惠浪波，郭進京，趙海濤，王利曉

(天津城建大學(xué)地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津　300384)

?

西秦嶺岷縣地區(qū)紅層砂巖成因分析

惠浪波，郭進京，趙海濤，王利曉

(天津城建大學(xué)地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津300384)

岷縣西江盆地紅層地層為上白堊統(tǒng)磨溝組，這套地層底部為一套紫紅色厚塊狀礫巖，礫巖上部為厚度巨大的紅層砂巖。本文試圖通過對這套砂巖的研究，揭示其成因背景，對恢復(fù)晚白堊世西秦嶺岷縣地區(qū)古地理具有重要意義。根據(jù)岷縣地區(qū)紅層砂巖良好出露剖面測繪和取樣資料，從沉積序列特征、粒度特征、石英顆粒表面特征方面對其成因進行分析。研究表明，這套砂巖厚度大，巖層中發(fā)育薄礫石層與干河床沉積物夾層，薄礫石層中礫石具沙漠漆等特征。粒徑相對集中，缺乏粉砂和粘土組分，以中砂、細(xì)砂、極細(xì)砂組分為主。石英顆粒磨圓度好，表面發(fā)育碟形和新月形坑、溶蝕坑、硅質(zhì)薄膜等典型特征。綜合各種特征，認(rèn)為這套砂巖為干熱氣候環(huán)境下風(fēng)沙活動的產(chǎn)物。

西江盆地；SEM；粒度；石英顆粒表面特征

現(xiàn)今西秦嶺地區(qū)白堊紀(jì)紅層分布廣泛，但不連續(xù)，主要包括西和-禮縣盆地、武山的灘歌盆地、宕昌的哈達鋪盆地、車?yán)璧?、牛頂山盆地、岷縣的西江-梅川盆地等，自下而上分為磨溝組和車?yán)M兩個巖組，其時代厘定為晚白堊世構(gòu)造層[1,5]。磨溝組總的沉積序列為下部紫紅色厚層塊狀礫巖，上部為磚紅色中-厚層狀砂巖、礫巖；車?yán)M為淺紫紅色含礫粗砂巖、砂礫巖、磚紅色細(xì)砂巖、泥巖[5]。岷縣西江盆地是西秦嶺造山帶內(nèi)一個具有代表性的白堊紀(jì)紅層盆地，由于構(gòu)造運動的發(fā)生和侵蝕程度的差異，這套紅層地層保存不盡完整。西江盆地紅層地層為上白堊統(tǒng)磨溝組,其底部紫紅色厚塊狀礫巖與下伏石炭系巴都組呈清晰的角度不整合。在礫巖之上為一套磚紅色厚層狀砂巖，即紅層砂巖地層。

現(xiàn)有研究表明，白堊紀(jì)以來西秦嶺進入陸內(nèi)構(gòu)造演化階段[2-4]。西秦嶺晚白堊世紅層盆地為走滑拉分盆地，現(xiàn)今空間分布特征為統(tǒng)一盆地，形態(tài)為長軸、呈北西向、長寬比約為1∶2的四邊形，總體產(chǎn)狀平緩，地層傾角多小于20°，多分布在平緩的山頂面之上[1]。西秦嶺上白堊統(tǒng)與下伏地層角度不整合面之上缺乏鐵鋁風(fēng)化殼物質(zhì)殘存，其上的含礫砂巖、砂巖均具有風(fēng)成砂的特征，指示西秦嶺在晚白堊世初期為干旱炎熱的沙漠環(huán)境。同時西秦嶺當(dāng)時地貌已基本處于起伏有限的平坦面貌，特別是晚期演變成為統(tǒng)一的盆地面貌[7]。

綜上所述，這套紅層砂巖成因問題是研究西秦嶺晚白堊世沉積構(gòu)造環(huán)境和構(gòu)造地貌狀態(tài)及現(xiàn)今應(yīng)對其工程和環(huán)境治理問題的基礎(chǔ)，但目前對西秦嶺地區(qū)白堊紀(jì)紅層地層中的砂巖研究(尤其是成因問題)較少。為此，本文結(jié)合前期研究基礎(chǔ)，以西秦嶺岷縣地區(qū)上白堊統(tǒng)紅層地層為研究區(qū)域，以岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組紅層砂巖為研究對象，通過現(xiàn)場對出露良好的婆婆莊剖面進行測繪、砂巖樣品的室內(nèi)粒度分析、SEM分析，并與現(xiàn)代沙漠風(fēng)成砂對比，分析這套砂巖的成因，以期從本質(zhì)上認(rèn)識這套砂巖，為進一步研究西秦嶺晚白堊世沉積構(gòu)造環(huán)境和構(gòu)造地貌狀態(tài)提供基礎(chǔ)和理論支持，同時為西秦嶺中—新生代陸內(nèi)構(gòu)造演化過程研究提供參考。

圖1岷縣西江-梅川盆地區(qū)域地質(zhì)略圖

Fig.1Simplified geological map of the Xijiang-Meichuan Basin, Minxian,Gansu

1　區(qū)域地質(zhì)背景

在岷縣地區(qū)，上白堊統(tǒng)紅層分布較為廣泛，但不連續(xù)，為斷續(xù)分布，表現(xiàn)為被一系列不整合界線所包圍并與周邊不同時代的地層塊體相區(qū)分。地層沉積序列由于侵蝕程度差異，保存的完整程度也有差異。西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組發(fā)育較為完整，盆地呈NW-SE向展布，長約16km，寬約3.5km。盆地西北與東南為石炭系巴都組，東北部為二疊系，南部為泥盆系，東南緣有石炭系與二疊系的交互出露(圖1)。這套紅層地層與下伏地層的角度不整合面清晰，不整合面之上為一套上白堊統(tǒng)紫紅色厚塊狀礫巖，礫巖上部為磚紅色厚層狀砂巖，在西江盆地出露十分明顯，厚度巨大，在100m以上。這套砂巖不僅粒度較細(xì)、非常均勻、結(jié)構(gòu)疏松并且還發(fā)育薄礫石層(圖3a)和具透鏡狀構(gòu)造的灰綠色含礫粗碎屑沉積物(圖3b、d)與厚層狀細(xì)砂巖成互層出現(xiàn)，為上白堊統(tǒng)良好的標(biāo)志層。西江盆地這套紅層地層構(gòu)造形態(tài)為開闊向斜褶皺，構(gòu)造線方向為北西向。其兩翼產(chǎn)狀分別為：傾向50°，傾角56°，產(chǎn)狀較陡；傾向210°，傾角24°，產(chǎn)狀較緩。這套砂巖的頂部被近水平的新近系甘肅群砂礫巖、紅色粘土巖等角度不整合覆蓋(圖2a)。西江盆地婆婆莊剖面這套厚層狀磚紅色細(xì)砂巖露頭良好，是這次研究的目的層段，對其進行了詳細(xì)的野外測量和巖相巖性組合及相序的綜合分析和重點研究(圖2b)。

2　上白堊統(tǒng)砂巖的地質(zhì)特征

白堊紀(jì)以來，西秦嶺進入陸內(nèi)構(gòu)造演化階段[2-4]，所發(fā)生的沉積事件均為陸相沉積?，F(xiàn)今西秦嶺地區(qū)上白堊統(tǒng)紅層分布廣泛，但不連續(xù)，岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組就是其中之一。西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組婆婆莊剖面出露良好，底部紫紅色厚塊狀礫巖與下伏石炭系巴都組呈清晰的角度不整合，在礫巖之上為一套磚紅色厚層狀砂巖。這套磚紅色厚層狀砂巖是本次研究的對象。為了研究這套砂巖的成因環(huán)境，我們對剖面進行了仔細(xì)觀察和實測，分析其沉積序列特征。自下而上在不同層位采集了5組砂巖樣品(圖2b)，對其顆粒粒徑、粒度參數(shù)、分選性、磨圓度、表面特征進行分析，并根據(jù)上述砂巖地質(zhì)特征判別其沉積環(huán)境。

圖2西江盆地構(gòu)造剖面簡圖

a.婆婆莊剖面A-B；b.西江盆地剖面C-D

Fig.2Schematic architectures of the Popozhuang section (a) and Xijiang Basin section (b) in the Xijiang Basin, Minxian

2.1砂巖沉積序列特征分析

通過對婆婆莊剖面測繪(圖2b)可知，這套紅層砂巖的巖層產(chǎn)狀近于一致，巖層在較大范圍內(nèi)為磚紅色厚層細(xì)砂巖(圖3c，e，f)，厚度在100m以上(圖3g)。這套磚紅色厚層細(xì)砂巖沉積序列的底部即磨溝組底部礫巖之上多發(fā)育薄礫石夾層(圖3a)；向上為磚紅色厚層細(xì)砂巖，中間被兩套厚度較薄、產(chǎn)狀近于一致的、具透鏡狀構(gòu)造的灰綠色含礫粗碎屑沉積物(圖3b，d)分割，灰綠色含礫粗碎屑沉積物與磚紅色厚層細(xì)砂巖(一般大于10m)呈互層產(chǎn)出(圖2b);再向上為磚紅色厚層(大于10m)細(xì)砂巖(圖3e)，偶有薄礫石夾層。薄礫石層中礫石之間被磚紅色細(xì)砂巖充填，為沖刷充填構(gòu)造。礫石邊角清晰圓滑(圖3h)，具有紅棕色、灰黑色光亮的氧化薄膜，顯示出沙漠漆的特征，表面撞擊麻坑清晰可見(圖3i)?；揖G色粗碎屑沉積物主要為含礫中粗砂巖，水流層理發(fā)育，呈透鏡狀構(gòu)造包裹于磚紅色厚層細(xì)砂巖之中，底部沖刷界面明顯，為干河床沉積物；再上部的磚紅色厚層細(xì)砂巖中可見數(shù)毫米水平紋層(圖3e)。這套砂巖成分、結(jié)構(gòu)、顏色、形狀在剖面上差異很小，結(jié)構(gòu)疏松，粒度均勻，層理不明顯，上覆地層為新近系甘肅群。

2.2 砂巖粒度特征分析

從粒度分布直方圖特征可以看出，在測試的5組樣品中，中砂、細(xì)砂和極細(xì)砂為主要物質(zhì)，含量占比為69.4%～97.76%。其中以中砂和極細(xì)砂為主，含量占比達54.92%～78.68%；礫石和巨砂含量極少，幾乎為零；粗砂含量相比也很少，質(zhì)量占比在1.43%～13.45%；粉砂、粘土有一組含量達到16.21%，其余4組含量小于1.5%(圖4)。砂巖粒度頻率曲線有4組為雙峰，中砂和極細(xì)砂兩者的分選性好，質(zhì)量占比遠(yuǎn)高于其它且這兩者相差不大，其次為細(xì)砂；剩余一組為單峰，極細(xì)砂含量較高。從表中(表1)可以看出，西江盆地婆婆莊剖面砂巖與塔克拉瑪干沙漠沙壟迎風(fēng)坡風(fēng)成砂粒度級配較接近。風(fēng)成砂沉積主要沉積物為風(fēng)成砂，粘土含量低，頻率曲線為單峰，若為雙峰，就有兩種分選好的砂粒存在[6]，風(fēng)積物粒度在2mm以下[8]。剖面砂巖基本不含粉砂和粘土組分，礫石和巨砂含量幾乎為零，粗砂含量也很少。粒度集中，粒度分布特征與現(xiàn)代塔克拉瑪干典型風(fēng)成砂粒度分布特征較接近，砂巖粒度分布特征與典型風(fēng)成砂沉積比較一致。

風(fēng)沙運動以躍移運動為主要形式，躍移粒徑主要為0.1～0.5mm[10]。從概率累積曲線(圖5)特征來看，跳躍總體由兩個線段構(gòu)成，較粗線段斜率較高，

圖3西秦嶺岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組砂巖野外特征

a.婆婆莊剖面磚紅色細(xì)砂巖夾薄礫石層；b.婆婆莊剖面磚紅色細(xì)砂巖夾呈透鏡狀構(gòu)造的含礫粗碎屑沉積；c.婆婆莊剖面磚紅色塊狀細(xì)砂巖；d.婆婆莊剖面磚紅色細(xì)砂巖夾灰綠色含礫粗碎屑沉積；e.婆婆莊剖面磚紅色細(xì)砂巖顯水平紋層；f.婆婆莊剖面磚紅色厚層細(xì)砂巖；g.西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組婆婆莊溝出露特征；h.婆婆莊剖面磚紅色細(xì)砂巖夾薄礫石層中礫石；i.婆婆莊剖面磚紅色細(xì)砂巖夾薄礫石層中礫石

Fig.3Field pictures of the Upper Cretaceous Mogou Formation sandstones in the Xijiang Basin, Minxian

圖4西秦嶺岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組婆婆莊剖面砂巖粒度分布直方圖

Fig.4Histograms showing the grain size distribution of the sandstones from the Popozhuang section of the Upper Cretaceous Mogou Formation in the Xijiang Basin, Minxian

表1　西江盆地婆婆莊剖面砂巖與現(xiàn)代沙漠風(fēng)成砂粒徑對比(mm)

較細(xì)線段斜率較低，說明躍移粒徑在較粗段較為集中；懸移總體斜率也較高，說明極細(xì)砂組分的分選較好。分選系數(shù)S0在2.45～3.86之間，分選性中等-好。躍移區(qū)間的兩個次總體合并后的總體有一組約為50%，其余4組約占70%～76%。據(jù)現(xiàn)代沙漠的沉積觀察發(fā)現(xiàn)，在干燥的沙漠地區(qū)，風(fēng)速大于30m/s時，可將地面的細(xì)礫吹走，造成飛沙走石的現(xiàn)象。總的來說，在風(fēng)力推移下的礫、砂運動速度較慢，推移物質(zhì)數(shù)量亦少，大部分顆粒以躍移、懸移為主[9]。風(fēng)沙運動以躍移運動為主要形式，在正常地面風(fēng)力條件下，沉積物在3種搬運方式中以跳躍搬運為主(約占70%～80%)，其次為滾動(小于20%)，而懸浮很少(小于10%)[8]。婆婆莊砂巖粒度累積曲線特征也體現(xiàn)了典型風(fēng)成砂所具有的特征。

圖5西秦嶺岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組婆婆莊剖面砂巖粒度分布概率累積曲線

Fig.5Grain size probability accumulation curves for the Upper Cretaceous Mogou Formation sandstones in the Xijiang Basin, Minxian

通過表中(表1)數(shù)據(jù)可以看出，婆婆莊剖面磚紅色細(xì)砂巖粒度均值與塔克拉瑪干沙壟迎風(fēng)坡沙粒粒度均值很靠近，標(biāo)準(zhǔn)偏差也比較接近。婆婆莊剖面五組數(shù)據(jù)中兩組負(fù)偏，這與塔克拉瑪干沙壟迎風(fēng)坡風(fēng)成砂粒度偏態(tài)均表現(xiàn)為負(fù)偏一致且數(shù)值相近。其余3組正偏，這與沙丘砂常表現(xiàn)為正偏態(tài)特點一致[11]。婆婆莊剖面5組砂巖樣品粒度峰值在0.65～0.84之間，塔克拉瑪干沙壟迎風(fēng)坡沙粒粒度峰值區(qū)間在0.67～0.72，兩者極為相近。根據(jù)?？说扔肒G值確定的等級界限：KG=0.67～0.9為平坦[11],婆婆莊剖面砂巖與塔克拉瑪干沙壟粒度均屬這一等級。相比之下，婆婆莊剖面砂巖峰值更大，KG=0.9～1.11，峰值界限確定為中等峰度，這與沙丘砂常表現(xiàn)為中等峰度的特點吻合[11]。綜合上述粒度參數(shù)分析，婆婆莊剖面砂巖與塔克拉瑪干沙壟迎風(fēng)坡風(fēng)成砂有著極為相近的粒度參數(shù)特征。婆婆莊剖面砂巖符合現(xiàn)代沙漠風(fēng)成砂的粒度參數(shù)特征。

2.3砂巖石英顆粒表面顯微特征

砂巖是機械沉積作用的產(chǎn)物，不穩(wěn)定組分(如長石和巖屑)已被大量破壞、淘汰，而穩(wěn)定組分石英卻相對富集[14]。石英顆粒脫離母巖后，在搬運和沉積過程中受外界的影響，必然在顆粒表面留下搬運和沉積的痕跡[15]。石英顆粒的形態(tài)特征和表面微結(jié)構(gòu)標(biāo)志真實地記錄其在沉積前后所經(jīng)歷的物理化學(xué)風(fēng)化過程、搬運動力介質(zhì)及沉積環(huán)境的特征。下面通過SEM測試對其進行分析。

樣品制備：從剖面不同層位所取得的5組樣品中各取結(jié)構(gòu)松散砂樣50g，用蒸餾水浸泡分別作如下處理：(1)加入少許NaCl充分分散砂樣；(2)加30%過氧化氫煮沸10min氧化有機質(zhì)；(3)過0.25～0.5mm)篩，選取直徑為0.25～0.5mm砂巖顆粒5～10g，該粒級范圍被認(rèn)為基本是各種成因沉積物中的最活躍組分，表面結(jié)構(gòu)成因組合發(fā)育齊全，比較靈敏和全面地記錄其成因信息[16]；(4)將石英顆粒置于10%稀鹽酸中煮沸約10min，然后用蒸餾水洗凈后烘干，裝入樣品袋并編號；(5)在雙目鏡下挑選石英顆粒20～30顆；(6)將石英顆粒成行粘于導(dǎo)電膠上，置于標(biāo)準(zhǔn)真空鍍膜機中鍍上一層金粉；(7)將鍍金樣品貼于樣品墩上，分別進行掃描電鏡觀察。樣品的基本處理在天津城建大學(xué)地測學(xué)院土工實驗室進行，測試在天津城建大學(xué)材料學(xué)院掃描電鏡實驗室進行。

在本次樣品觀測中，研究區(qū)砂巖石英顆粒普遍具有很高的磨圓度。根據(jù)鮑爾斯(1953)規(guī)定的圓度的形狀和分級，可達4～5級圓狀。電鏡下顆粒表面呈毛玻璃狀，與風(fēng)成砂具有很高磨圓度和毛玻璃狀表面的特征一致(圖6A、B)。上翻解理薄片在本次樣品中可見(圖6O)，其并非風(fēng)成環(huán)境所特有，但一般認(rèn)為上翻解理薄片在風(fēng)成環(huán)境中最為發(fā)育[17]。碟形、新月形撞擊坑在本次樣品中大量存在(圖6A、

圖6西秦嶺岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組砂巖顆粒表面特征

A.Q14143,磨圓石英顆粒,碟形撞擊坑a;B.Q14143,碟形坑a,新月形b,V型坑c;C.Q14145,V型坑a;D.Q14136,碟形坑a;E.Q14136,碟形坑a;F.Q14146,碟形坑a,新月形b;G.Q14136,新月形a;H.Q14136,V型坑a;I.Q14145,新月形a,碟形b;J.Q14136,方向性溶蝕;K.Q14146,溶蝕坑a;L.Q14145,蜂窩狀溶蝕坑a;M.Q14146,凸起的硅質(zhì)鱗片;N.Q14146,硅質(zhì)薄膜;O.Q14141,上翻解理薄片

Fig.6Surface features of the Upper Cretaceous Mogou Formation sandstones in the Xijiang Basin, Minxian

B、D、E、F、G、H、I)，都是風(fēng)成環(huán)境最具特色的標(biāo)志，指示高能風(fēng)成環(huán)境[15,18]。V形坑在本次樣品中偶爾可見，數(shù)量很少，特征不明顯(圖6B、C、H)。其形成是不對稱顆粒常以最長軸方向平行于風(fēng)的主要方向而求得最小抗力而產(chǎn)生的[19]。由于V形坑主要發(fā)育于水下環(huán)境，所以不具有風(fēng)成環(huán)境指示的確定性，在進入風(fēng)成環(huán)境不久的顆粒中也可見[17]。貝殼狀斷口為常見石英顆粒表面形態(tài)特征之一，因斷裂面上具有同心圓紋的規(guī)則曲面形似貝殼的殼面而得名。貝殼狀斷口在水成環(huán)境中大量存在，在風(fēng)成環(huán)境中少見，僅在剛進入風(fēng)成環(huán)境不久的顆粒中可以見及[17]。在本次樣品中很難見到。

鱗片狀剝落是石英晶面的解體現(xiàn)象，是由于原始石英顆粒晶體網(wǎng)格有嚴(yán)重缺陷化學(xué)溶蝕沿這些缺陷發(fā)育而成的化學(xué)崩解現(xiàn)象[20-22]。溶蝕作用沿晶面網(wǎng)格缺陷處開始發(fā)生并逐步擴大，解理被分割，形成大小不一、厚度差異的解理片，并進一步解體形成鱗片狀，有明顯的脫落傾向(圖6K)。石英晶面的解體帶和非解體帶之間有一個過渡帶，化學(xué)溶蝕作用深入到過渡帶形成深邃的溶蝕溝和溶蝕坑。本次樣品中，這種現(xiàn)象十分發(fā)育，通常形成蜂窩狀溶蝕坑(圖6L)。在晶面非解體帶晶面上沿晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生近等腰三角形溶蝕坑，形態(tài)規(guī)則，無破裂痕跡，成簇出現(xiàn)并有一定的方向性，為方向性溶蝕坑(圖6J)。在樣品中，沉淀作用形成的凸起的硅質(zhì)鱗片和硅質(zhì)薄膜均十分發(fā)育(圖6M)。SiO2初始沉淀先形成硅質(zhì)球，其形狀為圓球形或近圓球形，直徑平均為0.05～0.25μm[17]，是風(fēng)成環(huán)境和成巖作用中常見現(xiàn)象[20-22]。硅質(zhì)球相互聚集，進一步形成凸起的硅質(zhì)鱗片，鱗片狀SiO2沉淀進一步大面積擴展，甚至包裹整個顆粒，形成硅質(zhì)薄膜[17](圖6N)。石英顆粒的強烈溶蝕作用是炎熱氣候的產(chǎn)物，反映了高能化學(xué)環(huán)境[24]。在各種環(huán)境的石英砂表面都見到不同程度的氧化硅沉淀的產(chǎn)物，河流和海岸等水域環(huán)境的氧化硅沉淀作用限于砂粒表面的低洼處，形成散丸狀的硅質(zhì)珠,珠的直徑平均為0.05～0.25μm，氧化硅沉淀以風(fēng)成砂最發(fā)育[23]。顯著的沉淀作用往往與強烈的溶蝕作用相伴生，尤其在風(fēng)成環(huán)境中，干濕變化極為明顯。但孔隙水不飽和，不易帶走溶蝕的SiO2，僅在顆粒表面就近沉淀，因此沉淀現(xiàn)象十分明顯[24]。風(fēng)成砂往往整個砂粒表面被氧化硅沉淀形成的硅質(zhì)薄膜復(fù)蓋起來[23]。

這套砂巖石英顆粒表面十分發(fā)育，是風(fēng)沙環(huán)境中石英顆粒表面結(jié)構(gòu)的典型特征。由此可見這套紅層砂巖主要為風(fēng)成砂沉積，與干熱氣候相適應(yīng)，與水成砂沉積明顯不同。

3　結(jié)論

(1)通過對婆婆莊剖面測繪，從砂巖的沉積序列特征分析，這套砂巖巖層厚度大，成分、結(jié)構(gòu)、顏色、形狀在剖面上差異很小，結(jié)構(gòu)疏松，粒度均勻。磚紅色厚層細(xì)砂巖中礫石邊角清晰圓滑，具有紅棕色、灰黑色光亮的氧化薄膜，顯示出沙漠漆的特征，表面撞擊麻坑清晰可見。

(2)這套砂巖顆粒主要由中砂、細(xì)砂、極細(xì)砂組分組成，粉砂和粘土及粗砂級以上顆粒含量很少并與現(xiàn)代沙漠砂粒度分布特征接近。跳躍總體由兩個線段構(gòu)成，較粗線段斜率較高，較細(xì)線段斜率較低，說明躍移粒徑在較粗段較為集中，分選性中等-好，躍移組分含量占主導(dǎo)。粒度參數(shù)特征與現(xiàn)代沙漠砂極為相近，顯示砂巖粒度特征分析與典型風(fēng)成砂比較吻合。

(3)石英顆粒表面特征顯示其顆粒磨圓度高，表面碟形、新月形、溶蝕坑和硅質(zhì)沉淀等均十分發(fā)育，這些均是干熱氣候下風(fēng)沙環(huán)境中石英顆粒表面結(jié)構(gòu)的典型特征，主要為風(fēng)成砂沉積，與水成砂沉積明顯不同。

綜上所述，沉積序列特征、粒度特征、石英顆粒表面特征等表明，岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)磨溝組這套砂巖屬于一套與干熱氣候相適應(yīng)、形成于干旱氣候環(huán)境下風(fēng)沙活動的產(chǎn)物。

目前已有研究認(rèn)為，西秦嶺在晚白堊世初期為干旱炎熱的沙漠環(huán)境。西秦嶺當(dāng)時地貌已基本處于起伏有限的平坦面貌，特別是晚期演變成為統(tǒng)一的盆地面貌[7]。沙漠形成不僅需要干燥炎熱的氣候，同時地形對沙漠的形成也起著重要作用，較高的地形造成迎風(fēng)坡多雨，但背風(fēng)坡由于焚風(fēng)現(xiàn)象而利于沙漠的發(fā)展，同時盆地內(nèi)部地形起伏對風(fēng)的搬運和沉積也有著控制作用[25]。本文對岷縣西江盆地上白堊統(tǒng)紅層砂巖成因及環(huán)境的研究及干旱環(huán)境風(fēng)成沉積的結(jié)論，將對西秦嶺晚白堊世沉積構(gòu)造環(huán)境和構(gòu)造地貌狀態(tài)的研究具有重要的基礎(chǔ)和理論意義。為有待研究的沙漠環(huán)境范圍、古地貌形態(tài)及中-新生代陸內(nèi)構(gòu)造演化等熱點問題提供重要參考。

[1]郭進京,韓文峰,趙海濤,等.西秦嶺中-新生代紅層的構(gòu)造層劃分及其構(gòu)造意義[J].地質(zhì)論評,2014,60(6): 1231-1243.

[2]馮益民,曹萱澤,張二朋,等.西秦嶺造山帶結(jié)構(gòu)造山過程及動力學(xué)[M].西安:西安地圖出版社,2002.

[3]張國偉,郭安林,姚安平,等.中國大陸構(gòu)造中西秦嶺—松潘大陸構(gòu)造結(jié)[J].地學(xué)前緣,2005,11(3):23-32.

[4]張國偉,張本仁,袁學(xué)誠,等.秦嶺造山帶與大陸動力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2001.855.

[5]甘肅省地質(zhì)調(diào)查院.岷縣幅1:250000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.蘭州:甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2007.

[6]姜在興.沉積學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[7]郭進京,韓文峰,趙海濤,等.西秦嶺晚白堊世原型盆地-新生代青藏高原隆起[J].地質(zhì)科學(xué),2015,50(2): 1-13.

[8]舒良樹.普通地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2010.

[9]汪新文.地球科學(xué)概論[M].北京:地質(zhì)出版社,2013.

[10]吳正.風(fēng)沙地貌與治沙工程學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[11]朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[12]韓致文,董治寶,王濤,等.塔克拉瑪干沙漠風(fēng)沙運動若干特征觀測研究[J].中國科學(xué):D輯,2003,33(3):255-263.

[13]錢廣強,董治寶,羅萬銀,等.巴丹吉林沙漠地表沉積物粒度特征及區(qū)域差異[J].中國沙漠,2011,31(6):1358-1364.

[14]朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[15]ALEK SEE V A.Micromorphology of quartz grain surface as indicator of glacial sedimentation conditions: Evidence from the Protva River Basin [J]. Lithology and Mineral Resources，2005，40(5): 420-428.

[16]伍永秋,崔之久,葛道凱,等.昆侖山埡口地區(qū)第四紀(jì)地層石英砂表面結(jié)構(gòu)特征與沉積環(huán)境[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報,1998,6(2): 117-124.

[17]江新勝,徐金沙,潘忠習(xí).四川盆地白堊紀(jì)沙漠石英顆粒表面特征[J].沉積與特提斯地質(zhì),2003,23(1):60-68.

[18]COSTANTINI E A C,PRIORI S，URBAN B，et al. Multidisciplinary characterization of the middle Holocene eolian deposits of the Elsa River Basin (central Italy) [J]. Quaternary International，2009，209 (1/2): 107-130.

[19]同濟大學(xué)海洋系.掃描電鏡在石英外形研究中的應(yīng)用[M].上海:同濟大學(xué)科學(xué)技術(shù)情報站,1980.

[20]陳麗華,繆昕,于眾.掃描電鏡在地質(zhì)上的應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1986.

[21]陳麗華,繆昕,魏寶和.掃描電鏡在石油地質(zhì)上的應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1990.

[22]謝又予,等.中國石英砂表面結(jié)構(gòu)特征圖譜[M].北京:海洋出版社,1984.

[23]任明達,繆昕.石英砂表面微結(jié)構(gòu)—一種沉積環(huán)境標(biāo)志[J].地質(zhì)論評,1984,30(1): 36-43.

[24]崔曉莊,江新勝,伍皓,等.云南西北部麗江—劍川地區(qū)古近紀(jì)寶相寺組石英砂顆粒表面特征[J].地質(zhì)通報,2011,30(8): 1238-1244.

[25]江新勝,崔曉莊,伍皓,等.青藏高原東緣古近紀(jì)沙漠及其對季風(fēng)起源的啟示[J].沉積與特提斯地質(zhì),2012,32(3):54-63.

Genesis of red-bed sandstones in the Minxian region, western Qinling Mountains

HUI Lang-bo, GUO Jin-jing, ZHAO Hai-tao, WANG Li-xiao

(SchoolofGeologyandGeomatics,TianjinChengjianUniversity,Tianjin300384,China)

The red-bed strata represented by the Upper Cretaceous Mogou Formation in the Xijiang Basin， Minxian are made up of purplish red thick massive conglomerates at the base, followed upwards by red-bed sandstones with tremendous thickness. The genetenic analysis based on depositional sequences, grain sizes and surface features of quartz grains shows that this succession of sandstones has tremendous thickness interbedded with dry channel deposits and thin gravel beds in which the gravels have the features of desert varnish. The sandstones are well sorted, and dominated by medium-grained, fine-grained and very fine-grained sands without clay and silt. The quartz grains are well-rounded, and have well-developed wind scoop, trittkarren, morel basin and siliceous films. All the above-mentioned features suggest that the red-bed sandstones in the study area should be generated from the eolian deposition in the xerothermic conditions.

Xijiang Basin; SEM; grain size; surface feature of quartz grains

1009-3850(2016)02-0038-09

2015-08-06； 改回日期： 2015-10-09

惠浪波(1987-)，男，碩士研究生，沉積學(xué)與沉積盆地構(gòu)造分析方向。E-mail：wicsky@163.com

郭進京，男，教授，博士，主要從事青藏高原東北緣中新生代構(gòu)造地質(zhì)與沉積盆地教學(xué)研究。

E-mail：gjj@tcu.edu.cn；tjgjj@126.com

國家自然科學(xué)基金項目資助(41072149、41340002)

P512.2+1；P581

A