天然气地球科学 >

2023 , Vol. 34 >Issue 11: 1871 - 1886

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.07.010

天然气地质学

川西北缘晚三叠世源—汇体系构造年代学与沉积响应特征

  • 曹正林 , 1, 2 ,
  • 邓宾 , 3 ,
  • 胡欣 4 ,
  • 杨荣军 1 ,
  • 徐宏远 3 ,
  • 刘重江 3 ,
  • 邱玉超 2 ,
  • 郑超 2 ,
  • 芦刚 3 ,
  • 刘四兵 3
展开
  • 1. 中国石油勘探开发研究院四川盆地研究中心，四川 成都 610094
  • 2. 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041
  • 3. 成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，四川 成都 610059
  • 4. 中国石油西南油气田川西北气矿，四川 江油 621700
邓宾（1980-），男，四川南充人，博士，教授，主要从事含油气盆地分析与油气成藏研究.E-mail：.

曹正林（1970-），男，重庆人，博士，教授级高级工程师，主要从事沉积盆地评价技术研究.E-mail：.

收稿日期: 2023-04-07

  修回日期: 2023-07-18

  网络出版日期: 2023-11-24

收起

Tectonic chronology and sedimentary response characteristics of the Late Triassic source-sink system in the northwestern margin of Sichuan Basin

  • Zhenglin CAO , 1, 2 ,
  • Bin DENG , 3 ,
  • Xin HU 4 ,
  • Rongjun YANG 1 ,
  • Hongyuan XU 3 ,
  • Chongjiang LIU 3 ,
  • Yuchao QIU 2 ,
  • Chao ZHENG 2 ,
  • Gang LU 3 ,
  • Sibing LIU 3
Expand
  • 1. Research Center of Sichuan Basin，PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Chengdu 610094，China
  • 2. Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company，Chengdu 610041，China
  • 3. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China
  • 4. Northwest Sichuan Gas Mine of Southwest Oil and Gasfield Branch，Jiangyou 621700，China

Received date: 2023-04-07

  Revised date: 2023-07-18

  Online published: 2023-11-24

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(41402119)

the CNPC Scientific Research and Technology Development Project(2021DJ0204)

Fold

摘要

四川盆地西北缘上三叠统多源—汇体系导致盆内砂泥岩展布规律复杂多变。为定量追索上三叠统须家河组源—汇体系，开展碎屑锆石磷灰石裂变径迹年代学和盆缘造山带物源区构造年代学编图对比分析，建立了四川盆地西北缘晚三叠世多源—汇体系构造年代学多期响应模式。结果表明：①川西北地区工农镇和汉旺须家河组露头剖面碎屑锆石裂变径迹年龄为143~226 Ma，分异系数为15%~35%，220余颗单颗粒碎屑锆石裂变径迹年龄大部分大于其沉积地层年龄，反映不同物源区构造变形与抬升剥蚀特征；②碎屑锆石裂变径迹峰值年龄集中为325±16 Ma、228±11 Ma、213±16 Ma、196±15 Ma，分别代表了物源区石炭纪和中—晚三叠世3期构造抬升剥蚀事件；③晚三叠世3个裂变径迹年龄峰值分别对应了盆地北缘大巴山—武当古陆、米仓山—汉南古陆、摩天岭古陆和松潘—甘孜地区的晚三叠世印支期早幕（约230 Ma）、印支期中幕（约210 Ma）和印支期晚幕200 Ma构造抬升剥蚀事件。因此，四川盆地西北缘晚三叠世多源—汇体系具有明显的构造年代学和沉积响应特征，体现出由北向南渐进式盆山系统构造—沉积耦合特点。

关键词： 构造年代学; 源—汇体系; 晚三叠世; 印支期; 川西北地区

本文引用格式

曹正林 , 邓宾 , 胡欣 , 杨荣军 , 徐宏远 , 刘重江 , 邱玉超 , 郑超 , 芦刚 , 刘四兵 . 川西北缘晚三叠世源—汇体系构造年代学与沉积响应特征[J]. 天然气地球科学, 2023 , 34(11) : 1871 -1886 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.07.010

Abstract

The Triassic multi-source-sink system on the northwest margin of the Sichuan Basin leads to complex and changeable distribution of sandstone and mudstone in the basin. In order to quantitatively trace the source-sink system of the Upper Triassic Xujiahe Formation， a comparative analysis of clastic zircon apatite fission track chronology and tectonic chronology of provenance areas in basin margin orogenic belts has been carried out， and a multi stage response model of Late Triassic multi-source-sink system tectonic chronology in the northern margin of Sichuan Basin has been established. The results show that： （1） The age of clastic zircon fission trails in the outcrop profile of Gongnong Town and Hanwang Xujiahe Formation in northern Sichuan is 143-226 Ma， the differentiation coefficient is 15%-35%， and most of the age of more than 220 single-grain zircon fission trails is greater than the age of their sedimentary strata， reflecting the characteristics of tectonic deformation and uplift and ablation in different source areas. （2） The peak age of clastic zircon fission trails was concentrated as follows： 325±16 Ma， 228±11 Ma， 213±16 Ma， 196±15 Ma， representing the Carboniferous and Middle-Late Triassic tertiary tectonic uplift and ablation events in the source area， respectively. （3） The age peaks of the three fission trails of the Late Triassic correspond to the Late Triassic Early Indochina Period （about 230 Ma）， Meso-Indochinese Period （about 210 Ma） and Late Indochin Period （200 Ma） in the northern margin of the basin. Therefore， the Late Triassic multi-source-sink system in the northern margin of the Sichuan Basin has obvious tectonic chronology and sedimentary response characteristics， reflecting the coupling characteristics of tectonic-sedimentary coupling of the progressive basin-mountain system from north to south.

Key words： Tectonic chronology; Source-sink system; Late Triassic; Indosinica Period; Northwest Sichuan Basin

0 引言

四川盆地陆相天然气具有资源量丰富、气藏类型多样和气水关系复杂等典型特征，尤其是近年来九龙山气田、中江气田、秋林气田和天府含气区等须家河组、沙溪庙组气田的发现［图1（b）］表明上三叠统须家河组和中侏罗统沙溪庙组是四川盆地陆相致密砂岩气勘探开发最重要的目标和增储上产的“第三极”［1-3］。但20世纪80年代至今，须家河组气藏勘探开发普遍受制于其复杂物源体系控制下的“砂体展布规律复杂、储层非均质性强、优质储层和气水分布预测难”等特征［4-6］，因此中—晚三叠世四川盆地北缘盆—山系统相关的复杂多物源体系及其构造—沉积耦合特征研究备受关注。
图1 四川盆地西北部区域地质特征及其位置

（a）早—中三叠世四川盆地大地构造背景图；（b）四川盆地地貌及其陆相层系油气田分布图

Fig.1 Regional geological characteristics and location of Northwest Sichuan Basin

在过去的30年里，碎屑岩年代学方法在造山带隆升剥蚀和盆地沉积建造过程中得到了广泛的应用，如锆石裂变径迹（ZFT）、云母或角闪石Ar—Ar年龄和锆石U—Pb年龄［7-8］等，基于不同封闭温度的不同矿物年代学方法在碎屑岩沉积地层中的应用可以揭示200~800 ℃温度范围内盆—山系统中物质剥蚀、搬运与沉降过程等，因此能够有效揭示“源—汇体系”中造山带冲断蚀顶作用与前陆盆地的形成和充填过程等相关控制因素。一般而言，碎屑岩年代学方法通过不同算法拟合前陆盆地地层样品的多峰值年龄，通过其与潜在源区构造年代学年龄对比确定可能的物源区（如：锆石U—Pb）［8-9］，或者基于多峰值年龄的分布确定源区抬升剥蚀时间（如：碎屑岩ZFT）［10-11］。但单一的碎屑岩年代学方法在实际应用中通常由于潜在物源区可能具备相似的结晶年龄、变质年龄和冷却年龄等而存在一定困难。因此，近年来以锆石裂变径迹、Ar—Ar和U—Pb等多种方法联合定年来进行“源—汇体系”年代学研究越来越受到重视［12-14］。
因此，本文基于四川盆地西北缘典型须家河组剖面碎屑锆石裂变径迹（ZFT）年代学特征、造山带构造变形年代学特征分析对比研究（图1），揭示四川盆地西北缘源—汇体系的构造年代学响应特征，即造山带多幕构造蚀顶作用与川西前陆盆地的形成和演化过程相关性成因机制，以期为四川盆地上三叠统须家河组油气勘探提供基础科学佐证。

1 区域地质特征

四川盆地西北缘地处青藏高原东缘和秦岭造山带南缘交会之处，由龙门山北段、松潘—甘孜褶皱带、摩天岭古陆和米仓山—汉南古陆及其前陆坳陷组成（图1）。研究表明，四川盆地周缘造山带形成演化与三叠纪以来中国南北大陆“剪刀式”由东向西碰撞闭合过程及其古特提斯洋关闭过程密切相关［15-16］。四川盆地西北缘造山带系统逆冲推覆与抬升剥蚀作用控制着盆地内部沉积和构造变形过程，形成典型的板缘突变型盆山系统［15］，它们具有显著深部结构差异性、冲断带和前陆盆地结构和清晰的盆山地貌等特征。尤其是受控于盆缘造山带前陆向多期冲断扩展变形过程，盆地内部形成多重叠加复合构造和前陆盆地系统动态变迁过程［17-19］。
四川盆地中晚三叠世受控于印支造山过程影响普遍经历了海相—海陆过渡相—陆相沉积环境的转变，海水自北西向南东从四川盆地逐渐退去。中三叠世末期受控于中国南北大陆“剪刀式”由东向西闭合的方式，四川盆地普遍发生印支运动早幕的抬升剥蚀导致川中—川北地区雷口坡组—天井山组海相碳酸盐岩层系发生不同程度的剥蚀，形成其与上三叠统马鞍塘组—小塘子组不整合接触。尤其是在泸州—开江地区剥蚀量大、出露地层老，从而形成“泸州—开江”古隆起［20-21］。受控于晚三叠世四川盆地北缘和西缘米仓山—摩天岭隆起带和龙门山构造带逐渐抬升过程，印支中幕造山活动导致盆地逐渐由卡尼期—诺利早期海相沉积逐渐向瑞替期河流—三角洲沉积体系演化［22-24］，川西—川北地区由须二段底部至须四段逐渐形成不同程度的造山砾岩沉积和平行不整合/角度不整合面建造特征［25-26］。侏罗纪后受控于大巴山陆内造山作用过程，导致印支晚幕四川盆地全面进入陆相湖盆沉积建造过程（图2）。
图2 四川盆地区域地质特征及印支期构造沉积综合特征［19，27-29，31-33］

Fig.2 Regional geological characteristics and integrated tectonic sedimentary characteristics of the Indosinian Period in the Sichuan Basin［19，27-29，31-33］

四川盆地上三叠统须家河组按照岩性特征可划分为6段［须家河组一段（简称须一段，其余类似）—须家河组六段］，川北地区须四段—须六段不同程度剥蚀。基于中国石油四川盆地全面统层和最新划分方案［27-29］，须一段（相当于小塘子组）—须二段发育于川西—川北地区沉积，向东逐渐上超减薄；须三段—须五段厚度由西向东逐渐增厚，受控于印支晚幕剥蚀作用须六段厚度发生不同程度剥蚀变化。总体上，四川盆地上三叠统须家河组厚度为400~1 500 m，须一段、须三段和须五段以细粒暗色泥页岩、粉砂岩沉积为主，细砂岩、煤线普遍发育。须二段和须四段是须家河组主要的致密气储集层段，以灰色、灰白色细粒至中粒砂岩为主，其底部发育有不同厚度砾岩、含砾砂岩。

2 川西北缘须家河组碎屑锆石年代学特征

2.1　样品采集与测试方法

选取川西北地区广元工农镇剖面和绵阳汉旺剖面，在剖面勘测的基础上分别选取上三叠统须家河组不同层段样品，共采集约5 kg样品6件，获得有效样品4件（图1，表1）。
表1 川西地区上三叠统须家河组碎屑锆石裂变径迹年代学

Table 1 Chronology of clastic zircon fission trails of the Upper Triassic Xujiahe Formation in western Sichuan

剖面

样品

编号

采样

层位

Dpar

/μm

 颗粒数

中值年龄

/Ma

池年龄

/Ma

P（χ2）

/%

分异系数

/%

P1峰值年龄

（1σ）/Ma

P2峰值年龄

（1σ）/Ma

P3峰值年龄

（1σ）/Ma
工农镇剖面 GLZ01 须一段 1.5~3.3 67 226±11 228±12 0 33 132±7（26%） 228±11 （39%） 325±16（35%）
GLZ02 须二段 1.5~2.7 44 201.2±8.1 201±7 0.5 16 165±15 （35%） 223±16 （65%）
汉旺剖面 HW01 须三段 1.7~3.5 68 134±4.1 136±4 0 19 125±3 （88%） 213±16 （12%）
HW02 须六段 1.6~2.7 47 160.9±6.4 160±8 0 17 136±9（55%） 196±15 （45%）
广元工农镇剖面样品为须家河组下段样品，岩性主要为黄灰色—淡红色中薄层细砂岩夹泥质粉砂岩，根据国际地层年代表和区域年代地层格架等认为须家河组下段沉积年龄主要为228~210 Ma（图2）；汉旺剖面样品为须家河组上段样品，岩性为灰绿色—淡灰色中厚层中粒岩屑石英砂岩，须家河组上段沉积年龄主要为210~200 Ma（图2）。样品均不在晚三叠世后期岩浆活动和高级构造热变质带范围，因而能够有效避免岩浆和构造对锆石裂变径迹样品的构造热扰动影响。
本文碎屑锆石裂变径迹采用外探测器法定年［30］。样品人工粉碎后，采用标准重液、磁选和双目镜筛选等常规流程进行样品重矿物分选、获得锆石单矿物颗粒2 000~3 000颗。在通风加热盘330 ℃条件下使用Teflon聚全氟乙丙烯塑料对锆石单矿物进行制靶，随后进行粗磨、精磨抛光锆石颗粒表面，使锆石颗粒抛光界面上（双目镜下）无可见擦痕，最后在230 ℃条件下NaOH/KOH溶液中蚀刻10~30 h，揭示自发径迹特征。一般而言，对于年龄较小样品蚀刻时间较长，而年龄较大样品蚀刻时间较短。蚀刻锆石靶片和低铀白云母片固定后，在中子反应堆中进行辐照（利用CN1中子剂量计确定其中子通量），随后将外探测器白云母片置于25 ℃条件下HF酸液中蚀刻35 min，揭示其诱发径迹特征。本文样品年代学测试在德国图宾根大学完成，采用Zeta常数法计算锆石裂变径迹年龄［30］，基于国际标准样品锆石矿物Fish Cannon Tuff样品（27.90±0.50 Ma）标定Zeta常数为128.7±2.8。

2.2　碎屑锆石裂变径迹测年结果

碎屑锆石裂变径迹年龄分析要求统计矿物单颗粒数量不低于50~90 粒，如：DODSON 等［34］强调测试60颗单颗粒矿物年龄数能够包含物源区95%峰值年龄，碎屑锆石单颗粒年龄数量测试越少、越有可能丢失掉物源区峰值年龄信息。因此，VERMEESCH［35］基于统计学原理强调大于95颗碎屑单颗粒年龄测量能够最大限度地反映物源区最微弱的峰值年龄信息。本文测试碎屑锆石裂变径迹（ZFT）年龄单颗粒数量为44~68颗（表1），已基本达到碎屑ZFT测试单颗粒数量要求，能够反映物源区主要峰值年龄信息，但由于样品最大碎屑颗粒未能够全部超过95颗粒，因此，可能丢失部分物源区最微弱的峰值年龄信息。
工农镇剖面须家河组下段样品碎屑ZFT年龄较大、普遍介于100~350 Ma之间（图3），大量锆石单颗粒年龄大于其沉积地层年龄、部分锆石单颗粒样品年龄小于其沉积地层年龄，表明样品沉积后未经历过埋深大于ZFT封闭温度等温面（即210~230 ℃）的埋藏增温影响，样品未发生完全退火，因此样品中值年龄普遍较大，如：须一段GLZ01样品为226 Ma、须二段GLZ02样品为201 Ma接近于须家河组沉积年龄值。汉旺剖面须家河组上段样品碎屑ZFT年龄值普遍介于100~300 Ma之间（图3），样品单颗粒年龄普遍小于其沉积地层年龄、少量锆石单颗粒样品年龄大于其沉积地层年龄，其Dpar值为1.6~3.5，表明样品抵抗埋藏增温退火能力具有较大的分异性，样品可能仍未发生完全退火，但样品中值年龄普遍较小，如：HW01样品为134 Ma、HW02样品为161 Ma。需要指出的是，本文中所有样品均未通过P（χ2）检验［即P（χ2）<5%］，反映样品单颗粒具有明显不同的动力学退火特征、且经历过不同抬升退火过程；同时其分异系数（Dispersion）普遍大于15%，分异系数越大表明样品单颗粒年龄集中程度越低［36］，表明本文上三叠统须家河组碎屑ZFT年龄包含不同物源区抬升剥蚀年龄。
图3 上三叠统须家河组碎屑锆石裂变径迹（ZFT）年代学特征

注：左列为碎屑锆石裂变径迹单颗粒年龄雷达图，其中绿色虚线代表采样地层大致沉积年龄，n为单颗粒数量，D为样品分异系数，红色代表样品Dpar值；右列为单颗粒年龄峰值统计图，表示其峰值年龄1—3与峰值年龄样品占样品数含量

Fig.3 Chronology of clastic zircon fission trail （ZFT） of the Upper Triassic Xujiahe Formation

2.3　碎屑锆石裂变径迹峰值年龄特征

利用Density Plotter程序［36］将所有样品单颗粒年龄进行核密度统计（KDE， Kernel Density Estimates）计算其峰值，得到最佳拟合的多峰值年龄（图3，表1），揭示样品物源区抬升剥蚀特征。本文须家河组4件碎屑ZFT年代学样品普遍包含2~3个大小不同峰值年龄、且具有不同置信度。工农镇剖面须家河组下段GLZ01样品碎屑ZFT中值年龄为226±11 Ma，统计表明其具有3个峰值年龄特征，分别为325±16 Ma、228±11 Ma、132±7 Ma，其峰值年龄样品分别占总样品数量35%、39%和26%。GLZ02样品碎屑ZFT中值年龄为201±8 Ma，具有2个峰值年龄特征，分别为223±16 Ma、165±15 Ma，其峰值年龄样品分别占总样品数量65%和35%。峰值年龄中大于其沉积地层年龄反映出物源区抬升剥蚀年龄（即物源区构造抬升事件），小于其沉积地层年龄反映出样品沉积埋深增温对锆石裂变径迹退火作用。因此，样品晚期埋深增温作用可能普遍会导致早期峰值年龄（即P2、P3峰值年龄）存在一定的减小趋势；由于锆石裂变径迹部分退火带温度范围为200~300 ℃［7］，而川西地区须家河组普遍埋深未超过6 000 m（埋深温度小于150 ℃），推测其退火作用对P2和P3峰值年龄影响微弱。因此，工农镇剖面须家河组下段样品ZFT峰值年龄反映出四川盆地北缘须家河组物源区约320 Ma（早石炭世）、230 Ma（晚三叠世早期、即印支运动早幕）时期的构造抬升剥蚀事件。
汉旺剖面须家河组上段HW01样品碎屑ZFT中值年龄为134±4 Ma，统计表明其具有2个峰值年龄，分别为213±16 Ma和125±3 Ma，其峰值年龄样品分别占总样品数量的12%和88%；HW02样品碎屑ZFT中值年龄为161±6 Ma，包含2个峰值年龄分别为196±15 Ma和136±9 Ma，其峰值年龄样品分别占总样品数量的45%和55%。因此，须家河组上段样品反映出四川盆地北缘须家河组物源区210 Ma（晚三叠世印支运动中幕）、200 Ma（晚三叠世末期印支运动晚幕）构造抬升剥蚀事件。需要指出的是，上述样品普遍包含早白垩世峰值年龄（即140~120 Ma），可能揭示龙门山山前扩展变形带燕山晚期构造冲断抬升剥蚀作用。

3 物源区构造年代学特征

盆地周缘造山带冲断和蚀顶作用导致浅表地层发生构造变形与抬升剥蚀（即构造年代学），为“源—汇体系”中沉积盆地提供有效物源供给（即碎屑年代学）。一般而言，源汇体系中构造年代学和碎屑年代学之间具有一定的时滞差异（时滞年龄），即沉积盆地地层沉积年龄与物源区不同矿物年龄之间的差值，该时滞年龄值通常取决于造山作用过程、沉积速率和源—汇作用过程等因素。因此，本文基于前人对四川盆地北缘松潘—甘孜褶皱带、龙门山冲断带、摩天岭—米仓山—汉南古隆起带、大巴山构造带大量构造热年代学的研究数据（以碎屑锆石裂变径迹热年代学具有相似封闭温度体系的年代学为主），即白云母Ar—Ar年代学、锆石裂变径迹（ZFT）和锆石（U—Th）/He（即ZHe）年代学数据等［37-48］（表2—表4），汇编四川盆地周缘物源区构造年代学等值线图（图4—图6），以揭示不同时期物源区可能发生的构造变形与抬升剥蚀作用。需要指出的是，鉴于后期埋深增温可能会导致矿物单颗粒年龄具有一定微弱退火作用、年代学年龄一定程度的减小，因此物源区等值年龄图编制过程中结合区域构造热年代学数据中值年龄和区域构造事件年代特征等，进行年龄特征取整归零编制等值线图。
表2 四川盆地北缘Ar—Ar年代学统计

Table 2 Ar-Ar chronology statistics of the northern margin of Sichuan Basin

地 区 样品编号 测量对象 年龄/Ma 参考文献

米仓—

汉南地区

 WX071 白云母 237.26±0.7 ［38］
W5E 白云母 215
WQ6 白云母 217.7±2.1 ［40］
WQ7 白云母 194.7±9.4
WQ8 白云母 194.5±3.0

摩天岭—

龙门山地区

 WX087 糜棱岩 200.6±1.1 ［39］
AM 角闪石 237.26±0.7
BJ37-2 糜棱岩 214.2
WX088 白云母 193.54±0.61 ［38］
WX093 白云母 196.02±0.68
WX124 白云母 180.23±0.58
97-14 黑云母 171 ［41］
97-4 黑云母 194
96-7 黑云母 208
CX44 白云母 224 ［42］
CX44-1 角闪石 225±3.1
CX48 角闪石 219±2.7

大巴—

武当地区

 A51 黑云母 222.4±3 ［43］
A50 黑云母 199.3±2.2
A56 白云母 178.2±1.8
A50-2 白云母 198.3±2.2
DB32-1 白云母 189.2±1.9
/ 黑云母 235.3±2 ［37］
/ 黑云母 202±3.8
/ 白云母 222±2
/ 白云母 219.5±1.4
/ 角闪石 236.6±0.6
/ 蓝片岩 231.3±0.9
表3 四川盆地北缘锆石裂变径迹年代学统计

Table 3 Zircon fission track chronology in the northern margin of Sichuan Basin

地 区 样品编号 测量对象 年龄/Ma 参考文献

米仓—

汉南地区

 HN03 花岗岩体 255±22 ［44］
HN19 花岗岩体 246±19
MC25 花岗岩体 274±25
HN18 花岗岩体 155±3
MC02 花岗岩体 270±25

摩天岭—

龙门山地区

 QJ14-1 寒武系 184±9 ［45］
A1-059 前寒武纪 239±11

大巴—

武当地区

 DB01 中侏罗统 209.2±13.3 ［46］
DB02 下侏罗统 209.4±12.9
DB03 上三叠统 178.7±10.5
HL-1 花岗岩 178±38 ［47］
HL-2 花岗岩 158±50
HL-8 花岗岩 195±14
表4 四川盆地北缘锆石（U—Th）/He年代学统计

Table 4 Zircon (U-Th) /He chronology statistics from the northern margin of Sichuan Basin

地 区 样品编号 测量对象 年龄/Ma 参考文献
米仓—汉南地区 NQL039 花岗岩体锆石 256.9±5.1 ［46］
NQL039 花岗岩体锆石 193.8±3.7
HN03 花岗岩体锆石 176±9 ［44］
D7611 花岗岩体锆石 184±13
HN12 花岗岩体锆石 153±3
摩天岭—龙门山地区 LMS18092904 煌斑岩 239±4 本 文
LMS18092903 煌斑岩 229±4
LMS180929 泥盆系 211±4
LMS18092904 志留系 182±3
大巴—武当地区 YX03 花岗岩体锆石 203.7±3.8 ［46］
YX01 花岗岩体锆石 230.9±4.6
YX03 花岗岩体锆石 178.5±3.3
YY01 中侏罗统 152.1 ［48］
MCB19 上侏罗统 158.5
YC01-1 下侏罗统 150.5
WX19 上三叠统 168.6
KX10 中侏罗统 149.3
YC01-2 下侏罗统 171.0
图4 四川盆地北缘物源区印支早幕构造年代学平面特征

Fig.4 Characteristic map of Indosinian early curtain tectonic chronology of provenance area in the northern margin of the Sichuan Basin

图5 四川盆地北缘物源区印支中幕构造年代学平面特征

Fig.5 Characteristic map of Indosinian middle curtain tectonic chronology of provenance area in the northern margin of the Sichuan Basin

图6 四川盆地北缘物源区印支晚幕构造年代学平面特征

Fig.6 Characteristic map of Indosinian late curtain tectonic chronology of provenance area in the northern margin of the Sichuan Basin

3.1　印支早幕(230 Ma)构造年代学特征

通过构造年代学梳理统计表明，四川盆地北缘大巴—武当古陆区大量构造新生白云母Ar—Ar年代学为230 Ma、米仓山—汉南古陆区ZFT和ZHe年代学为245~235 Ma，揭示出印支早幕约230 Ma强烈构造变形和抬升剥蚀作用，它们可能为晚三叠世源—汇体系提供大量沉积物质。摩天岭古陆区构造新生白云母Ar—Ar年代学主要为235~220 Ma，部分印支早幕时期的构造年代学特征（即青川以东）也表明摩天岭地区印支早幕构造变形和抬升剥蚀作用，但其规模作用相对于米仓山—汉南古陆和大巴—武当古陆可能较小。仅龙门山北段出现有限的Ar—Ar年代学年龄为235 Ma、结合相对封闭温度较小的ZHe年代学特征，我们推测其印支早幕构造抬升剥蚀作用相对有限。因此，中三叠世末期—晚三叠世早期（即印支早幕）四川盆地北缘构造抬升剥蚀物源区以米仓山—汉南古陆和大巴—武当古陆区为主，摩天岭古陆区为次要构造抬升剥蚀物源区（图4）。

3.2　印支中幕(210 Ma)构造年代学特征

四川盆地北缘摩天岭古陆区Ar—Ar年代学主要为235~220 Ma，揭示出晚三叠世印支中幕（约210 Ma）摩天岭古陆区已经大规模发生构造变形与抬升剥蚀作用，成为四川盆地北部地区重要的剥蚀物源区。松潘—甘孜褶皱带地区发现大规模220~210 Ma与地壳增厚熔融成因相关的S型花岗岩，表明松潘—甘孜地区一定的构造变形与抬升剥蚀作用，同时龙门山中北段具有构造新生白云母Ar—Ar年代学为235~215 Ma，松潘—甘孜褶皱带、摩天岭古陆和龙门山北段组成了四川盆地北缘印支中幕时期最重要的物源区。大巴山—武当古陆区Ar—Ar年代学普遍为235~210 Ma，部分Ar—Ar年代学（万源以北石泉地区）为200~190 Ma，因此推测北大巴山区域和米仓山—汉南古陆区印支中幕时期仍然为四川盆地北缘重要的物源区。需要指出的是，万源地区ZFT年龄主要为210~180 Ma，且巫溪地区ZFT年龄主要为190~180 Ma，表明印支中幕时期南大巴山区域未发生重要的构造抬升剥蚀作用，成为盆地重要的物源区（图5）。

3.3　印支晚幕(200 Ma)构造年代学特征

四川盆地西北缘松潘—甘孜地区Ar—Ar年代学主要为210~190 Ma，摩天岭古陆区Ar—Ar年代学主要为230~195 Ma，同时其ZHe年龄普遍大于190 Ma，共同揭示龙门山冲断带、松潘—甘孜褶皱带和摩天岭古陆区晚三叠世末期印支晚幕已经普遍发生构造变形和抬升剥蚀作用，成为四川盆地上三叠统须家河组主要物源区。大巴山—武当古陆区和米仓山—汉南古陆区Ar—Ar年代学为235~190 Ma，表明其古陆区主体已经发生构造抬升剥蚀成为物源区，同时南大巴山部分ZFT年龄表明其印支晚期发生一定程度的构造抬升剥蚀成为物源区，如万源以北地区。需要指出的是，南大巴山地区主要ZHe年龄为150 Ma，如：巫溪地区，表明其印支晚幕构造抬升剥蚀作用有且仅有一定的限度（图6）。

4 讨论

4.1　晚三叠世四川盆地北缘多物源体系下沉积响应特征

中—晚三叠世四川盆地北缘印支期多幕构造年代学特征揭示其具有多物源多期演化过程，盆外物源区总体上具有由东向西和由北向南的形成演化趋势，其相关多源—汇体系控制影响着四川盆地上三叠统须家河组沉积充填作用。印支早幕米仓山—汉南古陆区、摩天岭古陆区发生构造变形与抬升剥蚀作用，率先为四川盆地北缘须一段提供沉积物源，导致广元工农镇剖面须一段和须二段碎屑锆石裂变径迹峰值年龄与之一致（碎屑锆石峰值年龄与构造年代学年龄相似，约为230 Ma）；印支中幕米仓山—汉南古陆区、摩天岭古陆区和松潘—甘孜褶皱带发生构造变形与抬升剥蚀作用，物源区构造变形与抬升剥蚀作用范围从东向西、由北向南显著增大，从而为川西北—川中地区提供大规模沉积物源，导致龙门山中段汉旺剖面须三段及其上覆层系碎屑锆石裂变径迹峰值年龄与之一致（即碎屑锆石峰值年龄与构造年代学年龄约为210 Ma）。印支晚幕四川盆地北缘主要造山带及古陆区普遍发生强烈构造抬升与剥蚀去顶作用，为盆地沉积充填巨厚的须家河组提供物源，同时由于盆缘扩展变形作用导致川西北巴中—绵阳地区须四段—须六段发生一定抬升剥蚀作用（图6，图7）。
图7 四川盆地上三叠统须家河组沉积与充填格架特征（剖面位置见图1）

Fig.7 Sedimentary and filling lattice characteristics of the Upper Triassic Xujiahe Formation in the Sichuan Basin （see Fig.1 for profile location）

受控于盆缘多物源体系晚三叠世构造变形与剥蚀去顶作用过程，盆内须家河组沉积充填过程具有明显的构造响应特征，导致须家河组沉积期经历了海相至海陆过渡相、进一步转变为陆相沉积环境。在中三叠世雷口坡期东高西低构造沉积格局上，印支运动早幕构造变形过程导致须一段—须二段主要沉积于川西地区，以海陆过渡相沉积为主［1，22，24］。川西北部发育三角洲沉积体系，靠近古陆边缘发育滨岸砂坝沉积，且须二段局部发育砾岩沉积［厚度达2~10 m，图8（b）］。该时期盆地北缘米仓山古陆、摩天岭古陆物源供给充足，地层厚度总体向东和南东方向逐渐减薄，向川中斜坡带逐渐超覆、形成超覆不整合结构（图7），川西北—川中地区过渡带发育滨浅湖砂泥互层和湖相泥岩。
图8 四川盆地上三叠统须家河组沉积厚度及其沉积中心演变

Fig.8 Sedimentary thickness and evolution of sedimentary center of the Upper Triassic Xujiahe Formation in the Sichuan Basin

印支期中幕（即安县运动）盆地北缘米仓山—汉南、摩天岭古陆区和松潘—甘孜褶皱带大幅度抬升剥蚀为须三段及其上覆层系提供大规模物源，盆内山前带发育大规模含碳酸盐砾岩沉积、厚度最大超过80 m［26，49］（图8）。该时期受控于盆地北缘多物源体系影响，盆地整体呈现出满盆含砂的沉积格局；川西北部盆内湖相三角洲砂体总体呈现出NW—SE向展布，发育明显前积结构特征（图7），山前带地层向盆内减薄，由厚层块状砾岩快速过渡为湖相泥岩，进一步向川中过渡变化为滨浅湖泥岩。盆地北缘物源区由北向南持续抬升演化，山前带物源碎屑持续供给、冲积扇体范围向南西推进，龙门山中段发育含碳酸盐岩砾岩扇三角洲沉积，如：都江堰—彭州地区。此时，盆地东北缘大巴—武当古陆区可能逐步开始提供有限物源，川中—川东北地区逐渐沉积三角洲前缘砂体［图8（c）］。
印支期晚幕四川盆地北缘主要造山带及古陆区大规模抬升剥蚀形成充足的多物源供给，导致川西北须五段—须六段广泛遭受剥蚀（图7）、形成剑阁地区晚三叠世古隆起［50］。四川盆地北部地区沉积大规模下侏罗统白田坝组巨厚砾岩沉积，但受盆地西北缘和东北缘物源区沉积地层岩性差异性影响，川西北和川东北地区砾岩岩性具有石英质砾石和碳酸盐岩砾石差异性，如：江油地区和万源地区。
受控于盆地周缘多物源区物源供给，盆内上三叠统须家河组不同层段（T3 x 1， T3 x 2， T3 x 4）和下侏罗统白田坝组（J1 b）等厚图也总体呈现出明显的差异性（图8）。须一段—须二段沉积充填以川西地区为主，须一段厚度总体为100~300 m、须二段厚度为200~400 m，其沉积中心逐渐南西迁移，至须二段沉积期沉积厚度中心位于梓潼—成都地区、厚度最大超过500 m。印支期中幕须三段沉积期其厚度达200~500 m，沉积厚度中心逐渐南移、位于绵阳—大邑地区，总体持续呈北东向展布，向西增厚、向东减薄。下侏罗统白田坝组沉积中心远离盆缘主边界断裂带，从早期川西地区迁移至阆中—巴中地区，沉积厚度约为300~400 m、向盆缘和盆内逐渐减薄，体现出北缘多物源体系联合控制作用。

4.2　晚三叠世四川盆地北缘多物源体系演化模式

中三叠世晚期，中国南北大陆沿秦岭—大别中央造山带发生了自东向西的“剪刀式”穿时碰撞闭合造山运动使扬子板块北缘造山带发生抬升剥蚀，导致米仓—汉南古陆、摩天岭古陆陆源碎屑物质显著增加。同时，印支期早幕构造运动导致中—晚三叠世区域不整合面的形成、晚三叠世马鞍塘组生物礁的消亡等［51-52］［图9（a）］，揭示四川盆地西北缘张性—压性构造背景的转换和被动大陆边缘发展阶段的结束［53-54］。晚三叠世印支期中幕摩天岭古陆、米仓—汉南古陆区和龙门山北段逐渐开始抬升造山［图9（b）］，导致四川盆地北缘须二段砾岩层最厚20余米，大量古水流方向主要为南南东向和南西向［31，49］，反映盆地北缘物源区秦岭和摩天岭发生了重要的抬升剥蚀作用。ENKELMANN等［55］基于松潘—甘孜复利石碎屑锆石年代学、多硅白云母等特征指明大别造山带此时为松潘—甘孜南部地区提供了远距离物源，因此我们推测龙门山北段抬升幅度有限。
图9 印支期四川盆地西北缘构造沉积演化模式

Fig.9 Tectonic sedimentary evolution pattern of the northwestern margin of the Sichuan Basin during the Indosinian period

印支期中幕（安县运动期）龙门山造山带各断裂系均具有重要的左旋走滑和逆冲构造运动特征，如：茂汶—汶川断裂、青川断裂等，断层主要变形年代学（如：白云母和黑云母Ar—Ar）主要为210~215 Ma［39，56］，导致摩天岭古陆、米仓—汉南古陆区、松潘—甘孜褶皱带和龙门山中北段发生大规模构造抬升剥蚀，从而决定着盆地北缘由北向南的构造与沉积充填过程［图9（c）］。须三段—须四段沉积中心和山前带砾岩出露逐渐由北东向南西扩展至龙门山中段地区［26，43］；安岳地区、元坝地区等仍然发育海相沉积地层［23，57］，表明盆地西缘残留海向南西逐渐发生海退，须三段沉积期可能并未完全退出四川盆地。
印支期晚幕四川盆地北缘所有物源区普遍发生大规模构造变形与剥蚀去顶作用，盆地发育大规模白田坝组砾岩沉积，其沉积中心受控于周缘多物源体系联合控制迁移至川北阆中—巴中地区［图9（d）］。需要指出的是，龙门山不同分段山前带砾岩砾石成分具有明显的差别，反映出后山带物源区不同地层遭受的抬升剥蚀去顶作用。龙门山中北段砾岩砾石主要为砂质和石英质，表明物源区下古生界的剥蚀去顶作用，如泥盆系危观群。由于南东向扩展变形过程，龙门山南段地区较晚遭受抬升剥蚀去顶作用，其砾岩砾石主要为灰质和白云质，指示上古生界和中生界的剥蚀去顶作用。由于盆地西南缘大量湖相—陆相地层的出现，此时川西地区才发生完全的海退过程［57］。因此，晚三叠世—早侏罗世四川盆地构造沉积充填过程体现出米仓山—汉南古陆、摩天岭古陆、大巴—武当古陆、松潘—甘孜地区和龙门山冲断带组成的多物源区由东向西、由北向南的联合演化作用控制影响，形成四川盆地上三叠统须家河组满盆富砂和南北向源—汇体系的显著特征。

5 结论

基于四川盆地上三叠统须家河组碎屑锆石裂变径迹年代学和盆缘造山带物源区构造年代学编图对比研究揭示，川西北地区须家河组碎屑锆石裂变径迹年龄为143~226 Ma，分异系数为15%~35%，碎屑锆石裂变径迹峰值年龄集中为：325±16 Ma、228±11 Ma、213±16 Ma、196±15 Ma，主要代表盆地北缘物源区大巴山—武当古陆、米仓山—汉南古陆、摩天岭古陆和松潘—甘孜地区分别在晚三叠世印支期早幕约230 Ma、印支期中幕约210 Ma和印支期晚幕200 Ma发生构造抬升剥蚀事件。晚三叠世—早侏罗世四川盆地构造沉积充填过程体现出盆地周缘米仓山—汉南古陆、摩天岭古陆、大巴—武当古陆、松潘—甘孜地区和龙门山冲断带组成的多物源区由东向西、由北向南的联合演化作用控制影响，从而导致四川盆地上三叠统须家河组满盆富砂、由北向南源汇体系的典型特征。

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