Sedimentary Environment and Paleoenvironment Evolution of Early Middle Pleistocene Stage in Mianning Area
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摘要: 昔格达组地层是我国西南地区晚新生代典型的沉积地层之一，但针对其沉积环境和古环境的研究记录较少。为此以冕宁县城西北方向钻孔揭示的昔格达组沉积物为研究对象，通过沉积物年代、粒度和孢粉测试分析，结合沉积序列、岩性岩相、沉积构造特征等，可知736～719 ka期间沉积物以滨湖亚相的沉积环境为主，植被分布存在显著的垂直地带性，气候整体温暖湿润；719～563 ka期间沉积物以深湖-滨湖亚相的沉积环境为主，此阶段针叶类植被花粉含量增加，禾本花粉含量稍有下降，气候较上一阶段变冷干；563～455 ka期间沉积物以半深湖-浅湖亚相沉积环境为主，此阶段针叶类植被花粉含量增高，阔叶类植被花粉含量稍有减少，指示该时期古环境较为冷湿。Abstract: The Xigeda Formation is a typical late Cenozoic sedimentary formation in southwest China, but there are few records of its sedimentary environment and paleoenvironment. This research mainly focuses on the sediments of the Xigeda Formation revealed by drilling in the northwest direction of Mianning county. Through the analysis of sediment chronology, particle size and palyore, the comprehensive sedimentary sequence, lithology and sedimentary structure characteristics, results show that the sedimentary environment of Binhu subfacies was dominant during 736～719 ka, and the vegetation distribution showed significant vertical zonality, and the overall climate was warm and humid; during 719～563 ka, the sedimentary environment of deep lake-Binhu subfacies increased the content of conifer, decreased the content of grass, and the climate became cold and dry; during 563～455 ka, the sedimentary environment was dominated by semi-deep lacustrine and shallow lacustrine subfacies. The content of coniferous vegetation increased while that of broad-leaved vegetation decreased slightly, indicating that the paleoenvironment in this period was relatively cold and wet.
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Key words:
- Mianning /
- Xigeda formation /
- Sediments /
- Grain-size /
- Pollen
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引言
近年来，随着对青藏高原隆升机制探索的不断深入，许多学者对滇西南及其邻近地区主要活动断裂的几何学、运动学和地震活动性等特征进行了详细的研究(任俊杰等，2007；安晓文等，2009；常祖峰等, 2011, 2012)。滇西南是云南地区活动断裂发育众多、强震频发的地区之一(方良好等，2013)，仅孟连一带就发生过7次4.7级以上的地震，最大地震是1995年7月12日发生在中缅边境的7.3级地震，此次地震对缅甸以及中国云南孟连、澜沧等地造成了严重的破坏(张洪由，1995)。孟连断裂位于中缅边境地带，当地气候炎热，降雨丰沛，植被繁茂，交通极为不便，有关孟连断裂及其活动性研究的公开报道极少，仅有何文贵等(2015)对该断裂晚第四纪新活动特征进行了初步研究。本文根据近年来在该地区开展的野外调查，对孟连断裂的地形地貌特征、空间展布特征、运动学特征、最新活动时代进行描述与探讨，以期为深入研究该地区地震构造环境及地震危险性提供依据，填补该地区活动构造研究的空白。
1. 区域地震构造背景
研究区地处青藏高原的东南缘，隶属于欧亚板块与印度板块多期强烈碰撞的影响区。基底为中元古界深变质岩系，原岩为1套优地槽沉积，前奥陶纪变质岩构成了褶皱基底，奥陶纪—二叠纪时期为稳定的地台型沉积，厚度大于7000m。中生代以来，进入地槽发育阶段，发生强烈的构造分异。在不同地区或不同阶段，有的抬升为陆，有的沉降为盆。新近系在该地区构造盆地中普遍含有煤层，局部尚有基性火山岩出露(云南省地质矿产局，1990)。新构造运动的起始时间大约为上新世早期。中新世以后，喜马拉雅运动强烈影响本区，除使中生代地层发生褶皱变形以外，沿一些老的断裂发生强烈的错动和动力变质作用，局部地段发生断陷作用，形成古近纪-新近纪盆地，堆积了很厚的新近纪陆相煤系地层。自第四纪以来，由于欧亚大陆和印度大陆碰撞作用加剧，青藏高原强烈隆升，研究区也随之隆升。与此同时，沿区内主要断裂形成了一系列第四纪小型断陷盆地，新构造运动与地震活动表现极为强烈(图 1)。
图 1 孟连断裂及邻域地质构造图Figure 1. Geological map along the Menglian fault and its adjacent region区域内分布一系列北西向和北东向的断裂，如汗母坝断裂、澜沧-勐遮断裂、木戛-谦迈断裂、南汀河断裂、打洛断裂和孟连断裂等。晚第四纪以来这些断裂活动强烈(常祖峰等，2011)，沿断裂发生了一系列强震，如1995年7月12日发生在中缅边境的7.3级地震(图 1)。总之，研究区是断裂和地震活动都较为强烈的地区。
2. 断裂晚第四纪活动特征
孟连断裂主要发育于中生界和古生界之中，其北东端始于澜沧下谷地附近，向南西方向经坡脚、热水塘、勐滨、孟连、勐马至勐阿后，延入缅甸境内，全长约150km。断裂走向北东45°—60°，倾向北西或南东，倾角较陡(图 2)。
图 2 孟连断裂展布及几何结构Figure 2. Spatial distribution and geometric structure of the Menglian fault1：第四系；2：上第三系；3：中生界；4：古生界；5：元古界；6：燕山期花岗岩；7：河流；8：全新世活动断裂；9：中更新世活动断裂；10：断层两盘相对运动方向2.1 地貌特征
地貌特征是地质构造格局的基本反映，是断裂活动、流水剥蚀和侵蚀作用的综合反映和结果。一般而言，活动断裂常表现出明显的线性地貌特征。孟连断裂具有平直的线性影像特征，断裂控制了沿线地形地貌的发育，表现为连续冲沟、河流、山脊同步左旋位错(图 3)。断层陡坎、线性山脊、断层槽地、断层垭口等极为醒目(图 4、5)。沿断裂发育有澜沧、勐滨、孟连、勐马和勐阿等第四纪断陷盆地，断裂对孟连和勐滨的盆地边缘控制作用十分明显。
2.2 断裂晚第四纪活动的地质证据
(1) 勐滨断层剖面
在勐滨东北侧一砖厂旁，见断裂出露于下石炭统薄层状长石石英砂岩中，破碎带宽度60—100m，断层错断了上覆的晚更新世地层(图 6)，断层产状为35°/SW∠70°，两盘地层发育强烈揉皱及片理化带。经对上覆坡残积粘性土取样进行光释光测年(OSL)，其结果为距今(49.86±4.24)ka，表明该处断裂在晚更新世中期有过活动。
(2) 那样村断层剖面
在勐滨盆地南、那样村西，见断层错断了上更新统的圆砾、砾砂、粉土粉砂及坡残积亚粘土层(图 7)，上覆坡残积粘性土的光释光测年(OSL)结果为距今(35.18±2.99)ka，表明该处断裂晚更新世活动强烈。沿断层带可见一些受断裂影响的小型崩塌及滑坡，断层三角面清晰。
图 7 勐滨盆地南那样村西断层剖面Figure 7. Geological section of the fault, west of Nanyang village in the Mengbin basin(3) 勐滨盆地南剖面
在勐滨盆地南的那样村东北，断裂出露于砂岩陡立带中，破碎带宽近150m，劈理带、揉皱带、摩擦镜面及断层泥发育，上覆的全新统产生强烈构造变形(图 8)。
图 8 勐滨盆地南那样村断层剖面Figure 8. Geological section of the fault, south of Nanyang village in Mengbin basin(4) 孟连县砖瓦厂剖面
在孟连县砖瓦厂附近可见断层出露，发育3个断面(图 9)，产状分别为60°/NW∠68°、74°/SE∠63°和55°/SE∠63°。断层断错砂质粘土和砂砾石层，其中1条断层断错全新世古土壤层，表明该处断裂全新世仍有活动。
图 9 孟连县砖瓦厂断层剖面Figure 9. Geological section of the fault, south of Menglian bricks and tiles plant2.3 断裂左旋走滑运动特征
在卫星影像上，孟连断裂线性特征非常清晰，断裂沿线可见山脊、冲沟同步左旋位错。在贺格新寨北东见两山脊同步左旋位错，位错量为100—200m(图 10)。
图 10 贺格新寨北东山脊同步左旋位错Figure 10. Synchronous left-lateral dislocation of the ridge, northeast of Hege new stockaded village在贺格老寨北东，见Ⅱ级阶地冲沟左旋位错(图 11)，水平位错量为50m。在冲沟下部1.5m左右采集到ESR样品，中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测试的结果为(13±3.3)ka，此年龄为冲沟形成的年龄。依据冲沟形成年龄和位错量估算，全新世以来断裂的水平左旋滑动速率为3.8—5.1mm/a。此结果与姜葵(1993)根据东岗西南上新寨一带，沿Ⅱ级支流出现的洪积扇被左旋错断，得出的孟连断裂全新世的平均左旋走滑速率(4.19±0.46)mm/a大致相当。
图 11 贺格老寨北东冲沟左旋位错Figure 11. Synchronous left-lateral dislocation of the gullye, northeast of Hege old stockaded village2.4 历史地震影响
孟连断裂附近历史发生过12次4.7级以上地震，其中5.0—5.9级地震4次，6.0—6.9级地震3次，7级以上地震1次(1995年7月12日中缅边境7.3级地震)。该7.3级地震Ⅷ度破坏区北至双相—西地一带，其余部分在缅甸境内；Ⅶ度破坏区包括孟连、西盟2个县，面积达1580km2；Ⅵ度破坏区包括沧源、澜沧、勐海、打洛等，面积达10400km2(张洪由，1995)。
受区域构造的控制，中缅边境7.3级地震震中附近的断裂主要为北东走向，最为醒目的是孟连断裂，为全新世活动断裂。在此构造控制下，该地震极震区长轴为北东向，余震分布优势方向也为北东向。由此认为，此次地震的发震构造为孟连断裂。
3. 结论
(1) 孟连断裂为1条规模较大的区域性活动断裂，其活动性质以左旋走滑为主。断裂沿线线性影像较清晰，断层地貌清晰，主要表现为平直的断层槽地、断层垭口、断层陡坎以及线性山脊左旋地貌。
(2) 断裂最新活动断错了晚更新世堆积及全新世古土壤，表明孟连断裂的最新活动时代为全新世。
(3) 沿断裂考察发现，孟连断裂左旋断错了一系列小冲沟和洪积扇，其全新世的水平左旋滑动速率为3.8—5.1mm/a。
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图 3 冕宁ZK1沉积物平均粒径、中值粒径、黏土、粉砂、细砂、粗砂含量随深度的变化
Figure 3. Variation of mean particle size, median particle size, clay, silt, fine sand and coarse sand contents with depth in the ZK1 sediment of Mianning region
图 4 冕宁ZK1昔格达组沉积物孢粉测试结果
Figure 4. Pollen results of the Xigeda group sediments in ZK1 borehole
图 5 冕宁ZK1钻孔沉积物3个变化带频率分布曲线
Figure 5. Frequency distribution curves of sediments in ZK1 borehole
图 6 冕宁ZK1钻孔沉积物3个变化带概率累积曲线
Figure 6. Probability accumulation curve of three variation zones in the sediments of ZK1 borehole
图 7 ZK1钻孔沉积物粒度和孢粉综合对比
Figure 7. Comprehensive comparison of sediment particle size and palyron in ZK1 borehole
表 1 ZK1钻孔昔格达组岩性描述与地层层位序列
Table 1. Lithologic description of Xigeda Formation in ZK1 borehole and the stratigraphic position sequence
深度/m 岩性 岩性特征 层位 83.2～84 泥岩 黄褐色，泥质，岩芯较完整，质地较软，手捏易碎，块状、短柱状，少量碎块状。水平接触，接触面不明显。 19 84～84.2 粗砂 黄褐色，湿，松散。粒级组成：砂砾80%～85%，粉黏粒10%～15%。 20 84.2～85.9 泥岩 黄褐色，泥质，岩芯较完整，质地较软，手捏易碎，块状、短柱状，少量碎块状。近水平接触。84.4 m处轴夹角75°。 21 85.9～87.1 细砂岩 黄褐色，岩芯较完整，质地较软，手捏易碎，半成岩，岩状不明显。成分以石英、长石为主。近水平接触，86.4 m处轴夹角76°。 22 87.1～87.3 泥岩 黄褐色，泥质，岩芯较完整，质地较软，手捏易碎，块状、短柱状，少量碎块状。水平接触，接触面不明显。 23 87.3～87.6 中粗砂 浅黄色，湿，松散。成分以石英、长石为主。粒级组成：砂砾85%～90%，粉黏粒10%～15%。 24 87.6～88.4 泥岩 黄褐色，泥质，岩芯较完整，质地较软，手捏易碎，块状、短柱状，少量碎块状。水平接触，接触面不明显，87.7 m处轴夹角81°。 25 88.4～88.7 砂岩 黄褐色，土状，岩芯呈破碎状，手捏易碎，呈碎块状。成分以石英、长石为主。 26 88.7～94.8 泥岩 黄褐色、浅黄色，泥质，半土状，岩芯较完整，质地较软，手捏易碎，块状、短柱状，少量碎块状，偶夹2～3 cm棕红色中细砂，约4～5层。近水平接触，91.8 m处轴夹角84°。 27 94.8～96.5 黏土岩 灰色，泥质、黏粒，土状，半成岩，岩状不明显。泥质、黏粒。近水平接触，94.9 m处轴夹角80°。 28 96.5～101.5 中细砂 灰色，湿，松散。成分以石英、长石矿物为主，局部粉黏粒含量较多。粒级组成：砂砾80%～85%，粉黏粒15%～20%。 29 101.5～128.4 黏土岩 灰色、深灰色，泥质、黏粒，大部分为半成岩土状，少量为岩状，质地较软，手捏易碎，块状、短柱状，少量碎块状。近水平接触，117 m处轴夹角83°，123.1 m处轴夹角79°，127.7 m处轴夹角85°。 30 128.4～131.4 细砂 深灰色，湿，松散，局部含粉黏粒较多。成分以石英、长石为主。粒级组成：砂砾75%～80%，粉黏粒20%～25%。 31 131.4～139.4 黏土岩 灰色、深灰色，泥质，土状、软土状，湿，块状、短柱状，少量碎块状，局部较松散。近水平接触，135.3 m处轴夹角86° 32 139.4～143.5 细砂 深灰色，湿，松散，局部含粉黏粒较多。成分以石英、长石为主。粒级组成：砂砾70%～75%，粉粒15%～20%，黏粒5%～10%。 33 143.5～146.2 中粗砂 中粗砂，灰色、灰黄色，湿，松散。偶含圆砾：石英岩、花岗岩，磨圆度较好，主要为次圆状，少量为次棱角状。粒级组成：圆砾5%，砂砾80%～85%，粉粒5%～10%，黏粒＜5%。 34 146.2～153.2 中细砂 灰色、灰绿色，湿，松散，局部（下段）含粉黏粒较多。成分以石英、长石为主。粒级组成：砂砾75%～80%，粉粒15%～20%，黏粒5%～10%。 35 
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表 2 ZK1钻孔年代测试结果
Table 2. The ZK1 borehole dating results
样品物质 深度/m 铀U/
（ug·g−1）钍Th/
（ug·g−1）K2O/% 含水量/% 古剂量/Gy 年剂量/
（Gy·ka−1）年龄/ka 黄褐色泥岩 84.5 6.71 21.8 2.93 31.00 1 896±250 4.10 462±62 灰色黏土岩 125.5 2.95 13.5 2.81 16.22 2 608±456 3.74 697±120 灰色细砂 139.9 3.68 12.1 2.08 23.50 2 110±270 2.94 718±92
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表 3 冕宁ZK1钻孔不同粒径、平均粒径和中值粒径在3个带的变化特征
Table 3. Variation characteristics of different particle size, average particle size and median particle size in three zones of the ZK1 sediment in Mianning region
分带 类别 黏土 粉砂 细砂 粗砂 中值粒径 平均粒径 I带 范围 1.6%～9.7% 16.1%～51.7% 4.7%～30% 14.5%～77.6% 45.9～432 μm 63.1～450 μm 平均值 5.12% 34.7% 12.5% 47.6% 148.6 μm 193.2 μm II带 范围 2.8%～27.9% 17.4%～88.8% 0.3%～31.8% 0～75.8% 8～210.4 μm 6.2～226 μm 平均值 11.5% 72.7% 7.12% 8.5% 40.6 μm 32.7 μm III带 范围 3.5%～18.7% 38.8%～88% 3.2%～26.3% 0.2%～43.6% 9.2～85.4 μm 13.9～161.8 μm 平均值 7.76% 65.4% 10.2% 16.5% 36.8 μm 63.5 μm
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