兰坪盆地东北部晚三叠世软沉积物变形构造及其触发机制
李政桥,王维,张佳慧,刘靖坤,周红琳,张兆中,杨庆青,薛传东
DOI:10.19657/j.geoscience.1000-8527.202510240122
摘要
兰坪盆地的晚三叠世地层广泛发育软沉积物变形构造(SSDs),但传统研究将这些SSDs归因于区域性构造叠加的产物,导致地层序列解释与古地理重建存在偏差。本文旨在查明这套地层中SSDs的形成条件、变形几何学及时空上的组合特征,进而揭示其沉积动力过程。本文通过对兰坪盆地东北部上三叠统麦初箐组(T3m)和三合洞组(T3s)的沉积序列、岩石组合解析、沉积构造鉴别及同沉积期变形体系的综合研究,取得以下认识:麦初箐组和三合洞组构成完整的海陆过渡相沉积体系,且地层内发育多种软沉积物变形构造,二者皆受控于同一构造背景—古特提斯洋俯冲引发的同期构造活动。该构造活动一方面通过调整盆地结构与古水深,调控沉积序列的演化;另一方面引发地震与斜坡失稳,触发未完全成岩的软沉积物变形。因而,古特提斯洋俯冲背景下的同期构造活动通过“调控沉积”与“触发变形”的双重作用,既控制T3m-T3s的宏观沉积序列,也主导SSDs的发育,构成二者统一的成因纽带。这些证据为兰坪盆地属性与构造活动时限提供了沉积学约束,并为东特提斯晚三叠世构造-沉积过程提供了新的动力学解释。
Abstract
Soft-sedimentary deformation structures (SSDs) are widely developed in the Upper Triassic strata of the Lanping Basin, SW China.However, traditional studies have attributed these SSDs to the effects of regional tectonic superposition, which has led to misinterpretations in stratigraphic correlation and paleogeographic reconstruction.This study aims to clarify the formation conditions, deformation geometry, and spatiotemporal assemblages of these SSDs, thereby revealing their depositional dynamic processes.Integrated analysis of the rock association sequences, sedimentary structures, and syn-depositional deformation systems within the Upper Triassic Maichuqing (T3m) and Sanhedong (T3s) formations in the northeastern Lanping Basin reveals that the Maichuqing and Sanhedong formations constitute a complete marine-continental transitional depositional system, both sequences contain diverse SSDs, which, together with the depositional system, were controlled by the same tectonic setting-contemporaneous tectonic activities induced by the subduction of the Paleo-Tethys Ocean.This tectonic system governed the evolution of depositional sequences by modifying basin architecture and paleo-water depth, while triggering earthquakes and slope instability that led to the deformation of unconsolidated sediments as well.Thus, through its dual role in “governing sedimentation” and “triggering deformation”, the contemporaneous tectonic activities within the Paleo-Tethyan subduction setting not only controlled the macro-scale depositional sequences of the T3m to T3s formations, but also dominated the development of SSDs, providing a unified genetic linkage between them.The new findings provide sedimentological constraints on the nature and tectonic-sedimentary sequence of the Lanping Basin, and the Late Triassic geodynamic processes of the Eastern Paleo-Tethys.
关键词
软沉积物变形构造(SSDs); 沉积环境; 晚三叠世; 兰坪盆地
Keywords
soft-sedimentary deformation structure(SSDs); sedimentary environment; Late Triassic; Lanping Basin
0 引言
同沉积时期产生的变形构造在沉积地层中被广泛记录,这类构造被称为软沉积物变形构造(Soft-sedimentary deformation structure,简称SSDs)[1]。SSDs不仅能反映古地震[2-4]和斜坡失稳滑塌[5-7]等事件沉积过程,还有助于揭示沉积环境、恢复古地貌,并为古构造事件提供关键信息。软沉积物变形构造类型复杂多样,形成于未固结或半固结的沉积物中[8-10]。其发育层位和变形样式可用以确定古构造活动的时限和强度[11-14]。此外,同沉积滑塌褶皱的轴面与枢纽、同沉积断层的倾向、以及SSDs空间展布等特征信息,可以用以判断古斜坡方向[15-17]。
在青藏高原东南缘的三江造山带,兰坪盆地内部及其周缘广泛发育晚三叠世地层,以碎屑岩与碳酸盐岩组合为特点。梁明娟[18]通过地层沉积序列及接触关系,指出兰坪盆地上三叠统麦初箐组碎屑岩与上覆三合洞组碳酸盐岩之间为连续沉积,并识别出大量同沉积滑塌层及软沉积物变形构造。杨天云露[19]进一步研究了金顶地区麦初箐组及三合洞组的沉积环境,认为兰坪盆地晚三叠世时期主要经历了由河控三角洲到碳酸盐岩台地的沉积环境演变,并详细划分出了其沉积微相。随后,杨天南和薛传东[20]发现在金顶矿区以东的弥沙和象图地区,晚三叠世地层中同样发育不同程度的软沉积物变形构造,并指出前人用于指示三合洞组已经发生倒转、进而提出大型逆冲推覆构造的倒转褶皱[21-22],实际上是局部发育的同沉积滑塌褶皱。由于软沉积物变形构造形成于沉积物尚未完全固结的阶段,其触发机制多样,既可因自身重力或其他沉积期动力过程引发,不一定依赖于持续的构造应力[1],但是后期构造变形则通常源于板块碰撞或造山带的持续挤压作用。软沉积物变形构造是盆山耦合作用的重要载体,因而深入揭示其触发机制对理解盆地演化至关重要。
基于以上研究,本文聚焦兰坪盆地东北部晚三叠世地层,通过对盐路山、麻栗箐、大利坪—小利坪等典型剖面的实测,系统分析其岩石组合与滑塌层内SSDs,开展沉积-变形特征的空间对比研究,厘定上三叠统麦初箐组(T3m)、三合洞组(T3s)的沉积序列与接触关系,明确滑塌层变形几何形态与变形样式的区域变化特点。通过古流向恢复与古斜坡重建,探讨软沉积变形构造的触发机制,进而建立晚三叠世古地理格架及其对特提斯构造域东缘活动的响应。
1 地质背景
青藏高原东南缘的三江造山带以两套古特提斯洋-陆俯冲体系为特征,由东北侧(或东侧)的早二叠世—晚三叠世江达—维西—云县弧[23]和南西侧(或西侧)的龙木错—双湖—昌宁—孟连缝合带[24]共同构成。该体系通常被解释为古特提斯洋向东北(或东)方向俯冲至东羌塘地块(北段)与兰坪—思茅地块(南段[25])之下的产物(图1a)。另一套洋-陆俯冲体系由南部的晚三叠世玉树—义敦弧和北部的金沙江—甘孜—理塘缝合带西段组成,形成于中晚三叠世甘孜—理塘洋向南(或南西)俯冲至羌塘地块之下的过程[26]。
图1 三江造山带地质简图(a,据文献[25]修改)和兰坪盆地北东部地质略图(b,据云南省地质矿产局,1974①,1984②修改)
Fig.1 Geological sketch map of the Sanjiang Orogenic Belt,SW China(a,modified after reference[25])and geological sketch map of the northeastern Lanping Basin(b,modified after the Yunnan Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources,1974,1984)
江达—维西—云县弧由三个岩浆活动历史不同的区段组成[25]。在江达—维西—云县弧中段,出露一套三叠纪无火山岩过渡单元[27],其北、南边界分别与晚三叠世玉树—义敦弧火山碎屑岩、江达—维西—云县弧南段晚三叠世火山碎屑岩呈渐变接触。该无火山岩地层的东界不甚清晰,晚三叠世沉积岩与下伏的扬子地块浅海台地沉积岩呈整合接触;而西界则为不整合接触,这套地层覆盖于江达—维西—云县弧中段之上,该区内与俯冲相关的火山碎屑岩发育紧密褶皱[26,28]。这些不同构造单元间的时空关系(图1b),使得理解过渡单元无火山岩沉积层所代表盆地的构造属性变得困难,而广泛分布的中—新生代盆地(如侏罗—白垩纪兰坪盆地[18];始新世剑川盆地[29])以及印度—欧亚大陆斜向碰撞引发的地壳变形[30-31]进一步增大了识别难度。
兰坪盆地位于三江造山带南段之江达—维西—云县弧中段,其西、东边界分别由近南北走向的碧罗雪山—崇山构造变形带和雪龙山—点苍山构造变形带界定。盆地南接思茅盆地,北连昌都盆地,基底由二叠纪至中三叠世浅变质火山岩和侵入岩组成,与古特提斯洋向东俯冲有关。兰坪盆地三叠纪地层主要呈“岩块”或带状产在盆地内部及其两侧边缘。出露地层由老到新依次为中二叠统上兰组(P2s)、下—中三叠统攀天阁组(T1-2p)、中三叠统石钟山组(T2sh)、上三叠统麦初箐组(T3m)与三合洞组(T3s)、下白垩统景星组(K1j)和上白垩统南新组(K2n)和虎头寺组(K2h)、古新统云龙组(E1y)与果朗组(E1g)、始新统宝相寺组(E2b)、双河组(E2s)与剑川组(E2jc)及渐新统金顶砂泥岩(N1J)(图2)。在马登及金顶地区,晚三叠世地层多以不规则的“孤立岩块”形式散布于白垩系红层中,露头总体良好。
图2 兰坪盆地东北部地质简图[25]
Fig.2 Geological sketch map of the northeastern Lanping Basin[25]
2 岩石组合及沉积序列
研究区内上三叠统麦初箐组(T3m)主要出露在盐路山、麻栗箐和象图地区(图2),三合洞组(T3s)露头在金顶、马登、象图一带呈近北东向“孤立岩块”展布。为了系统厘定区内上三叠统沉积组合序列及沉积相特征,对比分析不同层位滑塌层特征及构造变形样式差异,本文开展了系统地质调查和8条剖面实测(图3),具体位置见图2。
图3 兰坪盆地东北部麦初箐组和三合洞组沉积柱状图(剖面位置及图例见图2)
Fig.3 Sedimentary columnar maps of the Maichuqing and Sanhedong formations in the northeastern Lanping Basin
2.1 麦初箐组
区域上,麦初箐组(T3m)不整合覆于江达—维西—云县弧的火山碎屑岩之上,仅在象图地区见完整层序。该套地层整体厚度变化大,最大厚度见于象图—弥沙一带,可达1500 m。岩性主体为细砂岩、粉砂岩和泥岩夹薄煤层,发育良好的韵律层理,具正粒序特征。详细的野外路线调查表明,层内无明显沉积间断或大规模断层,地层连续性好,有利于古地理格架的恢复。根据沉积构造与岩石组合特征,将麦初箐组进一步划分为三个岩性段,各段岩性及沉积特征如下。
麦初箐组一段(T3m1)出露于盐路山与象图地区,最大厚度约600 m,发育多个由细砂岩-粉砂岩-泥岩构成的正粒序旋回,与上覆景星组(K1j)呈不整合或断层接触。岩性以灰黑色碳质泥岩和灰白色中层状细砂岩为主,局部见薄煤层或煤线。碳质泥岩中发育底劈构造(图4a),细砂岩富含云母,发育平行层理、波痕及底模构造。
麦初箐组二段(T3m2)主要由灰黑色细砂岩、粉砂岩和碳质泥岩组成。有机质含量自下而上增加,整体呈正粒序特征(图4b)。可见厚度达10 m的透镜状砂岩层,砂岩与泥岩间见明显侵蚀面。细砂岩中局部含扁平状灰黑色碳质泥岩砾,该段常见薄煤层和煤线。底部为灰黑色碳质泥岩-碳质粉砂岩-细砂岩构成的逆粒序层序,泥岩层较薄;上部为中-厚层状泥岩夹薄层粉砂岩及砂岩透镜体,泥岩与粉砂岩中发育平行层理(图4c)。
麦初箐组三段(T3m3)在盐路山、象图和麻栗箐地区均有出露,厚约350 m。岩性包括灰白色细砂岩、粉砂岩、泥岩及含长石石英杂砂岩,不含煤层或煤线。泥岩呈厚层状,细砂岩多为薄-中层状;向西泥岩层渐薄,粉砂岩则有增厚趋势。该段泥岩中保存有丰富的植物叶片化石。麦初箐组三段至三合洞组二段均含丰富的瓣鳃类化石,包括Burmesia lirata Healey、Cuspidaria sp.、Prolaria sollasii Healey和Nuculanna cf.perlonga(Mansuy)(云南省地质矿产局,1974①),是典型的海陆过渡相化石。砂岩层中广泛发育斜层理(图4d)、平行层理和波痕。该段见多个滑塌堆积层,软沉积变形构造较为发育。
图4 上三叠统麦初箐组(T3m)野外典型露头照片
Fig.4 Field photographs of typical outcrops of the Upper Triassic Maichuqing Formation(T3m)
2.2 三合洞组
三合洞组(T3s)与下伏麦初箐组(T3m)整合接触,二者连续沉积(图5a)。三合洞组主要由生物碎屑灰岩、砂屑灰岩、富有机质纹层状灰岩、泥晶灰岩、角砾状灰岩及钙质砂岩组成,总厚度约300 m,可分为三个岩性段。
三合洞组一段(T3s1)主要为砂屑灰岩、含燧石结核的泥晶灰岩和生物碎屑灰岩(图5b),夹钙质泥岩和粉砂岩薄层,普遍富含黄铁矿。泥晶灰岩中发育交错层理和波痕,偶见生物扰动构造,生物碎屑灰岩层较薄。较厚层灰岩和泥岩薄层中见双壳类、腹足类化石(图5c),最大尺寸2.5 cm×3 cm。在金顶北厂与大利坪地区,该岩性段岩层产状整体比较稳定,在麻栗箐地区沿剖面方向逐渐变陡,层面杂乱,砂岩透镜体增多,且发育一系列断距在0.5~2 m的断层。
三合洞组二段(T3s2)主要由灰黑-灰白色中-厚层状纹层状灰岩(图5d)、鲕粒灰岩、泥晶灰岩夹薄层泥质灰岩构成。纹层状灰岩中广泛发育软沉积物变形构造。泥质灰岩常与泥岩互层,含双壳类化石碎片。泥晶灰岩底部常见侵蚀面,内部含较多形态不规则的燧石团块与条带。
三合洞组三段(T3s3)主要出露于金顶矿区及象图、大利坪地区,岩性包括角砾状灰岩、灰白色泥晶灰岩、灰岩角砾岩及少量砂岩和泥岩。其中,角砾状灰岩(图5e)与软沉积变形作用相关,角砾磨圆差、分选较差,形成于台地斜坡环境[19]。角砾成分以灰白色-灰黑色泥晶灰岩、鲕粒灰岩(图5f)和纹层状灰岩为主,呈棱角-次棱角状,局部可拼接,粒径为数毫米至数十厘米,偶见米级角砾,整体为钙质胶结。泥晶灰岩多呈灰白色或浅肉红色,层内含灰黑色碳质泥岩和紫红色粉砂质泥岩透镜体,见明显冲刷面。
图5 上三叠统三合洞组(T3s)野外典型露头照片与显微照片
Fig.5 Field photographs and photomicrographs of typical outcrops and thin sections of the Upper Triassic Sanhedong Formation(T₃s)
3 滑塌层及软沉积物变形构造特征
同沉积滑塌是沉积过程中因失稳而发生滑移与变形的典型地质现象,常伴随发育一系列软沉积物变形构造。高孔隙流体压力、斜坡地形及地震活动是其主要触发机制[32]。滑塌层的形成通常依赖于三个基本地质条件:具备一定坡度,即便较为平缓亦可构成滑移地形基础;滑塌体系需具备一定的层厚与自重,以提供滑塌的动力学条件;发育具有较高孔隙流体压力的润滑层,以降低层间摩擦促进滑移。特别是在未固结-半固结沉积物处于不稳定斜坡环境中时,在外界地质营力作用下极易触发滑塌,并形成丰富多样的软沉积物变形构造,这些构造作为重要的古地理标识,可有效指示沉积时期的古地形与古动力环境。无论何种触发机制,滑塌构造及其伴生的软沉积物变形通常表现出沿坡向下、自相对高地向低洼区域运移的特征[33]。
区内晚三叠世地层中发育多类伴随软沉积物变形构造(SSDs)的滑塌层,这些构造对恢复古构造与古地理具有重要指示意义。为系统反映露头实际情况,并重点分析滑塌层与SSDs的分布及产状特征,对各主要观测剖面开展了滑塌层识别与相关数据统计(图6)。通过系统分析SSDs的平面展布与垂向发育层位,旨在建立研究区晚三叠世地层的层序架构及其SSDs特征,进而揭示其触发机制,为恢复古斜坡方向与古地貌格局提供依据。
图6 典型滑塌层发育剖面图(投影均为下半球投影,图例同图2)
Fig.6 Profiles showing typical slump horizons(all in lower-hemisphere projection,see Fig.2 for legend)
3.1 麦初箐组的软沉积物变形特征
麦初箐组(T3m)中软沉积物变形集中发育于第三段,二段局部出现。滑塌褶皱多表现为小型不对称形态,伴生有同沉积断层和负载构造,这些特征指示了未固结-半固结沉积物在滑动过程中的动态变形。
麦初箐组二段(T3m2)的SSDs在象图(图3G)与盐路山地区(图3F和6a)较为发育,偶见同沉积滑塌褶皱,滑塌界面较平整,位移量不大,夹在岩性均一的稳定层之间,由灰白色细砂岩组成较开阔的滑塌褶皱。透镜状砂岩长轴方向与层面近于平行,滑塌面上下地层交角明显,与非变形岩石之间呈过渡渐变关系,上、下岩层未变形,属于近原地沉积变形(图7a)。
麦初箐组三段(T3m3)的SSDs在象图、盐路山与麻栗箐(图3H和图6b)地区均成规模发育,玉龙湾地区(图3E)局部出现。滑塌褶皱、泄水构造、负载构造与同沉积断层是该岩性段最常见类型。同沉积滑塌褶皱呈紧闭-宽缓相间分布的形态,两翼发育次级微褶皱,局部发育向核部加厚揉皱(图7b),枢纽呈波状起伏,内部保留了变形过程中产生的变形空隙,被泥质碎屑物充填。泄水构造(图7c)形成于富水、未固结的松散沉积物在受到上覆地层压力或震动作用时,孔隙水从高压区向间低压区排出所致[34],表现为下部的砂岩液化向上部流动侵位,导致泄水孔两侧向上翘起呈上凸状。负载构造(图7d-e)是一种反向密度梯度构造[14]。颗粒较粗的沉积物下陷到颗粒较细沉积物中,随着负载物的下陷,两侧纹层发生牵引,脱离母岩层后称球-枕构造。同沉积微断层限制在上下未变形层之间,呈小型或微型的阶梯状正断层。这些断层倾角多介于80°~90°之间,延伸5~10 cm,断距在0.1~2 cm之间(图7f)。
图7 麦初箐组SSDs典型照片
Fig.7 Typical photographs of SSDs in the Maichuqing Formation
3.2 三合洞组的软沉积物变形特征
研究区三合洞组(T3s)地层出露较局限,但其保留的滑塌层和软沉积物变形构造特征清晰且丰富。三合洞组一段为正常沉积层,SSDs集中发育在三合洞组二段、三段,滑塌体发育规模不同,自厘米级至米级均有发育,识别出的软沉积物变形构造主要有同沉积褶皱、布丁构造、同沉积断层、球-枕构造等。
三合洞组二段(T3s2)的SSDs发育在大利坪(图3B和图6e)、北厂(图3A)及建基铁矿(图3D)等地区。岩性主要由纹层状灰岩、砂泥岩与泥晶灰岩组成。薄-中层状砂岩中常形成一系列同斜褶皱(图8a)。泥岩中发育规模不一的砂岩脉与液化角砾,两者常共生;砂岩脉脉幅宽0.3~3 cm,表现为液化砂层向粉砂质泥岩里流动侵位(图8b),液化角砾岩可见拖尾状折断。局部层位出现鞘褶皱,其在滑塌过程中发生堆叠,后缘滑塌体覆盖于前缘滑塌体之上。砂岩与泥岩互层的薄层砂岩中发育布丁构造(图8c),在垂向不均匀挤压与横向拉张作用下发生差异收缩与膨胀,泥质沉积物向两侧发生塑性流动[35],拉断的布丁未显示出优选滑塌方向。粉砂质泥岩中见液化卷曲变形(图8d),泥质团块被砂质包裹,砂岩杂乱切穿相邻层理。该液化卷曲变形夹于未变形层之间,表现为大幅度褶曲,形成一系列形态不规则、层理不协调、规模不一的卷曲构造。纹层状灰岩层面呈波状起伏,内部多发育阶梯状同沉积断层,断距0.1~2 cm,镜下可见暗色纹层断裂被限制在上下未被错断的亮色纹层之间。局部发育细小碎裂角砾层(图8e),顺层延伸,限制在上下稳定层之间。此段形成的滑塌褶皱多呈卷曲状,变形层与稳定层界线截然(图8f)。
图8 三合洞组SSDs典型照片
Fig.8 Typical photographs of SSDs in the Sanhedong Formation
三合洞组三段(T3s3)岩性主体为灰岩角砾岩夹砂泥岩组合,通常形成大型同沉积滑塌褶皱,该类与滑塌相关的SSDs通常出现在滑塌体的中部及末端,横向延伸有限,主要出露于大利坪及兔子山地区(图3C、图6f)。一般而言,滑塌体内部若发育软沉积物变形层,其顶部与底部常保留强烈破碎的滑塌层位[36]。该层与相邻岩层界线清楚,表现出明显的揉皱滑动特征,褶皱样式多样,包括开阔褶皱(翼间角70°~90°)与紧闭褶皱(翼间角10°~23°)(图8g),轴面倾向有序,总体具向核部增厚的趋势,角砾状灰岩中角砾呈悬浮状,砾石多由自身滚动和具滑塌性质的灰岩角砾构成。角砾状灰岩中角砾呈悬浮状,砾石多来源于自身滚动及具滑塌成因的灰岩角砾。角砾灰岩层沿走向可见褶皱膨胀构造,挤压上下岩层使其发生弯曲,并在顶起部位层厚减薄(图8h-i)。滑塌面在小尺度上呈较规则面状,局部发育次级微褶皱,部分砾石随褶曲发生弯曲,该套地层整体较为连续,但厚度不稳定。
4 讨论
4.1 软沉积物变形构造的成因机制
SSDs的触发机制包括古地震、重力流、斜坡失稳、火山活动、潮汐及风暴波浪等[9,37-38],其控制驱动力可来源于重力、水体或其他流体的剪切作用,以及生物或化学过程所产生的应力[34]。软沉积变形的触发机制主要可通过标准判定法、沉积学与古环境综合分析2种方法进行识别[1,34]。将SSDs的变形特征、沉积环境与构造背景结合分析,排除不可能的因素,分析可能的因素[39]。潮汐作用引起的SSDs主要发育于滨岸、潮坪环境,且通常仅表现为液化脉构造[11];风暴产生的SSDs一般只发生在浪基面附近,分布位置较局限;研究区晚三叠世位于前人提出的无火山岩沉积过渡单元范围内,且未发现与火山活动有关证据,因此可排除火山触发机制[27]。基于本次剖面实测结果,结合区域调查资料,区内上三叠统中的SSDs主要集中在麦初箐组三段(T3m3)、三合洞组二段(T3s2)和三合洞组三段(T3s3),且均被限制于特定沉积层位之内。因此,构造活动引起的斜坡失稳和古地震应是最合理的备选。
麦初箐组三段(T3m3)沉积时期,发育有负载构造、球—枕构造、不对称褶皱及同沉积断层等一系列SSDs(图7)。这些构造并非贯穿整个地层,而是局限于特定层位,指示其触发条件具有间歇性。SSDs的形成通常需具备一定地形坡度与外界触发机制[40]。从区域构造演化角度分析,此时期正处于古特提斯洋俯冲末期,盆地周缘的沉积物大量向盆地内运移,为滑塌体的形成提供物质条件。同时盆地范围缩小,边缘地形坡度变陡,促使盆地中心水体变深。这表明,此阶段构造频发,导致斜坡上的软沉积物失稳因自身重力促使滑塌发生,并大量发育SSDs[41-42]。
三合洞组(T3s)沉积时期,盆地范围持续缩小,水体进一步加深。一段(T3s1)未发育软沉积物变形层,反映沉积环境相对稳定。二段(T3s2)则普遍发育液化角砾岩、负载构造、同沉积滑塌褶皱与同沉积断层等,该SSDs组合被视为具有震积序列特征[43-44],均被限制于相应岩层内。该段纹层状灰岩中广泛发育的同沉积微断层(图8e),可认为是重要的古地震证据[45]。同时,砂泥岩与灰岩组合中发育的球—枕构造与液化角砾岩,亦指示该时期构造活动频繁。通常,SSDs类型与地震强度(Ms)相关,M ≥ 5时沉积物开始出现液化变形,当M ≥ 8时沉积物开始出现脆性变化[46-48]。因而,该段层内发育的破碎角砾与断层,反映当时构造活跃,同生断裂或地震事件易破坏未固结—半固结沉积物的稳定性,诱发一系列SSDs。三段(T3s3)沉积环境逐渐演化为台地斜坡相,发育一套剧烈滑塌作用形成的角砾状灰岩夹砂泥岩组合(图8g)。角砾成分以鲕粒灰岩、纹层状灰岩和泥质灰岩为主,属典型重力垮塌堆积产物[49-50]。同期构造活动持续增强,显著提高了斜坡区沉积物的不稳定性,进而诱发大规模重力垮塌。此类强烈滑塌通常与地震活动引发的高沉积速率及斜坡侵蚀性削蚀作用有关[32]。该层角砾状灰岩磨圆差、分选差,指示其形成于快速、瞬时的滑塌事件。尽管同沉积滑塌构造可发育于多种存在重力失稳的构造背景,但如此大规模滑塌往往需多重地质因素共同控制[39]。
SSDs作为关键的同沉积记录,反映了构造—地震—斜坡背景对未固结沉积层的联合控制,可视为区域造山运动的沉积响应。盆地两侧抬升导致地形坡度加剧,使沉积物处于不稳定状态并发生滑塌,最终形成一系列相关变形构造。滑塌体中的变形构造是识别古斜坡的直接标志,如滑塌褶皱轴面倾向通常指示物源方向[35,51]。根据各层段同沉积滑塌褶皱产状及古水流投影结果,麦初箐组一段和二段(T3m1-2)的同沉积滑塌褶皱轴面、枢纽与古水流指示当时区域内至少存在一个东高西低的古斜坡(图3F和图6a),麦初箐组三段(T3m3)至三合洞组(T3s)时期相关产状则反映斜坡方向转为为S-SE向(图3G和图6c、d)。
4.2 区域地质意义
根据上述对沉积序列、沉积环境、软沉积物变形构造(SSDs)分布层位、变形样式及触发机制的综合分析,认为晚三叠世兰坪盆地至少经历了两次明显的构造活动(图9),分别位于:(1)麦初箐组与三合洞组过渡阶段,持续的挤压导致盆地水体变深,为三合洞组沉积有机质丰富的碳酸盐岩提供有利环境;(2)三合洞组二段顶部,强烈构造活动引起岩石破碎堆积于台地区,后由于斜坡失稳导致大规模滑塌。这些SSDs是古特提斯洋俯冲造成的盆-山耦合作用的特殊沉积响应。从区域上看,无火山岩的晚三叠世地层[27]包括麦初箐组和三合洞组,仅发育在江达-维西-云县弧的中段。此区域的二叠系-中三叠统作为本套地层的基底岩系被强烈改造,发育密集劈理和紧闭褶皱,这些被视为古特提斯持续向东俯冲的响应[26],而覆于上部的晚三叠世地层沉积时期处于古特提斯洋俯冲末期。受俯冲角度差异的控制,研究区北段和南段均在高角度俯冲背景下发育弧后盆地[25];而中段则识别出由低角度平板俯冲所形成的弧背前陆盆地[52]。与高角度俯冲相比,平板俯冲对上覆板块的构造影响更为深远,其效应可从海沟向陆内水平延伸上千公里,并伴随更高的地震能量释放[53]。在平板俯冲体制下,上覆板块受到强烈挤压形成盆地,随着挤压持续增强,盆地水体加深、坡度变陡[54],这可能进一步导致麦初箐组陆源碎屑岩向三合洞组灰岩的岩性转变。同时,俯冲引发的周缘频繁构造活动,控制了软沉积物变形,最终形成该套发育SSDs的海陆过渡相沉积建造。
结合SSDs垂向序列与古斜坡指向特征,本文识别出两次主要构造事件,即:(1)麦初箐组沉积时期对应古特提斯洋向东的平板俯冲末期[23,52],导致麦初箐组主要存在一个面向西的古斜坡;(2)而在麦初箐组沉积结束时,古特提斯洋北段已闭合[23],中段俯冲减弱,伴随北段陆-陆碰撞导致的地形抬升,使得该区地势高于仍处于大洋俯冲的中段与南段。这一构造背景合理地解释了麦初箐组顶部与三合洞组中SSDs所指示的未固结沉积物向南或南东滑动的特征。区内SSDs虽沉积环境存在差异,但均属同一盆地系统,未发现远源搬运迹象。这也表明,滑塌事件具有高差大、坡度陡、搬运距离短的特点,指示物源区与失稳区距离较近。这些SSDs不仅记录了盆地构造-充填的动态过程,也反映了造山带演化信息[55],为揭示盆山耦合关系提供了关键证据。此前,已有众多学者发现晚三叠世受古特提斯洋与同时期的松潘-甘孜洋闭合影响,大规模发育软沉积物变形构造[14,56-57]。在本研究区的弧背前陆盆地内,同样广泛发育的软沉积物变形,指示此沉积期间的构造活动强烈。
图9 兰坪盆地晚三叠世SSDs序列及结构剖面
Fig.9 Late Triassic SSDs sequence and structural section of the Lanping basin
5 结论
(1)兰坪盆地东北部上三叠统由下伏麦初箐组和上覆三合洞组组成,二者连续沉积,沉积环境由陆相向海相转变。
(2)区内麦初箐组和三合洞组均发育软沉积物变形构造(SSDs),盆地边缘构造活动引起的地震和斜坡失稳是其主要触发因素。其中,麦初箐组一段、二段沉积期存在东高西低的古斜坡,麦初箐三段至三合洞组则发育S—SE向古斜坡。
(3)兰坪盆地晚三叠世地层沉积于古特提斯洋俯冲背景,其滑塌层与SSDs的时空分布特征指示了两次区域性构造事件,是控制沉积序列与软沉积变形构造发育的关键。
基金
基金项目:云南省新一轮找矿战略行动计划项目(Y202405);国家自然科学基金项目(42163007);国家重点研发计划项目(2021QZKK0301,2016YFC0600306)。
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期刊介绍
《现代地质》
《现代地质》创刊于1987年,双月刊,是由教育部主管、中国地质大学(北京)主办的地球科学领域的综合性学术期刊。荣誉主编为邓军院士,主编为刘大锰教授。期刊秉承“百花开放,百家争鸣”的方针,以地球系统科学为核心框架,聚焦多圈层相互作用与跨学科交叉研究。目前被中国科学引文数据库(CSCD)、北大中文核心、中国科技核心以及SCOPUS数据库等收录。
主编介绍
刘大锰教授
刘大锰,教授,博士生导师,国务院政府特贴获得者,中国地质学会会士,长期从事煤层气地质勘探与开发。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学重点基金等20余项。获国家科技进步二等奖1项、省部级科技成果一等奖4项和二等奖3项,北京市教育教学成果一等奖2项和二等奖1项;发表学术论文400余篇,SCI收录210余篇(第一作者/通讯作者100余篇),SCI他引10000余次,入选Elsevier中国高被引学者,斯坦福全球2%顶尖科学家;授权发明专利17件。据“科睿唯安”统计,有10篇ESI 1% 高被引论文。目前兼任《Unconventional Resources》共同主编,《Energy Reports》和《Energy Exploration and Exploitation》副主编。
现代地质GEOSCIENCE
排版 | 孟源
责任编辑 | 戚开静
审核 | 董立