王鵬昊，湯良杰，邱海峻，陳緒云，張宇航

(1. 中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249; 2. 中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京102249;3. 國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京100034;4. 中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)規(guī)劃設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830001)

皮羌斷裂是塔里木盆地西北緣柯坪隆起內(nèi)的右行走滑斷裂，該斷裂具有明顯的差異活動的特征，表現(xiàn)為北中段具有右行走滑、南段左行走滑。前人針對皮羌斷裂展開大量的研究，認(rèn)為皮羌斷裂起始于24 Ma 左右，為柯坪隆起形成階段［1-2］。也有學(xué)者鑒于柯坪隆起的皮羌斷裂與巴楚隆起的色力布亞斷裂具有良好對接關(guān)系［3］，認(rèn)為皮羌斷裂是色力布亞斷裂在柯坪隆起的延伸，深部具有逆沖性質(zhì)，淺層受差異推覆作用則表現(xiàn)出走滑特征。研究該斷裂對整個塔里木盆地西部變形具有重要的年代學(xué)意義［4-7］。通過對皮羌地區(qū)基性火成巖年代學(xué)的測試，得出區(qū)域構(gòu)造熱事件發(fā)生在46 Ma 左右，滯留的巖漿所產(chǎn)生的高溫可能是導(dǎo)致后期淺部變形的主要因素［8］。筆者針對皮羌斷裂構(gòu)造特征開展實地野外工作，針對皮羌斷裂晚期構(gòu)造年代，選取破碎帶內(nèi)的方解石脈進(jìn)行電子自旋共振(ESR)年代學(xué)分析，揭示皮羌斷裂晚期活動的具體年代。

1 地質(zhì)概況

皮羌斷裂位于塔里木盆地西北緣柯坪隆起內(nèi)，為一條近南北向發(fā)育的具有調(diào)節(jié)性質(zhì)的走滑斷裂，斷裂北西始于天山造山帶內(nèi)，南東方向終止于柯坪推覆體前緣，錯開了柯坪隆起上的奧伊布拉克推覆體、卡拉干塔什推覆體與薩爾干推覆體等(圖1)。皮羌斷裂亦有多期活動的特征，衛(wèi)星圖片與區(qū)域地質(zhì)圖共同顯示，皮羌斷裂南北兩段具有位移相反的水平斷距，說明皮羌斷裂在整體形態(tài)形成后，仍發(fā)生過局部調(diào)整。同時，皮羌斷裂北段沿斷層侵入的古近紀(jì)輝長巖被后期的斷層活動錯開，亦可證明斷裂的多期活動性質(zhì)。皮羌斷裂帶核部構(gòu)造變形主要表現(xiàn)為地層陡立帶與斷層破碎帶。皮羌斷裂雖然整體線性構(gòu)造明顯，但斷裂帶仍具有一定寬度。早期形成的構(gòu)造角礫巖被后期擠壓、扭錯，形成構(gòu)造透鏡體，其上發(fā)育多組方向的節(jié)理，擦痕和階步。斷層帶內(nèi)發(fā)育30～50 m的斷層碎裂帶，帶內(nèi)碎裂石、糜棱巖、斷層泥、大理巖化十分發(fā)育。斷層兩層的拖曳現(xiàn)象明顯，越接近斷層，地層走向越趨近于斷層走向，傾角越陡，甚至直立倒轉(zhuǎn)，最終卷入破碎帶中。皮羌斷層兩側(cè)火成巖發(fā)育，北段有基性火成巖順斷層侵入，主干斷層旁側(cè)的分支斷層亦有輝綠巖脈貫入，局部可見巖墻和巖脈相互穿插，巖脈走向與斷層走向近似平行。

圖1 塔里木盆地柯坪地區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Keping area in the Tarim Basin

2 皮羌斷裂ESR 采樣位置

PQ-32-1 樣品取自皮羌村以北，S306 國道(N40°33.208＇，E77°34.616＇)附近。此處為皮羌斷裂向北延伸的出露點，以兩側(cè)地層產(chǎn)狀的突變?yōu)樘卣?。斷層核部地層破碎，有大量方解石脈充填，兩側(cè)地層陡立(圖2)。

PQ-32-2 樣品取自皮羌村采礦場以北(N40°23.981＇，E77°37.016＇)，薩爾干山口處，皮羌斷裂斷層帶破碎強烈，在流水作用下形成沖溝。斷裂帶內(nèi)部地層陡立，充填了大量的方解石脈，并可見輝綠巖侵入，斷裂帶內(nèi)部石炭系灰?guī)r受熱動力變質(zhì)作用而發(fā)生大理巖化(圖3)。斷裂帶兩側(cè)地層發(fā)生揉皺，具有多期褶皺的特點。

皮羌斷裂南段位于皮羌村南部，斷裂帶內(nèi)可見寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系和石炭系。斷層兩側(cè)地層的拖拽現(xiàn)象明顯，越接近斷層，地層走向越趨近于斷層走向，地層傾角增大，甚至直立倒轉(zhuǎn)，最終卷入到破碎帶中(圖4)。

圖2 皮羌石炭系產(chǎn)狀突變點(斷層核部)Fig.2 Occurrence discontinuity of the Carboniferous in the Piqiang fault (core of the fault)

圖3 皮羌斷層北段石炭系灰?guī)r大理巖化Fig.3 Marbleization of the Carboniferous limestone in the northern part of the Piqiang fault

圖4 皮羌斷層北段斷層破碎帶Fig.4 Fractured zone in the northern part of the Piqiang fault

PQ-44-1 樣品取自皮羌斷裂南端，烏喀公路1 275 km 處，柯坪推覆體前緣破碎處(N39°54.403＇，E77°46.314＇)。皮羌斷裂向南延伸，切過柯平塔格推覆體前緣進(jìn)入塔里木盆地內(nèi)部。皮羌斷裂在該處仍表現(xiàn)為一個斷裂帶，斷裂帶內(nèi)部地層破碎強烈，節(jié)理發(fā)育，充填有許多方解石脈，斷裂帶兩側(cè)地層產(chǎn)狀相差較大。

3 ESR年代學(xué)樣品測試與分析

運用電子自旋共振(ESR)方法測試斷裂帶活動規(guī)律已得到眾多學(xué)者的認(rèn)可［9-11］，該方法在針對斷裂帶晚期活動年代學(xué)的測試上，具有樣品制備以及精度方面的優(yōu)勢。

3.1 碳酸鈣(方解石)電子自旋共振測年實驗依據(jù)

碳酸鈣分子由負(fù)二價碳酸根離子［CO32-］與鈣離子結(jié)合而成。在碳酸根基團(tuán)內(nèi)部，C—O 共價鍵形成一個較穩(wěn)固的基團(tuán)，而在碳酸鈣分子中碳酸根與Ca 彼此以離子鍵方式連結(jié)。碳酸鈣晶胞內(nèi)的碳酸根離子［CO32-］基團(tuán)在γ，β，α 射線轟擊下能發(fā)生位移從而形成大量負(fù)二價的碳酸根離子［CO32-］空位。由于巖石中存在大量的自由電子，一個負(fù)二價的碳酸根離子［CO32-］空位可以捕獲一個自由電子，產(chǎn)生一個順磁中心。碳酸鈣結(jié)晶年齡越老，巖石中放射性越強(以年劑量度量)，則單位質(zhì)量的碳酸鈣樣品的順磁中心個數(shù)(順磁中心濃度或古劑量)越多。如果碳酸鈣自結(jié)晶之后沒有經(jīng)受較強烈的構(gòu)造作用(熱作用)，則測定出的古劑量及巖石本身產(chǎn)生的年吸收劑量之后即可得到其結(jié)晶年齡。

實驗指出，如果碳酸鈣在結(jié)晶之后的某個時間經(jīng)受了強烈的構(gòu)造作用(熱作用)，并且ESR 樣品取自構(gòu)造強烈活動部位(如明顯的斷裂破碎帶、斷面擦痕處等)，在該地質(zhì)構(gòu)造作用之前積累的順磁中心濃度可喪失殆盡，此種情況下樣品反映出的年齡為該構(gòu)造活動的年齡。另外，在一些地區(qū)的斷層處的裂縫中包含次生的碳酸鈣，這類次生的碳酸鈣是構(gòu)造活動之后所充填形成，此時ESR樣品給出的年齡可以認(rèn)為是強烈構(gòu)造活動年齡的上限，即構(gòu)造活動年齡不小于礦物形成年齡。

3.2 樣品處理流程

樣品自然風(fēng)干后，粉碎至0.20～0.125 mm 以下粒度，用KJD-2000N 低本底伽馬儀和微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測定α 和γ 天然放射性，同時進(jìn)行含水量校正。

分選出0.125、0.20、0.45 mm 粒度的單礦物樣品，每份質(zhì)量120 mg，在鈷-60 輻射場中進(jìn)行吸收量輻照，用重鉻酸鉀和丙氨酸劑量計進(jìn)行吸收劑量監(jiān)測，丙氨酸劑量計由中國計量科學(xué)研究院頒布。

經(jīng)過輻照的樣品需要冷卻一周，然后用ER-200D-SRC 電子自旋共振儀定其古劑量值。

3.3 樣品采集及數(shù)據(jù)分析

本次測試ESR 樣品分別取自皮羌斷裂北段、中段、南段，具體位置參見圖1，樣品分別為來自斷裂帶內(nèi)近垂直發(fā)育的方解石脈。

表1 皮羌斷裂方解石ESR 樣品測試結(jié)果Table 1 ESR testing results of calcite samples from the Piqiang fault

測試發(fā)現(xiàn)，方解石樣品在g =2.0062-2.0020處具有碳酸鈣電子自旋共振信號。此時對古劑量值進(jìn)行測定并得出方解石脈在后期構(gòu)造變動時的年齡，受ESR 電子自旋共振實驗精度本身制約，樣品年代學(xué)精度控制在±10%以內(nèi)(表1;圖5)。

4 結(jié)論

1)皮羌斷裂晚期活動的具體時間分別為:北段(6.2 ±0.5)×104a，中段(358.3 ±35.0)×104a與南段(6.6 ±0.7)×104a。從ESR 電子自旋共振原理分析可知，后期的構(gòu)造活動與熱事件會改變樣品電子自旋共振屬性，因此皮羌斷裂可記錄的晚期活動年代截止于上述時間段。皮羌斷裂后期仍有活動，例如近年來地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，阿合奇-皮羌地區(qū)深部仍有小規(guī)模地震活動［12］，但活動強度不足以改變礦物的ESR年齡。

圖5 方解石樣品ESR 信號強度曲線Fig.5 Curves showing the ESR signal intensity of calcite samples

2)ESR 數(shù)據(jù)另一個信息揭示出皮羌斷裂在晚期［(6.2～6.6)×104a］活動時，作為一個整體，南北段同步活動，雖然從衛(wèi)星遙感圖片解譯，該斷裂在南北段存在差異活動特點，但是晚期活動在時間上仍具有一致性。而皮羌斷裂中段地區(qū)方解石脈測試結(jié)果為(358.3 ±35.0)×104a，并沒有記錄到晚期［(6.2～6.6)×104a］活動所帶來的電子自旋共振的變化信息。這種現(xiàn)象表明:柯坪隆起存在原地體晚期垂向弧形隆升的過程。皮羌斷裂南北兩端斷距明顯小于斷裂中段斷距，說明在斷裂南北兩端斷距受到調(diào)整。而二者在活動年代上的一致性支持了這種假設(shè)。原地體弧形隆升，斷裂帶中段呈現(xiàn)垂向調(diào)節(jié)性質(zhì)，整體垂向向上抬升，斷距未發(fā)生明顯變化，活動能力較弱;而斷裂兩端以水平走滑調(diào)節(jié)性質(zhì)為主，斷距明顯發(fā)生變化，活動能力較強。因此斷裂帶兩端能夠記錄晚期的構(gòu)造活動時間(6.2～6.6)×104a，而中段只能記錄早期的(358.3 ±35.0)×104a。

致謝:向在成文過程中給予幫助的呂修祥老師，在ESR 測試過程中給予指導(dǎo)的梁興中老師，以及在野外工作中給予協(xié)助的趙釗、楊勇等人，一并表示衷心的感謝。

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