系和古近系.每個采樣點采集約10個定向巖芯，所有樣品最后都被處理成長22mm、直徑25mm、適合磁組構(gòu)測試的圓柱體.

3 磁組構(gòu)測試方法及測試結(jié)果

樣品磁化率各向異性測試在南京大學地球科學與工程學院古地磁實驗室進行，用KLY－3型卡帕橋測量.樣品測試得到磁化率各向異性橢球3個主軸的大小及其方位，K1和K3的相對集中分布表示磁線理和磁面理極點的方向.為了定義磁化率各向異性橢球的形狀，我們利用了以下參數(shù)：各向異性度Pj、形態(tài)參數(shù)T、磁線理L和磁面理F，并統(tǒng)計出表征磁組構(gòu)特征的各項參數(shù)（表1）.絕大部分樣品表現(xiàn)為弱的磁化率，平均磁化率（Km）分布在57×10－6～309×10－6SI之間.

選取3個不同時代地層的樣品進行三軸熱退磁實驗來確定樣品的主要磁性礦物，先在樣品3個互相垂直的方向上分別施加2400，400，150mT瞬間直流磁場，再分步加溫退磁.測試結(jié)果顯示3個樣品具有十分相似的退磁曲線，典型退磁曲線見圖4.三軸熱退磁測試結(jié)果顯示，3個樣品的剩磁主要由硬和中間磁成份組成，在約500～530℃之間存在解阻溫度，表明樣品中存在少量的粗粒磁鐵礦.樣品在650℃左右發(fā)生完全解阻，表明主要載磁礦物為赤鐵礦.這和雅安地區(qū)已經(jīng)進行的磁性礦物研究結(jié)果基本一致［21］.

圖3 飛仙關剖面示意圖、采樣點分布及磁組構(gòu)赤平投影圖（帶有五角星標記的是異常磁組構(gòu)）（修改自（胡潛偉等，2005）［21］）Fig.3 Schematic structural map of Feixianguan section，location of sampling sites and lower－h(huán)emisphere equal－area stereographic projection of magnetic fabric（stereographic projections with five angle star are atypical magnetic fabrics）（modified from （Hu et al.，2005）［21］）

表1 雅安—樂山剖面磁組構(gòu)各項參數(shù)及磁化率主軸平均方向Table 1 Site mean magnetic fabric parameters and orientation data in the Ya′an－Leshan section

圖4 典型樣品的三軸熱退磁曲線圖（IRM為剩磁強度）Fig.4 Representative example of demagnetization curves of three orthogonal isothermal remanent magnetization

在未變形或弱變形的沉積巖中，層面是最顯著的面狀構(gòu)造，隨著構(gòu)造變形的增強，構(gòu)造面理逐步取代層面成為首要的面狀構(gòu)造.按照沉積巖變形組構(gòu)的類型及其發(fā)育次序［22］，鑒別出6種基本的磁組構(gòu)類型［23－24］.（1）沉積磁組構(gòu)：是沉積作用和成巖壓實作用的結(jié)果，表現(xiàn)為磁面理平行于層面，K1和K2散布于層面，K3垂直層面.（2）初始變形磁組構(gòu)：構(gòu)造變形初始階段的產(chǎn)物，表現(xiàn)為磁面理平行層面，K3垂直于層面，磁面理內(nèi)的K1、K2發(fā)生分離，K1相對集中于地層走向方向，K2則偏向地層傾向方向.（3）鉛筆狀磁組構(gòu)：隨著構(gòu)造應變的增加，應變橢球更加接近長球的形狀，形成特征的鉛筆狀構(gòu)造.這種應變狀態(tài)下的磁組構(gòu)特征是K1集中于地層走向方向，K3散布于巖層縮短方向，顯示了最大擠壓應力的方向.隨著構(gòu)造變形進一步增強，沉積巖石中的磁組構(gòu)逐步演化為（4）弱劈理磁組構(gòu)、（5）強劈理磁組構(gòu)和（6）拉伸線理磁組構(gòu).

雅安—樂山剖面12個采樣點中僅有LY6和LY11屬于沉積磁組構(gòu)，其余采樣點都是初始變形磁組構(gòu)（圖2）.這說明川西南盆地內(nèi)部整體變形較弱.每個采樣點統(tǒng)計的平均各向異性度和形態(tài)參數(shù)也表現(xiàn)出弱變形的特征（表1）.Pj－T 圖顯示所有采樣點的磁組構(gòu)形態(tài)參數(shù)都大于零，表現(xiàn)為壓扁狀的磁化率橢球特征（圖5）.此外，磁線理（L）和磁面理（F）的比值都小于1（表1），這也說明所有采樣點的磁組構(gòu)都是壓扁狀的弱變形組構(gòu).

圖5 采樣點磁組構(gòu)Pj－T圖解Fig.5 Pj－Tdiagram of the magnetic fabrics

4 討 論

龍門山地區(qū)已經(jīng)取得了大量的熱年代學研究成果.Enkelmann等［25］分析磷灰石裂變徑跡和 （UTh）／He數(shù)據(jù)，認為松潘甘孜褶皺帶和龍門山地區(qū)快速隆升開始于16～10Ma.松潘甘孜褶皺帶北部和龍門山北部磷灰石裂變徑跡熱史模擬的結(jié)果顯示20Ma以來表現(xiàn)為快速冷卻過程［26］.Xu和 Kamp［27］利用鋯石和磷灰石裂變徑跡提出青藏高原東緣快速冷卻開始于中新世早期.40Ar／39Ar和（U－Th）／He熱年代學研究表明龍門山地區(qū)快速隆升開始于12～13Ma之后［28］.青藏高原東南緣的磷灰石裂變徑跡和（U－Th）／He熱年代學研究顯示快速冷卻開始于13Ma之后［29］.這些研究成果表明，龍門山地區(qū)晚新生代變形明顯強于中生代中晚期的變形.此外，飛仙關斷層傳播褶皺卷入了古近系，表明這是晚新生代形成的褶皺.綜合上述分析，我們認為天全—樂山地區(qū)中、新生代地層中磁組構(gòu)反映的是新生代變形.

雅安—樂山剖面的磁組構(gòu)測試結(jié)果顯示，初始變形磁組構(gòu)中除LY9外所有采樣點的磁線理走向為北東—南西向（圖2），和龍門山南段的整體走向一致，表明受到的最大擠壓應力方向為北西—南東，這是龍門山逆沖作用的結(jié)果.這也意味著新生代期間四川盆地西南部并沒有受到川西南褶皺帶明顯的影響.在此并未討論地層走向和磁線理方向的一致性問題，這是因為采樣巖層普遍較平緩，地層產(chǎn)狀測量困難，此外部分采樣點的地層也很難找到易于測量產(chǎn)狀的層理面，因此部分采樣點的地層產(chǎn)狀并沒有很大的參考價值.

雅安—天全地區(qū)的飛仙關斷層傳播褶皺剖面中19個采樣點位于斷層傳播褶皺的后翼，其余8個采樣點分布于核部及前翼.磁組構(gòu)測試結(jié)果顯示44%采樣點的磁組構(gòu)表現(xiàn)出磁線理和地層走向斜交的特征，且K1、K2和K3分別相對集中，磁面理與地層層面平行，應是由初始變形磁組構(gòu)演變而成（圖3）.所有的異常磁組構(gòu)僅僅出現(xiàn)在斷層上盤.雖然飛仙關剖面的磁組構(gòu)數(shù)據(jù)已經(jīng)由我們研究團隊發(fā)表［21］，但是該文并未鑒別出這類異常的磁組構(gòu)類型.根據(jù)雅安—樂山剖面的磁組構(gòu)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，本文接下來將對這類異常磁組構(gòu)進行詳細論述.

對于褶皺沖斷帶中磁組構(gòu)的演化規(guī)律已經(jīng)開展了大量的研究工作［30－37］.磁線理的發(fā)育具有一定規(guī)律性，在沉積磁組構(gòu)中沒有具統(tǒng)計意義的磁線理，在弱變形的磁組構(gòu)（初始變形磁組構(gòu)和鉛筆狀磁組構(gòu)）中磁線理和地層走向一致.所有的上述研究都局限在地層還是水平狀態(tài)的平行層縮短階段.然而異常初始變形磁組構(gòu)的發(fā)現(xiàn)表明飛仙關剖面的磁組構(gòu)并不完全是在平行層縮短階段形成.那么導致異常磁組構(gòu)產(chǎn)生的原因是什么呢？

（1）在未變形的沉積巖石中發(fā)育沉積磁組構(gòu)，磁面理與巖層面平行，通常不發(fā)育磁線理.然而，由于同沉積古水流的作用，磁性礦物也會定向排列而表現(xiàn)出磁線理［38］，這種磁線理往往與地層走向斜交.飛仙關剖面中有7個采樣點（1，8－11，17，21）表現(xiàn)為沉積磁組構(gòu)，因此研究區(qū)的磁組構(gòu)并沒有受到同沉積古水流作用的影響.

（2）Evans等［39］在阿巴拉契亞中部鄰近古生代灰?guī)r的兩套地層中發(fā)現(xiàn)了傾斜的壓扁磁組構(gòu)和拉長磁組構(gòu).壓扁磁組構(gòu)中K3垂直于地層層面，K1和K2集中分布于層面，并且與巖層傾向斜交.這部分巖石樣品都包含有泥晶灰?guī)r顆粒和頁硅酸鹽.Evans等［39］認為排列成行的頁硅酸鹽礦物是形成壓扁磁組構(gòu)的主因，因為這些樣品缺少顆粒型組構(gòu)，此外，壓溶構(gòu)造也可能使其它磁性礦物產(chǎn)生定向排列.傾斜的拉長磁組構(gòu)表現(xiàn)為K3和K2散布在垂直層面方向上，而K1集中分布于層面，且與地層走向斜交.這部分樣品都包含有溶蝕引起的局部變形.飛仙關剖面的樣品都采自細－中粒砂巖，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的灰?guī)r中常見的壓溶構(gòu)造和顯微構(gòu)造.并且都江堰斷層相關褶皺剖面上三疊統(tǒng)須家河組砂巖中進行的磁組構(gòu)研究也沒有發(fā)現(xiàn)這類異常磁組構(gòu)［24］.因此，本文排除這種可能性.

（3）前陸沖斷帶和前陸盆地發(fā)育過程中可能形成兩種不同類型的變形.第一種是褶皺作用之前的平行層縮短變形.另一種是在褶皺過程中形成的彎滑和平行層的簡單剪切變形［37］（圖5）.我們以初始變形磁組構(gòu)為例探討其受到褶皺過程中的變形而產(chǎn)生的變化.在平行層縮短的最初階段，針狀礦物定向排列于構(gòu)造Y方向，板狀和片狀礦物平行于層面分布.彎滑和／或平行層簡單剪切作用能夠產(chǎn)生一個與層面斜交的最大擠壓應力，在這種情況下，針狀礦物的排列并不會發(fā)生變化，而板狀和片狀礦物則會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在平行于最大擠壓應力的面上分布，導致磁面理產(chǎn)狀發(fā)生變化，在褶皺后翼磁面理的傾向與地層傾向相反，而前翼則相同，但磁面理的傾角較?。▓D6）.這種情況下產(chǎn)生的磁組構(gòu)類型不同于飛仙關剖面發(fā)現(xiàn)的異常磁組構(gòu)類型.

圖6 斷層傳播褶皺過程中形成的變形及其對應的磁組構(gòu)（修改自（Saint－Bezar et al.，2002）［37］）Fig.6 Illustration of a fault propagation fold with deformation associated with folding and the corresponding magnetic fabric（modified from （Saint－Bezar et al.，2002）［37］）

（4）在單一應力作用下，平行層縮短早期階段形成的磁線理方向與地層走向一致.但是，在弱變形的構(gòu)造疊加地區(qū)，另外一個與層面平行但與第一個力斜交的力作用于初始變形磁組構(gòu)，在兩個力的共同作用下，已經(jīng)定向排列的磁性礦物會發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn).磁組構(gòu)相對于地層走向?qū)τ趹儬顟B(tài)的變化反應更加靈敏，因而我們假定這個力的作用尚不能使后來發(fā)生傾斜的地層的走向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，或者旋轉(zhuǎn)的幅度沒有磁性礦物旋轉(zhuǎn)的幅度大，在這種情況下，會形成一種特殊的磁組構(gòu)類型，表現(xiàn)為磁面理仍舊位于層面上，而磁線理的方向與地層走向發(fā)生一定的分離［40］.

雅安—樂山剖面磁組構(gòu)的測試結(jié)果表明川西南地區(qū)新生代并沒有受到川西南褶皺帶構(gòu)造變形的影響，龍門山?jīng)_斷帶對研究區(qū)的構(gòu)造作用表現(xiàn)為北西—南東向的最大擠壓應力.雅安地區(qū)新生代期間經(jīng)歷了局部的逆時針旋轉(zhuǎn)［41］，旋轉(zhuǎn)之前受到的最大主壓應力設定為應力一，由于來自龍門山的擠壓應力方向基本不變（北西—南東向），通過逆時針旋轉(zhuǎn)作用，其在現(xiàn)今空間中的方向大致為東－西向.旋轉(zhuǎn)之后飛仙關剖面受到的最大主壓應力設定為應力二，其方向應為北西—南東向.因此，飛仙關剖面可以認為是受到兩個不同方向擠壓應力的構(gòu)造變形疊加剖面.在疊加變形的作用下，針狀礦物首先定向排列于近南北向（現(xiàn)今空間方位），形成的磁線理為南北向，與當時的地層走向一致，表現(xiàn)為初始變形磁組構(gòu)的特征.剖面旋轉(zhuǎn)之后，針狀礦物重新定向排列于北東—南西方向，由于地層產(chǎn)狀的變化沒有磁組構(gòu)靈敏，使得磁線理方向和地層走向斜交，形成異常的初始變形磁組構(gòu)［40］（圖7）.

圖7 飛仙關剖面異常初始變形磁組構(gòu)演化示意圖Fig.7 Atypical initial deformation magnetic fabric evolution in the Feixianguan section

5 結(jié) 論

通過分析雅安—樂山剖面及飛仙關剖面的磁組構(gòu)測試結(jié)果，得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)青藏高原東緣熱年代學研究成果及褶皺卷入變形的分析，四川盆地西南部中、新生代地層磁組構(gòu)反映的是新生代變形.

（2）雅安—樂山剖面磁組構(gòu)測試分析表明，所有采樣巖石顯示弱的構(gòu)造變形，反映的最大擠壓應力方向是北西—南東，這是龍門山構(gòu)造作用的結(jié)果，川西南褶皺帶在新生代期間對研究區(qū)的變形并沒有明顯的影響.

（3）飛仙關剖面44%采樣點的磁組構(gòu)表現(xiàn)出磁線理和地層走向斜交的特征，這是由于雅安地區(qū)新生代期間局部逆時針旋轉(zhuǎn)導致變形疊加，引起磁性礦物旋轉(zhuǎn)的結(jié)果.

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