四川龙门山南段青衣江河流阶地形成时代及其构造地貌意义
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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (6): 996-1005  
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王继龙, 吴中海, 张克旗, 孙玉军, 周游. 四川龙门山南段青衣江河流阶地形成时代及其构造地貌意义[J]. 地质通报, 2018, 37(6): 996-1005.
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Wang J L, Wu Z H, Zhang K Q, Sun Y J, Zhou Y. Formation age and its tectonic geomorphological significance of Qingyiji-ang River terraces in the southern of Longmenshan, Sichuan[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(6): 996-1005.
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基金项目

中国地质调查局项目《南北构造带活动构造体系综合调查与研究》(编号:12120114002101)、《长江经济带活动构造与区域地壳稳定性调查》(编号:DD20160268)和国家自然科学基金项目《藏北高原近南北向地堑群晚新生代正断层活动的时空特性与规律研究》(批准号:41571013)

作者简介

王继龙(1992-), 男, 在读硕士生, 地质工程专业。E-mail:445803759@qq.com

通讯作者

吴中海(1974-), 男, 研究员, 从事新构造和活动构造研究。E-mail:wuzhonghai@geomech.ac.cn

文章历史

收稿日期: 2017-11-20
修订日期: 2018-04-09
四川龙门山南段青衣江河流阶地形成时代及其构造地貌意义
王继龙1,2 , 吴中海1 , 张克旗1 , 孙玉军1 , 周游1     
1. 国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室/中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
2. 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083
摘要: 地表调查发现,横穿龙门山南段的青衣江具有上游以发育深切峡谷为主,而中下游段阶地发育较完整的特点。采用光释光测年方法对现今青衣江低阶地进行年代学测试分析,获得了低阶地的形成年代,并结合对前人资料的对比和对青衣江河流阶地已有年代学数据的分析,基本确定青衣江中下游地区的T1~T7阶地主要形成于距今7.7~9.0ka,40~50ka,75~85ka,129ka,149ka,270~300ka,740ka。结合地表调查结果进一步推断,现今青衣江主河道在中更新世及之前已经存在。因此,现今的青衣江究竟是因断块整体倾斜式改道还是后期河流袭夺而形成需进一步研究。另外,据青衣江低阶地地貌面的年龄数据估算,龙门山南段青衣江流域不同段落的晚第四纪河流下切速率不同,中更新世以来,芦山至大岗顶段的河流下切速率明显较大,很可能是芦山地震发震构造(盲逆断层)在晚第四纪期间存在持续活动的地貌响应。
关键词: 龙门山    青衣江    光释光测年    河流阶地    芦山地震发震构造    
Formation age and its tectonic geomorphological significance of Qingyiji-ang River terraces in the southern of Longmenshan, Sichuan
WANG Jilong1,2, WU Zhonghai1, ZHANG Keqi1, SUN Yujun1, ZHOU You1     
1. Key Laboratory of Neotectonic Movement and Geohazards, Ministry of Land and Mineral Resources/Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
2. School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: The earth's surface survey found that, across the south part of the Longmen Mountain, Qingyijiang River has incised can-yon along the upstream section, and terrace development is more complete along the downstream section. The chronological test of low terrace in Qingyijiang River was carried out by the method of OSL dating, and the formation age of low terrace was obtained. In combination with the systematic arrangement, comparison and analysis of the previous data and an analysis of the existing chronologi-cal data of the Qingyijiang River terrace, the authors found that the T1-T7 terrace in the middle and lower reaches of the Qingyi River was mainly formed at about 7.3~8.0ka, 40~50ka, 75~85ka, 129ka, 149ka, 270~300ka, 740ka. According to further inference from the results of the surface investigation, it is found that the present Qingyijiang River main channel already existed in the Middle Pleistocene and earlier. Therefore, the formation of the present Qingyijiang River resulted from the broken block tilting diversion or late river capture, which needs further research. In addition, the estimation of the age results of the geomorphic surface of the lower terrace of the Qingyijiang River shows that the crustal uplift rates of the Late Quaternary in different sections of the Qingyijiang River Valley in the south of Longmen Mountain are different. Since the Middle Pleistocene, the river incision rate of Lushan to Dagang-ding section has been significantly larger, which can probably be attributed to the geomorphic response of the Lushan seismogenic tec-tonics in the late Quaternary period.
Key words: Longmen Mountain    Qingyijiang River    optically stimulated luminescence dating    river terrace    seismogenic structure of Lushan earthquake    

青衣江是一条横穿龙门山构造带南段的典型横向水系(图 1),从青藏高原东缘自北西向南东穿过龙门山构造带,流经芦山、雅安等龙门山山前以古近纪和新近纪红层为特征的前陆盆地后,进入四川盆地南部,并在乐山一带汇入大渡河[1]。因此,青衣江的发育历史与龙门山构造带的新生代演化及隆升过程密切相关。地表调查发现,青衣江河流阶地在前陆盆地区域广泛发育,局部至少发育6级阶地,并且阶地的发育与龙门山南段的构造地貌演化具有内在成因联系[2-7]。前人对青衣江阶地进行过不同程度的地表调查与形成时代研究(图 2)[6, 8-9],认为青衣江在发育过程中发生过河流改道,现今青衣江阶地主要是河流改道后出现的。但是大多数阶地时代是通过ESR测年方法限定的,方法单一且不确定性较大,而且龙门山地区地质构造背景和构造地貌演化过程复杂[10],使得对青衣江河道的演化及新构造意义方面的研究仍存在不足和不同认识。在新构造与活动构造研究中常用的定年方法有14C法、ESR法、光释光法等[11],由于光释光测年(OSL)的测试对象为沉积物中广泛存在的石英和长石矿物[12],因此在河流沉积物中,特别是砂砾层中,光释光测年法应用范围较广。而且沉积物中石英和长石的OSL信号比TL信号晒退速率快得多[13-14],OSL测年法测得的是自矿物上一次受热或曝光事件后埋藏至今的年龄,时钟归零机制相对简单,地质意义明确,所以现在已成为除14C测年技术外的首选方法。通过光释光测年方法对青衣江低阶地形成时代进行研究,可为反演青衣江河道变迁,探究龙门山构造带的新活动和构造地貌演化对青衣江阶地发育的影响等提供有意义的基础数据和资料。

图 1 研究区位置及采样位置 Fig.1 Location and sampling sites of the study area F1—大川-双石断裂;F2—大邑断裂;F3—新津-蒲江断裂;F4—龙泉山断裂;F5—鲜水河断裂;B1—石仙山背斜;B2—蒙顶山背斜;B3—熊坡背斜;B4—三苏场背斜;B5—龙泉山背斜;S1—芦山向斜;S2—下里向斜;S3—名山向斜
图 2 青衣江河流阶地主要观察点与采样位置 Fig.2 Major observation spots and sampling sistes of the Qingyi River terrace
1 研究区概况

青衣江位于龙门山南段,介于岷江和大渡河之间,宝兴河是青衣江的主源,在芦山汇入玉溪河流至飞仙关,在飞仙关纳入天全河、荥经河,流经雅安夹江等地后,于乐山汇入大渡河(图 1)[15]。从地貌位置看,研究区位于青藏高原东缘,是青藏高原与四川盆地的过渡区域, 自西向东,地貌变化明显,分别有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和四川盆地地貌,形成3个地貌阶梯,最大海拔差逾4000m,是一个典型的地貌陡变带[16]。研究区西部多高山峡谷,海拔高程一般在1000m以上,河谷多呈“V”形,漫滩阶地极少,河道比降大于8‰,东部地势平缓,海拔600~1100m,在芦山禾林村至毛家坝一段,以及雅安至洪雅一段发育宽阔的漫滩和较完整的阶地[17]

在大地构造位置上,研究区位于松潘-甘孜褶皱带与扬子准地台交汇带,前人将该地区分为4个构造区,自西向东分别为松潘-甘孜褶皱带(即川西高原)(Ⅰ)、龙门山冲断带(Ⅱ)、成都盆地(Ⅲ)及龙泉山褶皱带(Ⅳ)[18]。龙门山断裂带是影响构造运动的重要因素,自中生代以来至少经历了2次主要的地壳缩短,形成中国典型的褶皱冲断带[19]。该断裂带主要由4条逆冲走滑断裂组成,自西向东分别为耿达-陇东断裂(后山断裂)、盐井-五龙断裂(中央断裂)、大川-双石断裂(山前断裂)及山前隐伏断裂,整体呈北东—南西向展布,北与秦岭断裂带斜交,南北鲜水河-小江断裂带斜截,有典型的叠瓦状推覆构造特征,活动性强,具有明显的地震危险性[20-23]。除构造断裂发育外,与区域内断裂伴生的褶皱构造也非常发育,沿青衣江上游至下游依次发育芦山向斜、石仙山背斜、中里向斜、蒙顶山背斜、名山向斜、熊坡背斜、三苏场背斜及龙泉山背斜(图 1)[24-25]。区域内断裂、褶皱等构造作用,对青衣江的阶地形成、分布特征等有一定的影响。

研究区内地层较复杂,西部的松潘-甘孜序列在三叠纪沉积,主要为复理石相的碎屑沉积,覆于古生界之上。往东主要有震旦系、志留系和泥盆系的浅变质岩及前震旦系杂岩,直接沉积在元古宙基底块体之上,标志了松潘-甘孜褶皱带和龙门山的过渡[22, 26]。中部主要分布由盐井-五龙断裂和大川-双石断裂围限的宝兴杂岩,它是扬子克拉通的元古宙花岗岩和变质岩基核,上部缺失震旦系及以上的全部地层,组成了龙门山南段山脉的最高部分[26]。主要沉积岩为上古生界—三叠系,围绕宝兴杂岩发育,与下伏的宝兴杂岩是平行不整合接触关系,叠瓦状构造,变形变位强烈[22]。东部主要出露侏罗系—古近系陆相碎屑沉积,四川盆地内部为厚层中生代—新生代的陆相碎屑序列,构造变形较弱。此外,研究区内第四系分布较广,不整合于下伏河流-湖泊沉积相砂泥岩地层之上。上新世晚期—全新世沉积出露较全,岩性以河流相的黄灰色、灰黄色砂砾层为主,研究区砂砾层具有厚度大、面积分布广等特点,构成了多级阶(台)地[27]

2 青衣江河流阶地及其分布特征

经野外实地观测,青衣江流域第四纪地层覆盖广泛,现代青衣江流域第四纪阶地十分发育,保存完整,多数地点保留有3级以上的阶地。芦山、雅安、洪雅地区阶地特征保存较好,阶地级数最多可达7级,它们均为现代青衣江的产物(表 1图 3)。

表 1 现今青衣江主要阶地拔河高度 Table 1 Sampling data sheet of OSL samples in Qingyi River terrace
图 3 典型青衣江阶地及采样剖面(照片为青衣江部分河流典型阶地及野外采样工作照) Fig.3 Typical terrace and sampling section of the Qingyijiang River a—毛家坝青衣江上游阶地剖面与采样;b—毛家坝青衣江阶地剖面与采样;c—大兴镇青衣江阶地剖面与采样;d—阳坪青衣江阶地剖面与采样;e—联合村青衣江T1剖面与采样;f—双福村青衣江T1剖面与采样

芦山禾林村—栗子坪一带发育4级阶地,T1阶地(区域上相当于T2)为侵蚀阶地,峡谷中多发育T2(区域上相当于T5)、T3(区域上相当于T6)阶地,T3阶地砾石层以圆状为主,极圆次之,砾径以2~20cm为主,20~40cm次之,少量大于40cm, 可达40~60cm,砾石中等风化,整体呈棕灰色、黄灰色,花岗岩岩性砾石风化程度较深。栗子坪高阶地区域上相当于T7,拔河高度200~220m,是目前发现最高最老的阶地。

芦山毛家坝一带发育6级阶地,Ⅰ级为堆积阶地,Ⅱ—Ⅵ级阶地为基座阶地,阶地基座为紫红色砂岩,砾石层呈棕灰色、棕黄色,砾石以圆状和极圆状为主,分选性中等,砾石直径以2~15cm为主,15~20cm次之,20~30cm少量,主要成分为花岗岩、闪长岩、石英岩、辉绿岩、火山岩,次为砂岩、脉石英,颗粒支撑,砂质充填,在较高阶地砾石层中,砾石风化严重。

雅安黄泥岗—大岗顶一带发育5级阶地,二元结构明显。Ⅰ级阶地为堆积阶地,在殷家渡口处见Ⅰ级阶地,底部有紫红色砂岩出露。Ⅱ—Ⅴ级为基座阶地。砾石层整体呈灰黄色,分选性较差,砾径大小以1~15cm为主,15~30cm次之,30~50cm少量(常见紫红色砂岩),砾石为圆状、次圆状,砾石岩性主要为花岗岩、石英岩、闪长岩、辉长岩、砂岩。Ⅴ级阶地砾石层中砂岩砾石风化严重,已呈褐黄色泥砾状。

雅安大兴镇一带发育4级阶地,基座岩性为古近纪红色砂岩,砾石层为灰色,砾石分选性中等,砾径以1~15cm为主,30~50cm次之,个别砾石砾径大于50cm,砾石岩性以花岗岩、闪长岩为主,占60%左右,变质石英砂岩、石英岩、玄武岩、辉石岩、辉长岩等少量,可见片麻状花岗岩和斜长角闪岩。

洪雅阳坪一带共发育6级阶地,位于青衣江南岸。Ⅰ级阶地位于洪雅青衣江边,是堆积阶地,阶地中砾石为颗粒支撑,砂质填充,呈叠瓦状排列,阶地面含有植物根系的灰黑色亚砂土,Ⅱ—Ⅵ级阶地为基座阶地。基座均为古近系名山组深砖红色中-薄层状钙质粉砂质泥岩。下部为未固结砾石层,上部为灰黄色砂土层,含少量砾石,属于典型的二元结构。砾石成分主要为石英岩、花岗岩、石英砂岩和火山岩, 砾石杂基支撑,砂泥质充填,分选性中等,次圆状为主,Ⅱ级阶地抗风化较弱的砂岩及火山碎屑岩已经半风化,Ⅲ级阶地中抗风化能力弱的砾石被风化的程度较深,Ⅳ级阶地中除石英岩质砾石外,大部分砾石已经风化或半风化,Ⅴ级阶地中除石英岩外大部分砾石已风化或半风化,Ⅵ级阶地中砾石风化分严重,大部分砾石风化成砂土状,石英岩也多半风化,但大部分砾石仍保持其外形。

3 样品采集及研究方法 3.1 样品采集

在野外实际调查、分析对比的基础上,对青衣江部分河流阶地的沉积物进行了系统的调查与采样(图 2),青衣江阶地沉积物岩性整体为松散黄色砂砾层,砾石磨圆度较好,分选性差,砾径多为15~30cm,定向性好,砾石主要成分为花岗岩、石英岩、砂岩等,向上逐渐变细,总体上表现为下粗上细的二元结构。样品分布于青衣江流域不同地区不同阶地中(图 2图 3表 2),典型样品采集阶地剖面有毛家坝青衣江河流阶地剖面(图 3-ab)、大兴镇青衣江河流阶地剖面(图 3-c)、阳坪青衣江河流阶地剖面(图 3-d)。所有光释光样品采集时,清除表层已经风化部分,在出露的新鲜剖面的中、细砂沉积层位,用直径为5cm的不锈钢管水平打入采集光释光测年样品,将样品用锡箔纸和胶带密封,避免其曝光和水分丢失。样品光释光测年由中国地质科学院地质力学研究所完成(表 3)。

表 2 现今青衣江阶地OSL样品采集信息 Table 2 Age data of OSL sample in Qingyijiang river terrace
表 3 已测样品DRAC年龄结果 Table 3 Sample DRAC age results
3.2 样品年龄测定

OSL测试过程简述如下:在释光信号安全的红光下打开包装,去除不锈钢管两端曝光的部分(保留用于测量含水量及U、Th和K元素含量的部分),然后将未曝光部分置于烧杯中,用盐酸和双氧水浸泡分别除去碳酸盐和有机质后,用蒸馏水洗至中性,使用静水沉降法获得细颗粒(4~11μm)的矿物颗粒,该粒组矿物为石英、长石及其他矿物的混合。取部分4~11μm混合矿物放入干净烧杯中,使用氟硅酸去除其中的长石矿物,然后清洗检验已基本无长石矿物的光释光信号后,即可制片进行测试。

OSL信号测量使用的测试仪器为美国Day⁃ break Nuclear and Medical Systems, inc.生产的Day⁃ break 2200 OSL\TL自动测试系统,其红外光源波长为880±60nm,蓝光光源波长为470±5nm,最大激发功率约为40mW /cm2。释光信号通过QA9235型光电倍增管并在其前附加2片分别厚2.5mm和3.5mm的U-340滤光片来检测。该系统配置的90Sr β放射源的剂量率约为0.04Gy/s。用感量校正多测片再生法(Sensitivity- corrected multiple aliquot Regenera⁃ tive-dose (MAR) protocol,SMAR)或简单多测片再生法[28-29]测定样品的等效剂量值(De)。样品的U、Th和K含量在国家地质实验测试中心采用等离子质谱仪测试完成。年龄计算使用Durcan等编制的剂量率和年龄计算在线程序DRAC-Calculator版本1.2完成[30](DRAC年龄)。

4 样品测试结果

现今青衣江河流阶地样品实验测得阶地年龄见表 3。如表 3所示,毛家坝青衣江T1阶地OSL测试年龄为8.5±2.2ka,阳坪青衣江T1阶地OSL年龄为8.4±1.0ka,联合村青衣江T1阶地不同位置年龄分别为9.0±0.8ka和7.7±0.8ka,双福镇青衣江T1阶地OSL样品年龄为11.4±2.0ka,由此可以看出,现今青衣江发育的T1阶地的时代为全新世。大兴镇青衣江T2阶地OSL样品年龄为44.7±5.6ka,而毛家坝青衣江上游T2阶地OSL样品测试结果为1.2 ±0.2ka,结合野外调查判断,青衣江T2阶地形成于晚更新世。阳坪青衣江对岸540m台地的OSL测试结果大于100ka,其拔河高度与阳坪一带青衣江T5阶地的拔河高度一致,表明阳坪一带青衣江T5阶地的形成时代应该大于100ka,认为阳坪一带青衣江T5阶地形成时代应该早于晚更新世。将毛家坝青衣江T2阶地和大兴镇青衣江T4阶地样品测试结果与野外实际调查砾石层特征对比,认为样品采集点为后期坡积物,导致所测年龄与阶地实际年龄之间存在偏差。

5 讨论

对测试结果进行分析,推测现今青衣江T1阶地形成于7.7~9.0ka,属于全新世,通过梳理与总结前人现今青衣江阶地年代学研究成果(表 4),进一步与所测结果进行对比,发现青衣江T1测试结果与前人对现今青衣江T1阶地测年数据分析的结果一致。对青衣江不同河段T1阶地的测年结果表明,全新世青衣江下游流域的T1阶地沉积物堆积速率约为0.3mm/a。现今青衣江T2阶地形成于45ka左右,阳坪青衣江对岸540m台地OSL年龄大于100ka,这与表 3中前人测得结果吻合,得到了前人ESR测年结果的验证,并显示其可能形成于149ka左右[2, 8]。T6的形成年龄可能为270~300ka [2, 8, 31],通过对前人资料的梳理和总结,推断现今青衣江T1~T7阶地年龄如表 5所示。因此,青衣江干流沿线发育的T1~T7阶地主要形成于中更新世以来。地表调查已基本证实,该区的T1~T6阶地沿青衣江干流基本上连续分布且多处保存较好,空间上具有很好的可对比性,充分说明现今的青衣江应该形成在T6阶地形成之前,至少在中更新世早期或之前已经存在了,而早期的青衣江究竟是断块整体倾斜式改道形成还是后期河流袭夺需进一步深入研究[7]

表 4 前人对现今青衣江阶地年龄测试结果 Table 4 test results of the age of the Qing River in the present stage
表 5 现今青衣江阶地形成时代估算 Table 5 The age estimation of the present Qingyi River Terrace

从现今青衣江河流下切速率示意图(图 4)看,现今青衣江河流下切速率在T7~T5时期较慢,而T5~T2时期的下切速率相对前期明显增快,且在T5~T2时期不同河段的下切速率也有明显变化,T5~T4时期毛家坝—大岗顶河段下切速率明显快于青衣江下游河段,T4~T3时期大岗顶段河流下切速率仍高于上下游,T3~T2时期下游阳坪河段速率又有所增加,芦山—大岗顶段表现出区域构造活动性较强,这种差异可能是龙门山南段青衣江流域不同段落晚第四纪的地壳隆升速率不同所致,结合野外实际调查,认为这很可能是芦山地震发震构造在晚第四纪存在盲逆断层活动的地貌响应,此断层未突破新生界出露地表,但引起了区域地貌响应,属于盲逆型断层[32]

图 4 现今青衣江河流下切速率示意图 Fig.4 The vertical profile of low terrace in Qingyijiang River XGZF—小关子断裂;SYF—始阳断裂;XKDF—新开店断裂;PXF—蒲阳-新津断裂;SSCF—三苏场断裂
6 结论

(1)河流阶地研究结果表明,中更新世以来,现今青衣江芦山至大岗顶段的河流下切速率明显比其他下游河段快,这很可能是芦山地震发震构造(盲逆断层)在晚第四纪存在持续活动的地貌响应。

(2) 判断现今青衣江阶地应该形成于中更新世,即现今青衣江位置在中更新世可能已经有河流存在,但青衣江为整体倾斜式改道还是后期河流袭夺仍需要进一步调查研究。

(3) 综合已有年代学数据,初步限定青衣江干流T1~T7的形成年龄分别为7.7~9.0ka、40~50ka、75~85ka、129ka、149ka、270~300ka和740ka。

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成都地质学院. 1:5万区域地质调查队 1989—1991年实测天全幅 地质图. 1989-1991.