成都平原区第四系研究的一些思考
1：25万区域地质调查盆地（平原）第四系专题研究
一、研究的目的和意义
盆地（平原）位于盆地与青藏高原东南缘接合部位，东至龙泉麓，西缘龙门山前山之边，南抵总岗北坡，北东濒中红层丘陵区，为轴向呈NE30～40展布盆地，面积大于达8400km2。目前开展的龙门山地区5幅1：25万区域地质调查区覆盖了其中的大部分地区。
盆地（平原）晚新生代，主要是第四系以来伴随着青藏高原东南缘龙门山脉大幅度抬升，盆地边缘急剧下降，形成了一套厚度较大、成因类型多样的第四系堆积物。长期以来，对盆地（平原）第四系地层的划分与对比、成因类型、新构造运动的方式及特点以及盆地的形成与演化均进行了一定程度的研究，但受到工作的目的和水平、地质理论与方法等多种因素的制约，盆地第四系研究中还存在许多有待进一步研究的问题。第四系的地层的划分与对比、第四纪以来的环境变化、青藏高原东缘构造变形与盆地形成演化的关系以及盆地部新构造运动，特别是断裂及隐伏断裂对盆地形成发育的控制与影响，以及断层的活动性等问题都有待深入的研究。
本次研究将在前人研究的基础上，对上述问题进行深入的研究，进一步查明盆地第四系的组成特征、形成年代、成因类型、新构造远动的特征等，揭示第四系地层中蕴含有第四纪环境变化的丰富信息。
二、研究现状
对盆地第四系的研究可以追溯到上世纪三十年代，春昱等调查地文、地形时，就涉及到平原，侯德封等(1939)曾针对盆地的“阶段地形”，归纳划分出六个地文期。此后，承三等亦作过类似调查与划分。解放后，对平原的地质调查日渐加强，不少单位进行过晚新生代地质畴的专题研究。其中主要的有盆地第四系调查（兴诗等）、平原水文工程地质勘察(水文工程地质大队、地质学院)、地区地震烈度调查等。对盆地成生时间、形成机制、堆积层的时代归属和成因类型、新构造运动等方面提出过不同的见解。其中上世纪80年代中期，水文、工程地质队在进行平原水文地质工程地质综合勘察工作时（省地矿局水文工程地质队.平原水文地质工程地质综合勘察评价报告。1985.），在平原周边实测了不少地质地貌剖面，在平坝区施工了大量钻孔，获取了大量地质资料，初步查明的盆地基底形态和松散堆积层的结构和层序。
1、盆地（平原）的构造格架
盆地东至龙泉麓，西缘龙门山前山之边，南抵总岗北坡，北东濒中红层丘陵区，为轴向呈NE30～40展布盆地，面积大于达8400km2。构造位置处于盆地西北缘，夹于持于龙门山造山带与盆地中的龙泉山褶断隆起带之间，其东北还受德阳、合兴和旋卷构造的制约；南端受康滇南北向构造所限。盆地西部边缘主要受限于北东向灌县(都江堰市)一江油深大断裂；东南部边缘受北北东向龙泉释断裂及南部康乐场断裂控制。其中龙泉麓的龙泉断裂为川西坳陷与川中隆起的分界断裂线，重力、航磁资料显示亦为二者结晶基底的分界线。
自大邑砾岩沉积以来，堆积了厚0～541m的砂砾卵石层。盆地（平原）部众多地点施工的水文、石油、盐卤地质钻孔资料表明，盆地松散堆积层最大厚达54lm（郫县竹瓦），在靠近龙门山一侧的大邑－崇庆－温江－郸县－县一带的盆地凹陷中心区，沉积厚300－500m。
2、晚新生代盆地的充填序列及其特征
根据地表区域地质调查和钻井勘探资料，晚新生代盆地充填实体均为半固结—松散堆积物。主要由横切龙门山的横向河流所产生的冲积扇和扇前冲积平原沉积物构成。盆地中陆源碎屑沉积物主要来自于龙门山。该套沉积物在垂向上表现为以三个不整合面分割的三个向上变细的退积序列。根据这一特点，勇等（2006）将晚新生代盆地充填序列作为一个构造层序，并分为三套沉积层序，其中下部为大邑砾岩，中部为砾石层，上部为上更新统和全新统砾石层。
晚上新世至早更新世大邑砾岩是盆地中充填的最古老的冲积砾石层，其与下伏中新生代地层均为不整合接触，与上覆的砾石层也为不整合接触。大邑砾岩为灰褐、黄褐色复成分砾岩夹棕黄色岩屑砂岩透镜体，砾石成分以石英岩、闪长岩、浅色花岗岩和变质砂岩为主，次有砂岩、脉石英，并含少量灰岩和燧石；砾石磨圆好，分选性差，砾径一般为8~20cm,常见大漂砾，最大者近2 m，部分砾石具压裂和扭曲现象；填隙物为砂、泥，钙泥质胶结。地表出露的残留厚度为34..4~380.6 m不等，一般出露厚度界于100~200m之间。在横向上,西部的河口地段砾石粗大，并含大量漂砾，向下游粒度减小，具短距离搬运、快速堆积的特征，整体上显示大邑砾岩由冲积扇沉积物构成。
中更新世砾石层位于晚新生代盆地充填序列的中部，厚度较大。在钻孔剖面中，砾石层由2~3个向上变细的旋回构成。每个旋回的下部为砾石层，上部为砂质粘土和泥炭层。在地表上，砾石层广泛分布于盆地西南缘名邛台地表层，主要由两套沉积物构成，下部为砾石层、上部为网纹红土层。下部砾石层为一套河流冲积物，以砾石层为主,厚10~30 m不等，砾石成分为石英岩、石英砂岩、花岗岩、玄武岩和辉长岩等，砾石含量>70%，砾径一般3~5cm，大者30~40cm，砾石磨圆度好，分选较差，分布不均匀，排列具定向性，具叠瓦状构造。砾石呈强风化特征，酥裂风化较强烈。砾石间充填物为粉砂质、泥质物质，呈钙泥质胶结，具有颗粒—基底式支撑类型。上部网纹红土层为亚粘土，厚3~6 m不等，呈黄褐色、棕红色粘土(网纹红土)及亚粘土状，呈块状发育白色高岭石条带，并见铁、锰质结核和斑状结构结构致密，节理不发育。其中含极少量砾石，砾石含量<5%,砾径一般1~2 cm，砾石主要成分为砂岩、花岗岩、石英岩，呈强风化特征。
晚更新世和全新世砾石层为晚新生代盆地充填序列中的最上部沉积物，该套沉积物在垂向上由两个向上变细的旋回构成；每个旋回的下部为砾石层，上部为粘土层。其中上更新统由广汉砾石层和广汉粘土层或粘土层组成，厚度为8~41 m不等，粘土层中的粘土矿物以伊利石为主，含钙质结核
现代地貌显示，平原主要由冲积扇和冲积平原构成。龙门山山前主要发育冲积扇群,由北向南依次为绵远河冲积扇、石亭江冲积扇、湔江冲积扇、岷江冲积扇和两河冲积扇，其中以岷江冲积扇规模最大。各扇体均位于横切龙门山的横向河谷的河口地带,地势均自北西向南东倾斜，联辍成群，并在扇前缘犬牙交错地叠置于上更新统地层之上。扇间为洼地，一般为砂质粘土沉积。不同地段的冲积扇砾石层的砾石成分不同。
盆地处于高原东南缘龙门山造山带与盆地两级地貌交接部位，盆地的形成演化受到龙门山的龙门山隆起的控制。上述盆地的充填序列表明，随着逆冲作用向前陆地区前展式推进，盆地的结构和沉积特征发生了明显地变化，上新世至早更新世的龙门山逆冲作用使前陆地区产生了沉降，形成第一个成盆期，并产生新的进积于盆地的冲积扇裙。随着中更新世龙门山逆冲作用向盆地推进，产生了新的沉降，形成第二个成盆期, 并产生新的进积于盆地的冲积扇裙，盆地围由窄变宽,沉降中心向东迁移。原盆地的西部边缘卷入龙门山冲断带，形成新的地貌高地，并成为盆地的新物源地，盆地的西部边界也向盆迁移，冲积扇裙和盆地沉降中心也随之向盆迁移。
3、第四纪的地层划分及成因类型
（1）第四纪的地层划分
早在上世纪三十年代初期，春昱等调查地文、地形时，就涉及到平原。侯德封等(1939)曾针对盆地的“阶段地形”，归纳划分出六个地文期，即（1）现代侵蚀与堆积；（2）江北期；（3）嘉陵期；（4）期；（5）子期；（6）)盆地期。此后，承三等亦作过类似调查与划分。
在晚新生代地层划分的多种意见中，比较完整的为康彦仁等(1979)和兴诗(1983)的方案。前者按气候地层系列将平原的第四系分作三次冰期、二次间冰期及冰后期堆积。后者沿用地文期法，分析了前人资料和新获得的古生物、同位素测年资料，归并为五个主要的地文期，即：（1）天鹅抱蛋期；（2）松林坡期；（3）期；（4）广汉期；（5）资阳期，并对各期的时代作了对比分祈，这是迄今关于平原第四系最详细的论述。西南地区区域地层编表组划分为：近代河流冲积层、更新统冲积层、洪积层、冰啧层等。1984年徐毅峰积多年工作之基础资料，包括新近获得的大量同位素测年资料，提出了新的地层划分方案（表1），是当前关于平原第四系划分的一个重要意见。
表1 平原第四系地层划分表（徐毅峰，1984）
上述方案的主要分歧点在于:(1)平原是否受到第四纪冰川的直接影响;(2)介于砾石层和白垩系之间的大邑砾岩、包江桥砾石层、高店子湖积层的时代归属。由于其间有构造运动存在，故直接关系到新构造活动的分析。
（2）盆地第四纪沉积的成因
平原的第四系分布较广，成因类型众多。对于盆地第四纪沉积的成因认识，有两种截然不同的意见。以承三为代表的冰泛说，认为岷江上游的五次冰期的冰川直接影响到盆地，龙门山前有规模巨大的名邛冰泛，盆地为冰川和冰水堆积物，在盆地中心区的全新统冲积层之下埋藏着冰泛沉积物，盆地边缘由冰泛沉积物组成了多级阶地。以兴诗为代表的冲积说，认为所谓冰泛实则是冲积、洪积相沉积，属流水成因，西部山地的冰川并未下达盆地之中。
对粘土的成因也进行了长期探索，但至今没有形成统一认识，有风成说、水成说等多种观点。1977年水文地质队提交的《1：20万平原区域水文地质普查总结报告》中认为，粘上属冰水沉积，时代早于广汉粘土。1980年他们提交的《1：5万平原水文地质普查总结报告》中，将广汉层分为上下两段，下段由广汉粘士与粘土组成，属同期异相的冰水与风成混合沉积，上段为一套河流相沉积。其后的研究者根据其分布、粒度组成、矿物特征、磁性特征以及石英颗粒形貌特征等认为粘土属风成成因。
最近，乔彦松等（2007）、志中等（2007）通过对位于双流县胜利和黄甲两个剖面系统的磁性地层学、沉积学、地球化学特征的研究表明，该区的红土堆积是第四纪中期以来形成的，粘土和网纹红土的母质可能属于风成成因。乔彦松等（2007）对位于双流的胜利红土剖面样品的粒度、石英颗粒表面形态以及稀土元素分布模式进行了系统分析，并将研究结果与甘孜地区的典型黄土样品进行了对比。结果表明，红土剖面中的粘土、网纹红土层是以具有风成特性的细颗粒物质为主，并且其粒度分布及粒度参数特征与甘孜地区典型风成黄土样品非常相似，而与该剖面中下伏的河流相样品有很大不同。并认为第四纪中期整个长江流域的
环境状况发生了很大变化，主要表现为冰期时植被覆盖率的大幅度降低，而青藏高原在此时期的快速隆升可能是形成该区环境变化的直接原因。
4、年代学研究
对盆地应用ESR、14C、等方法进行了绝对年龄的研究，为该区第四系的年代学、地层的划分和对比研究积累了一定的资料。
吉均等(2001)通过ESR年龄测定提出大邑砾岩的沉积始于2.6~2.4 Ma；勇等（2002，2006）对大邑砾岩剖面的下部砂岩开展了电子自旋共振测年研究，已获得17个ESR年龄值，结果表明大邑砾岩形成的时间介于0.82~3.6Ma之间，砾石层形成的时间介于0.20~0.64 Ma之间。勇等（2006）对砾石层中的4个砂层开展了电子自旋共振测年研究，年龄值分别为0. 20Ma、0. 35Ma、0. 46Ma、0. 64Ma，表明砾石层形成的时间介于0. 20~0. 64Ma之间，相当于中更新世。
粘土根据其中钙质结核的14C测定，其年龄值为16 960±210 、22310士260、25290士1448、22310士260a，以上资料表明粘土形成于距今1.0万～2.5万年，形成时代晚于广汉粘土的形成时代，应为晚更新世末期（（据14C年龄数据浅议广汉粘土与粘土的时代归属治荣中国科学院、水利部山地灾害与环境研究所；何银武(省地质矿产局水文地质工程地质队)）。
广汉层乌木样品14C测年为：28350士290、27630士280、50000、40000、10000a，表明广汉粘土形成于距今2.5万～5.0万年，应为晚更新世晚期。
5、磁性地层
志中等（2007）对双流县胜利和黄甲2两个红土剖面进行了系统的磁性地层学研究，在2个剖面中B/M界限均位于网纹红土的上部，并且在剖面的中下部记录了松山负向期的贾拉米洛正向极性亚带。在胜利剖面中，B/M界限位于网纹红土的上部，在剖面的中下部记录了松山负向期的贾拉米洛正向极性亚带，以B/M界限以及贾拉米洛正向极性亚带2个界限点的年龄作为时间控制点分别计算B/M界线到贾拉米洛正极性亚带顶部以及贾拉米洛正极性亚带期间的沉积速率约为2.05和4.37 cm/ka，以此2个沉积速率分别外推网纹红土的顶、底界年龄约为0.64和1.13 Ma BP.。黄甲剖面的磁性地层结果与胜利剖面相似，用同样的方法在该剖面外推网纹红土的顶、底界年龄分别约为0.56和1.09 Ma BP.。磁性地层的研究表明平原网纹红土的母质形成于第四纪中期。
磁性地层的研究也表明，网纹红土层之上黏土的形成时代不超过0.1 Ma BP。因此，两剖面中黏土层与网纹红土层之间至少存在0.4 Ma的地层缺失。平原和长江中下游地区的红土均属于沉积-风化类型，长江中下游地区典型红土剖面一般由四部分组成,自上而下分别为棕黄色土、均质红土、网纹红土及砾石层，与此相比，平原地区的红土剖面在黏土与网纹红土层之间缺少均质红土层。
6、孢粉及其古环境信息
盆地第四系堆积物中的孢粉研究相对薄弱。近年来，在进行三星堆、金沙古文化遗址等的环境考古中，对4ka以来的堆积层中的孢粉化石进行了研究；志中等（2007）在分析了双流进行网纹红土和粘土剖面中的孢粉化石。在第四系地层中分析出较为丰富的孢粉化石，并根据孢粉化石的组合特征恢复了盆地古植被特征及古环境变化。
志中等（2007）对胜利剖面网纹红土层孢粉的统计分析结果表明，所有样品都以乔本植物花粉占优势，其含量占孢粉总数的72.62%~91.47%,平均85.23%。其中，乔木植物中又以松(Pinus)和冷杉(Abies)较多，其次为铁杉(Tsuga)花粉。草本及灌木植物花粉数量较少，占孢粉总数的 6.09%~21.43%，平均为9.93%，草本植物花粉中又以蒿属(Artemisia)和禾本科(Gramineae)为主，分别占孢粉总数的0~8.33%和0~2.38%，平均分别为3.81%和1.21%，蕨
类孢子含量亦较少，占孢粉总数的 1.55%~14.29%，平均为 4.83%，其中又以水龙骨属(Polypodium)孢子占优势，平均含量占孢粉总数的2.26%。其中，松、冷杉及铁杉等乔木植物花粉的数量在剖面上存在比较明显的变化，可将整个网纹红土层划分为3个孢粉带：松-冷杉-铁杉花粉带、松-冷杉花粉带、松-铁杉-冷杉花粉带。从网纹红土层的孢粉分析结果可以看出，第四纪中期网纹红土母质的形成时期，平原地区植被总体呈现针叶林景观，气候经历了温凉较湿－寒凉较湿－温和或温凉较湿的变化。然而，网纹红土的深度风化作用反映了极端暖湿的气候条件，说明红土的网纹化过程是在其母质形成以后发生的。
轶锋等（2005）分析了金沙遗址探方中距今3000年的地层中的孢粉化石，并探讨了距今3000年以来的古气候变化。孢粉组合分析表明：蕨类植物抱子占60.3%，草本被子植物花粉占24.8%，木本裸子和被子植物花粉占14.2%，水生植物花粉相对较少，仅占0.7%。蕨类植物主要以蹄盖族科、水龙骨科和凤尾族属为主，草本植物中野牡丹科占绝对优势，木本裸子和被子植物中主要以松属和桦木属为主，水生植物主要包括双星藻、鸭拓草科和香蒲属。根据孢粉组合，平原在这个时期的气候分为2个阶段，早期的气候属于亚热带温暖湿润气候，平原上生长着茂盛的草本植物和蕨类植物；晚期的气候虽然还属于亚热带气候，但较早期更加湿热，气温和降雨量都比早期要高，平原上生长的草本植物种类有所减少，蕨类植物种类有所增加。地区3000年前的年均温比现在要高1.7一2.8℃，年降雨量基本和现在一致。
付顺等（2003）在广汉三星堆的典型的自然剖面上，做出高分辨率的孢粉古植被序列，得出10000-2800aBP该地区自然序列状况为：10000aBP该地区开始出现松栎混交林，后发展成以栎占优势的阔叶林，并出现了常绿的青冈栎等树种，气候由冷转暖；6000-3000aBP 则形成常绿落叶榆、椴等构成，该地区有茂密的阔叶林，林中有丰富的蕨类植物、藻类植物较多，气候温暖、潮湿；3000-2800aBP常绿阔叶树种逐渐消失，出现以松为主、阔叶树种为次的针阔叶混交林，草木成分不断增加并占据主导地位。在3000aBP左右该地区榆、椴等常绿阔叶树种显著减少，森林退化，禾本科等草本植物增加，反映此间出现气候变冷的波动。
7、气候地层的划分
兴诗通过对盆地全新世的研究，认为平原全新世古环境的演变与全球的古环境演变有一致性，他把平原全新世划分出了干湿交替的四个地文期：前江北期，距今9 500~7 500年前，温干；资阳期，距今7 500~5 000年前，温暖湿润；江北期，距今5 000~2 700年前，温暖湿润程度降低；三台期，距今2 700年前至今，凉爽湿润。它们分别与北欧全新世气候分期的北方期、大西洋期、亚北方期和亚大西洋期相当。
8、元素地球化学特征
在经济区生态地球化学特征调查评价中（2004），省地质调查院对平原区不同时代的第四系堆积物中的元素地球化学特征进行了研究，根据不同时代第四系堆积物中元素的组合特征，探讨了第四纪以来堆积物物源区的变化及其与龙门山隆升的盆山耦合过程。
志中等（2007）在对双流县胜利和黄甲两个剖面上网纹红土、粘土的成因研究中，对稀土元素特征进行了分析，结果表明黏土、网纹红土的稀土元素数据用烧失量校正后，其稀土元素分布模式与甘孜典型黄土相似的稀土元素分布模式，这也表明它们沉积成因的一致性。
9、新构造运动特征
成地质学院水文地质工程地质教研室较早地(1960)注意到平原（川西盆地）的新构造运动。他们曾将平原及其附近地区按相对升降强度分为五个等级：绵竹一大邑与广汉一新津之间为中度下降区；其东里龙泉山为轻度下降区；其西至龙门山为轻度上升区；龙泉山与龙门山分别为中度上升区和强烈上升区。不同等级区以断裂为边界，推测沿盆地东西两侧的龙泉山龙门山和盆地的绵竹一大邑、广汉一新津存在四条北东向平行展布的隐伏活动断裂。
地震局烈度分队(1977)通过地面调查，分析了地震、物探、应变测量资料后认为：灌县－安县断裂（龙门山山前断裂）、蒲江－新津断裂、龙泉山断裂属成生期较早且现在仍在活动的继承性断裂，其中蒲江－新津断裂是平原的主要活动断裂，可能是未来地震的发动者；未来地震强度为5～5 3／4级，与其相当的基本烈度为Ⅶ度，并推测存在着名山－大邑－县隐伏断裂。
在引进美制卫片(Landsat l、2)资料以后，进一步提出了盆地的隐伏断裂问题。许仲路等（1981）通过目视解译认为上述四条主要断裂在第四纪的活动控制了川西盆地的发育：龙门山前断裂与龙泉山前断裂在第三纪末产生对冲，导致其间拗陷，形成盆地；绵竹－大邑断裂和广汉－新津断裂产生于早更新世末期，并于晚更新世继续活动（次一级对冲），导致盆地的现代地貌格局一对冲盘上升为台地(磨盘山、帽盒山)，拗陷继续加深。卢登仕等(1981)通过第四纪地质目视解释后亦认为平原存在着多条隐伏断裂，统归入新构造畴。贺尚荣等(1984)对认为：北东向的－德阳断裂带与大邑－新市镇断裂带将盆地分为西部边缘构造、中央洼陷及东部边缘构造三大部分，反映在第四纪沉积物上，东西两部分较薄，中的厚度大于200米。并进一步提出了北东东向的广济－绵竹－兴塔断裂带、大邑一金堂断裂带、邛崃一双流断裂带，南北向的宝峰寺－成佳断裂带、关口－新津断裂带、安县一金堂断裂带。根据这种解释，平原的隐伏构造显得相当复杂。
三、技术路线和研究的主要容
在1：25万区域地质调查的基础上，针对存在的问题，选择有代表性的剖面，进行以第四系地层学为核心，结合盆地的地貌演化特征，开展岩石地层学、生物地层、年代地层学等的综合研究，在第四系空间分布、成因类型以及地层年代研究的基础上，对盆地第四系进行多重地层划分与对比，同时分析反映第四系地层中气候环境变化的替代性指标，恢复盆地第四系以来的环境变化特征。
盆地第四系研究主要涉及三个方面的问题：1、第四纪地层学的研究，包括：第四系地层的划分与对比，第四系的成因、年代学、生物地层学，地球化学，是其他问题的研究基础；
2、古环境恢复；
3、新构造，包括盆地的形成与演化，活动断层与隐伏断层。不同的问题具有相对的独立性，但又具有十分紧密的关联性。本次专题研究将围绕上述问题展开工作。
1、第四系地层的划分与对比
第四系地层的划分与对比是盆地的第四系研究的关键问题，主要涉及第四系的成因、年代学、生物地层学等问题，而这些问题又是研究第四纪以来盆地环境变化、气候地层学、新构造运动以及盆地形成演化的前提。
在区域地质调查的基础上，通过对具有代表性的第四系剖面的测制，进一步查明不同时代、不同成因类型第四系的分布、岩性组成、成因以及时代等问题。应用多种手段重点解决地层时代、成因等问题。在上述研究的基础上，进行第四系地层的划分与对比。
地层年代针对不同时代的地层以及测年对象，采用OSL、ESR、14C等方法，查明第四系沉积物的形成时代，为地层的划分对比以及环境变化研究提供时间标尺。
堆积物的粒度特征沉积物的粒度特征与沉积环境有密切的关系，常被用于不同沉积物成因类型的判别及搬运动力条件的研究。在盆地不同堆积区，在具有代表性的剖面上，重点对粘土、网纹红土以及高阶地上黄色粘土进行系统的粒度分析，对粒参数进行计算统计和图解，与已知环境下的粒度特征进行对比，并研究粒度特征在剖面上的变化规律，以进一步确定不同堆积区相同层位第四系堆积物的成因类型以及环境变化信息。
石英颗粒形貌特征应用扫描电子显微镜对沉积物中石英颗粒表面的微细特征进行研究，已成为分析其沉积环境的一种方法，在第四纪沉积物的成因研究中得到了应用。对盆地广泛分布的粘土，以及不同堆积区的中更新世网纹红土（认为是冰水堆积或风尘堆积），通