（构造地质学专业论文）四川盆地晚中生代红层与古气候.pdf

四川盆地晚中生代红层与古气候 曹珂，男，生于1 9 8 3 年2 月2 7 日，2 0 0 0 年开始于成都理工大学攻读地质 学专业，2 0 0 4 开始于成都理工大学沉积地质研究院师从著名地质学家王成善教 授、李祥辉教授，攻读理学硕士学位，专业构造地质学。 摘要 白垩纪是地质历史中的一个特殊时期，被认为是典型的“温室气候”，但 是这种观点仍旧缺乏来自于陆相白垩纪沉积的证据。四川盆地是中国白垩纪最 具代表性的陆相沉积盆地之一，主要发育一套广布的红色碎屑岩沉积，且膏盐、 沙漠相沉积发育。 是否同人们的一般认识一样，红层、膏盐、沙漠相的出现就代表了干旱气 候；温室气候下的四川盆地是否具有均一不变的气候条件；如果变化，四川盆 地及其周边地区气候条件又是如何演变的。前人通过红层分子化石及沉积体系 演变讨论了四川盆地边缘晚侏罗一早白垩世的古环境及古气候特征。但是盆地 内部仍旧缺乏有说服力的证据。本文在前人地层古生物研究的基础上，借助粘 土矿物气候指标、结合沉积物碎屑成分着重讨论了中侏罗世一古近纪早期四川i 盆地及周边地区的气候状况及演变过程。 气候指数( f q ) 与构造指数( l q ) 分别指示了构造因素和气候因素对沉 积物的影响作用。经统计分析，盆地北部边缘，中侏罗世气候因子占优势，而 晚侏罗世及早白垩世早期构造因子占主导作用；盆地南部以气候因子占优势为 主，说明构造活动对沉积物影响不大。 粘土矿物分析参照粘土矿物组合、伊利石结晶度、伊利石化学指数三个指 标。经对比发现粘土矿物主要以蒙脱石和伊利石为主。多数样品蒙脱石和伊利 石同时出现，表明沉积物源区以干冷与暖湿交替的气候环境为主；局部层段只 有伊利石，表明为干冷气候。同时，所有样品伊利石化学指数值均大于0 5 ， 说明粘土矿物经历孑强烈的化学风化作用，说明盆地内部为暖湿气候。 关键词：白垩纪四川盆地碎屑组分粘土矿物古气候 l a t em e s o z o i cr e db e d sa n gp a l e o c l i m a t ei ns i c h u a n b a s i n a b s t r a c t t h ec r e t a c e o u sh a sb e e nt h o u g h tt ob eap e r i o do f g r e e n h o u s e b u tt h e r eh a v e n o tb e e ne n o t l g he v i d e n c e sf r o ml a n ds e d i m e n tf o rt h i sv i e w p o i n t s i c h u a nb a s i ni so n e o ft h em o s tr e p r e s e n t a t i v e si nt h ec r e t a c e o u st e r r e s t r i a lb a s i n , i nw h i c hag r o u po fr e d e l a s t i cd e p o s i t i o nw i t hg y p s u ma n dd e s e r th a db e e nd e p o s i t e c l i f s e d i m e n t so f r e d b e d , d e s e r ta n dg y p s u mr e p r e s e n tp r o d u c t si naa r i dc l i m a t ea sa g e n e r a lk n o w l e d g e w h e t h e rs i c h u a nb a s i nh a v eb e e ni nah o m o g e n e 0 1 l sc l i m a t eo f g r e e n h o u s ei nc r e t a c e o u sp e r i o do rn o t t h e nh o wd i dt h ec l i m a t ec h a n g e ? s o m e p e o p l eh a ds t u d i e dp a l e o e n v i r o u m e n ta n dp a l e o c l i m a t eo fb a s i n a le d g eb yt h er e s e a r c h o fm o l e c u l a rf o s s i l sa n de v o l v i n go fd e p o s i t i o n a ls y s t e m b u tt h e r ei sn oe n o u g h c o m p e l l e n te v i d e n c e si n s i d eb a s i nf o rt h i sc l i m a t e b a s e d0 nc l a ym i n e r a l sa n d c o m p o n e n to f r o c k s ，t h i ss t u d ya n l y z e st h ec l i m a t ee v o l u a t i o no f i ns i c h u a nb a s i ni n t h e m i d d l ej u r a s s i ct h r o u g he a r l yp a l e o g e n e b o t hc l i m a t ea n dt e c t o m ci n d e xc a nb et r a n s f e r e db yp a r a m e t e so ff qa n dl q o u re x p e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h ec l i m a t eh a db e e ns t r o n g l yi n f l u n c e dt h e s e d i m e r i t si nm i d d l ej u r a s s i cb u tt h et e c t o m c sa r et h em a i nc o n t r o l sa f t e r w a r d si nt h e l a t ej u r a s s i ca l o n gt h ee d g eo ft h eb a s i n ，i nt h es o u t ho ft h eb a s i n , c l i m a t ei st h e d o m i n a n tf a c t o r , w h i c hi m p l i e st h a tt e c t o n l cd o e s n te x t r e m e l yi n f l u e n c et h ed e p o s i t i o n i nt h em i d d l ej u r a s s i ct o e a r l yp a l e o g e n e p r o x i e so fc l a ym i n e r a l st op a l o e c l m i a t ea r et h er e l a t i v ec o m p o s i t i o n , c r ) ，g t a l l i l l i 够 o fi u i r e c h e m i ci n d e xo fi l l i t e t h er e s u l to fe x p e r i m e n t si n d i c a t et h a tt h em a i nc l a y m i n e r a l si nt h er e d b e d sa r ei l l i t ea n ds m e c t i t e i l l i t ea n ds m e c t i t ea p p e a rt o g e t h e ri n m o s ts a m p l e s i ti m p l i e st h a tc l i m a t eo f t h es o u r ca r e ai sm o s t l yc o o la n da r i d b u tt h e r e i so n l yi l l i r ei ns e d i m e n t so fe a r l yc r e t a c e o u sa n dk tb o u n d a r yi n t e r v a l ，w h i c h s u g g u e s t saw a r n la n dw e tc l i m a t ee x i s i t a n c e c h e m i c a li n d e xo f i l l i t eo f a l ls a m p l e sa r e o v e r0 5 w h i c hi n d i c a t ea 1 1c l a ym i n e r a l sh a v eb e e np r o c e s s e db ys t r o n gc h e m i c a l w e a t h e r i n g c o n s e q u e n t l y , c l i m a t ei nt h eb a s i nh a db e e ni nw a r ma n dw e t k e y w o r d s ：c r e t a c e o u s ；s i c h u a nb a s i n ；c l a s tc o m p o s i t i o n ；c l a ym i n e r a l ；p e l a o c l i m a t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛壑堡王盔堂或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名： 学位论文作者签名。磁巧 翻嘶 v 口7 年 月彳日 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权盛壑堡王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 靴澈储鹳。犯巧 年6月6日 第1 章引言 第1 章引言 我们生活在被人类强烈影响和改造的地球上。如何认识人类作为一种重要 的地质营力对地球的改造作用，需要我们更深刻地去了解这个固体地球、大气 圈、海洋、生命以及它们相互之间的作用和影响，这种需求导致地球系统科学 的形成和发展。通过对保存在岩石中的记录的研究，我们得知，地质历史上大 部分时期的地球与现今生活的间冰期地球完全不同，并表现出具有“温室状 态”( g r e e n h o u s es t a t e ) 与“冰室状态”( i c e h o u s es t a t e ) 交替出现的周 期性。温室状态下气候和海洋格局遵循不同的运行模式，而对这样一种模式的 精确理解无论对于认识过去、还是未来都将是必需的。 1 1 选题依据与研究意义 2 0 世纪地球科学的一个重大进展在于认识到人类活动将对地球表层系统 和全球气候产生直接影响，其所产生的二氧化碳等温室气体的大量增加将可能 造成人为的“温室效应”。例如，在过去的1 0 0 年，大气中二氧化碳浓度约增 加了6 0p p m ，地球气温升高0 6 c ( g u t z l e r ，2 0 0 0 ) 。这就产生了以下一些问 题：人类活动如何改变现今并将怎样改变未来气候呢? 由于大气圈温室气体比 例的增加，地球是否会进入另一次温室气候状态? 如果真是这样，地球环境会 发生什么样的变化并如何变化? 什么样的生物种群会适应这种调整并会继续 演化或不适应而灭绝? 这是各国政府和社会公众关注的热点问题，同时也是全 球科学家需要回答的重大科学问题。探究上述问题的途径有两个：一个是基于 气候模式成果上对未来气候的模拟( h a y w o o de ta 1 ，2 0 0 4 ) ，另一个是对地球 历史中曾经发生过的快速温室气候变化进行追踪，通过对快速气候交化的原 因、过程、对环境和生物的影响等综合研究，为我们更好地理解温室气候变化 提供真实的、可供借鉴的范例。 科学界已经认识到，地质历史上大部分时期的地球与我们现在生活的间冰 期地球截然不同( m i l l e re ta 1 ，1 9 9 1 ) ，并表现具有“温室状态”( g r e e n h o u s e s t a t e ) 与“冰室状态”( i c e h o u s es t a t e ) 交替出现的“冰碳不同器而久” 的周期性( 汪品先，2 0 0 0 ，2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 。白垩纪被认为是研究温室气候的典型 范例：白垩系平均气温比工业革命以前高3 1 0 ( h u b e re ta 1 ，1 9 9 5 ：c l a r k e a n dj e n k y n s ，1 9 9 9 ：h u b e re ta 1 ，2 0 0 2 ：w i l s o ne ta 1 ，2 0 0 2 ) ，c 0 2 浓度 是工业革命以前的4 1 0 倍( b e r n e r ，1 9 9 4 ：b i c ea n dn o r r i s ，2 0 0 3 ) 。温室 状态下气候和海洋格局遵循着不同的运行模式( h a ya n dd e c o n t o ，1 9 9 9 ) ，而 成都理工大学硕士学位论文 这样一种模式的精确理解无论对于认识过去、还是未来都是必需的。过去是现 在和将来的一面镜子，对自垩纪温室气候的状况及其对生物界和地球表层重大 地质事件的影响的研究必将成为解决上文所提出问题的关键，并为预测未来全 球长时间尺度气候变化趋势提供科学依据。 国家重点基础研究发展计划项目白垩纪地球表层系统重大地质事件与温 室气候变化结合我国白垩纪东特提斯洋记录和陆相白垩系的地域特色，在我 国对白垩纪有关重大地质事件已形成的学术优势的基础之上，通过海陆整合， 深入对白垩纪地球表层系统的重大地质事件的过程和原因进行研究，了解它们 与温室气候变化的关系，是具有显著的社会效益和良好发展潜力的前沿科学研 究，并有可能对国际地学领域做出原始创新的理论方面贡献。 其第一课题中国白垩纪重要时期的古气候重建以白垩纪陆相气候为研 究对象，为白垩纪温室气候的研究提供来自于大陆的证据。基于此，本文将以 典型白垩系陆相红盆四川盆地为例，探讨四川盆地中侏罗世( 红层开始出 现) 一古近世的气候变化，并探讨气候变化与古地形、古构造之间可能的因果 关系。中国的陆相白垩系十分发育，对于白垩纪“温室气候”研究具有举足轻 重的意义。四川盆地位于中国西南，发育完整的中生界地层，陆相白垩系红层 十分发育，特别是其底部侏罗系与上部古近系的发育使对白垩纪古气候的研究 扩展到整个中生代，这对一个完整气候旋回的研究和对比来说十分重要。中生 代四川盆地古气候是青藏高原隆升前四川盆地乃至整个中国南方地区古气候 状况的缩影，对于它的研究对白垩纪“温室气候”、“中国中生代东部高原”、 白垩纪的大气环流状况、气候性质、“陆相红层”的形成机制都具有重要的意 义。 1 2 研究现状与主要科学问题 白垩纪在科学研究中具有重要的地位，其全球性海平面变化，全球分布的 富有机质的黑色页岩、碳酸盐台地的沉没以及全球性火山作用和与之有关的极 端温室气候、碳旋回等地学现象一直是近几十年来地学界关注的热点( b a r r e r a a n dj o h n s o n ，1 9 9 9 ；马宗晋等，2 0 0 1 ) 。白垩纪最引人注目的是大洋缺氧事件 ( o c e a nh n o x i ce v e n t ，0 a e ，j e n k y n s ，1 9 8 0 ) 及近年来上白垩统大洋红层( u p p e r c r e t a c e o u so c e a n i cr e db e d s ，c o r b ，胡修棉，1 9 9 8 ；w a n gc h e n g s h a ne t a 1 ，2 0 0 5 ) 都引起了众多地学者广泛关注( b a kk ，1 9 9 8 ；k r e n m a y rhg ，1 9 9 6 ； w a g r e i c hm k r e n m a y rhg ，2 0 0 5 ) 。 正因为国际科学界对白垩纪的高度重视，近年来在深海钻探( d s d p ) 和大洋 钻探( o d p ) 取得了大量实验数据，获得和建立起白垩纪的各种演化曲线，如洋壳 2 第1 章引言 生产率( l a r s o nrl ，1 9 9 1 ；k a i h o ka n ds a i t o s ，1 9 9 4 ) 、锶同位素( h o w a r t h rj ，m c a r t h u rjm ，1 9 9 7 ) 、硫同位素( p a y t a n a k a s t n e rm ，c a m p b e lld ， e ta l 。2 0 0 4 ) 、碳酸盐和有孔虫的碳同位素( h u b e rbt ，h o d e l lda ，h a m i l t o n c p ，1 9 9 5 ) 、氧同位素曲线( m i l l e rk g ，w i g h tj d ，f a i r b a n k srd ，1 9 9 1 ) 、 大气二氧化碳含量变化( b e r n e rra ，k o t h a v a l az ，2 0 0 1 ) 和氧气含量变化 ( b e r n e rcr ，1 9 9 9 ) 。在此基础上，科学家可以追溯白垩纪以来的全球气候变 化( b a r r o nej ，f a w c e t tpj ，p e t e r s o nwh ，e ta l ，1 9 9 5 ) 、古海洋变化( b a r n e s cr ，1 9 9 9 ) 和古地理变化( r o s sgm ，1 9 9 9 ；h a yww ，d e c o n t orm ，w o l dcn ， e ta l ，1 9 9 9 ) 。 尽管白垩纪大洋缺氧事件、大洋红层的记录不断地在世界各地被揭示出 来，但是科学界对这些重大地质事件的成因机制及其所引起的全球变化性质还 没有形成一致的意见，原因之一就是缺乏对陆地相应沉积记录的研究。因此， 各国科学家充分认识到，在对海洋记录研究的基础上需要了解陆相环境下的气 候响应，并与从边缘海和深海环境下获得的数据进行综合对比，从根本上认识 重大地质事件的性质，揭示其成因机制，在此基础上，才有可能产生全球框架 下的新理论。因此，对中国白垩纪重要时期古气候变化规律的了解和认识，是 深入研究中国海相和非海相重大地质事件与温室气候变化重要而必需的基础。 虽然各国学者普遍认识到，通过陆相环境下的气候记录来全面认识白垩纪 全球气候变化的必要性( b o c h e r e n s 等，1 9 9 4 ；k u m pa n da r t h u r ，1 9 9 9 ) ，但 相对海洋环境而言，其研究程度有限，这是因为陆相记录相对分散，完成区域 对比的难度较大。相对于陆相其它体系环境沉积而言，湖泊的沉积记录更为完 全，保存有相对连续的古气候信息。湖泊沉积可以反映区域气候变迁史，甚至 可以揭示百年十年尺度的古气候事件，是高分辨率古环境、古气候重建的研 究对象。然而，由于国际上缺乏有代表性的大型陆相湖盆，使得陆相白垩系与 重大地质事件研究进展缓慢。 白垩纪世界陆相沉积主要分在东亚特别是中国和北美西部地区。陆相白垩 系是我国的一大特色。几十年来我国学者对不同陆相盆地的白垩纪地层划分对 比、沉积环境、生物群演化、生物区系、古地理、聚煤和生油规律等进行过全 面的研究工作，取得了大批有重要影响的成果，为后续白垩纪的相关深入研究 提供了坚实基础。对白垩纪大陆古气候研究主要利用特殊沉积为主，取得了一 些进展，如粘土矿物、陆相红层、沙漠沉积、宇宙尘埃、冰川泥石流、冰筏沉 积等( 廖瑞君等，2 0 0 3 ；江新胜等，2 0 0 0 ；程守田和刘星，2 0 0 0 1 程守田和李 志德，2 0 0 2 ；王东坡等，1 9 9 6 ) 。另外，部分学者从白垩纪吉山系的发育和构 造隆升( 陈丕基，1 9 9 7 ；张旗等，2 0 0 1 ) 等方面初步探讨中国白垩纪古气候状 成都理工大学硕士学位论文 况。但是从总体来看，特殊沉积在我国的陆相白垩纪古气候研究方面还很不系 统和深入，中国大陆白垩纪气候古地理研究尚未开展。近十多年来中国学者对 白垩纪区域成煤与气候的关系进行过有益探讨( 王思恩等，1 9 9 4 ) ，特别是在 反映气候较为敏感的陆生植物方面，先后发表了关于北方内蒙、辽西热河及阜 新等白垩纪植物群以及早期被子植物和银杏目等类群及植物地理区系重要研 究成果( 如曹正尧，1 9 9 9 ：邓胜徽等，2 0 0 1 ；孙革等，2 0 0 1 ：z h o ua n dz h e n g ， 2 0 0 3 ；z h e n ga n dz h o u ，2 0 0 4 ；w u ，1 9 9 5 ：c a o ，1 9 9 4 ) ，但对它们与白垩纪古 气候之间关系的专门讨论涉及很少。对中国白垩纪气候敏感植物时空分布规律 和气候意义等，近期才开始起步( 王永栋，2 0 0 0 ：s a i k ia n dw a n g ，2 0 0 3 ) ， 缺乏全面而有深度的探讨。对于国际上重点关注的植物气孔参数与碳循环这一 前沿领域，中国学者除了对侏罗纪和现代银杏类开展了初步研究外( 孙启高等， 1 9 9 8 ：c h e ne ta 1 ，2 0 0 1 ；s u ne ta 1 ，2 0 0 3 ) ，对温室气候下白垩纪植物与 气候的研究尚未开展起来。值得提出的是，目前对中国白垩纪气候变化总体情 况和规律等还缺乏详实了解，尚没有开展基于古地理基础( c h e n ，1 9 8 7 ) 之上 的古气候研究和重建；尤其是一些国外学者对全球中生代气候研究所涉及到的 中国古气候状况( h a l l a m , 1 9 9 3 ，1 9 9 4 ：瓦赫拉梅耶夫，1 9 9 0 ) ，所依据的资 料不全面，其可靠性和准确性受到置疑，也需要我国科学界从多方面提供证据 并进行验证、补充和修正，进而提出更加符合中国实际地质状况的古气候图景。 因此，要研究白垩纪重大地质事件与温室气候变化这样一个重大科学前沿问 题，对中国白垩纪古气候状况的全面了解和重建，是不可回避的科学问题。 郝冶纯等( 1 9 8 6 ) 将中国陆相白垩系分为松辽型、祁连型、浙闽型、四川 型：四种类型，这四种类型的沉积具有不同的沉积特征并各自占据着一定的地 理分区。其中在松辽型、祁连型、四川型沉积形成过程中，气候可能是其主控 因素，而浙闽型主要受火山活动控制。尽管各有不同，但都发育“红层”。白 垩系红层在全国范围内广泛发育( 图1 - 1 中国陆相白垩系红层主要分布点图) 。 并表现出明显的地域性，呈现东一西，南一北的差异。 四川盆地是中国陆相白垩纪最具代表性的沉积盆地之一，主要发育一套广 布的红色碎屑岩沉积，且膏盐、沙漠相沉积发育。是否同人们的一般认识一样， 红层、膏盐、沙漠相的出现就代表了干旱气候；温室气候下的四川盆地是否具 有均一不变的气候条件；如果变化，四川盆地及其周边地区气候条件又是如何 演变的。前人通过红层分子化石及沉积体系演变讨论了四川盆地边缘晚侏罗一 早白垩世的古环境及古气候特征。但是盆地内部仍旧缺乏有说服力的证据。本 人将在前人地层古生物研究的基础上，借助粘土矿物气候指标、结合沉积物碎 屑组分分析着重讨论中侏罗世一古近纪早期四川i 盆地及周边地区的气候状况 4 第1 章引言 及演变过程，以为全国范围内的气候阶段划分及气候带划分提供数据支持。 图1 - 1 白垩纪陆相红层的主要分布点示意图 1 3 研究思路及内容 白垩系陆相红层的古气候研究是一个系统的科学研究过程，它包括沉积物 的颜色、组分、特殊沉积物等各方面的问题。本文将涉及其岩石学及粘土矿物 学方面的内容： ( 1 ) 岩石学研究要分为室内及野外两个阶段完成。首先，通过野外剖面 露头的观察及分析，结合区域对比资料对陆相红层的沉积环境、沉积相及其物 质来源做系统的分析，并初步探讨红层形成的控制因素。其次，室内通过对砂 岩薄片的详细统计，对砂岩的类型、成岩作用进行分析，并计算砂岩气候指数 值及构造指数值，结合野外沉积相及沉积环境的划分，确定红层形成的控制因 素，并初步进行古气候分析，同时为下文古气候分析提供背景资料。 ( 2 ) 粘土矿物学特征是本文用于古气候分析的主要方法和手段。首先， 对泥岩样品进行扫描电镜分析研究，以确定用以讨论古气候的粘土矿物是否为 碎屑来源，这是粘土矿物古气候分析方法必需的步骤。其次，对经过实验提取 的粘粒进行x 衍射实验，用以计算粘土矿物的的相对组分、伊利石结晶度及伊 利石化学指数，并结合岩石学特征的分析结果用它们进行系统的古气候分析。 成都理工大学硕士学位论文 对四j i f 盆地进行系统的古环境及古气候恢复是本文研究的主要目标。古气 候研究是一个复杂的过程，它必将涉及来自于古地理、古地形、古区域环境等 各方面的因素。因此本文在文章结尾在得出四川盆地古气候信息的基础上对四 川盆地气候成因进行了初步讨论。 古气候对红层的影响及控制作用 古气蛱阶段划分古气壤带划分 1 4 实际工作量 图1 - 2 陆相红层研究思路框图 本论文的编写主要参照4 条剖面进行，其中主干剖面1 条，辅助剖面4 条， 时代跨度为中侏罗世一古近纪早期。总共获取岩石薄片样品9 6 件，其中6 6 件 进行了岩石碎屑组分统计；泥岩样品7 7 件，对其中7 4 件进行了x 射线衍射( x r d ) 实验，获得了大量准确有效的信息( 见表1 - 1 ) 。 在论文的编写过程中作者进行了大量而细致的工作和实验，具体来说可以 归纳为以下3 点( 表1 - 2 ) ： ( 1 ) 在导师的指导下，在四川盆地详细观察描述了中侏罗世一古近世剖 面1 0 条，参观剖面3 条。 6 第1 章引言 表卜1 论文剖面数据信息表 分区剖面 g p s 年代地层岩石地层粘土薄片 剑阁组 22 下白垩统 汉阳铺组 20 剑门关组 43 剑广元千佛崖1 0 5 。4 7 6 8 4 莲花口组 96 阁 一剑阁朱家 e 。3 2 。2 4 0 2 3 7 上侏罗统 分 遂宁组24 区岩 n 上沙溪庙 95 组 中侏罗统 下沙溪庙 组 22 中江古店场 1 0 4 。2 9 3 9 1 古店组 2 3 梓潼 中江石泉场 e ，3 0 。5 9 9 4 7 一巴 n 七曲寺组 22 中分 剑阁白龙 1 0 5 。3 4 4 3 ”下白垩统 白龙组32 区 e ，3 0 。4 9 6 ”n 1 0 5 。8 1 2 ”e 。 苍溪一阀中苍溪组 44 3 r3 6 5 6 ”n 名山金鸡关 1 0 3 。4 fl l “e 。 古近系名山组 5 0 一余光坡3 0 。3 4 5 ”n 雅安 天马山组、 一成 雅安飞仙关白垩系 81 5 灌口组 都分1 0 3 。1 1 5 0 ” 区 邛崃夹关 e ，3 0 。1 6 5 6 ” 下白垩统一上 n 白垩统 夹关组66 天全罗家坝上侏罗统蓬莱镇组 21 1 0 4 。1 0 4 5 ”古近系柳嘉组 0l e ，2 9 9 1 4 1 6 ” 高坎坝组 53 宜宾 三合一柳嘉 n 上白垩统 三合组 32 分区1 0 4 。1 0 7 2 5 ”下一上白垩统打儿凼组13 e 2 9 。1 4 1 6 ” 下白垩统窝头山组 14 n 上侏罗统蓬莱镇组 2o ( 2 ) 根据论文的编写目的，完成了9 6 件薄片样品的鉴定并完成碎屑组分 分析和7 7 件粘土样品的x r d 实验，得到了相关数据。 ( 3 ) 对四川盆地区域状况、中生代地层、中生代构造及古气候、陆相古 气候研究方法方面的国内外资料进行了查阅和收集，特别是对粘土矿物与古气 候、白垩纪古气候、晚白垩世一古近世早期的气候状况方面的资料进行了详细 的研读和学习。 成都理工大学硕士学位论文 表1 - 2 实际工作量表 项目工作量项目工作量 室内收集资料2 3 个月普通薄片9 6 件 野外地质考察3 4 个月粘土x l c d7 7 件 详细描述剖面1 0 条阅读中文文献1 0 0 余篇 参观剖面 4 条 阅读外文文献 5 0 余篇 照片1 1 8 张发表论文 2 篇 8 第2 章中侏罗统一古近系红层沉积学 第2 章中侏罗统一古近系红层沉积学 地质上( 非地理上) 的四川盆地位于扬子准地台的西北部，介于龙门山大 巴山台缘坳陷与滇黔川鄂台褶带之间，被西北松甘地块，西南三江地块，东面 扬子板块中部包围，属扬子准地台的一部分，是中生代发育起来的大型内陆盆 地，也是一个周边被构造活化了的克拉通盆地的一部分，其形成时间为晚三叠 世至新生代。本文所讨论的四川盆地主要是指现在意义上的盆地，属于地理概 念的范畴。 四川省区域地质志( 1 9 9 1 ) 根据沉积环境、沉积相、生物相、地层发 育完备程度及含矿性差异，四川的白垩系可划分为6 个分区：剑阁分区，成都 一雅安分区，巴中一梓潼分区，宜宾分区，西昌分区，黔北分区。各分区的范 围、名称如图2 - 1 所示。本论文所依照地层也是在参照四川省区域地质志 及四川省岩石地层清理( 1 9 9 7 ) 的基础上进行的。 卜分区界线；2 一缺失区；3 一分区编号；4 剖面位置；三一剑阁分区；呈一梓潼一巴 中分区；墨一雅安一成都分区；生一宜宾分区；一西昌分区；曼一黔江分区 图2 - 1 四川盆地白垩纪分区图 9 成都理工大学硕士学位论文 四川盆地白垩纪地层除雅安一成都及西昌分区地层发育完备外，其它分区 皆不同程度缺失统、组、段一级的地层。因黔北分区白垩纪地层出露极少、西 昌分区属于另外的湖盆，本次研究未做深入工作，主要针对前四个地层分区进 行了区域地层对比。考虑到剖面出露情况，本论文将剑阁分区的中侏罗世一早 白垩世剖面和成都一雅安分区的早白垩纪一古近纪剖面作为主干剖面，宜宾分 区的晚白垩世剖面和巴中一梓潼分区的早白垩世剖面作为参考剖面来研究。 2 1 岩石及生物地层 2 1 1 剑阁分区 本分区白垩纪地层主要发育于龙门山前，北至广元，南到江油北川县，东 部延伸到剑阁县以东地区。其地层沿革如表2 1 。 表2 _ l 剑阁分区白垩系划分沿革 赵亚曾侯锄封睦缋 蓦差囊 d1 ，i i 二二畦，q 地撩星琪王盂筠 孝玉文艇圳暂匿 l测龇屡袭城她厩。鲁 ( 1 9 2 9 1f 1 9 2 9 )9 4 2 )( 1 9 6 4 )(9 6 6 )，1 9 7 8 1f 1 9 8 0 )( 1 9 8 2 )9 8 7 ) ( t 9 9 1 ) 刽剑剑 剑 铡 鲥 醐潮瑚 域 阁瑚捌 l l i 维 纽纠组缎 剑 震 翔 k 2 _ _ 一_ 一阁 k 2 _ 一 ；z 墙 汉城汉汉 宅 汉 h 翔匿j阳 地域城 城 组 稚 1 ；朝 钝 k 1 割 段 k 1l 铺 k 1 铺铺 k 锚 e = 盘k墙k 瑞 关 墙 翱 门 组 错 维 j ) 墙 维维 _ 一 - 一_ _ 一笼 - 一_ 一 _ 一 型鲥 缁 剑 k 1 剑判翻刽 门艟 崭 n f 】 门 群 lrj门 崭楮 麓 嚣 鼍 段 置砖埯 辫 足 美 组组m螺蝌缵 _ _ 一 k ， 群 _ 一 - 一 - 群群群 莲莲莲莲莲莲 群 垃莲莲 诧诧诧 j ) 花 j ， 记 j ， 花 j ， 花茈 l 芘 【l j口 i r lf 】f in 维组组纽纽蛆组 圣l 【组 剑阁分区侏罗系及下白垩统发育齐全，因此对剖面的研究从“红层”最早 出现开始，即中侏罗统下沙溪庙组、上沙溪庙组，上侏罗统遂宁组、蓬莱镇组， 下白垩统剑门关组、汉阳铺组、剑阁组地层。 2 1 1 1 下，上沙溪庙组 杨博泉、孙万荃1 9 4 6 年于合川县南沙溪庙命名“沙溪庙层”，系由原“重 庆系”( a h e i m ，1 9 3 1 ) 分出，上世纪5 0 年代初被称为“沙溪庙组”，常将其分 为“下沙溪庙组”、“上沙溪庙组”( 四川航调队，1 9 8 2 ) 或沙溪庙组“下亚组”、 “上亚组”( 四川航调队，1 9 7 6 ；西南地区区域地层表四川省分册，1 9 7 8 ) 。 “沙溪庙组”遍布四川盆地，层位较稳定，岩性以黄灰、紫灰色长石石英砂岩 1 0 第2 章中侏罗统一古近系红层沉积学 与紫红、紫灰色泥岩不等厚韵律互层为特征，但砂岩层不稳定，厚6 5 0 - - 2 5 0 0 m ， 与下伏新田沟组或千佛岩组及上覆遂宁组均为整合接触，亦可平行不整合超覆 于自流井组不同层位之上，以中部富含叶肢介化石的“叶肢介页岩”顶为界分 为两段：下沙溪庙组、上沙溪庙组。 “沙溪庙组”含多门类化石，有双壳类p s i l u n i o , c u n e o p s m 等；介形类 d a r w i n u l a ；叶肢介e u e s t h e r i a 多种；植物c o n i o p t e r i s , o t o z a m i t e s ；轮藻 e u a c l i s t o c h a r a ；腹足类v a l v a t a ；孢粉c a l l i a t a s p o r i t e s 等及大量脊椎动物化石。 广元地区下沙溪庙组厚2 7 1 2 米，色调仍旧以黄绿色为主，开始有紫红色 泥岩出现，最初以红色夹层出现，逐渐发展为“红层”夹薄层黄绿色地层，最 终“红层”占统治地位。顶部有一层富含叶肢介的黄灰色页岩或砂质页岩。含 瓣鳃类f e r g a n o c o n c h a ；植物c o n i o p t e r i sh y m e n o p h y l l o i d e s 等。本组地层由2 4 个不等厚韵律层组成。底部黄灰色砂岩( 千佛崖砂岩) 较粗，含硅质砾石，大 型槽状交错层理发育。每个韵律层下部砂岩均发育大型槽状交错层理、平行层 理，自下而上粒度由粗变细。上沙溪庙组厚1 4 6 0 4 m ，颜色上以紫红色为主，夹 有3 4 层黄绿色块状砂岩，质地坚硬，斜层理发育。本组中上部夹多层灰白 色含云母石英砂岩，胶结疏松，有一薄层淡水砂质灰岩( 1 0 2 0 厘米) 透镜体。 含瓣鳃类： c u n e o p s m o h a n n i s b o e h m i ，c s i c h u a n e n s i s ，l a m p r o l u l a g u a n g y u a n e n s i s ，p s h u n i o s u n i ；轮藻a c l i s t o c h a r a ，s p h a e r o c h a r a 等；介形类： d a r w i n u l as a r y t i r n e n e n s i s ，d c o n t r a c t a 。 2 1 1 2 遂宁组 由李悦言、陈秉范1 9 3 9 年在遂宁县附近创建，原称“遂宁页岩层”，由“广 元系”( 赵亚曾、黄汲清，1 9 3 1 ) 中分出。分布遍及四川盆地，岩性基本稳定， 以紫红、鲜紫红、砖红色泥( 页) 岩为主，程度不等地夹同色岩屑长石砂岩、 粉砂岩，组成厚度相差悬殊的不等厚互层，厚2 0 0 - - 6 0 0 余米，与下伏上沙溪 庙组及上覆蓬莱镇组均为整合接触。该组以单一的岩性和较为鲜艳的紫红色成 为四川盆地侏罗系一标志层。 遂宁组含有数量不多但门类多样的化石群，常见者有：介形类d a r w i n u l a ， d j u n g a r i c a ，c l i n o c y p r i s 等，轮藻e u a c l i s t o c h a r a 。此外还有叶肢介、双壳类及 脊椎动物如鳖类、鱼类等。 工作剖面遂宁组厚4 1 0 1 米，以鲜红色粉砂质泥岩为主，夹浅红色细砂岩 及泥质砂岩。底以一层青灰色或浅红色钙质石英细砂岩与其下上沙溪庙组呈整 合接触；中部有一层厚约1 0 米的灰白色长石石英细砂岩，距其上的莲花口组 的厚度各处不等，反映上部遭受剥蚀。层理不明显，虫管发育。 成都理工大学硕士学位论文 2 1 1 3 莲花口组 由侯德封、王现衍1 9 3 9 年命名于剑阁县剑门关北5 k m 的两河口一带，原 称“莲花口砾岩”。原意指莲花口至剑门关之间的砾岩层。分布于广元一彭县 一芦山一线以西的龙门山前缘的莲花口组，为蓬莱镇组向西的相变层位。四川 石油队、四) l l - - 区队( 1 9 6 4 1 9 6 6 ) 经追索查明，莲花口组与蓬莱镇组底界一 致，并划归侏罗系。下部砖红色厚层一块状砾岩为主夹杂色砂岩，砾石以灰岩 及石英砂岩为主，上部砖红色砂岩、泥质砂岩为主夹含砾粗砂岩及砂质泥岩， 厚1 5 1 8 米，与下伏遂宁组及上覆剑门关组地层均为整合或平行不整合接触。 化石极为罕见，仅江油等地见少量介形类如d a r w i n 以a ，d j u n g a r i c a 等。 2 1 1 4 剑门关组 赵亚曾、黄汲清1 9 3 1 年在广元县附近命名“城墙岩群”，指发育于龙门山 前的一套巨厚砾岩及其以上的红色地层。由侯德封、王现衍( 1 9 3 9 ) 将这套地 层以砾岩为标志分为上下两套；陈楚震等( 1 9 6 4 ) 在剑门关将“城墙岩群”由 下而上分为莲花口组、剑门关组、汉阳铺组及剑阁组；后四) 1 1 - 区测队( 1 9 6 6 ) 将莲花口组划入侏罗系，而其上地层合称“城墙岩群”，时代修订为早白垩世。 正层型为剑阁县剑门关剖面，位于剑阁县北川陕公路剑门关朱家岩沿线 ( 1 0 5 。3 3 1 7 ”e 。3 2 。1 2 4 6 ”n ) 。 剑门关组分布局限，以剑门关一带厚度最大，向东西变薄。下部以块状砾 岩为主夹砂岩、泥岩透镜体，砾岩成分以石英岩为主，灰岩、砂岩次之，中上 部以紫红色长石石英砂岩与同色粉砂岩、泥岩不等厚互层，夹石英质砾岩，含 少量介形类残片，厚5 5 0 米左右，与下伏莲花口组整合或平行不整合接触，与 上覆汉阳铺组整合接触。 2 1 1 5 汉阳铺组 分布于梓潼向斜北翼，岩性稳定，以紫红色薄一中厚层粉一细粒砂岩与同 色泥岩韵律互层为主，底部及层间夹多层砾石，上部时夹灰白色长石石英砂岩， 厚约4 9 0 米，含少量介形类化石，与下伏剑门关组及上覆剑阁组地层均为整合 接触。汉阳铺组由北向南粒度变细，垂向上砂岩、砾岩由下而上逐渐减少，泥 岩相对增多，含有少量介形类化石，常见j i n g g u e l l a ，d e y a n g i a ，d a r w i n u l a 等。 2 1 i 6 剑阁组 分布局限于剑阁县附近，正层型为剑阁县剑门关剖面，位于剑阁县j l ) l l 陕 公路剑门关一朱家岩沿线( 1 0 5 。3 3 1 7 ”e ，3 2 。1 2 4 6 ”n ) 剑阁县城北塔子 山，岩性由紫红色砂岩、泥岩构成不等厚韵律互层，底部常具厚度不大的砾岩 层及含砾砂岩，其底界可作为与下伏汉阳铺组的界线。本组含少量介形类化石， 常见者有j i n g g u e l l a ，p i n n o c y p r i d e a 等。 移 河 第2 章中侏罗统一古近系红层沉积学 = i 墨 圣 i 喜 姜 浅 承 湖 泊 相 河 流 相 冲 洪 积 扇 图2 - 2 四川盆地北部剑阁分区中侏罗统一下白垩统综合柱状剖面图 滨浅湖+河流+冲洪积扇 。 略 。 ：，警旁 成都理工大学硕士学位论文 2 1 2 梓潼一巴中分区 梓潼一巴中分区白垩系红层，前人称城墙岩群。航调队( 1 9 8 0 ) 从下至上 建立的苍溪组、白龙组、七曲寺组、古店组已被广泛引用，但对时代认识尚有 分歧。四川省区域地质志认为本区内地层的岩性、岩相与剑阁分区的城墙岩群 差别很大，仅层位和时代大致相当，属同时异相地层。 表2 - 2 梓潼一巴中分区白垩系划分沿革表 马萁鸿洗凝彬王孟黪孝矗文四川i 暂区 掰：垂基域地质古 ( 1 9 2 9 ， l q 值，说明构造已经趋于稳定，龙门山隆升可能停止，气候开始占优势。 梓潼一巴中分区下白垩统f q 值均大于l q 值，l q 较小，且两者具有相 同的变化规律，说明本区早白垩世气候影响略占优势，而其源区秦岭造山带可 能并没有明显的隆升。对比同期剑阁分区沉积物，进一步印证梓潼一巴中分区 下白垩统并不是剑阁分区向东的外延，而是两个独立的“同时异相”沉积体。 它们具有不同的物源，并且在龙门山快速隆升的时期，北部秦岭造山带并没有 明显的运动。 雅安一成都分区晚侏罗世晚期及早白垩世天马山期以f q 值 l q 值为主， l q 值很小，说明其物源区较稳定，气候影响为主。整个夹关期以f q 值 l q 值为主，但在晚期l q 值出现多次明显的升高，这是构造活动所致，但是总体 上还是气候影响为主。 宜宾分区碎屑组分明显为气候影响所控制，所有样品f q 值均大于l q 值， 总体来说受构造影响很小。 总体来说，早白垩世早期，盆地北部地区以气候因素起主导作用，盆地南 部则以气候影响占优势；早白垩世中晚期及晚白垩世以气候影响占优势。 3 2 粘土矿物指标 剖面上的粘土矿物组分在很大程度上取决于当时的气候条件，这使得利用 粘土矿物进行古气候重建成为现实( c h a m l e y ，h 1 9 8 9 ) 自从2 0 世纪6 0 年代 第一批利用粘土矿物作为古气候标志的数据出现以来，利用粘土矿物矿物恢复 成都理工大学硕士学位论文 古气候和粘土矿物测试技术已经取得了很大进展。在很多海