黃志剛， 任戰(zhàn)利， 高龍剛

1 太原理工大學(xué)地球科學(xué)系， 太原　030024 2 西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系， 西安　710069

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鄂爾多斯盆地東南緣白堊紀(jì)以來構(gòu)造演化的裂變徑跡證據(jù)

黃志剛1， 任戰(zhàn)利2， 高龍剛1

1 太原理工大學(xué)地球科學(xué)系， 太原030024 2 西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系， 西安710069

鄂爾多斯盆地東南緣處于渭北隆起、晉西撓褶帶和東秦嶺造山帶的轉(zhuǎn)折地帶，構(gòu)造位置獨(dú)特，演化歷史復(fù)雜.本文選取東緣韓城地區(qū)和南緣東秦嶺洛南地區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組為研究對(duì)象，采集6件砂巖樣品進(jìn)行鋯石、磷灰石裂變徑跡分析，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)造-熱事件提供熱年代學(xué)約束，恢復(fù)盆地東南緣不同構(gòu)造帶的熱演化史，深化對(duì)盆地東南部油氣資源賦存條件的認(rèn)識(shí)，以期實(shí)現(xiàn)油氣勘探的新突破.研究表明韓城和洛南地區(qū)的抬升冷卻史存在明顯差異.磷灰石裂變徑跡年齡表現(xiàn)為從南到北減小的趨勢(shì).東緣韓城剖面磷灰石裂變徑跡記錄51.6～66.3 Ma、33 Ma兩次抬升冷卻的峰值年齡.南緣洛南剖面鋯石裂變徑跡年齡和磷灰石裂變徑跡年齡分別記錄89～106 Ma和59～66 Ma的冷卻抬升年齡.洛南地區(qū)抬升冷卻時(shí)間較早，剝蝕速率(106 m/Ma)大于韓城地區(qū)(68 m/Ma)，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng).磷灰石裂變徑跡(Apatite Fission Track, AFT)熱史模擬顯示，晚中生代，受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，東秦嶺地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿事件，洛南地區(qū)熱演化程度明顯高于韓城地區(qū).洛南剖面的熱演化主要受巖漿活動(dòng)的控制，韓城剖面為埋藏增溫型.鄂爾多斯盆地東南緣的裂變徑跡年齡格局基本受控于白堊紀(jì)以來的抬升冷卻事件.

裂變徑跡； 抬升過程； 熱史模擬； 延長(zhǎng)組； 鄂爾多斯盆地東南緣

This article focuses on the study of the Yanchang Formation in Hancheng, which is in the east of Ordos, and in Luonan, which is in the south of Ordos. Six sandstone samples are collected and the key tectonic thermal event is constrained by thermochronology, using the methods of detrital zircon and apatite fission track. Thermal evolution histories are recovered for different structural belts of the southeast margin of the basin. The occurrence conditions of oil and gas are further studied which would add to open a new domain of petroleum exploration.

Research shows that the uplift and cooling histories are obviously different in researched regions. The AFT dates show that ages decrease from south to north. The AFT ages of the Weibei uplift reduce from 110 Ma in south to 33 Ma in north, and those of the North Qinling also reduces from 80 Ma in south to 9.7 Ma in north. In the Hancheng section, two tectonic uplifting events were recorded by apatite fission track, of which thermochronology ages are 51.6～66.3 Ma and 33 Ma, respectively. In the Luonan section, two thermochronology ages of zircon fission track were recorded, which reflect one tectonic event in 89～106 Ma. Apatite fission track dates reflect one tectonic event in 59～66 Ma. Denudation and cooling histories were obviously different in the study areas. Rapid uplift of the Luonan region located in the East Qinling orogen is earlier than the Hancheng region, and lasted a long time. The uplift-denudation rate is 106 m/Ma in the Luonan region, and 68 m/Ma in the Hancheng region, respectively. The modeled thermal history, which is based on apatite fission track data, exhibits fairly similar three-stage cooling, starting with an uplift-cooling event of the late period of early Cretaceous (100 Ma), followed by a period of relative thermal stability keeping the rocks at apatite partial annealing zone temperatures (100～60 Ma), and ending with a new phase of accelerated cooling during the Paleocene to recent time. Late Mesozoic, the magmatic activity in the East Qinling orogen was very intense due to the Yanshanian tectonic movement, and its thermal evolution degree is obviously higher than Hancheng. The southeastern margin of the Ordos basin has experienced an important tectonic-heat event at late Mesozoic (100 Ma). These two regions belong to different types of thermal evolution. The Hancheng area is of a buried heating type, and the Luonan section is of the type controlled by tectonic-magmatic activity.

In the study areas, the thermal evolution history is controlled by uniform dynamics. The present FT age pattern is, therefore, basically controlled by the Cretaceous rapid cooling event.

1　引言

鄂爾多斯盆地位于華北地塊西部，是一個(gè)古生代穩(wěn)定沉降、中生代坳陷東移、新生代多斷陷的多旋回克拉通盆地(楊俊杰，2002).晚三疊世作為鄂爾多斯盆地重要的構(gòu)造發(fā)育階段，成為生油層系極為發(fā)育的時(shí)期之一.上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組廣泛發(fā)育，是鄂爾多斯盆地內(nèi)陸湖盆形成后的第一套生儲(chǔ)油巖系，為石油勘探的主力層位.長(zhǎng)期以來，延長(zhǎng)組物源、沉積特征以及構(gòu)造演化史等的研究一直受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注.鄂爾多斯盆地東南緣中、新生代以來的構(gòu)造熱演化史，不同的學(xué)者提出不同的看法.關(guān)于抬升冷卻時(shí)間，任戰(zhàn)利等(2014,2015)給出102～107 Ma和40 Ma的時(shí)限；王建強(qiáng)等(2010)給出114～83 Ma的時(shí)限；肖暉等(2013)給出146～125 Ma、107～83.8 Ma和40～27.3 Ma的時(shí)限.盆地東南部與其他區(qū)域相比，油氣勘探未有大的突破.加強(qiáng)鄂爾多斯盆地東南緣不同構(gòu)造帶熱演化史的差異性研究，有利于深化盆地東南部油氣資源賦存條件的認(rèn)識(shí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)油氣勘探的大突破有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

基于此研究目的，本文選取盆地東緣韓城地區(qū)和南緣東秦嶺洛南地區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組為研究對(duì)象，應(yīng)用鋯石、磷灰石裂變徑跡法，重建上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組的低溫冷卻歷史(220～60 ℃)，為關(guān)鍵構(gòu)造事件提供熱年代學(xué)約束，厘定該區(qū)域主要構(gòu)造事件的時(shí)空響應(yīng)，進(jìn)而為探討盆地東南緣盆山關(guān)系、構(gòu)造熱演化史提供新證據(jù).

2　地質(zhì)背景和樣品采集

研究區(qū)范圍涉及鄂爾多斯盆地東緣、南緣以及東秦嶺的部分地區(qū)(圖1).在構(gòu)造區(qū)劃上處于鄂爾多斯盆地渭北隆起、晉西撓褶帶和東秦嶺的轉(zhuǎn)折地帶，既是華北克拉通北東—北北東向構(gòu)造與近東—西向構(gòu)造的交接部位，又是新生代中國(guó)大陸西部碰撞擠壓到東部伸展拉張動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵地區(qū)(陸一鋒等，2011).加里東運(yùn)動(dòng)在研究區(qū)表現(xiàn)為上、下古生界呈角度不整合接觸，并構(gòu)成具造山性質(zhì)的加里東構(gòu)造帶，向盆地內(nèi)部構(gòu)造變形依次減弱(周鼎武等,1994；袁衛(wèi)國(guó)和趙一鳴，1996).鄂爾多斯盆地古生代為華北陸緣海-濱淺海盆地，中生代晚三疊世-早白堊世為殘延內(nèi)克拉通盆地，晚白堊世以來，鄂爾多斯盆地發(fā)生大幅度的抬升剝蝕，燕山運(yùn)動(dòng)期間的構(gòu)造變形奠定了研究區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造格局(Ren,1995).

圖1　研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及樣品分布Fig.1　Sketch geological map of study area and distribution of samples

本次研究的樣品采自盆地東緣韓城薛峰川剖面和南緣東秦嶺洛南景村剖面(圖1).韓城地區(qū)地層存在不同程度的剝蝕，大多為第四系直接不整合覆蓋在三疊系延長(zhǎng)組之上，缺失侏羅系、白堊系、第三系地層.薛峰川剖面從長(zhǎng)1段到長(zhǎng)10段出露完整，厚度約800～1000 m.長(zhǎng)10段為湖盆形成時(shí)期沉積，巖性為肉紅色、灰綠色長(zhǎng)石砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖；長(zhǎng)9段～長(zhǎng)8段為湖盆擴(kuò)張時(shí)期沉積，巖性為淺灰色、灰色細(xì)砂巖夾暗色泥巖；長(zhǎng)7段為湖盆鼎盛時(shí)期沉積，巖性中上部為暗色泥巖和油頁巖為主，夾薄層粉-細(xì)砂巖，下部為薄層砂巖和暗色泥巖；長(zhǎng)6段～長(zhǎng)3段為湖盆萎縮時(shí)期沉積，巖性多為砂泥巖互層；長(zhǎng)2段～長(zhǎng)1段為湖盆萎縮消亡時(shí)期沉積，巖性為灰綠色、淺灰色中-厚細(xì)砂巖、灰色泥巖和碳質(zhì)泥巖.洛南地區(qū)處于東秦嶺造山帶內(nèi)，中生代為華北大型坳陷型盆地的一部分(劉紹龍，1986)，現(xiàn)今殘留上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組.下部為板巖夾長(zhǎng)石石英砂巖、含礫砂巖、菱鐵礦結(jié)核，局部夾劣質(zhì)煤，上部為板巖夾泥灰?guī)r、粗礫砂巖及粉砂巖.景村剖面地層由淺灰色、灰綠色中-粗粒砂巖和深灰色到黑灰色泥巖夾煤線組成，厚度約200～600 m.

韓城薛峰川剖面，從柏峪鄉(xiāng)五角村到公路樁號(hào)29處，采集長(zhǎng)2段、長(zhǎng)4+5段、長(zhǎng)6段和長(zhǎng)8段砂巖樣品.洛南景村剖面糊涂岔村附近采集長(zhǎng)6段、長(zhǎng)7段砂巖各1件樣品.采樣位置見圖1、表1.

3　樣品測(cè)試及結(jié)果分析

3.1裂變徑跡原理

裂變徑跡分析的原理是磷灰石、鋯石中所含的238U裂變時(shí)產(chǎn)生的碎片會(huì)在磷灰石、鋯石中形成裂變徑跡，礦物中的徑跡具有隨溫度的增高，徑跡密度減少、長(zhǎng)度變短直至完全消失的特性.在1～100 Ma的時(shí)間內(nèi)，磷灰石裂變徑跡的退火溫度大約為60～150 ℃(Gleadow et al.,1986；Naeser et al.,1989).磷灰石退火特性分析及退火帶劃分是研究抬升冷卻事件的基礎(chǔ)，當(dāng)沉積巖樣品經(jīng)歷的最高古地溫大于完全退火溫度時(shí)，裂變徑跡不再保存，年齡為零.如果后期發(fā)生一次快速冷卻事件，使樣品所處的溫度小于退火溫度，裂變徑跡開始保存，礦物的裂變徑跡體系的時(shí)鐘也重新啟動(dòng)，完全退火的沉積地層樣品曾記錄了幾乎相同的年輕的裂變徑跡年齡，且遠(yuǎn)小于其沉積年齡，這就是快速抬升或冷卻事件發(fā)生的時(shí)間.應(yīng)用磷灰石裂變徑跡資料分析盆地后期抬升冷卻年齡及過程，關(guān)鍵是前完全退火帶或冷卻帶的解釋和確定.鋯石退火溫度高于磷灰石，約為200 ℃(Gleadow et al.,1986).若沉積后鋯石裂變徑跡未經(jīng)過退火，這些礦物將保留沉積前的裂變徑跡年齡記錄；若經(jīng)歷的溫度明顯高于封閉溫度，這些礦物原來記錄的徑跡將全部退火，其年齡將明顯比沉積年齡要新.因此，鋯石裂變徑跡分析可提供沉積盆地更高古地溫以及冷卻時(shí)間的信息.研究區(qū)延長(zhǎng)組熱演化程度較高，將鋯石裂變徑跡與磷灰石裂變徑跡分析方法結(jié)合使用，可以提供構(gòu)造熱事件發(fā)生的時(shí)間、古地溫、抬升冷卻年齡及過程的信息.

本文裂變徑跡數(shù)據(jù)的測(cè)試是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)裂變徑跡實(shí)驗(yàn)室完成.裂變徑跡分析采用外探測(cè)器法(Gleadow and Duddy,1981)，所采樣品用常規(guī)的重液和磁選方法分離出單礦物，磷灰石用環(huán)氧樹脂將礦粒固定，經(jīng)磨平和拋光后制成光薄片，使得礦物內(nèi)表面露出，并與白云母外探測(cè)器貼緊，在室溫25 ℃下，用7%的HNO3蝕刻30 s(±1 s)，揭示自發(fā)徑跡；將低鈾白云母外探測(cè)器與磷灰石送入反應(yīng)堆輻照，之后在25 ℃下40% HF蝕刻揭示誘發(fā)徑跡，中子注量利用CN5鈾玻璃標(biāo)定(Bellemans et al.,1995).測(cè)定年齡時(shí)每個(gè)樣品任意選取20個(gè)左右質(zhì)量好、平行c軸的顆粒進(jìn)行測(cè)年(假設(shè)有足夠的顆粒).鋯石單礦物顆粒做成光薄片，在210 ℃下的KOH+NaOH熔融物蝕刻20～35 h揭示自發(fā)徑跡(Yuan et al.,2013).將低鈾白云母外探測(cè)器與CN2標(biāo)準(zhǔn)鈾玻璃組合樣一并接受熱中子輻照.然后在25 ℃條件下的40%HF中，蝕刻白云母外探測(cè)器20 min揭示誘發(fā)徑跡.根據(jù)IUGS(International Union of Geological Science，國(guó)際地科聯(lián))推薦的ξ常數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)裂變徑跡年齡方程(Hurford and Green,1982，1983)計(jì)算年齡值.鋯石、磷灰石裂變徑跡中值年齡用Zeta校準(zhǔn)法標(biāo)定.應(yīng)用IUGS推薦的Zeta常數(shù)法加權(quán)平均得出Zeta常數(shù)值.本次試驗(yàn)獲得的鋯石樣品Zeta常數(shù)為85.4±4 a·cm-2,磷灰石樣品Zeta常數(shù)為389.4±19.2 a·cm-2.鋯石封閉溫度設(shè)定為205±10 ℃；磷灰石封閉溫度設(shè)定為110±10 ℃，部分退火帶的溫度范圍110±10 ℃～60 ℃.

3.2韓城薛峰川剖面

薛峰川剖面處于渭北隆起與晉西撓褶帶相接的構(gòu)造部位，此處的構(gòu)造線發(fā)生了轉(zhuǎn)折(圖1).樣品測(cè)試結(jié)果見表1.4個(gè)砂巖樣品，長(zhǎng)4+5段樣品的磷灰石裂變徑跡單顆粒年齡P(2)>5%，通過了2檢驗(yàn)，其他3個(gè)樣品P(2)<5%(表1).本次對(duì)薛峰川剖面長(zhǎng)2段、長(zhǎng)4+5段、長(zhǎng)7段和長(zhǎng)8段碳質(zhì)泥巖的鏡質(zhì)組反射率值(Ro)測(cè)試結(jié)果分別為0.65%、0.74%、0.7%和0.78%，古地溫約為100～115 ℃.樣品處于磷灰石部分退火帶底部，P(2)<5%的磷灰石裂變徑跡年齡為混合年齡.為了將每個(gè)混合年齡分解成若干個(gè)單一年齡組分，利用Brandon(2002)提出的二項(xiàng)式擬合峰值年齡法，對(duì)樣品hc-22、hc-18和hc-13進(jìn)行了峰值年齡分離.結(jié)果表明，3個(gè)樣品均由具不同比例的兩個(gè)年齡組分構(gòu)成.從3個(gè)樣品的年齡成分來看，各樣品的年齡成分有較好的一致性，是由年齡值分別為51.6～66.3 Ma和33 Ma左右的兩組年齡組成的(表1、圖2).

圖2　韓城剖面磷灰石裂變徑跡測(cè)年數(shù)據(jù)分析結(jié)果左圖為單顆粒年齡雷達(dá)圖，直線代表峰值年齡；右圖為單顆粒年齡分布直方圖，實(shí)線代表單顆粒年齡直方圖擬合曲線，虛線代表每個(gè)峰值年齡擬合曲線．Fig.2　AFT grain ages of Hancheng section using the binomial peak fitting method (Brandon, 2002)Left: Radial plot of grain ages, straight line is peak age. Right: Histogram of single-grain ages. Solid line is for fitted age of single grain. Dashed line is for fitted peak age.

對(duì)4件樣品的封閉徑跡長(zhǎng)度測(cè)定，平均長(zhǎng)度12.9～13.9 μm，標(biāo)準(zhǔn)差為1.8～2 μm(表1、圖3)，徑跡長(zhǎng)度小于誘發(fā)徑跡長(zhǎng)度16.3±0.9 μm.徑跡長(zhǎng)度分布直方圖(圖3)表明樣品徑跡隨著時(shí)間的推移，先生成的徑跡變得越來越短，而后生成的徑跡則最長(zhǎng)，直到退火不再發(fā)生并冷卻到現(xiàn)今溫度.長(zhǎng)度分布明顯展寬，顯示出部分退火帶與完全退火帶過渡特征.

統(tǒng)計(jì)韓城地區(qū)所在渭北隆起和晉西撓褶帶南部地區(qū)已發(fā)表的磷灰石裂變徑跡年齡 (任戰(zhàn)利,1995；任戰(zhàn)利等，2014,2015；劉武生等,2008；王建強(qiáng)等,2010；肖暉等,2013)，結(jié)合本次樣品的測(cè)試年齡分析(圖4)，渭北隆起和晉西撓褶帶南部抬升冷卻年齡主要分為兩組：一組為晚侏羅世(約155 Ma)以來，主要為100～110 Ma；另一組約為65 Ma以來，主要為30～40 Ma，分別代表了早白堊世晚期及新生代始新世-漸新世兩期主要抬升冷卻事件.磷灰石裂變徑跡年齡有從南到北減小的趨勢(shì).65 Ma以來的樣品點(diǎn)主要分布在研究區(qū)所在的渭北隆起北帶和晉西撓褶帶南部；約155 Ma以來的樣品點(diǎn)主要分布在渭北隆起南帶.以地表溫度20 ℃，地溫梯度3 ℃/100 m計(jì).韓城剖面65 Ma以來開始抬升，剝蝕速率46 m/Ma；33 Ma以來快速整體抬升，剝蝕速率90 m/Ma.平均剝蝕速率為68 m/Ma.

圖3　韓城剖面磷灰石裂變徑跡長(zhǎng)度分布直方圖Fig.3　Track length histograms of apatite in Hancheng section

樣品編號(hào)層位巖性海拔(m)樣品位置數(shù)量nNsρs(×105cm-2)Niρi(×105cm-2)P(2)(%)t(Ma)L(μm)(N)峰值年齡(Ma)P1P2hc-22長(zhǎng)2段砂巖1448N35°39.528'E110°08.281'285791.977304412.0362.745±413.93±2(89)33.551.6hc-19長(zhǎng)4+5段砂巖1390N35°39.429'E110°08.583'285692.314344512.04830.438±313.0±2.2(104)hc-18長(zhǎng)6段砂巖1362N35°39.279'E110°08.648'284431.764266012.0610.138±413.4±1.8(98)33.362.3hc-13長(zhǎng)8段砂巖1186N35°38.835'E110°09.709'295011.636339912.0731.936±312.94±2(103)32.866.3ln-8長(zhǎng)6段粗砂巖1054N33°55.309'E110°15.525'278550.36734212.03212.4659±413.02±2(101)ln-12長(zhǎng)7段砂巖1043N33°55.025'E110°15.16'289810.29835152.16411.266±412.71±1.8(92)

注：n為測(cè)量的磷灰石顆粒數(shù)；Ns為自發(fā)徑跡數(shù)；ρs為自發(fā)徑跡密度；Ni為誘發(fā)徑跡數(shù)；ρi為誘發(fā)徑跡密度；P(2) 為2概率；t為樣品中值裂變徑跡年齡；L為徑跡長(zhǎng)度.

圖4　韓城剖面及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡抬升冷卻年齡頻率分布圖Fig.4　Histogram of AFT uplift-cooling ages in Hancheng section and adjacent area

3.3洛南景村剖面

景村剖面的2個(gè)樣品，ln-8為長(zhǎng)6段淺灰色石英砂巖，ln-12為長(zhǎng)7段灰綠色中粒砂巖.測(cè)試結(jié)果見表1、2.本次測(cè)得鋯石裂變徑跡年齡為89±4.8 Ma和 106±5.9 Ma(表2)，遠(yuǎn)小于地層沉積年齡，表明樣品經(jīng)歷了不同程度的退火作用.然而P(2)<5%，對(duì)同組地層長(zhǎng)6段碳質(zhì)泥巖和長(zhǎng)7段煤線分析，鏡質(zhì)組反射率值分別為2.67%和3.71%，相應(yīng)的古地溫超過200 ℃，這與洛南地區(qū)中生代晚期強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)有關(guān)，使鋯石裂變徑跡發(fā)生完全退火，可表示抬升冷卻年齡.磷灰石裂變徑跡年齡為59±4 Ma和66±4 Ma，遠(yuǎn)小于地層沉積年齡，P(2)>5%，屬于同一組年齡，代表樣品經(jīng)歷高溫退火之后的真實(shí)抬升冷卻年齡(圖5).洛南剖面雖受中生代晚期巖漿活動(dòng)的影響，地溫較高，但并不影響與韓城剖面抬升冷卻的比較.利用礦物對(duì)法計(jì)算的抬升剝蝕速率為106 m/Ma，大于韓城地區(qū).

磷灰石封閉徑跡平均長(zhǎng)度12.7～13.0 μm，標(biāo)準(zhǔn)差為1.8～2 μm，小于誘發(fā)徑跡長(zhǎng)度16.3±0.9 μm.從徑跡長(zhǎng)度直方圖(圖5)可以看出，長(zhǎng)度分布為右偏型，長(zhǎng)徑跡占的比例大，反映抬升冷卻過程，代表冷卻年齡(圖5).

從洛南及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡年齡頻率分布圖(圖6)可以看出，洛南地區(qū)所在的東秦嶺造山帶，以商丹斷裂為界的南秦嶺地區(qū)磷灰石裂變徑跡年齡相對(duì)穩(wěn)定(74～128 Ma)，平均年齡95±14 Ma(胡圣標(biāo)等, 2005；Hu et al.,2006)；北秦嶺地區(qū)磷灰石裂變徑跡年齡變化于80～9.7 Ma(萬景林等,2000,2005；尹功明等,2001；Chen et al.,2001；吳中海等,2003；胡圣標(biāo)等,2005；Hu et al.,2006；劉建輝,2009)，變化趨勢(shì)從南向北減小，到渭河盆地南緣的華山一帶達(dá)到最低.本次得到的景村剖面樣品磷灰石裂變徑跡年齡與北秦嶺的抬升冷卻一致，晚于南秦嶺地區(qū)，早于北部的華山地區(qū).

表2　洛南景村剖面鋯石裂變徑跡分析數(shù)據(jù)Table 2　Zricon fission-track data at Jingcun in Luonan section

4　抬升冷卻歷史模擬

4.1AFT模擬原理

根據(jù)磷灰石裂變徑跡年齡和長(zhǎng)度分布兩個(gè)參數(shù)可以進(jìn)行熱史反演，從而可獲得溫度隨時(shí)間變化的更多信息，提高熱史分析的定量化程度.磷灰石熱史反演基于磷灰石裂變徑跡退火扇形模型，該模型是對(duì)Laslett的Durango磷灰石退火模型的等溫退火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合建立的(Crowley et al.,1991).

運(yùn)用AFTSolve軟件對(duì)磷灰石樣品進(jìn)行熱史(溫度-時(shí)間)模擬，進(jìn)行擬合時(shí)選用限制任意搜索項(xiàng)(CRS)，曲線擬合采用Monte Carlo算法，擬合曲線選取10000條，設(shè)定地表溫度和樣品所在地層的年齡為模擬的初始溫度和時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得的裂變徑跡長(zhǎng)度、年齡和樣品所處的地質(zhì)背景，確定熱史模擬過程中關(guān)鍵地質(zhì)事件的溫度和時(shí)間(Gallagher,1995；Willet,1997；Ketcham et al.,2000).

本次熱模擬的邊界條件包括:(1)地溫梯度和地表溫度的選取，地表溫度取20 ℃，現(xiàn)今地溫梯度為2.86 ℃/100 m；(2)熱史起始時(shí)間的設(shè)定，根據(jù)地層沉積年齡時(shí)限設(shè)定熱史的起始時(shí)間為200 Ma.

4.2模擬結(jié)果分析

樣品的AFT熱模擬史以地質(zhì)背景及熱演化資料為約束，韓城地區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組碳質(zhì)泥巖鏡質(zhì)組反射率為0.65%～0.78%，根據(jù)地層熱演化程度推算，延長(zhǎng)組以上剝蝕量在1000 m以上.洛南地區(qū)處于東秦嶺造山帶，延長(zhǎng)組以上剝蝕量應(yīng)大于1500 m.兩地樣品模擬的結(jié)果與實(shí)測(cè)值擬合較好(表3、圖7).

熱史模擬結(jié)果表明，韓城地區(qū)白堊世以來主要經(jīng)歷了緩慢埋藏過程，溫度逐漸升高，140～100 Ma為持續(xù)埋藏階段，在約100 Ma達(dá)到最大古地溫.在早白堊世晚期，地層抬升，樣品經(jīng)歷的溫度開始下降，100～60 Ma左右樣品開始緩慢抬升，樣品進(jìn)入部分退火帶，60～40 Ma樣品抬升速率相對(duì)較快，抬至未退火帶，5 Ma以來快速抬升，樣品抬升至接近地表溫度的深度范圍內(nèi).洛南地區(qū)早白堊世早期主要經(jīng)歷了緩慢埋藏過程，埋深及溫度變化幅度較小.140～120 Ma樣品溫度開始快速升高，到早白堊世晚期地溫達(dá)到最高，之后又快速冷卻降溫， 80～60 Ma為緩慢抬升階段，樣品抬至部分退火帶，60～10 Ma以來快速抬升，樣品抬升至未退火帶，10 Ma以來樣品抬升至接近地表溫度的深度范圍內(nèi).

磷灰石裂變徑跡的模擬結(jié)果表明鄂爾多斯盆地東南緣韓城地區(qū)和洛南地區(qū)白堊紀(jì)以來表現(xiàn)為相似的冷卻抬升過程.由于燕山期巖漿活動(dòng)，洛南地區(qū)在早白堊世早期快速達(dá)到最大古地溫.韓城地區(qū)則經(jīng)歷緩慢埋藏過程，溫度逐漸升高，達(dá)到最大古地溫.洛南地區(qū)的熱演化主要受巖漿活動(dòng)的控制，韓城地區(qū)主要為埋藏增溫型.

表3　磷灰石裂變徑跡熱史模擬結(jié)果Table 3　Thermal simulation results of AFT

圖7　韓城和洛南地區(qū)AFT 抬升冷卻歷史模擬(t-T曲線)圖實(shí)線代表最佳擬合路徑，虛線代表較好的擬合路徑.Fig.7　Uplift and cooling histories of AFT in Hancheng and Luonan (t-T curve)Solid line represents best fitting path. Dashed line represents better fitting path.

5　討論與結(jié)論

鄂爾多斯盆地東南緣上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組裂變徑跡分析為東南部熱演化史的恢復(fù)提供了新數(shù)據(jù)和比對(duì)基礎(chǔ).熱演化史表明中生界早期延長(zhǎng)組埋藏較淺，印支期僅有小幅度的抬升，總體上表現(xiàn)接受沉積；燕山期持續(xù)坳陷沉積，埋藏深度增大及發(fā)生構(gòu)造熱事件(距今約100～140 Ma)，使古地溫達(dá)到最高，燕山旋回期晚期地層整體大幅度抬升，進(jìn)入剝蝕改造階段(圖8).

韓城剖面位于渭北隆起和晉西撓褶帶的轉(zhuǎn)折部位，洛南剖面位于南緣東秦嶺造山帶，兩者處于不同的構(gòu)造帶.晚三疊世兩個(gè)地區(qū)同屬華北克拉通大型坳陷盆地，韓城剖面所在地區(qū)延長(zhǎng)期為大型的內(nèi)陸湖盆，湖盆向東南開口，與洛南剖面所在的大華北盆地相連.延長(zhǎng)組的沉積代表著一個(gè)完整的陸相湖盆發(fā)育過程，從早期的湖盆沉陷(長(zhǎng)10段-長(zhǎng)8段)到湖盆擴(kuò)張的鼎盛時(shí)期(長(zhǎng)7段)，再到湖盆的萎縮(長(zhǎng)6段-長(zhǎng)4+5段)，直到湖盆整體消亡(長(zhǎng)3段-長(zhǎng)1段).研究區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組發(fā)生的抬升主要在晚燕山期和喜山期，可分為晚白堊世整體抬升階段和始新世以來的快速差異抬升2大階段.中晚侏羅世，由于古太平洋板塊與歐亞板塊相互斜向碰撞，中國(guó)中東部地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和整體抬升.到晚白堊世，中國(guó)東、西部重大體制發(fā)生轉(zhuǎn)換與疊加 (劉池洋等，2006)，鄂爾多斯盆地消亡并全面進(jìn)入后期改造時(shí)期.研究區(qū)及相鄰地區(qū)整體抬升，該過程受控于秦嶺造山帶晚白堊世以來的構(gòu)造演化.始新世以來，印度板塊對(duì)歐亞板塊的俯沖碰撞，在研究區(qū)形成斷陷的渭河盆地和強(qiáng)烈掀斜隆升的秦嶺山脈.白堊世晚期的隆升與秦嶺造山帶北緣太白山隆升具有同時(shí)性，隆升是由于秦嶺造山帶的擠壓引起.新生代以來的快速隆升與渭河盆地快速沉降具有耦合關(guān)系.

研究區(qū)無論渭北隆起還是以商丹斷裂為界的北秦嶺地區(qū)，磷灰石裂變徑跡年齡都表現(xiàn)為從南到北減小的趨勢(shì).由此表明，洛南剖面所在的東秦嶺與韓城剖面所在的渭北隆起和晉西撓褶帶南部同處于統(tǒng)一的、遞進(jìn)的擠壓變形體制下，抬升作用是由于秦嶺造山帶的擠壓引起.研究區(qū)南部早白堊世晚期(90～107 Ma)的隆升與秦嶺造山帶北緣100～80 Ma隆升具有同時(shí)性，由于晚中生代巖漿活動(dòng)的影響，洛南剖面樣品處于磷灰石退火帶.渭北隆起的南帶磷灰石裂變徑跡年齡和洛南剖面樣品的鋯石裂變徑跡年齡(89～106 Ma)都記錄了這期抬升冷卻.研究區(qū)北部新生代(65 Ma～)以來抬升加快，洛南剖面樣品磷灰石裂變徑跡年齡(59～66 Ma)記錄了快速抬升冷卻時(shí)間，早于北部主要快速抬升期(40～30 Ma)，韓城剖面樣品的快速抬升年齡為33 Ma.北部的快速抬升與秦嶺造山帶北緣40 Ma的快速隆升以及渭河斷陷的快速沉降具一致性和耦合關(guān)系.韓城剖面和洛南剖面抬升冷卻史存在明顯差異，洛南地區(qū)位于東秦嶺造山帶，快速抬升早于韓城地區(qū)，抬升剝蝕速率也大于韓城地區(qū)，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng).

圖8　鄂爾多斯盆地東南緣延長(zhǎng)組沉積埋藏史圖Fig.8　Deposit-buried history of Yanchang Formation in southeastern margin of Ordos basin

抬升冷卻史模擬顯示，隨鄂爾多斯大盆地收縮演化，不同的構(gòu)造部位構(gòu)造-熱演化既有一致性也有差異性.AFT熱史模擬結(jié)果與樣品經(jīng)歷的地質(zhì)演化過程相符合.韓城剖面和洛南剖面白堊紀(jì)以來表現(xiàn)為相似的冷卻過程.早白堊世晚期，地層抬升，樣品經(jīng)歷的溫度開始下降，100～66 Ma左右樣品開始緩慢抬升，樣品進(jìn)入部分退火帶，66～33 Ma樣品抬升速率相對(duì)較快，樣品抬到未退火帶，10 Ma以來快速抬升，樣品抬升至接近地表溫度的深度范圍內(nèi).洛南剖面所在的東秦嶺造山帶在晚中生代發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿事件，熱演化程度明顯高于韓城剖面，洛南剖面與韓城剖面延長(zhǎng)組地層碳質(zhì)泥巖及煤線Ro值分別為2.67%～3.71%和0.65%～0.78%.洛南剖面的熱演化主要受巖漿活動(dòng)的控制，韓城剖面為埋藏增溫.

致謝匿名評(píng)審專家和編輯提出了很好的修改意見和建議，給予了許多有益啟示，深表感謝！

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(本文編輯何燕)

Evidence from detrital zircon and apatite fission track for tectonic evolution since Cretaceous in southeastern margin of Ordos basin

HUANG Zhi-Gang1， REN Zhan-Li2， GAO Long-Gang1

1DepartmentofEarthScience,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China2DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi′an710069,China

The southeastern margin of Ordos basin is located in the transition zone among the Weibei uplift, Jinxi flexural fold and East Qinling orogenic zones. It is in a unique and important tectonic setting and has a complex evolution history.

Fission track； Uplift process； Thermal history simulation； Yanchang Formation； Southeastern margin of Ordos basin

10.6038/cjg20161020.

國(guó)家自然科學(xué)基金(41372128)、國(guó)家重大專項(xiàng)(2011ZX05005-004-007HZ)資助.

黃志剛，男，1974年生，博士研究生，主要從事構(gòu)造-熱年代學(xué)研究.E-mail：huangzhg2012@163.com

10.6038/cjg20161020

P314, P541

2015-12-28, 2016-03-05收修定稿

黃志剛， 任戰(zhàn)利， 高龍剛. 2016. 鄂爾多斯盆地東南緣白堊紀(jì)以來構(gòu)造演化的裂變徑跡證據(jù). 地球物理學(xué)報(bào)，59(10):3753-3764,

Huang Z G， Ren Z L， Gao L G. 2016. Evidence from detrital zircon and apatite fission track for tectonic evolution since Cretaceous in southeastern margin of Ordos basin.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(10):3753-3764,doi:10.6038/cjg20161020.