白泥湾盆地中更新世龙街粉砂层成因及形成时代

白泥湾盆地中更新世龙街粉砂层成因及形成时代

一、龙街南大别晚更新世“龙街粉砂层”最早于卞美年（1940年）命名，主要分布在金沙江与龙川河交汇处的龙街。但其类似沉积可沿金沙江上溯断断续续地追索到渡口附近。其岩性主要为一套灰绿、灰黄、灰白色的粉砂。对于其成因及形成时代的认识,长期以来一直没有得到统一,主要有以下几种意见;(1)河漫滩沉积,时代属全新世1。(2)河流迥水湾沉积,在1989年12月召开的“西南地区第四纪环境及古人类科学讨论会”期间,与会代表考察了龙街粉砂层,部分代表持此种意见,时代定为晚更新世。(3)堰塞湖沉积,认为“在第四纪晚期,龙街以下的金沙江某段的高山深谷间,因地震、泥石流或其他原因,曾发生大规模的山崩,阻塞了金沙江的通道,使之堰塞成湖”。时代定为中更新世末至晚更新世早期,属快速沉积的产物。(4)陷落成湖,时代属中更新世,地质年龄为0.7—0.4MaB.P.。笔者在综合前人研究成果的基础上,通过龙街一白泥湾盆地(图1)野外观察及室内测试工作,从沉积学角度对龙街粉砂层的成因、形成时代及其所反映的古地理、古气候条件等进行了初步研究,得出一些新认识。二、龙街沉积物特征1.层序界面图12龙街粉砂层粒度细,稳定、均匀、纯净,以粘土质粉砂、粉砂为主,夹粘土层及少量砂砾层。粒径0.005—0.05mm的颗粒含量达75%—78%,平均粒径5—6Φ。其颜色为灰绿、灰黄、灰白色,以水平层理为主,其次是浪成交错层理,未见具单向水流性质的沉积构造。龙街粉砂层普遍含有大量的碳酸盐类矿物。从底部到顶部,不论粘土、粉砂还是砂,滴盐酸均强烈起泡。镜下薄片观察,碳酸盐含量为10—20%。其化学成分中,CaO、CO2含量较高(表1)。在龙街附近可见连续43m厚的地层剖面,下部主要为灰绿、灰黄、灰白色的纯净、均匀的厚层粉砂(单层厚0.1—1m)与薄层粉砂(单层厚1—5mm)互层,偶夹灰黑色粘土、亚粘土层。普遍发育水平层理,交错层理不发育;上部为薄层状粉砂层,发育水平层理及浪成交错层理;顶部发育波状层理、爬升波纹层理。在白泥湾也见厚40余米的地层剖面,下部为灰绿、灰白色粉砂层夹细砾石层,发育水平层理,与下伏的元谋组地层角度不整合接触;上部为灰黄、灰白色粉砂、粉砂质粘土层,夹灰白色粘土。发育明显的水平层理。将白泥湾与龙街的沉积物做一比较:从颜色来看,白泥湾的颜色更浅一些,以灰白色为主(故称白泥湾);从固结程度来看,龙街处的粉砂层较疏松(故地质队曾把它定做全新世地层),而白泥湾处的沉积物固结较紧密,呈半胶结状;从沉积物的粒度来看,白泥湾的较细,但其底部含不连续的砾石,中间夹砾石透镜体;从标高来看,白泥湾海拔1020m左右,龙街985m左右。种种迹象表明,两种粉砂层并不完全一样,白泥湾的粉砂层时代要早一些,代表龙街粉砂层的早期沉积。2.储砂结构及沉积相龙街粉砂层可以覆盖在不同时代、不同成因的地层之上。譬如,在三家村附近直接覆于昆阳群变质岩之上,在龙街中学附近覆盖在侏罗纪砂岩风化壳及第四纪红棕色泥砾层之上。元谋运动使元谋组地层普遍发生了变形、断裂,致使元谋组不整合伏于龙街粉砂层之下,但在一些低洼处,元谋组可与龙街粉砂层连续沉积。这种情况在白泥湾南沟清楚可见。向沟里靠近东山断层附近,元谋组变形比较剧烈,地层大角度向东倾斜,有的近于直立。粒度也比较粗,为中、粗砂层,并夹砾石透镜体。砾石呈棱角状,大小混杂,向西变薄尖灭。砾石成分为中生代砂岩。在白泥湾南沟沟里山坡上,元谋组与龙街粉砂层之间夹一层厚约10m的砾石层,其粒度、成分、磨圆、分选等均与元谋组内部的砾石透镜体一致。向西,砾石层相变成粉砂层。该套砾石层与龙街粉砂层之间界线截然(图2),但砾石层顶部没有风化和冲刷的痕迹,具水平层理的龙街粉砂层直接水平地覆盖在砾石层之上。看来,可能是砾石层以洪积或泥石流的形式堆积下来,紧接着就沉积了静水条件的粉砂层,中间没有沉积间断。在白泥湾南沟近沟口处,元谋组变形较弱,地层产状水平,沉积物也比较细,为细砂、粉砂,不含砾石透镜体。它与龙街粉砂层连续沉积(图3):从元谋组到龙街粉砂层,沉积物颜色依次为红褐色、褐色、灰褐色、褐灰色、灰色、浅灰色、灰白色,变化是逐渐的;粒度上也有类似情况,从细砂、细砂质粉砂、粉砂到粘土质粉砂,中间界线不清楚,沉积是连续的。横向追索几十米就可找到两者之间的界线,夹一条1cm左右的灰白色粘土条带或厚2cm左右的中砂透镜体,其上、下地层的颜色仍是渐变的,代表了一个小的沉积间断,从时限上看是短暂的,它是元谋组与龙街粉砂层的界线。三、龙街粉砂层的古地磁剖面前人对龙街粉砂层的时代做过不少工作。如蒋复初等在龙街剖面上距顶14m处的黑色粘土层中采样,经中国科学院西安黄土与第四纪地质研究室14C测年为将时代定为晚更新世。在白泥湾,江能人等做了元谋组一龙街粉砂层古地磁剖面测定,结果表明白泥湾地区的龙街粉砂层相当于布容极性时的前期,将时代定为中更新世。我们认为,上述的14C、古地磁的测定值都是有价值的,他们分别测定了龙街粉砂层的早期沉积和晚期沉积。龙街粉砂层的时代应为中更新世初到晚更新世末,地质年龄大致为850000—10000aB.P.。1.树将切穿龙街粉砂层(1)从地貌位置上看,龙街粉砂层比较低,目前所见其分布最高海拔1020m,高出金沙江面70m,在龙川江河漫滩上钻探40m仍为龙街粉砂层,可见金沙江、龙川江至今尚未切穿龙街粉砂层。(2)金沙江在该区发育二级阶地,均属基座阶地(图4),龙街粉砂层组成一、二级阶地的基座。反映出此区新构造上升比较显著。据精密水准测量资料,川滇地区至今仍在持续隆起,邻近的攀西地区全新世平均隆升速率4.5m/1000a。由此看来,龙街粉砂层停止沉积,上升成为剥蚀区的时间不长,结合14C测定结果估计龙街粉砂层上限时间为10000aB.P.左右。3.龙街粉砂层持续时间从沉积学角度看这套稳定、均匀、纯净,并普遍具水平层理的细粒堆积(粉砂、粘土质粉砂),其沉积速率是比较小的,100多米厚的稳定、均匀沉积应延续较长一段时间。龙街组的岩性、颜色、组构与昔格达组非常相似(以致有人称之为“准昔格达地层”),我们假定昔格达组与龙街组地层的沉积速率相当,根据陈富斌、赵永涛对昔格达组多个剖面的综合研究提出,其平均沉积速率为0.148mm/a,最大0.188mm/a,最小0.09mm/a。据此我们可以推测出龙街粉砂层(按110m计算)延续时间平均为0.743Ma,最短0.585Ma,最长1.208Ma。白泥湾剖面厚40m左右,江能人等测得其年龄为0.7—0.4MaB.P.,持续0.3Ma左右。据此计算其平均沉积速率为0.133mm/a。110m厚的龙街粉砂层持续时间为0.825Ma。综合以上两种方法所得结果,龙街粉砂层持续的时间大致为0.825—0.743Ma。这与上面讨论的结果近似。四、龙市粉砂层沉积环境下面我们从龙街粉砂层自身的沉积特征及其所处的古地理、古构造环境两个方面来分析龙街粉砂层的沉积环境。1.龙街粉砂层沉积特征(1)从岩相来看,如前所述,龙街粉砂层为普遍具水平层理的灰绿、灰黄、灰白色细粒堆积,属还原环境下的静水堆积。其中含有大量碳酸盐类矿物表明,龙街粉砂层是在干旱-半干旱气候条件下形成的。当时湖水活动不畅,属封闭-半封闭的盐湖碳酸盐沉积阶段的早期沉积。(2)从相变来看,与龙街粉砂层呈水平相变关系的坡积-洪积、泥石流堆积非常普遍,主要分布在龙街盆地的边缘及山麓地带。在白泥湾,泥石流由紫红色巨砾及砂泥混合而成,已被钙质胶结,在剖面上呈楔状沉积体伸向盆地,厚约7—8m,向盆地延伸数里后相变为龙街粉砂层。但是,迄今为止在龙街地区还未找到与粉砂层有相变关系的、具典型河流性质的堆积物。(3)从厚度来看,据目前资料龙街粉砂层厚度大于100m,这么厚的地层很难用外力阻塞成湖的观点来解释,它只能是在持续稳定下降地区才能形成。(4)从龙街粉砂层持续的时间来看,如前所述,这套稳定、均匀的龙街粉砂层代表的时间间隔近0.85Ma,这么长的时间,要河流保持迥水湾或堰塞湖环境而不变化也是很难想像的。2.第三阶段元谋运动至亚相的构造古地理据笔者等多年来对元谋地区的研究,元谋盆地的形成、演化可分以下两个阶段:(1)第一阶段,元谋组的形成时期(约4.5—0.85MaB.P.)。以持续稳定的下沉接受沉积为特征,除初期洪湖积外,其主体沉积为河流相堆积。河流发育的后期,地壳相对比较稳定,发育了泛滥平原沉积。此后,东山上升,形成了元谋组后期的洪积物(即上那蚌组)。元谋组沉积后不久,该区普遍发生了东西方向的挤压,致使元谋组地层发生了变形,地层向东、北东方向倾斜(称元谋运动)。(2)元谋运动后,元谋盆地进入了第二阶段——间歇性差异升降阶段。此阶段沉积组合主要有两种类型:一种为细粒的粘土质粉砂、粉砂堆积,并含有大量的碳酸盐类矿物,以龙街粉砂层为代表(还包括石灰村组、帕朗组等,其形成时代有先有后);另一种是粗的砾石堆积,以东山、中山砾石层为代表,分选、磨圆均差,系坡积-洪积及泥石流堆积物。其上发育了两期红土。这两种沉积组合反映出第二阶段一些地方断陷下降成湖,堆积细粒物质,另一些地方上升,在山前(或湖缘)堆积粗粒物质。二者可以相互独立,也可以互为相变关系。龙街-白泥湾地区,就是在这种古地理、古构造环境下形成的一个断陷湖盆。在白泥湾,靠近东山元谋组粒度比较粗,磨圆、分选均差,颜色为褐红色,夹较多的砾石透镜体;远离东山元谋组粒度比较细,含砾石透镜体较少。在低洼处,元谋组与龙街粉砂层连续沉积。由此可见,龙街粉砂层是在元谋组上部洪积相的基础上发育起来的断陷湖盆沉积,以后随着断陷的加剧、湖水的上涨,才逐渐超覆在不同时代、不同成因的地层之上,形成角度不整合。前面已经提到,白泥湾地区的粉砂层属于龙街粉砂层的早期沉积,与之相当的粉砂层在龙街没有出露,埋藏于江面以下。白泥湾地区靠近东山,构造活动较强,在龙街粉砂层形成的后期被抬升露出地表。可见白泥湾实质上是龙街-白泥湾古湖的湖成阶地。五、龙街-白泥湾地区以上我们从龙街粉砂层的沉积特征、地貌特征、古地磁、14C等几个方面对龙街粉砂层的成因及其形成时代进行了讨论,得出以下三点结论:(1)龙街粉砂层形成时代为中更新世初到晚更新世末,地质年龄大致为850000—10000aB.P.。(2)龙街粉砂层沉积时期的构造、地质环境以元谋运动(约0.85MaB.P.)为界,元谋运动后,元谋盆地由下沉构造阶段进入到间歇性差异升降阶段。其北部的龙街-白泥湾地区,受元谋运动的影响,东山和南山迅速上升,在山前沉积了粗粒相的坡积-洪积及泥石流堆积物,在北部沉积了细粒的湖相沉积。龙街粉砂层就是在这种古地理、古构造条件下发育起来的一个断陷湖盆沉积。(3)龙街粉砂层沉积时期的气候条件是干旱-半干旱气候。但依据元谋盆地的工作,其间曾有两次湿热期,发育了两期红土。龙街粉砂层与元谋组局部连续沉积的发现及其时代的确定,使得元谋组和-龙街粉砂层的沉积物连续而完整地记载了该区第四纪地质演化的全过程。2.龙街粉砂层是穿时的早古层如前所述,龙街粉砂层的早期沉积与元谋组是连续沉积的,从而使确定龙街粉砂层形成时代的下限问题转为确定元谋组形成时代的上限问题。关于元谋组形成时代的上限问题,目前有三种意见。最早(1976)由李普等提出,大约为1.5MaB.P.左右;之后(1989),江能人等提出元谋组结束沉积的时间为0.7Ma左右;最近,张金起等利用古地磁方法详细地研究了元谋组的地质时代,提出元谋组形成时代的上限为0.85MaB.P.左右(图5)。我们认为,元谋组地层上限年龄0.85MaB.P.就是龙街粉砂层最早沉积的时间。应该指出,龙街粉砂层是穿时的。受元谋运动的影响,元谋组地层发生了断裂和变形,而龙街