米倉山隆起中新生代構(gòu)造特征與形成演化探討

張文軍　秦緒乾　郜瑭珺　賀鴻冰

（中國石油化工股份有限公司勘探分公司研究院，四川　成都　610041）

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米倉山隆起中新生代構(gòu)造特征與形成演化探討

張文軍秦緒乾郜瑭珺賀鴻冰

（中國石油化工股份有限公司勘探分公司研究院，四川成都610041）

摘要以野外構(gòu)造調(diào)查和地震解釋等開展米倉山及周緣構(gòu)造分析，系統(tǒng)總結(jié)了米倉山構(gòu)造變形及展布特征，由北向南依次劃分為隆起區(qū)、前緣斷褶帶和前緣凹陷帶，其中隆起區(qū)包括基底隆起帶和隆起邊緣變形帶兩個(gè)次級單元；通過不整合面分析和低溫年代學(xué)分析等手段，明確米倉山地區(qū)共經(jīng)歷了印支期以來6個(gè)構(gòu)造演化階段；結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，探討了米倉山地區(qū)兩組構(gòu)造形成機(jī)制，東西向構(gòu)造屬于上揚(yáng)子板塊北緣由北向南擠壓造山形成的兩類構(gòu)造楔共同作用的結(jié)果，北東向走滑構(gòu)造和斷裂屬于龍門山和大巴山聯(lián)合擠壓作用產(chǎn)生的結(jié)果。

關(guān)鍵詞米倉山隆起構(gòu)造特征構(gòu)造演化構(gòu)造成因

修訂回稿日期：2016-03-07

0　引言

米倉山地區(qū)經(jīng)歷了多期多個(gè)方向的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成復(fù)雜的構(gòu)造體系，前人通過大量的研究取得了一系列的認(rèn)識，魏顯貴等（1997）［1］采用變形剖面和平衡剖面綜合分析方法研究了米倉山地區(qū)中新生代構(gòu)造格局，提出該區(qū)構(gòu)造樣式為一大型東西向和北東向疊加的推覆構(gòu)造。鄧明森（1997）［2］運(yùn)用主波長理論分析了米倉山區(qū)蓋層褶皺構(gòu)造變形，提出米倉山是在印支期到喜馬拉雅期形成的一個(gè)巨型不協(xié)調(diào)背斜構(gòu)造。因此，筆者以前人成果分析為基礎(chǔ)，通過野外構(gòu)造調(diào)查和地震資料解釋，系統(tǒng)總結(jié)了米倉山構(gòu)造特征和構(gòu)造形成演化過程及成因機(jī)制。

1　中新生代構(gòu)造變形特征

米倉山隆起整體是一南翼陡北翼緩的不對稱背斜式構(gòu)造，北翼為回軍壩—大竹壩向斜，南翼為較陡立的撓曲帶，其東西兩端呈現(xiàn)寬緩的傾伏背斜。其東側(cè)與南大巴山弧形構(gòu)造帶相交，西側(cè)則受到龍門山推覆構(gòu)造帶的影響，南側(cè)經(jīng)緩變形區(qū)進(jìn)入四川盆地。

通過對米倉山前旺蒼、五權(quán)、南江構(gòu)造地質(zhì)剖面和地震解釋進(jìn)行解析，由北向南可以分為米倉山隆起區(qū)，前緣斷褶帶以及前緣凹陷帶［3］（圖1）。

圖1　米倉山地區(qū)構(gòu)造展布及構(gòu)造單元圖

1.1米倉山隆起區(qū)

米倉山隆起區(qū)為米倉山的主體部分，北隔回軍壩向斜與漢南基底隆起帶相望，主要出露前震旦紀(jì)變質(zhì)結(jié)晶基底、古生代至早中生代地臺沉積蓋層，自北向南分為基底隆起區(qū)和隆起邊緣變形帶。

基底出露區(qū)由近東西向分布的米倉山深變質(zhì)巖基底和侵入雜巖系組成，東西長約130 km，南北寬為30 km，南緣發(fā)育多個(gè)以震旦系為頂部滑脫層，以前震旦系為底部滑脫層的構(gòu)造楔，運(yùn)動(dòng)方向由北向南逆沖，北緣發(fā)育一個(gè)構(gòu)造楔，運(yùn)動(dòng)方向由南向北，南北翼構(gòu)造變形表現(xiàn)為背沖式變形特征，剖面中呈扇形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致米倉山核部變質(zhì)巖基底向上抬升至地表；另外，地表地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，隆起區(qū)存在一條區(qū)域性北東向斷裂：西鄉(xiāng)—關(guān)壩斷裂帶（F3），該斷裂東北段控制西鄉(xiāng)新生代斷陷盆地—漢中盆地，西南段主要在基底隆起區(qū)，由蓋層雁列斷層相連，具有明顯的右旋走滑特征。該斷裂將隆起區(qū)分割成兩部分，北西盤為上升盤，形成漢南隆起中段、米倉山隆起中段等隆起，南東盤緊鄰斷裂為向斜，以南地區(qū)變成若干次級撓曲及撓曲緩翼上的背斜—向斜對。另外，在西鄉(xiāng)—關(guān)壩斷裂西北方向還發(fā)育兩條北東向斷裂，即朝天—新集斷裂帶（F1）和牟家壩—槐樹斷裂帶（F2），其中朝天—新集斷裂帶為龍門山前緣彭灌—江油斷裂的北段［4］。

基底隆起區(qū)以南為隆起邊緣變形帶，主要構(gòu)造樣式是由基底隱伏逆沖斷裂形成的斷背斜。橫向上由西向東構(gòu)造變形強(qiáng)度表現(xiàn)為強(qiáng)—弱—弱特征，構(gòu)造樣式上西段為斷背斜，如大兩會背斜構(gòu)造帶，中段為單斜構(gòu)造，而東段以斷坪為主。

1.2前緣斷褶帶

該帶位于米倉山隆起區(qū)南緣，整體近東西向展布。地表出露三疊系和侏羅系地層，表現(xiàn)為單斜構(gòu)造，巖層較陡立，斷裂不發(fā)育。地腹構(gòu)造樣式由于構(gòu)造變形強(qiáng)度不一樣，構(gòu)造樣式也存在差異，由西向東構(gòu)造變形表現(xiàn)為弱—強(qiáng)—強(qiáng)特征，這與隆起邊緣變形帶剛好相反，構(gòu)造樣式上西段（大兩會背斜構(gòu)造帶以南地區(qū)）以斷背斜、反沖和沖起構(gòu)造為主，而中東段南江到黑池梁地區(qū)以逆沖或受底板基底和嘉陵江組頂板共同控制的被動(dòng)頂板雙重構(gòu)造（或三角構(gòu)造帶）為主，另外東段疊加大巴山北西向構(gòu)造［5］。

1.3前緣凹陷帶

該帶又名池溪向斜帶，位于前緣斷褶帶以南，北接通南巴大型背斜帶，整體呈北東向展布，向東范圍逐漸減小，與米倉山前緣斜交。構(gòu)造較為穩(wěn)定，構(gòu)造樣式簡單［6］。

2　構(gòu)造成因機(jī)制探討

區(qū)域構(gòu)造變形特征和構(gòu)造解析表明米倉山隆起主要受兩個(gè)造山帶控制，發(fā)育兩組構(gòu)造體系，筆者根據(jù)區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形特征和構(gòu)造模擬，分別探討了米倉山隆起的兩種成因機(jī)制。

2.1近東西向構(gòu)造成因

米倉山的構(gòu)造形跡顯示其并不具有向南逆沖推覆的特征，反射地震剖面揭示，米倉山南側(cè)僅在基底巖石和寒武系—下三疊統(tǒng)地層中發(fā)育小規(guī)模的逆沖斷層，并且絕大多數(shù)斷層不切穿下三疊統(tǒng)地層。地表顯示為三疊系—侏羅系地層依次向南傾伏出露，綜合分析認(rèn)為，米倉山主要為一隆升構(gòu)造，在隆升過程中，其南部出現(xiàn)小規(guī)模的向南擠壓逆沖作用。米倉山南北兩側(cè)寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系地層具有良好的可比性。尤其是沿米倉山北側(cè)西鄉(xiāng)、回軍壩地區(qū)殘留有大量的侏羅系地層，其組成主要為紫紅色碎屑巖建造，可與米倉山南側(cè)中侏羅統(tǒng)地層相對比。

根據(jù)米倉山基底隆起區(qū)南北兩翼構(gòu)造楔特征模擬了米倉山隆起區(qū)東西向構(gòu)造形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制［7］（圖2），米倉山造山帶下伏發(fā)育兩種類型的構(gòu)造楔：Ⅰ型構(gòu)造楔主要發(fā)育在傳播楔端線區(qū)內(nèi)，以造山帶物質(zhì)向原地系統(tǒng)或上部板塊之上傳播為特征，楔端點(diǎn)向前傳遞位移，是活動(dòng)型構(gòu)造楔。Ⅱ型構(gòu)造楔是發(fā)育于造山帶核部，由未變形的巖石組成，物質(zhì)主要是下行板塊拆離的結(jié)果，屬于靜止型構(gòu)造楔。由于上揚(yáng)子板塊北緣陸內(nèi)造山作用，導(dǎo)致在上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)育由北向南逆沖的拆離斷層，并不斷向南傳遞擠壓應(yīng)力，但是由于四川盆地剛性地塊的阻攔，由盆地內(nèi)部產(chǎn)生由南向北的反向擠壓應(yīng)力，最終在米倉山北翼產(chǎn)生Ⅱ型構(gòu)造楔，并且在上覆發(fā)育了Ⅰ型構(gòu)造楔，導(dǎo)致了米倉山造山帶核部扇形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和近東西向構(gòu)造的形成。

圖2　米倉山隆起區(qū)東西向構(gòu)造變形機(jī)制圖

2.2北東向構(gòu)造成因

青藏高原的隆升和龍門山造山，來自北西方向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力對四川盆地和米倉山的影響作用不斷加強(qiáng)，基底發(fā)育以震旦系為頂部滑脫層，以前震旦系為底部滑脫層的逆沖疊瓦構(gòu)造楔，繼續(xù)向南東傳遞位移形成多個(gè)構(gòu)造楔，在米倉山隆起區(qū)表現(xiàn)為一系列切割變質(zhì)結(jié)晶基底的北東向斷裂，在盆地內(nèi)該組斷裂形成盆地內(nèi)隱伏斷裂，被北東向的背斜、向斜取代，形成山前大型的隆凹格局，如九龍山背斜和通南巴背斜等北東向原地體系。該組寬緩的隆凹構(gòu)造格局與近東西向的米倉山構(gòu)造呈斜交關(guān)系。

3　構(gòu)造演化

3.1構(gòu)造變形時(shí)序

自北部秦嶺洋關(guān)閉以來受秦嶺造山作用由北向南持續(xù)擠壓，同時(shí)還受到大巴山?jīng)_斷帶與龍門山北段沖斷帶構(gòu)造變形的影響，具有時(shí)間長、期次多的演化特點(diǎn)。因此，正確認(rèn)識米倉山各期造山作用的時(shí)間需要多方法、多手段的年代學(xué)研究。本次對米倉山隆起帶構(gòu)造變形時(shí)間的研究主要是通過不整合面分析和低溫年代學(xué)等綜合開展研究。

3.1.1不整合面分析

不整合面是對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一種現(xiàn)象記錄，通過不整合處地層沉積時(shí)代，就可以獲得構(gòu)造變形發(fā)生的時(shí)間。因此，通過對四川盆地北部不整合面上下地層的產(chǎn)狀以及巖性突變來判斷其碰撞造山的時(shí)間。

米倉山隆起帶是印支期以來，秦嶺洋關(guān)閉造山的產(chǎn)物，對米倉山前不整合面的研究集中在中三疊統(tǒng)沉積以后。通過野外觀察以及區(qū)域地質(zhì)資料，米倉山前從晚三疊世—早白堊世主要有3期不整合面：①中三疊統(tǒng)雷口坡組與上三疊統(tǒng)須家河組平行不整合：須家河組砂巖平行不整合覆蓋在雷口坡組白云巖之上，在南江地區(qū)，須家河組砂巖層傾角為55°，白云巖層傾角為49°，兩者平行不整合或者微角度不整合接觸，反映了全區(qū)海平面下降后引起的沉積間斷；②上三疊統(tǒng)須家河組與下侏羅統(tǒng)白田壩組平行不整合：白田壩組礫巖層平行不整合覆蓋在須家河組砂巖層之上，礫石成分以石英巖為主（95％），其次有少量燧石、砂巖等，礫石磨圓較好，表明白田壩組礫巖經(jīng)歷了長距離的搬運(yùn)，反映了當(dāng)時(shí)米倉山可能還沒有開始大規(guī)模隆升，而白田壩組礫巖可能來自更北部的秦嶺造山帶；③上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組與下白堊統(tǒng)劍門關(guān)組平行不整合：米倉山前劍門關(guān)組平行不整合在蓬萊鎮(zhèn)組之上，由于龍門山北段劍閣—廣元地區(qū)發(fā)現(xiàn)巨厚層礫巖，單層厚度大于50 m，總厚度大于400 m，磨圓較好，反映龍門山北段可能在晚侏羅世—早白堊世發(fā)生了一期大規(guī)模隆升作用，而米倉山地區(qū)晚侏羅世—早白堊世地層平行不整合可能是對毗鄰地區(qū)造山作用的遠(yuǎn)程效應(yīng)。

3.1.2低溫年代學(xué)分析

沉積地層對構(gòu)造變形運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)，能夠較為準(zhǔn)確地認(rèn)識構(gòu)造變形的時(shí)間，但米倉山地區(qū)地層被剝蝕強(qiáng)烈，那么該方法就不能反映構(gòu)造變形，對米倉山前構(gòu)造演化時(shí)序研究結(jié)合了磷灰石裂變徑跡分析法。筆者通過采集米倉山核部的中酸性侵入體和米倉山南緣、通南巴地區(qū)T-K砂巖中的43個(gè)磷灰石裂變徑跡樣品開展熱史模擬分析。核部樣品的熱演化史模擬曲線反演圖中陰影部分表示了樣品間共同指示的冷卻事件，在西部和東部樣品中多顯示在140～120 Ma（早白堊世）期間有一次較快速的冷卻事件（圖3）；中部多顯示在155～110 Ma（晚侏羅世—早白堊世）期間具有一次較快速的冷卻事件，啟動(dòng)時(shí)間比西部早約15 Ma，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造變形特征，可以認(rèn)為這一期構(gòu)造事件應(yīng)該是造成了米倉山的隆升以及近東西向褶皺的形成，且隆升從中部首先開始。另外，大多數(shù)樣品中都顯示在新生代晚期有一期快速的冷卻事件，是喜馬拉雅期構(gòu)造的產(chǎn)物。

米倉山南緣及通南巴地區(qū)的熱演化史模擬曲線反演圖中的陰影部分顯示了樣品間共同指示的冷卻事件（圖4）。從約115 Ma（早白堊世晚期）開始，各個(gè)樣品都有一次冷卻事件，截止時(shí)間在80～65 Ma（晚白堊世），結(jié)合本區(qū)的地質(zhì)事件框架，認(rèn)為是受到南北向擠壓作用的結(jié)果，形成了前緣地區(qū)近東西向構(gòu)造。與米倉山核部樣品相比，其冷卻時(shí)間要晚，說明構(gòu)造變形是從米倉山核部開始發(fā)生，逐漸向南擴(kuò)展；新近紀(jì)晚期，最早在20 Ma有一期快速冷卻階段，是受到了喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響。

3.2構(gòu)造演化特征

通過對四川盆地北部米倉山構(gòu)造變形事件與變形時(shí)間的分析，探討四川盆地北部構(gòu)造演化特征。四川盆地北部地區(qū)中、新生代共經(jīng)歷了6期構(gòu)造演化階段，它們代表了洋殼閉合、陸內(nèi)造山。

印支期揚(yáng)子板塊與華北板塊發(fā)生擠壓碰撞造山，秦嶺洋關(guān)閉，四川盆地北部告別海相沉積進(jìn)入陸相沉積，米倉山地區(qū)仍處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

早燕山期由于揚(yáng)子板塊持續(xù)向華北板塊擠壓，秦嶺洋消失殆盡，并且形成秦嶺造山帶，為四川盆地北部的物源區(qū)，并在米倉山與大巴山前形成沖積扇，沉積了白田壩組礫巖，由于礫石磨圓好，屬于遠(yuǎn)距離搬運(yùn)產(chǎn)物，米倉山隆起帶還未開始大規(guī)模隆升。中燕山期，米倉山地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定。晚燕山期，秦嶺造山帶結(jié)束了異地推覆變形時(shí)期，米倉山前形成原地的擠壓抬升變形，形成基底疊瓦構(gòu)造楔，使得區(qū)內(nèi)變質(zhì)基底快速隆升，蓋層發(fā)生大規(guī)模的褶皺變形和斷裂作用，在隆起南北緣形成一系列的東西向斷褶構(gòu)造，如大兩會背斜和南江地區(qū)前緣斷褶構(gòu)造帶等。

早喜山期米倉山持續(xù)緩慢隆升，向南擠壓強(qiáng)度小。晚喜山期，受青藏高原隆升的影響，龍門山推覆帶向南東擠壓，在米倉山北西端產(chǎn)生向南、向東擠壓的分量，使得米倉山西端向南運(yùn)動(dòng)；而在米倉山東端，主要受到向西的擠壓作用和向南的剪切，使得米倉山整體表現(xiàn)為以東端為軸的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)作用，導(dǎo)致米倉山北東東向展布的構(gòu)造特征。由于旋轉(zhuǎn)角度不大，米倉山南西端的運(yùn)動(dòng)方向仍基本向南，從而對東西向的大兩會背斜構(gòu)造帶在應(yīng)力場方面沒有大的影響，仍保持東西走向不變，最終形成米倉山地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造格局。

（綠色區(qū)域代表“可以接受的”熱史演化過程，粉紅色區(qū)域代表“高質(zhì)量的”熱史演化過程，黑色曲線為最佳模擬曲線）圖3　米倉山核部樣品裂變徑跡熱演化史模擬圖

（綠色區(qū)域代表“可以接受的”熱史演化過程，粉紅色區(qū)域代表“高質(zhì)量的”熱史演化過程，黑色曲線為最佳模擬曲線）圖4　米倉山南緣及通南巴樣品裂變徑跡熱演化史模擬圖（樣品均采自侏羅系）

4　結(jié)論

1）米倉山構(gòu)造由北向南依次劃分為隆起區(qū)、前緣斷褶帶和前緣凹陷帶，其中隆起區(qū)包括基底隆起帶和隆起邊緣變形帶兩個(gè)次級單元。

2）米倉山地區(qū)共經(jīng)歷了6個(gè)構(gòu)造演化階段，即印支期揚(yáng)子板塊與華北板塊發(fā)生擠壓碰撞，秦嶺洋關(guān)閉；早燕山期秦嶺造山帶形成，為四川盆地北緣物源區(qū)；中燕山期米倉山構(gòu)造穩(wěn)定；晚燕山期米倉山大規(guī)模隆升及前緣斷褶期；早喜山期米倉山緩慢隆升期以及晚喜山期龍門山；米倉山

和大巴山聯(lián)合疊加改造。

3）米倉山隆起及前緣東西向構(gòu)造由上揚(yáng)子板塊北緣由北向南擠壓造山形成；北東向走滑構(gòu)造和斷裂屬于龍門山和大巴山聯(lián)合擠壓下以米倉山東端為軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的構(gòu)造體系。

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（編輯：盧櫟羽）

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）02-0022-04

doi：10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 02. 006

基金項(xiàng)目：中國石化股份公司科技開發(fā)部項(xiàng)目《四川盆地及周緣上組合天然氣富集規(guī)律與增儲領(lǐng)域》（P11082）部分研究成果。

作者簡介：張文軍（1976-），碩士，高級工程師，從事山前帶地區(qū)油氣勘探綜合研究工作。E-mail：26812325@qq.com。