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青藏高原中、新生代以来的隆升过程是大陆动力学研究的热点。而大陆造山带与沉积盆地关系密切。从3.6Ma开始,青藏高原整体快速隆升,其周边沉积盆地边缘拗陷带沉积了巨厚的磨拉石。本文试图通过野外地质调查、室内剖面绘制、对野外采样的岩石、矿物显微结构、构造特征等来方面分析四川盆地中大邑砾岩以及青藏高原相邻几个盆地中砾岩,并反演青藏高原隆升过程,探索青藏高原隆升机制。
本文研究的大邑砾岩出露在四川盆地西缘。位于青藏高原东缘的四川盆地东至龙泉山西麓,西缘龙门山前山之边,南抵总岗山西北坡,北东濒临川中红层丘陵区,为轴向NNE30-40度展布的山间盆地。受龙门山隆起褶断带和龙泉山褶断隆起带两个构造带的夹持,地质构造背景复杂,盆地西部边缘主要受限于北东向灌县(都江堰市)-江油断裂;东南部边缘受北东向龙泉驿断裂及南部康乐场断裂控制,是对应于龙门山与龙泉山而发生沉降的山间坳断陷落的构造盆地。
大邑砾岩的典型层型剖面位于岷江西岸的大邑氮肥厂附近,该剖面也是大邑砾岩的命名地。大邑砾岩是一套由灰黄色及褐灰色砂质砾卵石及透镜状岩屑砂层组成,风化色调为棕黄、褐黄、灰白色且不整合于名山组之上的地层。笔者对大邑砾岩主要出露区进行了野外地质勘查,重点测制了四条剖面,并对有代表性层位的15个样品进行了ESR年龄测试。年龄显示,四个剖面底部砾岩年龄为3.47Ma、2.64Ma和2.7Ma。在同一个剖面中,纵向上,砾岩由下向上砾径变小;横向上,临近造山带处砾石分选差且含大量漂砾,向着远离造山带方向砾岩磨圆变好、料度变小。体现出一种冲积扇沉积特征和靠近造山带处砾岩快速沉积特征。砾石成分主要是砂泥岩、岩浆岩和变质岩。其中砂泥岩包括砂岩、含砾砂岩和泥岩;变质岩主要有石英岩,还有少量片岩、片麻岩和板岩;岩浆岩主要是花岗岩,次之为辉长岩,还有少量的火山岩、闪长岩和钾长岩等。由下向上属于晚侏罗纪的火山岩越来越多;在底部灰岩极少,而到剖面顶部代表中侏罗纪-早白垩纪的微晶灰岩数量明显增多。在大邑剖面顶部出现了三叠纪须家河组煤层。由此可见,盆地中沉积物是来源于邻近造山带,当造山带隆升到一定高度,持续的剥蚀作用,使得相邻盆地顶部出现了深部的变质岩成分。
青藏高原在3.6Ma以来的整体快速隆升,对该地区的地貌形成以及地质构造起着直接作用。这种盆山体系的研究即是当前热门的盆山耦合思想.依据这种思想,青藏高原隆升和四川盆地的沉降是同步进行的,所以盆地中沉积物对研究青藏高原隆升问题有参考价值。造山带隆升,地壳不断经受剥蚀而减薄,而盆地上地壳不断接受沉积增厚,地表物质发生迁移,盆山相互作用。笔者通过对大邑砾岩进行沉积学、年代学等研究,再与同时期其他盆地砾岩对比,得出以下结论:
1、青藏高原快速、整体的隆升始于3.6Ma左右。上新世特别是3.6Ma以来青藏高原周缘以及内部系列沉积盆地响应整个青藏高原的快速隆升事件,普遍沉积粗砾石层堆积,沉积速率明显加快。在青藏高原周边盆地中出现的大体可对比的几个扇砾岩堆积,如西昆仑山北缘的西域砾岩、祁连山北麓的玉门砾岩、积石山东北缘的积石砾岩、龙门山东缘的大邑砾岩等都明显变粗出现砾岩堆积,而这些来自相邻造山带的砾岩底部年龄都在3.6MaB.P.。并且在这一时期形成砾岩与下伏地层间普遍为角度不整合,代表一次区域性重大构造事件;
2、青藏高原隆升具有阶段性,存在东西向和南北向差异,各个地方砾岩底部年龄并不完全一致。根据上新世以来青藏高原周缘盆地中沉积的大致可对比的记粗粒扇砾石层堆积,由西北-东南方向,西域砾岩底部年龄为4MaB.P.,玉门砾岩底部年龄为3.66MaB.P.,积石山砾岩底部年龄为3.3MaB.P.,而大邑砾岩年龄为2.7MaB.P.,有变老趋势,对应各个盆地演化历史,说明在3.6Ma发生的重大构造事件中,青藏高原在整体快速隆升基础上各区域存在差异。
3、青藏高原与周缘盆地构成一个盆山体系,在形成演化和物质、能量上相互作用相互影响。青藏高原隆升与周缘盆地沉降呈对应关系,隆升快,则沉积速率就快,反之;在形成演化上,大陆沉积盆地也有新生、消减、消亡的发展过程。在盆山系统演化初期表现为盆控山,盆地下地壳熔融物质流入造山带,促使山脉隆升;在盆山系统演化后期,造山带控制了盆地的沉降与沉积作用,造山带隆升到一定高度后,在重力和侧应力作用下形成向盆地的逆冲推覆构造。
4、“下地壳层流”模式可以较好地解释青藏高原隆升机制。下地壳层流模式解释盆山作用过程为:起初,大陆岩石圈没有盆和山的分异。由于熔融的地幔柱上涌或者是俯冲的大洋板块脱水熔融导致下地壳温度上升,物质熔融。下地壳熔融物质在重力作用下顺层沿倾斜莫霍面流动,并在莫霍面下凹的地方汇聚。下地壳物质流失的地方形成了盆地,物质汇聚的地方就形成为山脉。当山脉隆升到一定高度,在各种构造作用下或外动力地质作用下以及自身重力均衡要求下又发生揭顶剥蚀,造山带的物质就沉积在相邻的盆地中。