王丹萍，湛祥惠，王 劍

蘇皖下?lián)P子區(qū)構(gòu)造熱演化史的裂變徑跡證據(jù)

王丹萍1,2，湛祥惠1，王 劍3

（1.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120；2.同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；3.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司工程院，上海 200120）

為了揭示下?lián)P子蘇皖南露頭區(qū)中、古生界的構(gòu)造熱演化特點(diǎn)及其控制環(huán)境，應(yīng)用磷灰石裂變徑跡技術(shù)（AFT），對(duì)蘇皖下?lián)P子7個(gè)中、古生界碎屑巖進(jìn)行熱演化分析。研究結(jié)果表明：中、古生界碎屑巖表現(xiàn)出105.7 ～ 50.9 Ma的AFT年齡特點(diǎn)，均遠(yuǎn)小于其相應(yīng)的地層年齡，平均徑跡長度在13.19 ～ 13.70 μm之間，呈單峰分布，分析結(jié)果反映了下?lián)P子蘇皖南露頭區(qū)中、古生界經(jīng)歷燕山期巖漿事件熱改造完全退火后晚白堊世以來差異抬升剝露的冷卻歷史。FT熱史模擬結(jié)果反映了研究區(qū)三階段的熱演化特點(diǎn)：快速冷卻抬升（1.7 ～ 15 ℃/Ma）、緩慢剝露冷卻（0.27 ～ 0.81 ℃/Ma）和再次快速冷卻抬升（2.8 ～ 5.6 ℃/Ma）。通過對(duì)樣品熱歷史的分析：發(fā)生在113 ～ 100 Ma的構(gòu)造轉(zhuǎn)折與黃橋事件相對(duì)應(yīng)，代表了由擠壓體制轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘垟嘞菖璧仉A段；發(fā)生在75 ～ 68 Ma的構(gòu)造轉(zhuǎn)折與儀征事件相對(duì)應(yīng)；發(fā)生在18 ～ 10 Ma的構(gòu)造轉(zhuǎn)折代表喜山晚期區(qū)域遭受整體抬升剝蝕過程。

磷灰石裂變徑跡；中、古生界；碎屑巖；熱演化史

關(guān)于下?lián)P子碎屑巖的熱史，研究資料少，現(xiàn)有熱史分析集中在上白堊統(tǒng)至古近系，而且多數(shù)是限于蘇北和南黃海盆地[1-5]。研究方法單一，現(xiàn)有成果多采用鏡質(zhì)體反射率（Ro）[6]，也見少量的裂變徑跡（FT）、伊利石結(jié)晶度和包裹體等分析[1,7]。除裂變徑跡外，其它方法都難以直接獲得古溫度變化與時(shí)間的關(guān)系。而下?lián)P子中、古生界的熱史研究更為有限，曾萍（2005）[1]、許紅等（2008）[8]的AFT測年結(jié)果表明，下?lián)P子中、古生界后期的熱改造均超過了AFT的部分退火區(qū)間（PAZ，60～ 125 ℃）[9]，但對(duì)中、古生界地層后期的熱演化過程未做系統(tǒng)模擬分析。本文針對(duì)上述問題，選擇蘇皖下?lián)P子區(qū)中、古生界露頭地層為研究對(duì)象，以鋯石FT年齡為約束條件[7]，對(duì)7個(gè)中、古生界的碎屑巖樣品進(jìn)行了磷灰石FT測試，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了時(shí)間—溫度歷史的模擬分析，以期獲得相關(guān)的構(gòu)造熱演化特點(diǎn)。

1 地質(zhì)背景

下?lián)P子具有“一蓋多底”的構(gòu)造格局，經(jīng)歷了裂解、拼合多期構(gòu)造演化，形成了不同構(gòu)造環(huán)境控制下的多類型沉積盆地，分別對(duì)應(yīng)于震旦系～下古生界、上泥盆統(tǒng)～下三疊統(tǒng)、中三疊統(tǒng)～中侏羅統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)～下白堊統(tǒng)和上白堊統(tǒng)～古近系五個(gè)重要的構(gòu)造層[10]。下?lián)P子中、古生界屬于以海相碳酸鹽巖為主的穩(wěn)定蓋層發(fā)育期，包括被動(dòng)大陸邊緣、主動(dòng)大陸邊緣和較穩(wěn)定陸表海三個(gè)構(gòu)造階段[11，12]。此后遭受了印支—早燕山碰撞造山、晚燕山期大規(guī)模巖漿活動(dòng)以及晚白堊世以來區(qū)域差異抬升沉降的疊加改造[13]。其中，晚白堊世以來下?lián)P子區(qū)先后經(jīng)歷了黃橋事件、儀征事件、三垛事件等帶有區(qū)域普遍性特征的三次重要構(gòu)造事件[5]，對(duì)下?lián)P子區(qū)海相中、古生界殘留盆地的最終定型起到了重要的控制作用。由此可見，下?lián)P子中、古生界海相沉積的熱演化，除了沉積成巖和埋藏加熱作用外，還遭受了中、新生代多期次構(gòu)造—巖漿活動(dòng)的改造，因而表現(xiàn)出更為復(fù)雜的熱演化歷史。

2 AFT采樣、測試與分析結(jié)果

2.1樣品采集

選擇下?lián)P子寧鎮(zhèn)及皖東南等地的中、古生界碎屑巖進(jìn)行AFT分析。磷灰石FT分析涉及地層包括蘇家灣組（Nhs）、墳頭組（S2f）、唐家塢組（S2t）、龍?zhí)督M（P2l）和范家塘組（T3f）。主要巖性為砂巖，蘇家灣組為冰磧礫巖。樣品均采自新鮮露頭，每個(gè)樣品重1.5 kg，逐樣粉碎、分選與烘干后，在雙目鏡下挑選磷灰石約2 000顆（粒徑80 ～ 300 μm）進(jìn)行制樣；其余流程包括制樣、拋光、蝕刻、輻照、徑跡統(tǒng)計(jì)、年齡計(jì)算和熱史模擬等。樣品拋光使用直徑為6 μm、3 μm和1 μm的金剛砂；磷灰石FT蝕刻條件使用21 ℃溫度下的5.5 mol/L硝酸，蝕刻時(shí)間為20 s。外探測器采用低鈾白云母，白云母蝕刻是在室溫40%HF條件下蝕刻20 min。樣品輻照在意大利Pavia大學(xué)完成。磷灰石FT輻照通量監(jiān)測使用IRMM-540標(biāo)準(zhǔn)玻璃。標(biāo)準(zhǔn)樣選取FCT（（27.9±0.7）Ma）和Durango（（31.4 ±0.5）Ma），包括4個(gè)FCT和5個(gè)Durango樣品。AFT個(gè)人平均ζ值為283.8±17.6。裂變徑跡統(tǒng)計(jì)在同濟(jì)大學(xué)海洋學(xué)院裂變徑跡實(shí)驗(yàn)室完成。地層年齡參照國際地層年表。

2.2磷灰石FT分析結(jié)果

磷灰石FT樣品分布見圖1，分析結(jié)果見表1。除AFT02和AFT04外，其余每個(gè)樣品分析的磷灰石FT顆粒都在46 ～ 76粒之間。AFT04、AFT06的Pχ2檢驗(yàn)值分別為29%和14%，因而選用其AFT合并年齡。志留系唐家塢組（S2t）AFT04的合并年齡為（105.7±7.8）Ma，志留系墳頭組（S2f）AFT06的合并年齡為（50.9±3.5）Ma。其它碎屑巖樣品的χ2檢驗(yàn)值均小于5%，AFT顆粒年齡比較分散，每個(gè)樣品包括兩個(gè)或三個(gè)年齡組分（圖2），可能是由于其化學(xué)成分差異和顆粒退火特性不同引起的。對(duì)于這些樣品，本文選用中值年齡作為其AFT年齡，采用BINOMFIT（Brandon M T，2002）[14]對(duì)顆粒年齡分組。中、古生界碎屑巖的AFT中值年齡分布在105.4 ～ 60.4 Ma。全部樣品的顆粒年齡（31.9 ～ 181.4 Ma）和AFT年齡（合并年齡或中值年齡為50.9 ～ 105.7 Ma）均小于其相應(yīng)的地層年齡，代表中、古生界碎屑巖經(jīng)沉積埋藏或者后期熱改造使得徑跡完全退火后的冷卻年齡。

3 AFT熱史模擬

圖1 蘇皖下?lián)P子地質(zhì)簡圖及AFT年齡分布

表1 下?lián)P子碎屑巖磷灰石FT分析結(jié)果

根據(jù)磷灰石FT顆粒年齡、圍限徑跡長度與Dpar值，選用HeFTy1.6.7軟件[16]對(duì)6個(gè)樣品進(jìn)行了AFT熱史模擬，退火模型根據(jù)Ketcham et al（2007）[17]，曲線擬合采用Monte Carlo法，隨機(jī)選取10 000條，約束條件分別為鋯石FT實(shí)測數(shù)據(jù)[7]（封閉溫度采用（205±18）℃）[18]和地表溫度20 ℃。模擬獲得了高質(zhì)量的熱史曲線（圖3）。

6個(gè)樣品的圍限徑跡長度平均值介于13.19 ～13.70 μm，均呈單峰正態(tài)分布特征（圖3）。樣品AFT03測得了46個(gè)磷灰石顆粒的AFT中值年齡為（70.7±5.1）Ma，34個(gè)鋯石顆粒的ZFT中值年齡為（76±6）Ma[7]，遠(yuǎn)小于蘇家灣組（850 ～ 635 Ma）的地層年齡，反映了該樣品遭受構(gòu)造熱改造，徑跡完全退火后抬升冷卻的演化信息。由于樣品的鋯石FT年齡和磷灰石FT年齡均與中生代巖漿活動(dòng)的時(shí)間不一致，因此這種熱改造與中生代巖漿活動(dòng)關(guān)系不大，可能是構(gòu)造事件改造的結(jié)果。而其余5個(gè)樣品無論是磷灰石FT年齡，還是鋯石FT年齡，均遠(yuǎn)小于其相應(yīng)的地層年齡，且鋯石FT年齡介于114 ～ 147 Ma之間，因此記錄了中、古生界碎屑巖遭受燕山期巖漿事件改造之后的熱演化信息。樣品的熱史曲線與冷卻特性分段在某些時(shí)間段上并不完全一致，但總體上表現(xiàn)出相似的特征（表2）。6條熱史曲線均表現(xiàn)出三階段冷卻特性，即快速冷卻抬升（1.7 ～ 15 ℃/Ma）、緩慢剝露冷卻（0.27 ～ 0.81 ℃/Ma）和再次快速冷卻抬升（2.8 ～ 5.6 ℃/Ma）。總體上給出了下?lián)P子白堊紀(jì)以來不同地段溫度隨時(shí)間演化的熱歷史。

圖2 中、古生界碎屑巖的AFT顆粒年齡分布

除AFT03以外，其它5個(gè)樣品的三階段冷卻特性指示意義分別為：階段①代表燕山期巖漿事件加熱之后的快速冷卻過程；而巖體的規(guī)模、距離巖體的遠(yuǎn)近、樣品的退火特性等因素會(huì)造成樣品的冷卻速率大小不同，通過模擬得到的磷灰石樣品的冷卻速率見表2。階段②代表蘇皖地區(qū)處于緩慢抬升冷卻階段。雖然蘇北盆地同期處于拉張斷陷盆地階段[19]，陸相地層沉積厚度達(dá)數(shù)百～千米。但蘇皖南是印支期揚(yáng)子與華北板塊碰撞使中、古生界海相地層被改造形成的隆起區(qū)[20]，致使這一地區(qū)中、古生界的地層始終處于抬升冷卻而未發(fā)生埋藏增溫作用。階段③代表喜山晚期區(qū)域整體抬升冷卻階段；6個(gè)樣品的熱史模擬曲線均反映了這一階段的熱演化特征。前人研究表明，喜山晚期隨著西太平洋邊緣海盆向西擴(kuò)張，印度板塊對(duì)歐亞大陸的強(qiáng)烈擠壓結(jié)束了區(qū)內(nèi)燕山晚期—喜山早期拉張斷陷歷史，繼三垛組沉積后，蘇南表現(xiàn)為劇烈隆升并遭受強(qiáng)烈剝蝕，形成蘇北低臺(tái)階及蘇南高臺(tái)階的構(gòu)造格局[19]。

AFT01、AFT04和AFT05冷卻階段①與②的拐點(diǎn)（113 ～ 100 Ma）代表下?lián)P子早、晚白堊世之交壓扭性體制向伸展體制的轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)于黃橋事件[5]。黃橋事件發(fā)生于110 ～ 90 Ma，由于太平洋板塊向歐亞大陸碰撞、俯沖作用，使得古太平洋消失，進(jìn)入新太平洋演化階段，區(qū)域上由擠壓應(yīng)力轉(zhuǎn)換成拉張應(yīng)力環(huán)境[21]，其標(biāo)志是浦口組沉積前大面積的剝蝕、夷平作用及其底部大套礫巖的形成。黃橋事件之后，下?lián)P子區(qū)進(jìn)入全面伸展構(gòu)造階段[5,22]。

圖3 中、古生界碎屑巖的AFT熱史模擬曲線

表2 下?lián)P子中、古生界碎屑巖FT熱史模擬分段特性

AFT03的鋯石FT年齡（（76±6）Ma）與磷灰石FT年齡（（70.7±5.1）Ma）接近，反映研究區(qū)未受到燕山期巖漿活動(dòng)的加熱影響，并于76 Ma和70 Ma依次迅速地通過鋯石和磷灰石FT封閉溫度等溫面，冷卻速率達(dá)到15 ℃/Ma；而AFT06鋯石FT年齡（（129±11）Ma）指示該樣品受到燕山期巖漿活動(dòng)加熱影響，通過鋯石FT封閉溫度（（205±18）℃）等溫面后直到68 Ma抬升冷卻超過磷灰石封閉溫度等溫面（100 ～ 20℃）。AFT03和AFT06的冷卻階段①與②的拐點(diǎn)（75 ～ 68 Ma）與儀征事件相對(duì)應(yīng)。儀征事件發(fā)生在晚白堊世（70～ 60 Ma），是中生代后期一次差異升降運(yùn)動(dòng)，該事件是盆地從區(qū)域坳陷成盆期向拉張斷陷箕狀盆地轉(zhuǎn)換的時(shí)間[19]。

4 結(jié)論

蘇皖下?lián)P子區(qū)中、古生界碎屑巖顆粒年齡（31.9 ～ 181.4 Ma）和AFT年齡（合并年齡或中值年齡為50.9 ～ 105.7 Ma）均小于其相應(yīng)的地層年齡，平均徑跡長度為13.19 ～ 13.70 μm，呈單峰分布，代表下?lián)P子蘇皖南露頭區(qū)中、古生界經(jīng)歷燕山期巖漿事件熱改造完全退火后晚白堊世以來差異抬升剝露的冷卻過程。樣品的AFT顆粒年齡多數(shù)未通過χ2檢驗(yàn)（Pχ2＜5%），同一樣品的AFT多組分特點(diǎn)反映了碎屑磷灰石遭受后期差異熱改造的特點(diǎn)以及不同碎屑磷灰石徑跡的差異退火特性。

6個(gè)中、古生界碎屑巖樣品的AFT熱史模擬結(jié)果總體上表現(xiàn)出相似的特征，均揭示了蘇皖下?lián)P子區(qū)晚白堊世以來三階段的熱演化特點(diǎn)：快速冷卻抬升（1.7 ～ 15 ℃/Ma）、緩慢剝露冷卻（0.27～ 0.81 ℃/Ma）和再次快速冷卻抬升（2.8 ～ 5.6 ℃/Ma），發(fā)生在113 ～ 100 Ma的構(gòu)造轉(zhuǎn)折與黃橋事件相對(duì)應(yīng)，代表了由擠壓體制轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘垟嘞菖璧仉A段。發(fā)生在75 ～ 68 Ma的構(gòu)造轉(zhuǎn)折與儀征事件相對(duì)應(yīng)。發(fā)生在18 ～ 10 Ma的構(gòu)造轉(zhuǎn)折代表喜山晚期由于構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)換蘇皖南地區(qū)整體遭受抬升剝蝕的過程。

致謝：論文寫作過程中，得到了同濟(jì)大學(xué)周祖翼教授和許長海教授的悉心指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。

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Evidence of Fission Track Data for Thermotectonic Evolution History of the Lower Yangtze Area

WANG Danping1,2, ZHAN Xianghui1, WANG Jian3
（1.Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai200120,China; 2. National Key Laboratory of Marine Geology,Tongji University,Shanghai200092,China; 3. Engineering Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company,Shanghai200120,China）

In order to reveal characteristics of the tectono-thermal evolution of the outcrops of south Lower Yangtze area and its regional controls, detailed apatite fission track analysis (AFT) on seven Palaeo-Mesozoic clastic rocks has been carried out. The results show that the Palaeo-Mesozoic clastic rocks have apatite fission-track ages ranging from 105.7 to 50.9 Ma, much younger than corresponding strata ages. Mean fission track length ranges from 13.19 μm to 13.70 μm, with a single-peak distribution. The AFT heat history modeling curves show that the cooling history since Late Cretaceous can be divided into three phases. The first phase was rapid basin uplifting and cooling (1.7 to 15 ℃/Ma), the second phase was stable basin uplifting and cooling ( 0.27 to 0.81 ℃/Ma) and the third phase was rapid basin uplifting and cooling (2.8 to 5.6 ℃/Ma).The 113 Ma to 100 Ma transformation corresponding to Huangqiao transform event (110 Ma to 90 Ma) was related with the tectono-thermal change from the Yanshan magmatism to extensional faulting. The 75 Ma to 68 Ma transformation corresponds to Yizheng tectonic event(70 Ma to 60 Ma).The 18 Ma to 10 Ma transformation represents the uplifting and erosion process during the late Himalayan period.

apatite fission-track; Palaeo-Mesozoic; clastic rocks; thermotectonic evolution history

P597.3；TE121.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.03.055

1008-2336（2014）03-0055-06

2014-04-28；改回日期：2014-06-02

王丹萍，女，1983年生，工程師，博士，畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)專業(yè)，主要從事盆地分析和石油地質(zhì)研究工作。

E-mail：wangdanping7304@163.com。