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鄂尔多斯地块西南邻区裂变径迹热年代学分析及地质意义

【摘要】:裂变径迹热年代学经过半个多世纪的探索与发展,其理论与技术方法日趋成熟,并广泛应用于地质体隆升剥露、盆地热史演化及油气勘探等诸多领域,特别是在构造复杂地区,已成为揭示断裂活动时限、构造演化和剥露过程等的常规方法。中国大陆构造活动性强,深部作用活跃,后期隆升剥蚀尤为强烈;其中鄂尔多斯地块西南邻区地处华北克拉通、秦岭、祁连造山带等多个构造单元的复合部位,新生代以来又受青藏高原向北东扩展影响,遭受了多期次构造变动,使其成为利用裂变径迹热年代学手段揭示陆内构造活动的理想场所。目前,鄂尔多斯西南邻区已积累了大量磷灰石裂变径迹(AFT)年代学数据,然因断裂发育,地质不均一性强,对揭示该区构造变形和演化过程还有待深入;同时,已有年代学数据分布不均,蕴藏的地质含义仍有挖潜空间。由此,本文以AFT方法为主要研究手段,在大量样品分析测试的基础上,结合前人热年代学数据及相关研究成果,以鄂尔多斯盆地西南缘、六盘山弧形构造带及祁连山东北部为关键研究对象,对鄂尔多斯地块西南邻区的中生代以来的构造隆升事件、主要断裂活动时限及演化过程开展进一步研究与讨论。论文在前人研究较为薄弱的海原断裂东南段、祁连山东北部等采集分析了30件裂变径迹样。获得的AFT年龄介于222.5-37.4Ma,围限径迹长度介于14.79-12.67μm,其年龄和长度分布范围宽,在空间上变化大,与海拔关系复杂,表明该区冷却过程复杂;且不同地区差异明显,暗示着该区可能具活动期次多、构造特征复杂的特点。对海原断裂带东南段热年代数据的精细解剖表明,其南部于晚三叠世发生初始隆升,而北部在晚侏罗世才发生强烈冷却,早白垩世发生整体剥露,在晚新生代南部再次发生隆升并形成了现今的格局。在上述局部分析的基础上,遴选了研究区已有的97件AFT年龄数据,并结合此次测试结果,对研究区共127件AFT样品数据开展了综合分析及热史反演模拟,结果显示研究区主体经历了晚三叠世-早侏罗世(ca.220Ma-175Ma)、晚侏罗世-早白垩世(ca.165-118Ma)、晚白垩世-早新生代(ca.95-40Ma)及晚新生代(ca.14-7Ma)4期冷却事件。此外,对AFT年龄与长度平面分布图的分析表明,研究区还存在以下特征:(1)靠近地块内部AFT年龄和长度分布较为均匀,而往地块边缘则分布均较为弥散,暗示了区域差异隆升剥蚀较为明显;(2)垂直海原-六盘山断裂的三条北东向AFT剖面的分析结果,显示年龄和长度分布受断层控制较为明显,总体上靠近断裂年龄有减小趋势,不同剖面分别减少至ca.70-7Ma,且研究区最年轻年龄(ca.14-7Ma)主要集中在海原-六盘山断裂带逆冲盘,指示了海原-六盘山断裂带在ca.70-7Ma的多期断裂或褶皱活动;(3)从海原-六盘山断裂至青铜峡-固原断裂的大剖面AFT热年代学结果,指示了六盘山构造带断裂系统雏形可能发育于晚侏罗世,弧形格局则定位于新生代以来,且至今仍在活动。结合研究区地层发育、地层接触关系、构造及沉积特征等分析,认为上述AFT冷却事件及分布特点,应是对研究区断裂活动及区域构造事件的响应,并据此分析了研究区构造演化特征。其中,晚三叠世-早侏罗世冷却事件启始时间由南(ca.220Ma)至北(ca.190Ma)逐渐推迟,其强度由南至北逐渐减弱,暗示该期构造热事件是对华北与华南板块拼接、秦岭地区碰撞造山的响应;晚侏罗世-早白垩世早期研究区产生由西向东的强烈逆冲、变形构造,形成了一个明显的角度不整合面,分析认为晚侏罗世-早白垩世早期的冷却事件是在东亚板块汇聚的背景下发生的,并主要受到来自西部的影响;晚白垩-新生代早期,区域受到北西-南东向挤压,发生长时间整体地剥蚀夷平,晚白垩世-早新生代的构造热事件可能是太平洋俯冲的远程效应;随后由于板片后撤使得研究区在始新世(ca.40-30Ma)发生伸展断陷,形成新生代宁南盆地;晚新生代(ca.14-7Ma)海原-六盘山断裂带发生差异的断裂活动,并认为该期构造热事件是受青藏高原扩展隆升的影响。研究区多期次的构造事件,必然对该区油气产生影响,对固参1井的分析表明其白垩系烃源岩具有良好生油潜力,并于早白垩世晚期达到生油高峰,但是并未有大的油气突破,笔者认为很可能由于以上多期次的构造改造的影响,使得油气藏未能良好保存,研究区白垩系油苗广泛分布应是构造活动的结果。

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