丁 力 , 向 芳, 楊 奇, 劉一鳴, 郭宇明

(1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059;2.中國電建集團江西省電力設計院有限公司，南昌 330000)

青藏高原的隆升與演化對亞歐大陸的水系、氣候等方面造成了巨大的影響，因此，青藏高原的研究可以為研究東亞的水系變遷及東亞乃至世界氣候的變化提供重要的科學依據(jù)[1]。青藏高原的東側構造極為復雜，同時也發(fā)育著眾多的河流水系，構成了中國地勢Ⅰ級、Ⅱ級階梯的過渡帶以及四川省西部的重要環(huán)境屏障[2]。岷江作為長江的一條重要支流，發(fā)源于青藏高原東側的岷山，流經(jīng)四川省西部的3個重要構造單元：四川盆地、龍門山構造帶與松潘-甘孜褶皺帶，因而，對于岷江演化的研究有助于我們更加深入地研究青藏高原東側的隆升演化過程及其環(huán)境效應[3]。

對于岷江的形成與演化，前人做過大量的研究。錢洪等[4-5]對岷江階地的年代資料做過統(tǒng)計，認為早更新世時，由磨拉石構成的斗雞臺、漳臘盆地并未被岷江切割，直到中更新世時，岷江才切過現(xiàn)在岷江上游的斗雞臺、漳臘盆地，致使磨拉石構成岷江階地的基座。楊農(nóng)等[6]對岷江上游各級階地進行了年代學等研究，認為川西高原階段性抬升導致了岷江上游階地的形成及演化。李勇等[7]通過對成都平原西側龍門山前的大邑礫巖進行重礦物分析，認為在晚新生代存在兩條岷江，分別發(fā)源于龍門山構造帶和松潘-甘孜褶皺帶，后因岷山斷塊的快速抬升，發(fā)源于龍門山構造帶的岷江襲奪了源于松潘-甘孜褶皺帶的岷江，進而形成了現(xiàn)在的岷江。鄭勇等[8]通過對成都平原西側的大邑礫巖重礦物特征進行了研究，認為大邑礫巖被岷江帶到成都平原，而且岷江在早更新世早期就已經(jīng)形成。李磊等[3]通過對岷江下游宜賓地區(qū)的岷江階地沉積物與現(xiàn)代河流沉積物中的重礦物組合進行分析研究，認為0.8 Ma以前的古岷江發(fā)源于龍門山構造帶，由于青藏高原的階段性隆升，岷江溯源侵蝕，最終在27 ka B.P.形成現(xiàn)代岷江。而對于輕礦物用于物源的研究，錢磊等[9]利用輕礦物得出歧北斜坡沙3段物源來源于其西部的滄縣隆起；付浩[10]將輕礦物組合特征與重礦物相互印證，認為隴東地區(qū)主要物源來自東北與西南兩個方向。

綜上所述，前人對于岷江的研究主要集中在岷江上游地區(qū)，對岷江下游的階地沉積物研究較少，認識相對匱乏；同時前人對岷江的演化過程存在較大的爭議，尚未形成統(tǒng)一的見解；且研究手段以重礦物為主，而輕礦物(包括巖屑)作為河流砂-粉砂質沉積物中的重要組成部分，約占陸源碎屑物的99.5%～99.9%，成為河流沉積的物源研究以及反演河流演化的重要對象。因此，本文從岷江階地及現(xiàn)代河床沉積物中輕礦物著手，結合重礦物組合特征，討論不同時期沉積的物源變化特征，從而為岷江的大致演化過程提供參考。

1 區(qū)域地質概況

岷江作為長江的一條重要支流，發(fā)源于青藏高原東側的岷山，流經(jīng)四川西部的3個重要構造單元[11](圖1-A)：松潘-甘孜褶皺帶、龍門山構造帶與四川盆地，最終在宜賓市與金沙江、長江匯合，流域長度約793 km。

松潘-甘孜褶皺帶構成了川西高原主要構造單元，其在印支期經(jīng)歷了顯著的造山運動，進入新生代，又經(jīng)歷了喜馬拉雅運動發(fā)生劇烈的抬升，并遭受剝蝕。松潘-甘孜褶皺帶的地層主要由三疊系西康群深海砂泥質復理石構成[12-14],廣泛出露的三疊系復理石地層面積幾乎占岷江流域的一半[15]。且根據(jù)《四川省區(qū)域地質志》[16]，松潘-甘孜褶皺帶西康群地層在印支期發(fā)生區(qū)域低溫動力變質作用，變質程度為低級變質，巖相不高于低綠片巖相，主要出露低級變質泥巖。龍門山構造帶位于四川盆地西部，呈北東-南西走向，是川西前陸盆地與松潘-甘孜褶皺帶的接合部位。龍門山構造帶出露地層具有核部老、兩翼新的典型特征，主要出露巖石為變質巖[17](圖1-B)。

2 剖面特征與樣品采集

根據(jù)野外觀察并結合前人的研究資料[3]，宜賓地區(qū)岷江發(fā)育5級階地，其中Ⅰ級階地和Ⅱ級階地遭受破壞難以觀察和采樣。岷江階地類型中基座階地較為發(fā)育，少見堆積階地和侵蝕階地。對岷江下游部分階地進行觀察采樣，主要剖面特征如下:

008剖面(圖2-A)：位于宜賓大明村，構成岷江的Ⅲ級階地，階地類型為基座階地，剖面海拔高度約322 m。沉積物特征為下部由棕紅色礫巖和粉砂巖構成，礫石的體積分數(shù)在35%左右，總體呈疊瓦狀構造，礫石直徑為6～15 cm，磨圓度較好，成分以石英質礫石為主，部分礫石有風化現(xiàn)象，階地出露厚度約1.8 m。

009剖面(圖2-B)：位于008剖面南西1 km處的幺店子鄉(xiāng)，構成岷江的Ⅳ級階地，剖面海拔高度約330 m。階地下部為棕黃色粉砂、泥充填于礫石中，礫石體積分數(shù)約35%，具疊瓦狀構造，礫徑6～20 cm，磨圓度較好，成分以石英質礫石為主，其中晶屑凝灰?guī)r礫石普遍風化。剖面向上礫石含量下降，頂部為棕黃色黏土沉積。階地出露厚度約為7.5 m。

圖1 岷江上游松潘-甘孜褶皺帶與龍門山構造帶地質簡圖Fig.1 Simplified geological map of Songpan-Ganzi fold belt and Longmenshan structural belt in the upper reaches of Minjiang River(A)據(jù)康春國等[11]； (B)據(jù)《四川省區(qū)域地質志》[16]修改

圖2 岷江下游階地采樣剖面照片F(xiàn)ig.2 Photographs showing the sampling section of river terrace in lower Minjiang River(A)008剖面，大明村Ⅲ級階地下部棕紅色粉砂填隙的礫石層; (B)009剖面，Ⅳ級階地下部棕黃色粉砂、黏土填隙的礫石層; (C)012剖面，高場鎮(zhèn)Ⅴ級階地上部棕黃色粉砂質黏土，偶見礫石; (D)020剖面，蔣壩村Ⅳ級階地下部棕黃、棕紅色長英質粗砂填隙的礫石層; (E)021剖面，蕨溪鎮(zhèn)Ⅲ級階地下部棕黃色粉砂質泥填隙的礫石層;(F)024剖面，北江村Ⅴ級階地棕黃色粉砂質泥填隙的礫石層

012剖面(圖2-C)：位于宜賓高場鎮(zhèn)，構成岷江的Ⅴ級階地，剖面海拔高度約363 m。沉積物為棕黃色粉砂、泥和礫石層，礫石體積分數(shù)約45%，往上可見棕黃色粉砂質黏土，蟲孔和垂直裂隙發(fā)育，礫石含量少，礫徑為1～3 cm，其中可見風化的晶屑凝灰?guī)r礫石。階地出露厚度為2～5 m。

014剖面：位于尤家咀的岷江右岸，為岷江現(xiàn)代河流沉積。

020剖面(圖2-D)：位于宜賓市屏山鎮(zhèn)蔣壩村，構成岷江的Ⅳ級階地，是路邊新挖的剖面，階地海拔高度約336 m。下部見厚度為14 cm的粉砂質夾層，隱約可見平行層理，層理面產(chǎn)狀為162°∠(5°～10°)，上覆礫石層，且具有典型的河流二元結構，礫石體積分數(shù)在70%左右，被棕黃-棕紅色長石質粗砂充填，礫石疊瓦狀構造發(fā)育，礫石產(chǎn)狀為345°∠26°。礫石成分較為復雜，可見火山碎屑巖、泥巖、砂巖、火成巖礫石以及千枚巖、片麻巖等中高級變質巖質礫石，礫徑多數(shù)為5～15 cm。

021剖面(圖2-E)：位于宜賓市蕨溪鎮(zhèn)，出露岷江Ⅲ級階地，海拔高度約317 m。礫石層中棕黃色粉砂質泥填隙，質地較干，礫徑多數(shù)為2～10 cm，礫石體積分數(shù)約45%，成分較穩(wěn)定，主要為石英巖和石英砂巖質礫石，花崗巖和玄武巖質礫石次之，部分礫石出現(xiàn)風化現(xiàn)象，礫石整體呈疊瓦狀排列，且具有明顯的河流二元結構，向上有泥質逐漸增多的趨勢。

022剖面：位于宜賓市北江村，為岷江現(xiàn)代河流沉積。

024剖面(圖2-F)：位于宜賓市北江村，構成了岷江的Ⅴ級階地，類型為堆積階地，海拔高度約409 m。礫石層中棕黃色粉砂質泥填隙，礫石體積分數(shù)約70%，礫石成分較穩(wěn)定，部分礫石有風化現(xiàn)象，主要為石英巖和石英砂巖，偶見灰白色長石砂巖質礫石，可見較多的花崗巖質礫石，礫徑為4～15 cm，出現(xiàn)了兩組最大扁平面，偶見豎直礫石。

筆者在岷江階地和現(xiàn)代河流沉積物中總共采集8份樣品(表1)。通過對宜賓地區(qū)岷江階地和現(xiàn)代沉積物的觀察分析，岷江Ⅴ級階地主要含有石英巖與石英砂巖質礫石和較多的花崗巖質礫石、晶屑凝灰?guī)r礫石，長石砂巖質礫石較少；Ⅳ級階地礫石成分較為復雜，可見火山碎屑巖、泥巖、砂巖、火成巖礫石以及千枚巖、片麻巖等中高級變質巖質礫石，還可見風化的晶屑凝灰?guī)r礫石；Ⅲ級階地主要含有石英巖和石英砂巖質礫石，花崗巖和玄武巖質礫石相對較少；岷江現(xiàn)代沉積物中的礫石成分復雜，除了含有石英質礫石、中酸性火成巖礫石以及玄武巖礫石外，變質巖礫石含量有所增加。

表1 宜賓地區(qū)岷江階地與現(xiàn)代河流沉積物樣品特征Table 1 Characteristics of samples from Minjiang River terrace and modern river sediment in Yibin area

3 輕礦物的多礦物法分析

輕礦物一般指密度<2.85 g/cm3的礦物，主要礦物有石英、長石以及方解石等[18-19]，在本文中特指砂-粉砂質沉積物中與重礦物相區(qū)別的石英、長石等礦物碎屑和巖屑，為了表述方便而統(tǒng)稱為輕礦物。輕礦物的物源分析方法主要有兩種：一是多礦物組合法，以Dickinson圖解分析的應用最為廣泛，主要利用Dickinson三角圖解來解釋河流物源區(qū)的構造背景[20]；二是單礦物分析法，主要是對單晶石英進行研究分析。由于輕礦物在顯微鏡下容易鑒定和統(tǒng)計，樣品經(jīng)常規(guī)重礦物分離處理以后，將輕礦物選取一小部分放在載玻片上，經(jīng)樹膠凝固后拋光制成常規(guī)薄片。在偏光顯微鏡下，用不同顏色對不同成分進行標記，其中用紅色標記單晶石英、綠色標記長石、黃色標記巖屑(包括燧石等石英質巖屑)(圖3)，分別統(tǒng)計每種礦物和巖屑的顆粒數(shù)量，每個薄片統(tǒng)計300～500個顆粒，再求出每種礦物和巖屑的數(shù)量百分比，統(tǒng)計結果見表2。實驗在成都理工大學沉積地質研究院專業(yè)實驗室使用日本尼康株式會社生產(chǎn)的Nikon LV100POL型號顯微鏡完成，使用正交偏光，放大倍數(shù)為4倍。

圖3 岷江下游階地沉積物中輕礦物鏡下特征Fig.3 Microscopic characteristics of light minerals from terrace sediments in lower Minjiang River

Dickinson的QFL和QmFLt三角圖解是一種方便、有效且常用的分析物源區(qū)構造環(huán)境工具，很多學者都將Dickinson圖解作為物源分析的重要手段[21-24]。在QFL和QmFLt三角圖解中，Q表示石英顆粒數(shù)量的比率，它包括單晶石英和多晶石英， 多晶石英巖屑如石英巖和燧石的巖屑都屬于石英顆粒；Qm表示單晶石英顆粒數(shù)量的比率；F表示長石顆粒數(shù)量的比率；L表示巖漿巖或沉積巖碎屑顆粒數(shù)量的比率；Lt表示多晶石英在內的各種巖屑的顆?？倲?shù)量的比率。在使用2種三角圖統(tǒng)計砂巖成分時，最大的區(qū)別在于QFL三角圖將多晶石英歸為Q，而QmFLt三角圖解將多晶石英歸為Lt。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)作圖，得出的Dickinson圖解(圖4)。從圖中可以看出，Ⅴ級階地全部位于石英型循環(huán)造山帶，Ⅳ級階地全部位于過渡型循環(huán)造山帶，Ⅲ級階地的2個點分別位于石英型循環(huán)造山帶和過渡型循環(huán)造山帶，現(xiàn)代沉積全部位于過渡型循環(huán)造山帶，說明岷江下游階地和現(xiàn)代沉積的物源區(qū)構造背景總體為循環(huán)造山帶環(huán)境，陸塊內部環(huán)境和巖漿弧環(huán)境并沒有提供物質。

表2 岷江下游沉積物的礦物和巖屑數(shù)量比率及特征指數(shù)Table 2 Mineral and debris quantity ratios and characteristic indices for sediments from lower Minjiang River

圖4 岷江下游沉積物的Dickinson圖解Fig.4 Dickinson diagram for lower Minjiang River sediments

4 岷江階地及現(xiàn)代河流沉積物源討論

根據(jù)輕礦物的Dickinson三角圖解，說明岷江下游從Ⅴ級階地沉積到現(xiàn)代河流沉積，物源具有從石英型循環(huán)造山帶向過渡型循環(huán)造山帶變化的過程。根據(jù)表2統(tǒng)計的輕礦物和巖屑顆粒數(shù)量的比率，石英含量整體較高，但現(xiàn)代沉積物中的石英含量相較于階地沉積物中的石英含量有所下降；長石在階地沉積物中與現(xiàn)代沉積物中含量整體較低；巖屑含量整體較高，在階地沉積物中巖屑含量稍低于石英的含量，但在現(xiàn)代沉積物中巖屑含量稍多于石英的含量，說明現(xiàn)代沉積物的物源相較于階地沉積物有較明顯的改變。F.J.Pettijohn[25]將砂巖中輕礦物的不同組合比值作為判斷物源特征的指標，并提出砂巖的成分成熟度指數(shù)和物源區(qū)指數(shù)的定義。成分成熟度代表碎屑沉積物中碎屑礦物的改造程度；而物源區(qū)指數(shù)則反映了物源區(qū)和母巖的性質、氣候及風化情況。具體計算公式如下

D=Q/(F+R)

W=F/R

其中：D代表成分成熟度；Q代表單晶石英顆粒數(shù)量的比率；F代表長石顆粒數(shù)量的比率；R代表巖屑顆粒數(shù)量的比率；W代表物源區(qū)指數(shù)，計算結果見表2。

由于表2中每級階地計算的物源區(qū)指數(shù)有兩個值，因此將同一級階地的物源區(qū)指數(shù)進行整合，計算得出：Ⅴ級階地整體的物源區(qū)指數(shù)為0.16，Ⅳ級階地整體的物源區(qū)指數(shù)為0.20，Ⅲ級階地整體的物源區(qū)指數(shù)為0.21，現(xiàn)代沉積物的物源區(qū)指數(shù)為0.07。根據(jù)物源區(qū)指數(shù)，繪制了宜賓地區(qū)岷江的物源區(qū)指數(shù)折線圖(圖5)。從圖中可以看出，從Ⅴ級階地到現(xiàn)代沉積，物源區(qū)指數(shù)經(jīng)歷了先升高后降低的過程。由于長石反映母巖的性質、氣候和風化狀況，巖屑反映大地構造狀況，在第四紀氣候存在逐漸變冷干的大背景下，如果物源保持不變，長石更容易保存下來，因此物源區(qū)指數(shù)會隨著長石含量的增加而增大，從而出現(xiàn)該指數(shù)隨時間變大的情況。但事實與此相反，因此認為物源區(qū)指數(shù)與河流不斷演化中物源區(qū)的位置、物源區(qū)的巖石類型變化從而引起長石和巖屑的相對含量發(fā)生變化有關，且岷江Ⅴ級至Ⅲ級階地沉積的物源區(qū)指數(shù)相近，而Ⅲ級階地沉積以后發(fā)生明顯變化，說明宜賓地區(qū)岷江在形成Ⅲ級階地后，物源區(qū)有較為明顯的改變。

圖5 岷江下游沉積物源指數(shù)折線圖Fig.5 Index line map of sediment source in lower Minjiang River

李磊等[3]通過對宜賓地區(qū)岷江的重礦物組合類型統(tǒng)計得出Ⅴ級至Ⅲ級階地沉積物中鋯石、金紅石、白鈦礦、鈦鐵礦等火成巖型重礦物含量較高，在岷江現(xiàn)代河流沉積中，綠簾石、藍晶石、石榴石、角閃石等變質巖型重礦物含量較高(表3)，兩者重礦物組合存在明顯的差異。此外，GZi指數(shù)反映中低級變質巖物源，指數(shù)越高表明沉積物來自于中低級變質巖物源的可能性越高；ZTR指數(shù)表明重礦物的成熟度， 其數(shù)值越大重礦物成熟度越高，指示沉積物搬運距離越遠。

表3 岷江下游階地與現(xiàn)代沉積物主要重礦物組合類型及母巖類型Table 3 Main heavy mineral assemblage and parent rock types of terrace and modern sediments in lower Minjiang River

根據(jù)GZi指數(shù)和ZTR指數(shù)的研究(表4)[3,26-28]，宜賓地區(qū)岷江階地沉積物的GZi值很低，基本接近于0，表明岷江Ⅴ級階地至Ⅲ級階地沉積物并非來源于中低級變質巖區(qū)；而現(xiàn)代沉積物的GZi指數(shù)為70%，揭示岷江現(xiàn)代沉積物主要來源于中低級變質巖區(qū)，與松潘-甘孜褶皺帶變質程度較低的變質巖有關。階地沉積中，ZTR指數(shù)差別不大，但在現(xiàn)代沉積中，ZTR指數(shù)下降最明顯，唯一合理的解釋就是現(xiàn)代沉積的物源發(fā)生了明顯的改變。

表4 岷江下游階地重礦物與現(xiàn)代重礦物特征指數(shù)Table 4 Characteristic index of terrace heavy minerals and modern heavy minerals in lower Minjiang River

前人研究表明，礫巖中礫石成分等變化是有效判斷物源位置的直接證據(jù)[22,29-30]。通過對礫石成分特征的觀察發(fā)現(xiàn)，岷江Ⅴ級至Ⅲ級階地沉積物中除了較穩(wěn)定的石英質礫石，中酸性火成巖質礫石較多，玄武巖質礫石相對較少，而現(xiàn)代沉積物中的變質巖質礫石含量有所增加，說明岷江上游物源在Ⅲ級階地形成后發(fā)生了明顯的變化。結合前文龍門山構造帶的巖性主要為中酸性巖漿巖類，松潘-甘孜褶皺帶的巖性主要為低級變質巖類，證明宜賓地區(qū)岷江Ⅴ級階地至Ⅲ級階地的沉積主要來源于龍門山構造帶，岷江現(xiàn)代沉積主要來源于松潘-甘孜褶皺帶。

不可忽略的是，支流的匯入可能會對岷江物源演化的解釋造成一定影響。通過圖1-B可以發(fā)現(xiàn)岷江上游支流發(fā)育，但長度普遍較短，且主體流經(jīng)松潘-甘孜褶皺帶。前文表明Ⅲ級階地形成以后岷江干流源頭溯源侵蝕到松潘-甘孜褶皺帶，才接納上游支流的匯入，此時岷江上游的支流和干流均受到松潘-甘孜褶皺帶的影響，表現(xiàn)為以變質巖類為主，因此，上游支流的匯入對岷江下游干流物源演化的分析不會產(chǎn)生影響。大渡河作為岷江最長的支流，它在岷江中游的匯入可能會對岷江下游沉積物組分造成影響。但研究發(fā)現(xiàn)，大渡河流域主要流經(jīng)松潘-甘孜褶皺帶及靠近龍門山構造帶南端的中酸性巖漿巖出露區(qū)(圖1-A)，物源區(qū)的構造單元和出露的巖石組合上與岷江水系的物源區(qū)相似，因此大渡河的匯入主要造成岷江下游沉積物中的中酸性火成巖含量絕對值的變化，但對岷江物源演化的趨勢影響不大。

5 結 論

在對宜賓地區(qū)岷江河流階地與現(xiàn)代河流沉積物的研究基礎上，通過對沉積物特征的野外觀察和室內分析，利用輕礦物的多礦物分析法研究岷江物源區(qū)構造背景的變化，討論了輕礦物、輕礦物物源區(qū)指數(shù)以及岷江沉積物中礫石成分對岷江上游物源變化的反映，得出了以下結論：

a.利用Dickinson圖解、輕礦物物源區(qū)指數(shù)、重礦物組合特征以及岷江沉積物中礫石成分等的變化，可反映岷江物源區(qū)的變化。

b.宜賓地區(qū)岷江Ⅴ級至Ⅲ級階地形成時期，岷江物源區(qū)主要位于龍門山構造帶；Ⅲ級階地形成以后，岷江不斷溯源侵蝕，現(xiàn)代岷江沉積物的源區(qū)主要位于松潘-甘孜褶皺帶。