云南弥渡地区新近系三营组砾岩层砾组特征及其地质意义

云南弥渡地区新近系三营组砾岩层砾组特征及其地质意义

彭博，肖渊甫，张杰

(成都理工大学地球科学学院，四川 成都610059)

摘要：通过对云南省弥渡地区哀牢山断裂带两侧的两个小型盆地内新近系三营组砾岩层砾性、砾度、砾态和砾向等的详细研究与分析，结合盆地基岩地层特点和周边构造带的岩性组合特征。对比了两盆地的砾岩层组合特征，得出两者皆为半干旱—干旱古气候条件下形成的沉积盆地，其中南涧盆地为一套冲积扇—河流相粗碎屑沉积，具有快速堆积的特点，其砾石成分组合在盆地不同位置有较多的差异，反映了其物源供应条件较复杂；而金宝山盆地虽也呈现冲积扇—辫状河—洪积相粗碎屑沉积的特性，但其砾岩组合特征表明水动力条件相对南涧盆地弱，且砾石层沉积前砾石遭受了较强的物理化学作用。就盆地基岩及周边地层岩性特点，结合砾石扁平面倾向统计，南涧盆地砾石主要来自盆地基底及周边高山，而金宝山盆地的砾石则主要来自盆地内部的基底地层及其西缘的哀牢山构造带。

关键词：三营组；砾岩层；砾组分析；哀牢山构造带；云南弥渡地区

基金项目：中国地质调查局项目(12122011220386)

收稿日期：2014-11-20

作者简介：彭博(1990~)，男，江苏南京市人，硕士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业，主要从事区域地质和沉积相研究。

中图分类号：P534.62文献标识码；A

0引言

盆地中的砾岩层是研究沉积盆地物质来源、沉积环境、古地理特征、构造环境及古环境变迁的重要标志之一。对于陆相冲积成因的砾岩地层，砾石统计分析是恢复沉积盆地条件的重要手段，通过野外露头观测砾石大小、成分、磨圆度以及扁平状砾石产状等，可以为盆地构造演化及物源分析提供重要参数[3-4]。砾组分析是对砾岩层中的砾石进行系统全面的测量和统计，研究砾岩层的组构特征，进而阐述其成分、性质、搬运及沉积特征，是目前研究砾岩层最有效的方法，其基本内容包括砾石的砾性、砾度、砾态和砾向分析[1-11]。根据砾石层的砾组测量和统计所得的数据或图表，可以得出外营力形态与砾组特征的相关性和规律性，恢复砾岩层的沉积环境。

本研究区位于云南哀牢山构造带的两侧。笔者分别对哀牢山构造带西侧的南涧盆地和东侧的金宝山盆地之新近系三营组砾岩层进行了系统的测量和统计，以揭示该砾岩层的性质、成因、物源，探讨砾岩的沉积环境及构造特征。

1区域地质及基岩地层特征

研究区位于哀牢山构造带北部，兰坪—思茅地块与扬子陆块之结合带，其地质构造复杂，岩浆侵入活动强烈。特别是印支运动以来，由于印支板块与欧亚板块在本区的多次碰撞，经历了多期次构造岩浆变质活动，历经板块聚合，褶皱(变质)隆升、伸展，大型走滑等一系列地质构造运动，这也控制了构造带两侧的地层的展布[12-13][16-18]。

研究区两大地块被哀牢山断裂带所分隔，为典型的一山隔两盆的构造格局(图1)。主要受到九甲—安定断裂、哀牢山断裂、红河断裂3条区域性大断裂影响，而红河断裂带和哀牢山断裂带在经过研究区时，合并为一条断裂，九甲—安定断裂构造为哀牢山构造带的西边界，呈北西—南东方向延伸，断裂线波状弯曲，倾向北东，为逆断层。其东侧为马邓岩群(PzMd)；西侧属兰坪—思茅盆地，主要出露三叠系、侏罗系，白垩系及新近系三营组(N2s)。哀牢山群(Ptal)具有明显的构造混杂岩带的特征。构造带内物质组成复杂，有着诸多不同时代、不同岩类、不同岩性的岩石在构造带中呈断块或断片分布，其间被断层分隔包绕，并与哀牢山构造带的延伸方向一致，显示构造混杂特征。构造带东侧为楚雄盆地，主要出露三叠系和新近系三营组(N2s)。

图1　研究区地质简图和砾石统计位置 Fig.1　Geological Sketch Map of Study Area and Site of Gravel Statistics Q-第四系；N 2s-上新统三营组；K-白垩系；J-侏罗系；T-三叠系；P-二叠系；Ptal-元古界哀牢山群

照片1　三营组砾岩层砾石露头特征 Pic.1　Gravel Outcrop Feature of Sanying Formation Conglomerate Bed

三营组(N2s)地层为云南地质局区域地质调查大队于1959年命名的，其主要岩性组合为灰、深灰、褐灰、黄白等杂色泥岩(粘土岩)、粉砂岩、细—中粒砂岩与砾岩、砂砾岩，研究区三营组地层分别位于哀牢山断裂带两侧的两个小盆地中，岩性组合符合典型的三营组岩性特征，但两者在细节上又有较多的差异。

研究区地质简图和砾石统计位置如图1所示。此次研究的砾岩层属于三营组(N2s)，其中南涧盆地位于构造带西侧，主要受到九甲—安定断裂控制，整体形态基本为一等轴四边形；而金宝山盆地位于构造带东侧，主要受到哀牢山断裂控制，总体产状为北北西，盆地形态呈明显的条带状。

2砾石统计方法

砾岩砾石容易在野外露头统计测量，为了达到统计学的要求，对云南省南涧彝族自治县县城周边及金宝山地区新近系三营组(N2s)砾岩层露头较好的点统计了砾石特征，共计5个统计点，分别编号为NJ01、NJ02、NJ03、NJ04、JBS01，野外统计点照片(照片1)所示，NJ01、NJ02、NJ03、NJ04这四个点位于南涧县城周边。JBS01位于金宝山盆地东南侧边界前公路边农房后。每个统计点任意选择1m×1m的砾岩面，然后在这1m2的范围内依次随机选择300个砾石，分别测出每个砾石的岩性，砾径包括长轴(a)和次长轴(b)的长度，砾石形态，磨圆度及风化程度等，并进行统计分析[1-3]。

3砾石统计分析

确定好野外统计方法和内容后，在砾岩露头岩石特征描述和相关参数统计数据的基础上，对每个砾石统计点的砾性、砾度、砾态等进行分析。

3.1　砾性分析

砾性是指砾石的岩性成分，新近系三营组5个测点砾石砾性统计结果见表1。南涧盆地砾石统计点为NJ01-NJ04，其砾石成分以砂岩为主，平均含量达到71.00%；粉砂岩、脉石英次之，平均含量为15.67%、10.42%；其它砾石总含量为2.91%，并且其中含有少量千枚岩砾石；该砾岩层成分成熟度总体为低到中等。金宝山盆地砾石统计点为JBS01，其砾石成分以砂岩为主，平均含量达到67.33%；粉砂岩、石英砂岩次之，平均含量为19.67%、8.67%；其它砾石总含量为4.33%，其中含有少量花岗岩砾石；该砾岩层成分成熟度总体为低到中等且较南涧盆地成熟度更低。

对比两盆地砾岩层中砾石的成分与基底地层和哀牢山构造带的岩性，推测南涧盆地在砾岩层沉积之前已形成了盆地的雏形，砾石成分较杂，推测其物源为盆地的基底地层和周边高山；而金宝山盆地在砾岩层沉积之前也同样形成了盆地的雏形，但砾石砾性相对单一，表明在金宝山三营组砾岩层形成之前，该地区已形成中间低、四周高的盆地雏形，且其主要物源区可能为活跃的哀牢山构造带方向。

3.2　砾石的砾度分析

砾石砾度数据是通过野外测量每个砾石的a轴(长轴)、b轴(中轴)和c轴(短轴)的长度，通过计算和统计求得的。由于客观条件限制，作者仅测了a轴和b轴。由于所取5个统计点的砾石砾径较大，所以测量单位仅精确到厘米。

另外，砾石轴径频数分布曲线可以大致反映每个测点砾石砾度的分布特征和分选、均匀、对称及离散等情况，所以选择各测点砾石的a轴频数分布曲线图进行分析[8-12]。

表1　三营组砾岩层砾性特征

图2　三营组砾岩层a轴粒径频率分布直方图 Fig.2　Histogram of A-Axis Grain Size Frequency Distribution of Conglomerate Bed of Sanying Formation

对于砾岩层的成因，根据前人研究，标准偏差(δ)介于0.54~0.61之间为河流成因，介于1~2之间为冲积扇成因，介于2.01～3.22之间为冰碛成因，介于3.03~3.65之间为泥石流成因，大于3.38为坡积成因。对于偏度(SK)，一般有这样的规律：时负时正不稳定，为冰碛砾石沉积；大于0时为流水作用形成，当大于0且较小时(一般小于0.3)为正偏度，是稳定流水成因；当大于0.3时为极正偏度，可能指示砾石为冲积层。对于峰态(KG)，呈宽缓曲线(一般小于1)时为冰碛砾石沉积；大于1时呈现出窄峰曲线，为流水沉积，且越大峰态就越尖锐，指示流水作用强。一般河流沉积物的KG在1.26～1.52之间，洪积层为1.01。

表2　粒度分布参数计算公式

注：式中Φn为累积曲线上对应累积含量为n%的点对应的Φ值粒径。

表3　三营组砾岩层砾度特征

续　表

弥渡地区新近系南涧盆地三营组各统计点砾石层的标准偏差(δ)为1.24～2.08，属于冲积扇成因范畴[3]，δ最大值出现在NJ03点，δ值为2.08归为冰碛成因范畴。其砾石分选差，分选系数S值在2.14~2.62，也证实了其冲积沉积的特征；偏度(SK)为0.31~0.45，属于极正偏度，指示砾石为冲积成因；峰态(KG)为1.17~1.71，范围较大，上限与下限均超过一般河流的峰态值，属窄峰尖锐曲线，可能是多组沉积物混合沉积造成的，指示水动力条件不稳定。综合砾石的砾径分布特征、a轴砾径频数曲线图及标准偏差(δ)、偏度(SK)和峰态(KG)[17]等参数特征分析，研究区南涧盆地三营组砾岩层为冲积成因，沉积过程中水动力条件不稳定或存在多个物源河流。

而金宝山三营组各统计点砾石层的标准偏差(δ)为0.89，属于河流—冲积扇成因范畴[3]。分选较差，分选系数S值在1.58~1.59，也证实了其冲积沉积的特征；偏度(SK)为0.47，属于极正偏度，指示砾石为冲积成因；峰态(KG)为1.13，属窄峰尖锐曲线，可能是两组—多组沉积物混合沉积造成的，指示水动力条件介于一般河流—洪水之间。综合砾石的砾径分布特征、a轴砾径频数曲线图及标准偏差(δ)、偏度(SK)和峰态(KG)[17]等参数特征分析，研究区金宝山盆地三营组砾岩层为冲积成因，沉积过程中水动力条件介于一般河流沉积—洪水沉积之间。

3.3　砾石的砾态分析

砾态分析包括砾石的风化程度、扁度、磨圆度、球度等，是表征砾石特征的常用参数。对于砾态分析，此次研究采用野外目估法，统计了包括砾石的形态、磨圆度、风化程度等。

砾石形态统计为野外工作，采用目估法，分为四级(圆球状、椭圆状、扁球状、不规则状)，其分级依据为长轴和短轴的比值，比值近3∶1则为扁圆状，在2∶1和3∶1之间为椭圆状，小于2∶1的为圆状，砾石呈不规则状多为断裂所致。磨圆度指砾石的棱和角被磨蚀圆化的程度，利用肉眼对砾石进行相对比较法进行磨圆度估测，磨圆度P是根据5级分法估计值(0级—棱角状、1级—次棱角状、2级—次圆状、 3级—圆状、4级—极圆状)，然后赋值求和，再与全部为极圆状时的和值相比计算求得的计算，以百分数表示(图3)。风化程度的划分与磨圆度相似，但采用目估法(0级为未风化、1级为弱风化、2级为中等风化、3级为强风化)表示。砾岩层中5个测点的砾态特征(如表4)具有很好的分布特征。

图3　砾石a轴粒径累计曲线图 Fig.3　Accumulative Total Curve of Gravel A-Axis Grain Size

砾石形态特征上，南涧盆地的4个统计点砾石形态以扁圆状和不规则状为主，椭圆状次之，磨圆度为40.72~46.98%，砾石磨圆以次圆状居多。风化程度主要为1级弱风化，由于物性特征，不同岩性的砾石在同一点上风化程度不同，少量砾石为2级的风化，这部分指示了砾石沉积时已遭受了较强的物理化学作用。砾石的风化程度与砾性有密切关系，其中硅质岩、脉石英和石英砂岩风化程度较低，为未风化。砾石的形态较好，多以扁圆状为主，推测一是因为没有经过中距离—长距离的搬运，磨圆度较好；二是砾石本身形成时间较早，遭受了球状风化作用。

表4　三营组砾岩层的砾态特征

而金宝山盆地的统计点砾石形态以不规则状为主，扁圆状次之，磨圆度为28.45%，砾石磨圆以次圆状与次棱角状居多。风化程度主要为1~2级弱—中等风化，由于物性特征，不同岩性的砾石在同一点上风化程度不同，少量砾石为3级的风化，这部分指示了砾石沉积时已遭受了较强的物理化学作用。砾石的风化程度与砾性有密切关系，其中硅质岩、脉石英和石英砂岩风化程度较低，为未风化。花岗岩由于其岩性抗风化能力较差风化程度较高，为强风化。砾石统计点的砾石形态数据中不规则状的高百分比可能是由该测量面和金宝山盆地的实际风化程度有关系，金宝山盆地砾石风化程度偏高，岩性脆弱，加之测量面近垂直层面导致往往砾石多错断，呈不规则状，由于恢复原形态有限，所以造成不规则形态比例上升。推测盆地实际砾石形态组成扁圆状砾石比例应高比点上数据高，推测一没有经过中距离—长距离的搬运；二是砾岩层在形成之前哀牢山构造带活动期间，遭受了强烈的球状风化；其三是由于盆地形成较早，收到后期构造活动影响而抬升，致使其后期风化作用严重，砾岩碎裂。根据计算方法，磨圆度百分数愈小，表示磨圆度越差，反之，磨圆度越好。

结合上述砾态数据分析，研究区两盆地砾岩层均为河流搬运的冲积成因，而金宝山盆地水动力较南涧盆地弱，推测南涧盆地为近—中源河流搬运的冲积成因，金宝山盆地为近源河流—洪积成因。

3.4　砾石的砾向及物源分析

砾向是指砾石扁平面(ab面)[13-14]和各轴的产状要素。对于砾石层，则需要测量大量砾石的产状要素和采用统计数据来反映其规律性，尤其是那些露头上粒径较大的砾石和发育叠瓦状构造的砾石，要重点选择测量，从而对形成砾岩地层的古水流方向进行分析。该区构造活动强烈，主要受哀牢山构造带影响，致使地层发生了不同程度的倾斜，所以在做砾向分析时首先必须把这些砾石恢复到它的原始产状。根据每个点上地层产状平均值，以该岩层平均值为复平面，利用软件恢复出砾石最大扁平面(ab面)原始产状，做出各层位砾石原始最大扁平面(ab面)倾向玫瑰花图(图4)。

如图5所示，表明研究区南涧盆地存在多个物源区，其物源方向也较为分散。而金宝山盆地砾石物源区主要为盆地西侧的，推测其主要物源区为哀牢山构造带及其下伏地层。

哀牢山构造带是一个叠加与复合性质的构造带，不同大地构造演化阶段具有相异的构造属性。新生代受印度—欧亚板块之间的交互作用影响，哀牢山地区相继发生了古新世以来的收缩造山、晚渐新世—早中新世区域性造山后伸展(诱发大规模高钾碱性岩浆活动)和晚渐新世—早中新世印支地块的大规模南东向逃逸与哀牢山大型左行走滑剪切作用及伴生的钙碱性岩浆活动。

图4　新近系三营组砾岩砾石ab面倾向玫瑰花图 Fig.4　Rose Diagram of Gravel ab-Plane Dip of Neogene Sanying FormationConglomerate

将砾石原始最大扁平面(ab面)倾向玫瑰花图(图4)与区域构造相对应。南涧盆地很可能存在多个物源方向，根据砾性统计，其砾石以砂岩为主，还有脉石英和粉砂岩，可见有极少量硅质岩、石英砂岩、千枚岩，物源主要为盆地两侧的下伏地层，其极少量的硅质岩、石英砂岩、千枚岩可能来自哀牢山构造带。总体成分成熟度较低，局部层位较高，分选性和磨圆较差，反映了近—中源快速堆积的特点。金宝山盆地物源来自其下伏地层和哀牢山构造带方向，此外通过砾性统计，砾石成分以砂岩为主，还有硅质岩、石英砂岩、石英岩、花岗岩、砾岩。总体成分成熟度较低，局部层位较高，分选性和磨圆较差，反映了近源快速堆积的特点。

4结论

根据弥渡地区新近系三营组砾石层的沉积特征及各测点砾石的砾性、砾度、砾态和砾向分析，对砾岩层的性质、成因、来源和搬运方式等，以及砾岩层沉积时的构造特征等总结如下。

(1)通过对弥渡地区新近系三营组砾岩砾组分析结果表明，砾石成分比较复杂，具有低到中等成分成熟度。

(2)南涧盆地砾石形态以扁圆状和不规则状为主，椭圆状次之，磨圆度为40.72%~46.98%，以次圆状为主，分选差。金宝山盆地盆地砾石形态以不规则状为主，扁圆状次之，磨圆度为28.45%，以次圆状与次棱角状为主，分选较差。

(3)南涧盆地三营组的砾岩层物源主要来自其下伏地层和周边高山，其极少量的硅质岩、石英砂岩、千枚岩可能来自哀牢山构造带，砾向分析表明存在多个古水流方向整体方向偏西。而金宝山盆地主要物源为下伏地层和哀牢山构造带，砾向分析表明其古河流方向为南西向。

(4)南涧盆地三营组砾岩层为半干旱—干旱古气候条件下冲积扇—河流相粗碎屑沉积；金宝山盆地三营组砾岩层为半干旱—干旱古气候条件下冲积扇—辫状河—洪积相粗碎屑沉积。

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THE CONGLOMERATE FABRIC FEATURE AND

GEOLOGICAL SIGNIFICANCE OF NEOGENE

SANYING FORMATION IN MIDU AREA，YUNNAN

PENG Bo，XIAO Yuan-fu，ZHANG Jie

(CollegeofGeoscience，ChengduUniversityofScience&Technology，Chengdu610059)

Abstract：According to the detaialed study and analysis of gravel nature，grain size，state，direction，etc，of Neogene Sanying Formation conglomerate bed in 2 small basins on both sides of Ailaoshan fault in Midu area，Yunnan，and in combination with the characteristics of bedrock in the basin and the feature of lithologic character assemblage，we have a comparison between the conglomerate assemblage feature of 2 basins，resulted in a conclusion，ie，they are all the sedimentary basin formed under the semi-arid，arid palaeoclimatical conditions，Nanjian basin in them has a series of alluvial fan-river facies coarse clastic sediments，characterized by rapid accumulation，the gravel composition assemblage is very different at different place，showing the complex material source.Although Jinbaoshan basin also characterized by alluvial fan-braided river-diluvial facies coarse clastic sediments，the conglomerate assemblage feature shows the hydrodynamic condition is relatively weaker than that of Nanjian basin and it has been affected by the stronger physical-chemical function before the sediemntation of gravel bed.According to the lithological character of the basin bedrock and the surrounding strata，in combination with the statistics of dip of gravel flat plane，we think the gravel of Nanjian basin results mainly from the basin basement and the surrounding high mountain，whereas the gravel of Jinbaoshan basin results mainly from the strata in the basin and the west Ailaoshan tectonic zone.

Key Words：Sanying Formation；Conglomerate Bed；Analysis of Gravel Fabric；Ailoashan Tectonic Zone；Midu，Yunnan