四川昔格达组形成机制的研究

摘要：昔格达组原名“混旦层”，于1938年改称为昔格达组。分布于四川南部至西北部，伴随着青藏高原隆起过程中所形成的，主要由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥质成韵律互层组成的一套静水河湖相沉积地层。经过人们70多年对典型剖面的考察，我们加深了昔格达组形成时代以及西南地区古地理、古气候和古环境等演化过程的理解。但是，由于昔格达组沉积物中缺乏生物化石，地层出露不全，而且缺乏可靠的年定手段和分析测试手段，使昔格达组的研究尚存在许多问题。本文以某工程区为依托，以昔格达地层的物理力学特性为背景，对昔格达地层的形成机制进行了探讨。

关键词：昔格达组;形成机制;岩石学特征;沉积构造

昔格达组原名“混旦层”，是常隆庆(1936)对西昌一带的晚新生代沉积进行考察时，对会理西南混旦 (地名)之“泥灰岩及软岩”所赋。1938年，袁复礼认为混旦层在攀枝花市附近金沙江东岸昔格达盆地更为典型，将其改称为昔格达组。

1.昔格达组的基本特征

昔格达地层是分布在四川南部至西北部，伴随着青藏高原隆起过程中所形成，主要由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥质成韵律互层组成的一套静水河湖相沉积地层。由于其形成时气候环境、地形地貌的差异以及形成后的新构造运动的改造等因素影响，各地分布的昔格达地层厚度及岩性层厚度变化较大。从总体上看，昔格达属于砂(粉砂)岩、粘土岩系，从下相上由3个岩性段组成：下段是一套半胶结的沙砾岩层，;中段位灰色、深灰色、灰黑色砂岩、粉砂岩夹粘土岩;上段为浅灰色、灰黄色粘土岩夹粉砂岩。由于昔格达地层形成时代较新，先期固结压力较小，没有完成沉积成岩作用，故为一套弱胶结半成岩地层。因此该地层具有似土非土，似岩非岩的物理力学特征。

关于昔格达的形成机制，已取得一些研究成果，但大部分专家学者的意见并不统一。对昔格达的形成机制问题不统一的原因是多方面的。首先，目前以识别出的昔格达分布区就超过60000 km2，南北跨度超过400 km，而且该分布区所覆盖的恰好又是我国地质背景最为复杂的青藏高原东南缘，推断如此广阔的地域及如此复杂的背景之下某一类似沉积单元的形成过程，也就难免产生分歧。其次，以往的既有研究往往仅依赖于一条剖面或露头，因此得出的结论具有局限性。而工程区所处地区的昔格达组，不仅厚度大，而且平面分布范围广，本文将通过工程区内大量的昔格达组露头，对其沉积单元的形成机制进行分析。

2. 工程区自然地理及构造背景

工程区位于安宁河中游山间河谷盆地，占地4.4 km2。安宁河阶地破坏严重，只能从现有地貌单元中识别出三级阶地。研究区范围内见有两条大型冲沟，此外，研究区另一突出特征是存在大量规模不一的水塘。据测量，4.4 km2工程区内有大小池塘64个。

3. 工程区昔格达组形成机制

3.1岩石学特征

初勘报告将研究区地基介质界定为“昔格达组土层及昔格达组半成岩地层”，主要类型有：粉土、粉质粘土、粘土;粉砂岩和粘土岩。而从施工开挖揭露的情况以及后文的岩性空间对比看来，研究区地基介质单一，主要为页岩和粉砂岩的互层结构，个别地段含有砂层和砂卵石层。

研究区内的粘土岩主要表现为层理很薄的页岩，尽管页岩属于半成岩阶段，
工程区页岩、粉砂岩、卵石形态

图3-1工程区页岩、粉砂岩、卵石形态

但其岩石特征已很明显，多呈水平层理或斜层理;研究区内的粉砂岩成岩程度很低，总体呈松散状态，颜色主要为浅黄绿色、褐黄色，属于典型的氧化色。岩性多不纯，含石英、长石及白云母等;研究区内的卵石有两种存在方式，一是以孤立个体被夹于粉砂层中，二是以透镜体的形式成层出现。但无论以哪种方式出现，砂卵石的存在都表明研究区介质的沉积环境是波动的，而且有时具有较强的水动力条件，沉积环境应该是河湖相。研究区内，部分砂卵石周围突变为页岩或粉砂岩，这应该是由河流流速季节性变化而引起沉积物改变所致。

3.2 沉积构造特征

研究区出现的沉积构造主要为流动成因构造以及同生变形构造。施工开挖阶段揭露出的交错层理、波痕以及透镜体层理等均属流动成因构造。这种效应有很多是由某
工程区内沉积构造形态

图3-2工程区内沉积构造形态

些不稳定性引起的，它触发了在重力控制下的运动。研究区呈现的同生变形构造主要为：包卷构造、滑塌构造、砂球、砂枕构造。这些构造形式是判断研究区内沉积物沉积环境的重要依据。

(1)交错层理：最常见的一种层理。在层的内部由一组倾斜的细层与层面或层系界面相交，又称斜层理。根据交错层理中层系的形状不同，通常分为板状交错层理、楔状交错层理、槽状交错层理、波状交错层理等。

交错层理是研究区内出露最多的层理形式，主要为板状交错层理以及楔状交错层理。图中所显示的微细交错层理，应与沙坡移动的速度有关。虽然沙坡移动的速度与介质流速成正比，但随着水的深度加大和组成沙坡物质的加多而移动速度减小。由此可说明，出现微细交错层理的边坡处水深较浅，水动力条件较强。板状交错层理中水平层的出现，是由于当介质流速减小至一定程度时，沙坡不能移动，这时沉积物便平铺在斜层之上。由于河流速度时常变化，因此斜层与水平层交替出现，即板状交错层理。这同时也印证了前文得出的结论：出现微细交错层理的边坡处水深较浅，水动力条件相对较强而且变化频繁。

(2)波痕: 波痕与交错层理是密切关联的，并且是同一事物的两个方面。交错层理是一个大波痕或者砂波迁移的产物，而波痕则在迁移中产生出小型的交错层理。

研究区出现的波痕呈不规则的链状。从其波纹的几何形态看，波纹狭长;波痕前缘圆润;不对称;波痕指数不大。粗略估计其成因为水成流动波痕，为定向水流使砂粒移动所造成。

(3)滑塌构造：当不稳定性存在于一个过于陡的沉积斜坡上，由于过陡而产生的运动有较大的侧向分力，并因此导致接近水平方向的物质交换。这种位移如果缓慢，则名为蠕动;如果快速，则是一种滑动或者滑塌，从而引起沉积物的形变、揉皱、断裂、角砾岩化以及岩性的混杂等。

研究区出现滑塌现象的原因可能是由于页岩属于半成岩阶段，沉积物容易剥落以及强烈的水动力环境。另一方面，研究区所处的地质构造因素不可忽视，研究区所在位置一直受安宁河、则木河等断裂断裂的影响，所以滑塌构造很可能是地震作用是一种结果。

(4)包卷构造：或称包卷层理、旋卷层理、扭曲层理。层的内部显示出开阔的向斜和尖的背斜。褶曲常常是倒转的，有一个主要的倒转方向。在层的中心或上部，褶曲的振幅最大，而向层的顶或底，却大大减少。与滑塌构造不同的是，包卷构造是一个层内的层理揉皱现象，层是连续的，没有错断等现象。

研究区出现的包卷构造，其特点为规模较小、形态呈规则褶曲状态;向斜宽阔圆滑，背斜紧闭尖锐;褶曲轴大致平行。这种构造体现了一个垂向运动的复杂系统，而不是侧向的位移。然而到目前为止，人们对包卷构造的成因还未能形成统一看法。钟建华(1999)通过实验证明：静水条件下快速沉积形成的“松散”细碎屑沉积物(砂泥互层)及波浪震荡是包卷层理形成的必要条件。

(4)砂枕构造：由于较重沉积物沉降到较轻沉积物中所产生的构造，其极端形态为“假结核”。这种假结核系由具有向下凸出的表面的砂或粉砂的挠曲碎屑所组成，而且完全被泥包围。砂球和砂枕是一种类似的构造，它们与假结核的主要区别是含泥或页岩数量少。主要出现在砂、泥互层并靠近砂岩底部的泥岩中，大小从十几厘米到几米，孤立或成群作雁行排列。

研究区出现的砂枕构造：底部被破坏成“枕”，上部相对未受扰动从而呈现出一种几乎是平坦的顶面，凹面向上，微有偏斜，纹理不明显，周围全部被包以页岩。砂枕的方向性暗示了它们所经历的是向下的而不是侧向的运动。因此，研究区砂枕、砂球、滑塌以及包卷构造的出现，说明其有可能是经历过严重的地震运动。据报道，在研究区近场范围内，迄今已有8次Ms≥4.7级的破坏性地震记录，并且工程区内也出现大量的断裂，而这也恰好去研究区所处地区的大地构造相吻合。

4. 结论

(1)工程区内昔格达组地层岩性单一，只有粘土岩(页岩)和粉砂岩(粉细砂(岩))两个大类。主体颜色是以浅黄色和灰色为主，是典型的氧化还原色，表明当时的沉积环境在强还原、还原及弱氧化之间波动、转换，而这种转换应该与降雨及沉积盆地水量有关。

(2)工程区昔格达地层层理发育，以水平层理及交错层理为主;以中厚层(0.5~0.1m)和薄层(0.1~0.01)构造为主，而微薄层构造(<0.1m)也有广泛分布。此外，工程区内昔格达经历的构造运动应该是比较强烈了，出现了波痕、砂枕、砂球、滑塌以及包卷构造等构造。

(5)基于以上描述，再结合工程区所处地理位置，可以知道昔格达组分布于河谷周围及其两侧支流谷底中，因此可认为工程区所处昔格达组应该属于断陷湖泊中的湖相沉积。

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