摘要
龙门山由于其地质结构及地质演化的复杂性一直是研究关注的焦点,地形梯度变化大、岩浆变质作用最复杂的龙门山中段,成为揭示龙门山地质结构的理想区域之一。目前对于龙门山中段印支期发育几期构造活动尚未形成统一的认识。本文充分利用钻井与地震资料,井震联合标定后进行龙门山前中段绵竹地区印支期不整合面的识别以及类型划分,根据不整合面削截超覆点在平面的投影勾勒不同期次各类型不整合的分布范围,构建绵竹地区年代地层格架,同时建立不整合演化模式图。结果表明:龙门山前中段绵竹地区印支期存在四次较为连续的地层缺失:印支早期约9 Ma,印支中期Ⅰ幕约5 Ma,中期Ⅱ幕约5 Ma,印支晚期约28 Ma;研究区印支期自下而上识别出了四套不整合:雷口坡组与马鞍塘组不整合、小塘子组与须家河组二段不整合、须家河组三段与四段不整合、须家河组五段与白田坝组不整合;总体来看,不整合沿印支期古推覆体自北东至南西向展布,北东宽,南西窄,自北西至南东由角度不整合过渡为平行不整合。龙门山中段印支期呈多幕演化且具有由北向南递进变形的特征,其中,印支早期与印支晚期是影响龙门山至四川盆地的关键构造变革。龙门山前中段印支期不整合面时空分布特征的厘定与年代地层格架的建立,为龙门山构造带印支期的定量化研究提供借鉴与参考,为厘定印支期构造活动次序提供依据。
Abstract
The Longmen Mountains, with their complex geological structure and evolution, have been a focal point of research. The middle segment of the Longmen Mountains, characterized by significant topographic gradients and complex magmatic metamorphism, has become one of the ideal areas to reveal their geological structure. However, a unified understanding of the multiple structural events that shaped the middle Longmen Mountains during the Indosinian period remains elusive. This study uses drilling and seismic data, combined with well-seismic correlation, to identify and classify Indosinian unconformities in the Mianzhu area, situated in the piedmont zone of the middle section of the Longmen Mountains. By analyzing the spatial distribution of unconformity intersection points, we outline the extent of various unconformity types across different periods, construct a chronostratigraphic framework for the Mianzhu area, and establish the unconformity evolution model map. The results show that there are four consecutive stratigraphic faults in the early Indosinian stage, 5 Ma in the middle Indosinian stage I, 5 Ma in the middle Indosinian stage II, and 28 Ma in the late Indosinian stage. Four sets of unconformities are identified in the study area, progressing from oldest to youngest: between the Leikoupo and Maantang Formations, between the Xiaotangzi Formation and Member 2 of the Xujiahe Formation, between Member 3 and Member 4 of the Xujiahe Formation, and between Member 5 of the Xujiahe and Baitianba Formations. In general, the unconformities exhibit a distinct spatial pattern, extending from NE to SW along the Indosinian ancient nappe, widening towards the NE and narrowing towards the SW. Furthermore, they transition from angular unconformities in the NW to parallel unconformities in the SE. The middle part of the Longmen Mountains is characterized by a multi-stage evolution, with progressive deformation from north to south, among which the early and late Indosinian phases are the key structural changes affecting the Longmen Mountains to the Sichuan basin. By determining the spatial and temporal distribution of Indosinian unconformities in the Mianzhu area and establishing a chronostratigraphic framework, this study provides a valuable foundation for quantitative analysis of the Indosinian tectonic belt within the Longmen Mountains. Moreover, it offers crucial insights into the sequence of tectonic activity during the Indosinian period.
龙门山构造带位于扬子地块西缘,东侧为四川盆地,西侧为松潘-甘孜褶皱带,总体呈北东-南西向延伸,是中国最典型的逆冲推覆构造之一(郭正吾等,1996;乔秀夫等, 2012),其地质构造的复杂性和地质历史的丰富性一直是学者们关注的焦点。其中,龙门山中段由于岩浆及变质活动强烈,是揭示龙门山地质结构的理想区域之一。前人针对龙门山中段构造变形特征的研究表明,印支期运动以来,龙门山及其东侧的川西前陆盆地受到多期次的挤压作用,发育许多复杂的构造(王金琪,1990;李智武等,2008;Yan Danping et al.,2011),形成了多套不整合。
针对龙门山山前印支期不整合的识别与期次厘定,前人做了大量研究工作。印支期运动早期的抬升剥蚀造成了龙门山山前及四川盆地雷口坡组顶部不同程度的剥蚀,形成其与上覆马鞍塘组、小塘子组不整合接触(郭正吾等,1996;曹正林等,2023)。关于印支中期的起始时限前人看法不一,有学者发现须家河早期地层与马鞍塘组有明显的侵蚀面存在,认为发生在马鞍塘组与小塘子组之间(林茂炳等,1996);有学者认为印支中期发生在小塘子期末,龙门山北段与平武地体发生碰撞,须二段中间出现砾岩(杨克明等,2012)。发生于诺利期与瑞替期之交的安县运动(王金琪,1990)被认为是龙门山最强烈的一次造山运动(王金琪,2003),造成了须家河组三段与四段之间的区域不整合接触。印支期运动晚期造成了四川盆地全盆发育须家河组与侏罗系的角度不整合接触(王金琪,2012;杨威等,2023)。此外,随着野外地质调查的开展,前人在川西北绵竹汉旺发现马鞍塘组与小塘子组之间的不整合,认为其揭示了印支早期复杂多变的气候环境(张彪等,2013)。
本次研究充分利用测井资料以及绵竹—秀水—永昌三维地震资料,对龙门山前中段绵竹地区印支期的不整合开展深入研究。从识别不整合出发,对研究区印支期的多套不整合进行类型划分与期次厘定,精细刻画不同期次各类型不整合的分布范围,并建立年代地层格架,为龙门山构造带印支期的定量化研究提供借鉴和参考。研究也构建了龙门山前中段绵竹地区印支期不整合演化模式,以更直观的方式呈现不整合的形成与演化过程,为龙门山冲断带构造活动次序的厘定提供依据。
1 地质背景
龙门山构造带位于青藏高原东南缘与四川盆地分界线上,整体呈NE-SW向延伸,是一条构造特征复杂的大型构造带(Lu Renqi et al.,2014;Jia Dong et al.,2020)(图1a)。从大地构造部位上看,龙门山位于东部滨太平洋构造域和西部特提斯-喜马拉雅构造域的过渡交接位置,它的形成发展涉及到印支期中国大陆主体拼合与新生代印度-欧亚大陆碰撞两次重大事件(刘树根等,2008;郑勇等,2018)。沿龙门山冲断带走向上以卧龙—怀远、北川—安县一线为界将其划分为南、中、北三段(李智武等,2008;Zhang Peizhen et al.,2010;Tan Xibin et al.,2019)。根据分带性变形特征,将龙门山构造带划分为后山带、前山带、山前带(图1b)。
在地质历史中,印支期的构造事件深刻影响着龙门山构造带的构造形态与地层结构。晚三叠纪期间,由于古特提斯最终闭合,华北地块、羌塘地块和扬子地块汇聚碰撞,龙门山地区先存的正断层发生反转,构造环境从被动大陆边缘变为前陆环境(Chen Shefa et al.,1995;Lu Renqi et al.,2014),松潘-甘孜地区褶皱隆升,强烈的构造活动使得地层抬升剥蚀发育多套不整合面。
本次研究以龙门山前绵竹—秀水—永昌三维工区为主要对象。研究工区位于四川盆地西北部,属于龙门山中段山前构造带,区域内发育大量走向北东-南西向,断面倾向北西向的逆冲断层,以及不同规模的隐伏断裂(图1b)。龙门山中段的地层发育比较齐全,震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、二叠系、三叠系、白垩系和第四系均有出露(图1c)。
研究印支期不整合面涉及的层位由老到新依次为:雷口坡组(T2l)、马鞍塘组(T3m)、小塘子组(T3t)、须家河组(T3x)、白田坝组(J1b)、千佛崖组(J2q)。雷口坡组为一套海相白云岩,马鞍塘组下部碳酸盐岩发育,向上过渡为砂岩、粉砂岩,至小塘子组已全是碎屑岩沉积。尽管马鞍塘组碎屑岩增多,但整体仍属于海相沉积(杨克明等,2012;王小娟等,2023)。须家河组至千佛崖组为陆相碎屑沉积层,须家河组以发育砂岩为主,其中须家河组三段、五段夹煤层,须家河组四段底部发育砾岩。侏罗系白田坝组主要为泥岩、粉砂岩,千佛崖组发育砂砾岩、砾岩。
2 不整合面的识别及类型分布
2.1 不整合面的识别
基于研究区的测井及三维地震资料,识别出印支期自下至上有四套不整合,分别是印支早期雷口坡组与马鞍塘组不整合、印支中期Ⅰ幕小塘子组与上覆须家河组的不整合、印支中期Ⅱ幕须家河组三段与须四段的不整合以及印支晚期须家河组顶部与上覆侏罗系不整合。
2.1.1 测井特征
不整合在测井曲线上表现为突变界面,结合录井资料证实上下地层存在岩性的差异。不整合面上覆、下伏地层的岩性变化、沉积环境的变化、地层压实和成岩作用等差异因素均可在测井资料中得到反映。沉积相改变,自然伽马和电阻率曲线表现为不同的测井相组合。不整合面之下地层易遭受风化、剥蚀、淋滤、溶解,常呈高孔隙度,高渗透率特征(何登发,2007;李浩等,2007;李慧琼等,2017)。本次研究以研究区潼深1井为主要对象,通过研究区潼深1井及邻区井的对比能证实印支期多套不整合的存在,上下地层测井特征、岩性特征等明显不同(图2)。
印支早期雷口坡组与马鞍塘组测井特征差异明显。不整合面处自然伽马值突变,潼深1井雷口坡组GR曲线呈箱状,马鞍塘组GR曲线呈指状、齿状。岩性上的变化为,雷口坡组的白云岩向上突变为马鞍塘组的页岩、粉砂岩。潼深1井的录井地质报告中解释,Al、Si、Fe元素相对富集,证实了雷口坡组顶部风化壳的存在。此外,潼深1井井下缺失马鞍塘组一段灰岩,邻区新深1井与彭州1井均钻遇马鞍塘组一段,也说明了研究区在雷口坡组沉积后发生了强烈剥蚀。
印支中期Ⅰ幕小塘子组与上覆须家河组二段岩性发育差异较为显著,潼深1井小塘子组为页岩与砂岩的不等厚互层,上覆须家河组二段为大套的砂岩夹页岩。潼深1井小塘子组GR曲线为齿状,须二段为箱状,且须二段值略低,潼深1井小塘子组厚度薄于邻区井。
Fig.1Longmen Mountain structural location (a) , Longmen Mountain structural unit division diagram (b) and lithologic column diagram in the middle section of Longmen Mountain (c) (Fig.1b is modified after Li Zhiwu et al., 2008)
(a)—轿子顶杂岩;(b)—彭灌杂岩;(c)—宝兴杂岩;F1—汶川-茂汶断裂;F2—北川-映秀断裂;F3—灌县-安县断裂;F4—彭县隐伏断裂;Ⅰ-1—弧形韧性变形带;Ⅱ-1—基底冲断-同劈理褶皱带;Ⅱ-2—同心褶皱-叠瓦冲断带;Ⅲ-1—前缘扩展变形带;Ⅲ-2—川西坳陷带
(a) —Jiaoziding complex; (b) —Pengguan complex; (c) —Baoxing complex; F1—Wenchuan-Maowen fault; F2—Beichuan-Yingxiu fault; F3—Guanxian-Anxian fault; F4—Pengxian buried fault; Ⅰ-1—curved ductile deformation belt; Ⅱ-1—basement thrust-homocleavage fold belt; Ⅱ-2—concentric fold-imbricate thrust belt; Ⅲ-1—frontal propagation deformation belt; Ⅲ-2—western Sichuan depression belt
印支中期Ⅱ幕须家河组三段与四段岩性特征差异明显。潼深1井、新深1井须家河组四段底部发育砾岩,覆盖于须家河组三段的砂岩之上。从潼深1井来看,不整合面之下须家河组三段GR曲线呈中低值指状、齿化箱状,不整合面之上须家河组四段GR曲线呈中低值箱状,在不整合面处GR值低幅度变化。
图2潼深1井及邻区井印支期不整合测井响应特征对比
Fig.2Comparison of Indochinese unconformity logging response characteristics between Tongshen 1 well and its adjacent areas
J2q—千佛崖组;J1b—白田坝组;T3x5—须家河组五段;T3x4—须家河组四段;T3x3—须家河组三段;T3x2—须家河组二段;T3t—小塘子组;T3m—马鞍塘组;T2l—雷口坡组;AC—声波时差;GR—自然伽马;1 ft=0.3048 m
J2q—Qianfoya Fm.; J1b—Baitianba Fm.; T3x5—5th Member, Xujiahe Fm.; T3x4—4th Member, Xujiahe Fm.; T3x3—3rd Member, Xujiahe Fm.; T3x2—2nd Member, Xujiahe Fm.; T3t—Xiaotangzi Fm.; T3m—Maantang Fm.; T2l—Lekoupo Fm.; AC—sonic; GR—natural gamma; 1 ft=0.3048 m
印支晚期须家河组五段上部为黑色页岩、灰黑色砂质页岩,上覆白田坝组为灰色砂岩与泥岩,千佛崖组底部发育砾岩。潼深1井白田坝组、千佛崖组、须家河组五段GR曲线均呈中低值齿状,白田坝组、千佛崖组AC曲线呈低值齿状,须家河组五段AC曲线呈低值齿状夹中高值指状。
2.1.2 地震响应
通过潼深1井制作合成记录,以马鞍塘组为标志层标定地层并进行横向对比追踪,为不整合面识别奠定基础。须家河组底部马鞍塘组的页岩,地震上呈现强反射振幅,强连续,易于追踪。须家河组三段、五段的页岩及煤系在地震上呈中—强反射,强连续特征,也是进行地震剖面解释的层位依据(图3)。本文以过潼深1井的NW-SE、SW-NE两条方向不同的剖面来说明。
Line6870与Trace2880地震剖面的解释结果显示,在前陆扩展变形带,中上三叠统发育一系列倾向北西的逆冲断层,收敛于中三叠统滑脱层上。冲断前锋带主要为须家河组二段与三段的卷入变形,结合浅表地质特征,推覆体上盘发育中下三叠统的卷入变形。须家河组三段变形强烈,在推覆体处与须家河组四段呈上超下削型不整合。由南东至北西方向,须家河组五段厚度逐渐减薄,最终剥蚀殆尽。在前陆坳陷带,侏罗系呈山前单斜带特征超覆于须家河组五段之上(图4、图6)。
根据局部放大图可见,雷口坡组顶部被削截,地震同相轴有明显的反射终止。小塘子组厚度不均,小塘子组至须家河组二段,近古推覆体处,地震反射较为杂乱,可见地震同相轴的反射终止现象。须家河组三段内部地震波组呈中等连续特征,在与须家河组四段的不整合界面上有显著的削截现象。须家河组五段一系列低角度下倾的同相轴向上逐渐终止于白田坝组(图5)。
图3龙门山前中段绵竹地区地震波组特征
Fig.3Characteristics of seismic wave group in Mianzhu area in the middle of the front of Longmen Mountains
图4Line6870地震剖面解释方案(剖面位置见图1b中A—A′)
Fig.4Seismic profile interpretation scheme of Line6870 (A—A′ profile location is shown in Fig.1b)
P—二叠系;T1j+T2l—嘉陵江组+雷口坡组;T3m—马鞍塘组;T3t—小塘子组;T3x2—须家河组二段;T3x3—须家河组三段;T3x4—须家河组四段;T3x5—须家河组五段;J1b—白田坝组;J2q—千佛崖组;J2s—沙溪庙组;J3sn—遂宁组;J3p—蓬莱镇组;K1j—剑门关组;Q—第四系
P—Permian; T1j+T2l—Jialingjiang Fm.+Leikoupo Fm.; T3m—Maantang Fm.; T3t—Xiaotangzi Fm.; T3x2—2nd Member, Xujiahe Fm.; T3x3—3rd Member, Xujiahe Fm.; T3x4—4th Member, Xujiahe Fm.; T3x5—5th Member, Xujiahe Fm.; J1b—Baitianba Fm.; J2q—Qianfoya Fm.; J2s—Shaximiao Fm.; J3sn—Suining Fm.; J3p—Penglaizhen Fm.; K1j—Jianmenguan Fm.; Q—Quaternary
2.2 不整合的类型
不整合类型主要指不整合面上下地层之间的接触关系,根据不整合上下地层产状,可将不整合分为两大基本类型,即平行不整合(假整合)和角度不整合。从不同角度出发,不整合面类型的划分有不同方案。前人借用地震地层学术语,根据不整合面的削截、超覆关系进行类型划分,将不整合面上下地层的接触关系划分为四种类型:削蚀-超覆型、削蚀-整一型、整一-超覆型、整一-整一型(何登发,2007)。本次研究采用这种类型划分方案,将研究区内不同类型不整合地震响应特征归纳总结(图7)。
图5Line6870地震剖面解释方案局部放大图(剖面位置见图4)
Fig.5Local magnification of seismic profile interpretation scheme of Line6870 (see Fig.4 for profile location)
印支早期雷口坡组与上覆马鞍塘组在近古推覆体处呈整一-超覆型不整合,下伏地层平行不整合面,上覆地层超覆于老地层上。此外,根据测井资料,马鞍塘组与下伏雷口坡组呈平行不整合接触(图2),不整合面上下地层平行,接触面为简单的剥蚀间断,这种整一-整一型不整合在地震剖面上的响应不明显。
印支中期Ⅰ幕小塘子组与须家河组二段呈削蚀-超覆型不整合,下伏小塘子组被削截,须家河组二段超覆其上。印支中期Ⅱ幕受安县运动强烈逆冲推覆的影响,不整合面为削蚀-超覆与削蚀-整一型。在古推覆体上须家河组三段四段不整合呈削蚀-整一型,不整合面下为受逆冲断裂带控制的断褶带,不整合面上见须家河组四段平层覆盖。远离推覆体的前陆坳陷带,须三段与须四段呈削蚀-超覆型不整合,不直接受断裂带控制,下伏须家河组三段褶皱剥蚀,其上超覆须家河四段。
印支晚期不整合主要为削蚀-整一型不整合,不整合面上下地层产状不同。不整合面下须家河组呈单斜,地层被削截,侏罗系覆盖在须家河组之上。
图6Trace2880地震剖面解释方案(剖面位置见图1b中B—B′)
Fig.6Interpretation scheme of Trace2880 seismic profile (see Fig.1b for the B—B′ profile location)
3 不整合的时空分布
3.1 不整合面的平面展布
本次研究,利用三维地震资料,根据不整合面的削截点、超覆点在平面的投影,勾勒出不同幕次各类型不整合在平面上的展布特征(图8)。
总体看研究区内,大致以花荄镇-绵竹为界,北西侧地层变形强烈,角度不整合广泛分布,南东侧以分布整一-整一型不整合为主。削蚀-超覆型、削蚀-整一型不整合沿古推覆体呈北东-南西向展布,整一-超覆型不整合主要分布于研究区北东侧。不整合分布范围自北东-南西向逐渐减小,中部局部加宽,不同幕次不同类型的不整合在平面分布上为交叉叠置关系。
从不同类型的分布特征来看,印支早期雷口坡组与马鞍塘组整一-超覆型不整合发育于研究区北东侧,至秀水镇一带消失,向东南方向过渡为整一-整一型不整合(图8a)。印支中期的削蚀-超覆型不整合沿隐伏断裂带展布,北至楠木园,南至永兴场(图8b)。印支中期Ⅱ幕须三段与须四段的削蚀-整一型不整合于冲断前锋带前展布,主要发育于绵竹、桑枣园等地。自北西-南东,印支中期Ⅱ幕不整合类型由削蚀-超覆型过渡为削蚀-整一型(图8c)。印支晚期的削蚀-整一型不整合,自北西至南东逐渐过渡为整一-整一型不整合(图8d),自北向南由高角度不整合变为低角度不整合,分布范围逐渐减小。
3.2 年代地层格架
以地理位置为横坐标,地层组为纵坐标表示时间格架上的地层连续沉积以及不整合面上剥蚀、沉积作用,根据潼深1井的测井资料以及过井的地震剖面,建立了龙门山前绵竹地区印支期NW-SE向等时年代地层格架(图9)。
图7龙门山前绵竹地区印支期不同类型不整合地震响应特征
Fig.7Seismic response characteristics of different types of unconformity during the Indosinian in the pre-Mianzhu area of Longmen Mountains
结果显示,龙门山前中段绵竹地区印支期的地层缺失主要发生在雷口坡组、小塘子组、须家河组三段以及须家河组五段。这4次较为连续的地层缺失,时限分别为:印支早期约9 Ma,印支中期Ⅰ幕约5 Ma,中期Ⅱ幕约5 Ma,印支晚期约28 Ma。
印支早期自北西-南东由角度不整合过渡为平行不整合,属于海相沉积,此时应力场由伸展向收缩体制转变。印支中期Ⅰ幕马鞍塘组与上覆小塘子组呈平行不整合接触,印支中期Ⅱ幕须家河组三段四段之间呈角度不整合接触。安县运动发生在诺利期与瑞替期之交,形成了须家河组三段与四段之间的区域性侵蚀面。印支晚期须家河组与上覆侏罗系由角度不整合向南东方向逐渐过渡为平行不整合接触(图9)。
图8龙门山前中段绵竹地区不整合类型平面分布图
Fig.8Plane distribution of unconformity types in Mianzhu area in the front and middle section of Longmen Mountains
(a)—印支早期;(b)—印支中期Ⅰ幕;(c)—印支中期Ⅱ幕;(d)—印支晚期
(a) —Early Indosinian period; (b) —Middle Indosinian phase I; (c) —Middle Indosinian phase II; (d) —Late Indosinian
4 讨论
4.1 印支期不整合的演化
前文中笔者把龙门山前绵竹地区印支期的不整合面划分为四期次,基于区域地质背景以及地震资料,绘制研究区印支期不整合面演化模式图(图10)。
印支早期雷口坡组顶部被削截,呈剥蚀间断。中三叠世末,扬子板块与秦岭板块全面陆-陆碰撞,导致了四川盆地整体抬升(图10a),雷口坡组顶部广泛遭受剥蚀,在经历较长时间的风化剥蚀后,形成雷顶古风化壳,之后发生差异沉降,马鞍塘组超覆在雷顶古风化壳上,形成雷口坡组与马鞍塘组之间不整合面。
印支中期Ⅰ幕小塘子组沉积末期,在扬子板块西缘,由于扬子板块向西的漂移活动,龙门山北段与平武地体碰撞,并向西俯冲于平武地体之下,使得龙门山北段冲断隆升,此时龙门山北段强烈活动(杨克明等,2012)。此外,松潘-甘孜地体与扬子板块开始裂开,近南北走向的古断裂活动产生的地震于小塘子组触发一系列软沉积物变形(乔秀夫等,2012)。在研究区表现为上三叠统页岩层发育滑脱层(图10b)。
图9龙门山前绵竹地区印支期NW-SE向等时年代地层格架(据测线Line6870,测线位置见图1b中A—A′)
Fig.9Isochronous stratigraphic framework, along NW-SE direction, of the Indosinian period in the pre-Mianzhu area of Longmen Mountains (according to the survey Line6870, the location of the survey line is shown in Fig.1b A—A′)
印支中期Ⅱ幕(诺利期末),受诺利期松潘造山带向南挤压的影响,扬子板块向西俯冲与松潘造山带发生碰撞造山,龙门山中段强烈褶皱变形。在研究区内表现为,须家河组三段沉积稳定后,受到强烈的逆冲推覆作用,形成了叠瓦逆冲构造,一系列的逆冲断层收敛于先存滑脱层之上。冲断带外缘,受逆冲推覆作用地层发生褶皱变形,不整合面上沉积须家河组四段,形成须家河组三段与四段的“上超下削”不整合界面(图10d)。
印支晚期是印支中期Ⅱ幕的继续与发展。随着扬子板块与羌塘地块发生陆-陆碰撞,龙门山产生了剧烈的变形。在研究区内表现为须家河组顶部存在大规模的剥蚀间断(图9),先存断裂持续活动,伴随着抬升与剥蚀的进行,须家河组五段与上覆侏罗系白田坝组千佛崖组形成角度不整合(图10a)。
印支期之后,燕山期、喜马拉雅期经历了强烈的叠合改造(王金琪,2012)。在研究区内的表现为先存的印支期逆冲断裂发生掀斜,形成现今的构造格局(图4)。
4.2 印支期不整合的地质意义
随着中三叠世末印支期运动的发生,扬子板块与秦岭板块自东向西呈“剪刀式”闭合,海水自东向西退出,造成龙门山前至整个四川盆地中下三叠统遭受不同程度的风化剥蚀,形成了中上三叠统(T3/T2)之间广泛的不整合接触。什邡金河马鞍塘组与雷口坡组三段呈微角度不整合,缺失雷四段;广元须家河组、小塘子组超覆在雷口坡组之上,界面处可见风化壳和古土壤层以及风化残积褐铁矿结核(杨克明等,2012;杨克明,2014)。在研究区内表现为马鞍塘组不整合于雷口坡组四段之上,雷口坡组顶部形成的构造控制的古暴露面,经过长时间的剥蚀风化以及大气淡水作用,形成了Al、Si、Fe元素相对富集的古风化壳(李勇等,2021)。中三叠统剥蚀程度呈从东向西、从北向南逐渐减弱的趋势(孟宪武等,2021;李智武等,2021),说明早印支期运动是影响龙门山前至四川盆地全盆的一次关键构造运动。
印支中期Ⅰ幕主要发生在小塘子期末,在研究区形成了小塘子组与须家河组二段的不整合。在江油、都江堰等地区,须二段出现了砾岩、砂砾岩,结合邻区出露地层分析,物源主要来自龙门山区的上古生界和中、下三叠统(邓康龄,2007)。研究区的小塘子组与须家河组二段的不整合是龙门山北段变形向南递进发展导致的。前文中提及有学者发现须家河早期地层与马鞍塘组有明显的侵蚀面存在,认为印支中期起始时限为马鞍塘组与小塘子组之间(林茂炳等,1996)。以现有研究来看,马鞍塘组沉积期研究区为相对平静的发展期,并无大的构造运动存在,海平面的下降以及气候变化的影响形成了马鞍塘组与小塘子组的平行不整合(张彪等,2013;王小娟等,2023)。晚卡尼期,龙门山北段的隆升使川西北形成了局限前陆盆地,造成了小塘子组顶部的剥蚀,小塘子组与须家河组二段的不整合仅局限于龙门山山前带,川中缺失小塘子组及马鞍塘组(王小娟等,2023)。
图10龙门山前中段绵竹地区印支期不整合演化模式图
Fig.10Evolution model of Indosinian unconformity in Mianzhu area in the piedmont middle zone of Longmen Mountains
(a)—雷口坡组沉积末期;(b)—小塘子组沉积末期;(c)—须家河组三段沉积末期;(d)—须家河组四段沉积末期;(e)—千佛崖组沉积末期
(a) —the end of the deposition of the Leikoupo Fm.; (b) —the end of the deposition of the Xiaotangzi Fm.; (c) —the end of the deposition of the third member of the Xujiahe Fm.; (d) —the end of the deposition of the fourth member of the Xujiahe Fm.; (e) —the end of the deposition of the Qianfoya Fm.
印支中期Ⅱ幕安县运动使得研究区发育隐伏叠瓦状逆冲推覆体系,该套逆冲体系在须家河组沉积末期依然活动,断层逆冲并终止于侏罗系(图10e)。安县运动后,须四段、须五段川西地区基本继承了早期的隆坳格局,形成了须四、须五期局限前陆盆地,盆地规模向东向南扩大(杨克明等,2012)。此次构造活动仅为一次局部构造事件,须家河组四段削截三段,且具有向川中楔形减薄的趋势(王金琪,1990;王金琪,2003)。迄今为止,经过龙门山前大面积的地质调查,川西坳陷大量的油气勘探表明,须四段的砾岩沿盆地西缘龙门山山前大面积连片分布,四川盆地内部不存在须家河组三段与四段的之间的不整合接触(邓康龄,2007),此套不整合发育仅局限于四川盆地西北缘(Jiang Ziran et al.,2023)。
印支晚期甘孜-松潘弧后盆地在晚三叠世晚期发生了全面褶皱、岩浆侵入和区域变质(郭正吾等,1996;邓康龄,2007)。而龙门山前地区剧烈变形,形成的须家河组与侏罗系的大规模的不整合,盆内发育大规模白田坝组砾岩沉积(王金琪,2012;李智武等,2021;曹正林等,2023)。龙门山前地表可见沙溪庙组、千佛崖组超覆于须家河组之上,川西至川东可见须家河组四段至五段逐渐减薄,川西向南延伸该套不整合过渡为假整合,印支晚期龙门山剧烈隆升,川西形成成熟前陆盆地,这一构造事件是影响四川盆地最大的构造运动(邓康龄,2007)。
龙门山印支期的多幕次运动,对龙门山前及川西的油气成藏有着重要的影响作用,尤其是印支早期雷口坡组顶部发育与不整合面相关的碳酸盐岩储层。自2014年起,川西坳陷的新场构造、金马-鸭子河构造、马井构造陆续测获高产工业气流;2020年,川西气田(金马-鸭子河构造)雷口坡组探明储量超过千亿立方米(孟宪武等,2021)。经前人研究表明龙门山前及川西坳陷中段构造最早形成于印支早期,印支中晚期古构造范围进一步扩大(袁晓宇等,2020;孟宪武等,2021)。印支期运动形成的断裂带伴生大量裂缝及微裂缝,断裂、裂缝微裂缝与不整合面叠加,一定程度上提高了油气运移性能与疏导能力。
5 结论
本文通过对绵竹—秀水—永昌三维印支期不整合面进行识别、类型及期次划分,得到以下认识:
龙门山前中段绵竹地区印支期发育四期构造运动,具有四次较为连续的地层缺失,印支早期约9 Ma,印支中期Ⅰ幕约5 Ma,中期Ⅱ幕约5 Ma,印支晚期约28 Ma。形成了自下而上发育四套不整合,依次为雷口坡组与马鞍塘组不整合、小塘子组与须家河组二段不整合、须家河组三段与四段不整合以及须家河组五段与白田坝组不整合。研究区缺失马鞍塘组一段,雷口坡组顶部发育风化壳,是印支早期运动在研究区响应的有力证据。
龙门山前中段绵竹地区印支期不整合面划分为削蚀-超覆型、削蚀-整一型、整一-超覆型、整一-整一型四类。从空间分布上看,总体沿着印支期古冲断体呈北东-南西向展布,自北西至南东方向,由角度不整合过渡为平行不整合;不整合面分布范围整体呈北东宽、南西窄的特点,这与龙门山由北向南幕式递进发展有关。
印支早期是影响龙门山乃至四川盆地全盆的一次关键的构造变革,印支中期Ⅰ幕、Ⅱ幕仅为龙门山的局部构造运动,印支中期运动使得川西形成了局限前陆盆地,晚印支期龙门山强烈变形,是影响四川盆地最大的构造运动。
