王浩霖，田鹏州，李印宝

（河南省煤田地质局一队，河南 新郑，451150）

自从Graham（1954）提出将磁组构（亦称岩石磁化率各向异性）作为一种无损伤性测量岩石组构的研究方法以来，因其具有快速、准确及经济适用性等特点，目前已被国内外学者广泛应用于岩浆岩石学、沉积地质学、构造地质学、矿田构造学、第四纪地质学、石油地质学以及水文环境等领域的研究［1］。岩石内部磁性矿物分布排列方式的特点称为磁组构，研究认为分析沉积物磁化率的量值椭球体长轴（磁线理）方位与磁面理倾向，可达到分析古水流方向的目的［2］。

贺兰山位于华北陆块和阿拉善地块之间南北向的构造带，南西连接祁连地槽，奥陶系米钵山组为贺兰山构造带沉积发育的标志性沉积地层（图1）。前人对贺兰山构造带及米钵山组做了大量研究工作，主要对沉积特征及元素地球化学背景等方面的研究较多，而对岩石古地磁方面的研究较少。由于米钵山组碎屑流沉积构造不发育，难以判断古水流方向，前人尚未针对这一领域进行研究。在腰坝等四图幅1：5万区域地质调查工作的基础上，研究贺兰山中段米钵山组发育的复理石建造及典型浊积岩鲍马序列，首次采用浊积砂岩磁组构分析方法判断古水流方向，以填补该区相关研究领域的空白。

1 米钵山组沉积特征

项目组在贺兰山西麓（图1）白杨沟地区实测一条剖面（图2），该剖面地层出露相对较好且内部连续，重力流和浊流沉积发育，岩相变化较大。

图1 贺兰山中段米钵山组分布图（据文献［3］修改）Fig．1 Distribution map of Miboshan Formation in the middle section of Helan Mountain

图2 米钵山组白杨沟实测地质剖面（PM301）Fig．2 Measured stratigraphic section（PM301）of Baiyanggou area in Miboshan Formation

白杨沟实测地质剖面（图2）地层顶部见石炭系上统太原组，二者呈断层接触，断层面上下地层变形较小，地层产状基本一致。结合华北陆块西缘整体缺失奥陶系上统至石炭系上统之间地层的特征，断定该剖面的顶部即为米钵山组的顶部；底部与古元古界赵池沟组变质岩呈断层接触，由此推断白杨沟剖面地层应为米钵山组的上部或中上部。

对剖面岩性进行分析，发现该套巨厚地层岩性表现为多个砾石含量逐渐减少、粒度由粗变细的岩性段，岩性变化具有旋回性和多期次性的特点，为多个旋回的叠加，显示沉积基准面的旋回变化（即海平面的升降）。通过对岩石粒度变化和砾石含量统计分析，将白杨沟地质剖面的沉积变化划分三个次一级旋回（图3），即三个有规律的岩性段。

图3 研究区米钵山组岩性旋回性变化（图例同图2）Fig．3 Lithologic cyclicity variation of the Miboshan Formation in the studied area

由图3可知，各段岩性的三分性显著，下部灰岩角砾岩大量发育，单层灰岩层厚度大，夹黄色砂砾岩、砂岩、砂板岩；中部为薄－中厚层含砾中砂岩、细砂岩与灰绿色粉砂质板岩互层夹砾屑灰岩、并夹少量中厚层砾屑灰岩；上部以含砾砂岩、细粉砂岩与灰绿色板岩的韵律层理为主。总体看，下部地层岩性较粗，上部地层岩性较细，即由下向上变细，显示海平面由浅变深，说明贺兰海槽至少经历3次以上的海平面动荡变化，表明贺兰山海槽为深海、高速动力流沉积。

2 样品采集及实验测试

针对研究区米钵山组沉积特征，在白杨沟实测地质剖面的5、14、19和20层共采集12块砂岩手标本，经室内岩心柱钻取，共切割为2．5×2．2cm 标准柱状样66块。

在中国科学院地质与地球物理研究所古地磁实验室对样品进行加热退磁处理，磁化率及磁组构的测量使用KLY－3 型卡帕桥，天然剩磁测量使用SMD－88旋转磁力仪。

3 磁组构特征

前人研究发现磁化率各向异性度P 值在三大岩类中最小（＜1．1），磁面理F＞磁线理L。米钵山组砂岩磁化率特征测试结果如表1，可见其磁化率参数P值均＜1．073；磁面理F＞磁线理L。天然剩磁测量结果表明本组地层天然剩磁微弱，SMD－88旋转磁力仪精度范围为10－1～10－6mAm2，近乎超出量程范围。

4 古水流方向分析

虽然磁化率量值椭球的长轴平行于沉积面，但其指向视具体沉积环境而定。Hrouda［4］结合天然沉积岩及室内模拟沉积实验发现，强动力沉积环境下磁性矿物颗粒长轴大致垂直于水流方向，而在弱动力或滞流沉积环境下磁性矿物颗粒长轴则大致平行于水流方向；Ellwood（1979）［5］对Vema海峡的深海沉积物的磁各向异性进行研究，认为磁化率量值椭球的Kmax轴向垂直于海底流流向。据此，针对研究区为深海高速动力流的特征，对量值椭球长轴即最大磁化率主轴方向分析如下。

试验测量标本坐标系数值，并转换至地理坐标系下投影，求解磁化率量值椭球体3个主轴方向的磁化率值：Kmax（长轴），Kint（中轴），Kmin（短轴），标记平均值与区间（图4）及3个主轴平均方向（表2）。根据图形统计的量值椭球体长轴K1方向区间（图5）和平均方向以及由长轴方向反映的古水流方向（图5）如下。

图4 地理坐标系统下磁化率量值椭球体3个主轴方向量值区间Fig．4 Three principal axes value intervals of the magnetic susceptibility ellipsoid in geographic coordinate system

图5 椭球体长轴及古水流方向区间示意图Fig．5 Interval schematic diagrams of the ellipsoid axis and paleocurrent direction

表1 米钵山组砂岩磁化率特征Table 1 Magnetic susceptibility characteristics of sandstones from Miboshan Formation

表2 米钵山组砂岩磁组构主轴平均方向Table 2 Average directionS of magnetic fabric’s spindle of the sandstones from Miboshan Formation

A 组磁组构长轴方向为222．6°∠65．3°，反映这一地层沉积时的古水流方向为NW－SE；

E／F 组磁组构长轴方向为290．4°∠14．5°，反映这一地层沉积时的古水流方向为NE－SW；

G 组磁组构长轴方向为297．0°∠47．7°，反映这一地层沉积时的古水流方向为NE－SW；

H 组磁组构长轴方向为155．6°∠25．5°，反映这一地层沉积时的古水流方向为NE－SW。

所得地层总体古水流方向为NW－SE 和NESW。鉴于贺兰山海槽海底北浅南深的古地貌特征［6］，认为该区古水流总流向以NE－SW 为主，亦有NW－SE。可推测样品砂岩的物源方向以NE 为主，贺兰山海槽的北东侧为华北陆块西缘，即砂岩物源来自华北陆块西缘，与王浩霖等（2012）［7］砂岩元素地球化学研究的物源区正好吻合。地层沉积古水流的多向性显示海底扇水流多向性，是由于海底扇地貌特征和水道取向等因素决定的每一次沉积事件都有可能出现特定的补给水道，因而导致海底扇沉积物流的多向性。

5 结 论

首次在该区采用磁组构分析方法研究米钵山组砂岩沉积的古水流方向，研究发现米钵山组砂岩磁组构特征为磁面理F＞磁线理L，天然剩磁微弱。通过对地理坐标系下投影及磁化率量值椭球主轴方向研究，确定研究区米钵山组海底扇浊流沉积的古水流总流向为由NE 向SW，亦有由NW 向SE，认为砂岩物源来自于贺兰山海槽NE侧的华北陆块西缘。

［1］潘永信，朱日祥．磁组构研究现状［J］．地球物理学进展，1998，13（01）：52－59．

［2］丛友滋，臧启运，李培英，等．用磁组构研究底层流流向的初步探讨［J］．海洋学报，1990，12（3）：347－351．

［3］黄喜峰，钱壮志，逯东霞，等．贺兰山中南段奥陶系米钵山组的沉积环境与构造背景分析［J］．地球学报，2009，30（1）：65－71．

［4］Hrouda F．Magnetic anisotropy of rocks and its application in geology and geophysics［J］．Geophys，1982，（5）：37－82．

［5］EIIwood B B，Ledbetter M T．Paleocurrent indicators in deepsea sediment［J］．Science，1979，（208）：1335－1337．

［6］宁夏回族自治区地质矿产局．宁夏回族自治区区域地质志［M］．北京：地质出版社，1990．

［7］王浩霖，常山．贺兰山中段奥陶系米钵山组砂岩地球化学及构造背景分析［J］．资源调查与环境，2012，33（3）：198－205．