王建強(qiáng) 劉池洋** 趙紅格 張東東

1.大陸動力學(xué)國家重點實驗室, 西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,西安 7100692. 帕多瓦大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，帕多瓦 35131

沉積盆地形成演化并非是一個持續(xù)接受沉積充填的過程，期間常會發(fā)生一次或多次全盆地的沉積間斷(Busby and Perez, 2012; Allen and Allen, 2013; Morley, 2016)，這種現(xiàn)象在小型盆地較為普遍，在大中型盆地也并不鮮見。我國沉積盆地深部作用活躍、構(gòu)造活動性強(qiáng)，在盆地演化過程中沉積間斷現(xiàn)象尤為常見，如我國東部渤海灣、蘇北、江漢等大量新生代斷陷盆地，在古近紀(jì)斷陷向新近紀(jì)坳陷轉(zhuǎn)換過程中，不僅出現(xiàn)了沉積間斷及古近紀(jì)地層的整體抬升，而且遭受了強(qiáng)度不均的變形和剝蝕(吳智平和韓文功, 2000；劉池洋等, 2016)；而中西部鄂爾多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等，在古、中生代演化過程中，更是出現(xiàn)過多期沉積間斷、構(gòu)造變形和剝蝕改造(何登發(fā), 2007, 2018；郭維華等, 2006; 高春云和周立發(fā), 2019; 馬靜輝和何登發(fā), 2019)。這些盆地內(nèi)，沉積間斷面上、下地層之間大多表現(xiàn)為平行(假)不整合或局部角度不整合接觸關(guān)系(Thompson and Turk, 1998)，但它們沉積間斷的時間有長有短，期間的構(gòu)造變動和改造可強(qiáng)可弱，改造形式或單一或復(fù)雜，在地域上改造的形式和強(qiáng)度可大同小異或差別較大(劉池洋等, 2016)。目前，研究者對沉積間斷的關(guān)注多與油氣運(yùn)移-成藏相關(guān)或僅將其作為盆地演化階段劃分的標(biāo)志(潘鐘祥, 1983; 張克銀等, 1996; 牟中海, 2005; 王艷忠等, 2006; 何登發(fā), 2007)，但對其區(qū)域構(gòu)造動力學(xué)意義常重視不夠，或鮮有深究。

事實上，這種常見的、貌似簡單的地質(zhì)現(xiàn)象，卻有復(fù)雜的地質(zhì)內(nèi)涵，它們往往與構(gòu)造運(yùn)動、海/湖平面變化或氣候變化等諸多復(fù)雜地質(zhì)事件相聯(lián)，在地殼發(fā)育歷史、地殼變形機(jī)制研究中具有重要意義(Dunbar and Rodgers, 1957; 陳發(fā)景等, 2004; Willettetal., 2006)。發(fā)生在大型沉積盆地中較明顯的全盆地沉積間斷，本身就是盆地演化和區(qū)域構(gòu)造環(huán)境演變重大事件的表現(xiàn)和紀(jì)錄，是進(jìn)行盆山耦合研究與盆山響應(yīng)對比的重要依據(jù)和時限標(biāo)尺，具有重要的盆地動力學(xué)和區(qū)域構(gòu)造動力學(xué)意義(Willettetal., 2006; Morley, 2016; Matijaetal., 2017; Horton, 2018)，同時也有重要的沉積礦產(chǎn)成礦效應(yīng)。

大量地質(zhì)調(diào)查與勘探實踐揭示，鄂爾多斯盆地在三疊紀(jì)末期經(jīng)歷了中生代成盆以來首次較長時間的沉積間斷和抬升剝蝕，顯著改造了中晚三疊世延長期盆地面貌，并控制著侏羅紀(jì)早期沉積格局和油藏分布，對盆地演化及礦產(chǎn)資源分布產(chǎn)生了重要影響，曾被形象的比喻為 “楚漢之界”(楊俊杰, 2002)。本文擬以該期沉積間斷為研究對象，依據(jù)地質(zhì)及鉆井資料重點解剖改造強(qiáng)烈的盆地西南部，探討其抬升剝蝕及改造強(qiáng)度的時空變化，并通過盆地及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡年代學(xué)厘定該沉積間斷面發(fā)育的時限與過程，進(jìn)而結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化探討其發(fā)育的動力學(xué)環(huán)境。

1 盆地地質(zhì)與前人研究概況

1.1 盆地地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地發(fā)育于大華北克拉通盆地殘延收縮的背景之下，為一遭受多期次剝蝕改造的中生代殘留盆地(劉池洋等, 2006)。盆地主體位于華北克拉通西部，周邊為新生代斷陷盆地群并被山體所環(huán)繞，其西南與秦嶺-祁連褶皺帶隔渭河、六盤山盆地相鄰(圖1)。鄂爾多斯盆地的演化改造與華北和揚(yáng)子板塊的匯聚拼合、其間秦嶺碰撞造山過程關(guān)系密切(張國偉, 2001; 劉池洋等, 2006)，經(jīng)歷了印支期、燕山期多期構(gòu)造變動，新生代以來該區(qū)又受到青藏高原隆升及其向北東的擠壓逃逸影響(Georgeetal., 2001; Shietal., 2015), 構(gòu)造位置獨特。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖(a)和鄂爾多斯盆地西南部地質(zhì)略圖及樣品分布位置(b)

中生代盆地經(jīng)歷了中晚三疊世延長期、早中侏羅世富縣-延安期、直羅-安定期及早白堊世四個演化階段，于早白堊世末盆地消亡，晚白堊世以來為后期改造階段(劉池洋等, 2006)。在盆地發(fā)育的鼎盛時期，其沉積范圍為現(xiàn)今殘留盆地面積的二倍之多, 原始沉積邊界東可跨晉、豫、冀、皖, 南越秦嶺北緣, 北界和西界遠(yuǎn)逾中生界的殘留邊界，為一南深北淺、呈北西-南東向展布的大型不對稱坳陷盆地(劉池洋等, 2006；趙文智等, 2006)。

延長期為盆地發(fā)育的最鼎盛時期，延長組也是目前石油勘探的主力層段，研究程度高，自下而上，可劃分為10個層段(長10段～長1段)，總體經(jīng)歷了大型坳陷湖盆形成、擴(kuò)張、鼎盛、萎縮和消亡的全過程(喻建等, 2010; 付金華等，2012)，以河流-三角洲-湖泊相沉積為主，沉積厚度普遍大于1300m。早侏羅世富縣組不整合覆蓋于延長組之上，素有“粗富縣”和“細(xì)富縣”之分，分別代表了沖積扇、古河道沉積的粗碎屑和河漫灘、洪泛平原沉積的細(xì)碎屑，地層巖性、厚度(0～195m)變化較大(趙俊興等, 1999; 趙俊興和陳洪德, 2006)；中侏羅世延安組在全盆地發(fā)育較為穩(wěn)定，自下而上亦可劃分為10段(延10段～延1段)，為一套河流-湖泊三角洲沉積的碎屑含煤建造(王雙明和張玉平, 1999; 張泓等, 1995)。

1.2 前人研究概況

大量地質(zhì)調(diào)查及油氣勘探實踐表明，鄂爾多斯盆地在三疊系與侏羅系之間，存在區(qū)域性沉積間斷面，下伏前三疊紀(jì)地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，發(fā)育一種溝谷縱橫、山嶺起伏的地貌形態(tài)；地形起伏達(dá)300余米, 剝蝕深度可至上三疊統(tǒng)延長組主要生油層段(長7段)(黃第藩和石國世, 1980; 黃第藩等, 1981; 楊俊杰等, 1984; 楊俊杰, 2002)；上覆侏羅紀(jì)富縣組及延安組早期(延10期～延9期)以填平補(bǔ)齊式沉積為主，其中富縣期和延10期為盆內(nèi)甘陜古河的主要發(fā)育時期，延9期后演化為三角洲體系，古河發(fā)育結(jié)束(趙俊興和陳洪德，2006)。以該沉積間斷面為界，上、下地層在沉積環(huán)境、巖性組合及能源礦產(chǎn)賦存與分布方面均存在巨大差異，曾被形象的比喻為 “楚漢之界”(楊俊杰, 2002)。該界面是鄂爾多斯盆地中生代成盆以來首次較大規(guī)模的剝蝕改造界面，暗示著三疊紀(jì)末經(jīng)歷了明顯的構(gòu)造事件。

圖2 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)殘留地層分布圖

圍繞這一界面，前人重點對前侏羅紀(jì)古地貌形態(tài)及其對侏羅系下部油藏控制作用等開展了很多工作，并取得了較好的成果(黃第藩和石國世, 1980; 黃第藩等, 1981；孫國凡,1981；楊俊杰等, 1984; 張抗, 1989; 郭正權(quán)等, 2001, 2008; 趙俊興等, 2001; 楊俊杰,2002；趙俊興和陳洪德, 2006; 趙敏等, 2010; 蔣代琴等, 2018)，但該間斷面所造成的剝蝕特征及其抬升時限與過程等研究至今仍較薄弱，這在一定程度上制約了對中生代鄂爾多斯盆地發(fā)育演化過程的認(rèn)識，也影響著鄂爾多斯盆地及周邊區(qū)域油氣的進(jìn)一步勘探。

圖3 鄂爾多斯盆地中上三疊統(tǒng)-中下侏羅統(tǒng)西南-北東向地層連井剖面(以延長組頂為界拉平, 剖面位置見圖2)

2 三疊紀(jì)末期的剝蝕改造特征

為了更清晰、全面的揭示三疊系與侏羅系之間沉積間斷面的地質(zhì)特征和剝蝕特點，本次研究利用近年來完成的、覆蓋全盆地的300余口探井資料，基于其精細(xì)的地層對比劃分(延長組、延安組均按10個層段劃分)，刻畫沉積間斷面下伏殘存地層及上覆沉積地層地質(zhì)時代與展布特點，從其上、下2個地質(zhì)界面進(jìn)行約束，分析三疊紀(jì)末期-侏羅世早期盆地抬升剝蝕的時空變化；同時采用上覆地層約束及同期地層小層對比等方法，定量估算了其剝蝕厚度。

2.1 抬升剝蝕的時空變化特征

盆地演化特征表明延長期湖盆范圍廣闊，地層層序發(fā)育齊全且分布廣泛。本次研究依據(jù)300余口探井的分層資料編繪了盆地上三疊統(tǒng)殘留地層分布圖(圖2)，該圖代表了延長組沉積之后所遭受改造的綜合結(jié)果，而延長組之上仍被早-中侏羅世地層所覆蓋的區(qū)域(即侏羅系殘存邊界線以內(nèi))，則保存了侏羅系沉積之前的古地質(zhì)特征。從殘存地層分布特征看(圖2)，前侏羅紀(jì)盆地中北部、東部區(qū)域普遍有延長組長1段地層保存，向西、北邊部在較窄范圍內(nèi)依次出露長2段至長4+5段地層，表明盆地邊部較腹部遭受了更明顯剝蝕；在惠安堡、吳旗、華池、合水等西南部大范圍地區(qū)，尤其是平?jīng)?、靈臺之西南長3段～長6段，甚或長7段地層直接出露，延長組長1段～長2段僅局部保存，說明盆地西南部較東北部剝蝕更強(qiáng)；西南-北東向聯(lián)井剖面(圖3)，顯示西南部延長組上部地層缺失明顯，殘留地層厚度較盆地中東部變薄。上述地質(zhì)特征顯示了盆地周邊強(qiáng)中間弱，西南最強(qiáng)、中北較弱的差異剝蝕特征。

對盆地西南部進(jìn)一步分析，可以看到不同層段地層殘存呈條帶狀或塊狀分布特點(圖2)，結(jié)合盆地侏羅紀(jì)沉積前古地貌特征(趙俊興和陳洪德, 2006)，條帶狀或塊狀分布特點與侏羅紀(jì)沉積前古河道或古高地的分布具較好的一致性；如環(huán)縣-吳旗間長1段塊狀出露區(qū)對應(yīng)姬源古高地，鎮(zhèn)原及其北側(cè)長2段塊狀出露區(qū)為鎮(zhèn)原古高地，合水東側(cè)長1段分布區(qū)則為子午嶺古高地，其間長3段帶狀分布區(qū)則分別為近東西向的甘陜古河道和南北向的慶西古河道發(fā)育區(qū)。相對于高地，古河道區(qū)遭受了更為強(qiáng)烈的侵蝕。若僅從古高地處地層殘留特征看，西南側(cè)鎮(zhèn)原古高地較北側(cè)高地剝蝕更明顯，表明前侏羅紀(jì)時期古地貌具西南高北東低的特點，這與西南平?jīng)?靈臺地區(qū)延長組遭受更強(qiáng)剝蝕的特征相吻合。此外，平?jīng)?靈臺地區(qū)殘存地層(圖2)及剖面圖形態(tài)(圖3)特征，顯示延長組發(fā)育軸面呈近東西向或北西-南東向背向斜形態(tài)特征，暗示著該區(qū)在前侏羅紀(jì)經(jīng)歷了南北向或北東-南西向的擠壓。安口-策底地區(qū)三疊系延長組復(fù)式褶皺發(fā)育(陜西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量大隊,1967(1)陜西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量大隊. 1967. 隴縣幅1:20萬地質(zhì)圖及說明書)，侏羅系呈角度不整合覆蓋其上(圖1)，也同樣證明了該擠壓構(gòu)造的存在。

沉積間斷面上覆地層為侏羅紀(jì)富縣組和延安組。盆地后三疊紀(jì)地質(zhì)圖(即侏羅系底面地質(zhì)圖)(圖4)及聯(lián)井剖面圖(圖3)，揭示了侏羅紀(jì)早期地層的沉積特點。從圖中可以看到，富縣組在盆地中部定邊-吳旗-延安地區(qū)連片分布，而在盆地西南部環(huán)縣、慶陽、合水地區(qū)呈帶狀展布，總體顯示出周邊高、中間低的古地貌形態(tài)；盆地南部富縣組帶狀分布區(qū)，與前述甘陜古河、慶西古河展布范圍一致，指示了古河道對侏羅紀(jì)早期地層的控制作用，具填平補(bǔ)齊的沉積特點(趙俊興和陳洪德，2006)。延安組初延10期，盆地沉積范圍明顯擴(kuò)大，在中北部大面積廣覆沉積，但盆地南部仍比較局限，僅在慶陽-靈臺地區(qū)發(fā)育南北向帶狀展布沉積，可能仍受南北向慶西古河道控制，表現(xiàn)出南高北低的古地貌形態(tài)，南部大部區(qū)域仍未接受沉積；直至延9期盆地西南部隴縣、鎮(zhèn)原一帶才開始接受沉積，東南局部地區(qū)可持續(xù)至延8期。聯(lián)井剖面則表現(xiàn)出向盆地南、西南延安組早期具超覆沉積的特點，同時地層厚度明顯較東北部薄(圖3)。上述特征，一方面揭示了下伏侵蝕古地貌對侏羅紀(jì)早期沉積地層明顯的控制作用，另一方面也間接表明了盆地西南、南部地區(qū)在侏羅紀(jì)早期仍處于隆升狀態(tài)，其下伏地層遭受了更長時間的剝蝕，可一直延續(xù)至延安組延9期。

圖4 鄂爾多斯盆地后三疊紀(jì)沉積地質(zhì)圖

圖5 鄂爾多斯盆地南部三疊紀(jì)末地層剝蝕厚度等值線圖

2.2 地層接觸關(guān)系

鉆探已證實，盆地內(nèi)部侏羅紀(jì)富縣組-延安組與延長組之間總體呈平行不整合接觸關(guān)系(楊俊杰，2002)；盆地西南部露頭及鉆井資料，則揭示出侏羅系與下伏不同時代地層的角度不整合接觸關(guān)系(湯錫元等, 1992; 高春云和周立發(fā), 2019)(圖1)。如西南麟游水川溝、華亭安口地區(qū)延安組與下覆三疊系延長組微角度不整合接觸關(guān)系明顯；而在盆地西部侏羅系與前中生代地層角度不整合普遍，延長組地層缺失，如彭陽地區(qū)大量煤田鉆井揭示在青龍山-平?jīng)鰯嗔阎髻_系角度不整合覆蓋于奧陶系及石炭系之上，斷裂之東則角度不整合于延長組之上；在固原炭山侏羅系角度不整合于元古界石英砂巖之上，環(huán)14井亦揭示出侏羅系覆蓋于二疊系之上?？傮w表現(xiàn)為在盆地西南部、西部侏羅系與下伏不同時代地層角度不整合接觸關(guān)系，向盆地內(nèi)部逐漸轉(zhuǎn)為平行不整合接觸的特點。

2.3 剝蝕厚度恢復(fù)

利用上覆地層約束法、延長組小層(段)對比及地層厚度變化趨勢，對盆地西南部三疊紀(jì)末地層剝蝕厚度進(jìn)行了估算。從圖5可以看到，三疊紀(jì)末地層剝蝕厚度等值線總體呈北西-南東走向，剝蝕量向西南、南逐漸增大，在正寧-洛川區(qū)域剝蝕厚度為小于150m，向西南迅速增加，到彬縣-靈臺一帶剝蝕厚度可達(dá)550～600m，永壽之西南最大可達(dá)1000余米，顯示出西南強(qiáng)、北東弱的剝蝕特點，與上述延長組頂部剝蝕特點相一致。上述估算結(jié)果與陳瑞銀等(2006)估算的三疊紀(jì)末期剝蝕厚度相當(dāng)，但本次估算的范圍較陳瑞銀等(2006)更往南。需要說明的是，盆地南部延長組現(xiàn)今未被侏羅紀(jì)覆蓋的區(qū)域(即侏羅系殘存邊界之南)，可能后期仍遭受了剝蝕改造，對此我們主要根據(jù)鄰井能被上覆地層約束的延長組地層殘存及剝蝕情況，同時亦考慮區(qū)域上該區(qū)地層的后期剝蝕特點(王建強(qiáng)等，2011)，進(jìn)行推斷。

鄂爾多斯盆地延長組頂部剝蝕改造特征、后三疊紀(jì)沉積地質(zhì)特征，西南部地層接觸關(guān)系及剝蝕厚度恢復(fù)，一致表明在三疊紀(jì)末期-早侏羅世盆地出現(xiàn)了西南強(qiáng)、中北弱的差異抬升剝蝕，致使延長組頂部沉積地層殘缺不全，前侏羅紀(jì)盆地面貌發(fā)生了較大改觀，古地貌呈西南高、北東低的特征，且西南部經(jīng)歷了明顯的構(gòu)造擠壓；盆地西南、南部沉積間斷時間較盆地中東部更長，可延續(xù)至延安組延9期，最大剝蝕量可達(dá)1000余米。

3 隆升時限的熱年代學(xué)約束

依據(jù)地層缺失、剝蝕厚度及古構(gòu)造地貌特征對鄂爾多斯盆地西南部三疊世末的抬升改造特點進(jìn)行了分析，但對其具體抬升時限依然缺乏定量的年代學(xué)約束。近年來，低溫?zé)崮甏鷮W(xué)方法得到了快速發(fā)展，以裂變徑跡定年方法為代表，在造山帶和沉積盆地的構(gòu)造熱事件、隆升剝露過程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用(Gallagheretal.,1998；Jolivetetal., 2001; Gleadowetal., 2002; Enkelmannetal., 2006; Jainetal., 2009；Fitzgeraldetal., 1995; Malusa and Fitzgerald, 2019)。裂變徑跡定年主要是通過測定巖石礦物(如磷灰石、鋯石等)內(nèi)放射性元素(如238U等)自發(fā)裂變形成徑跡(子體)和利用外探測器方法或LA-ICP-MS方法獲得礦物238U含量(母體)，再通過矯正、計算獲得年齡(Hurford and Green, 1983; Hurford, 1990)。因裂變徑跡長度和徑跡密度隨溫度(埋藏深度)而發(fā)生變化或消失，據(jù)此可依據(jù)獲得年齡和徑跡長度，利用HeFTy等軟件開展熱史反演，間接揭示巖石埋藏或抬升的時限與過程(Ketcham, 2005)。不同礦物具有不同的退火模型和封閉溫度，其中磷灰石裂變徑跡部分退火溫度范圍介于60～120℃，可有效揭示淺地表約1～3km的抬升剝蝕過程(Gleadowetal., 2002)。本次對盆地西南部開展了3件樣品的磷灰石裂變徑跡年代學(xué)測試。

3.1 樣品采集及測試結(jié)果

樣品主要采自盆地西南部華亭、策底坡一帶的中晚三疊世延長組地層(樣品時代約230～240Ma)，巖性均為砂巖(圖1、表1)。樣品測試分析在意大利帕多瓦大學(xué)裂變徑跡年代學(xué)實驗室完成，采用外探測器方法(Fleischeretal., 1975)，測試流程詳見Zattinetal.(2014)，結(jié)果見表2。

3件樣品的磷灰石裂變徑跡中值年齡介于158.5±12.1Ma～168.7±10.4Ma之間，遠(yuǎn)小于其賦存地層的沉積時代；年齡雷達(dá)圖(圖6a1-a3)進(jìn)一步顯示樣品單顆粒年齡小于地層沉積時代，上述特征表明3件樣品均經(jīng)歷了完全退火過程(Wagner and Van den Haute, 1992)。Dpar值介于2.53±0.37μm～2.81±0.46μm，誤差范圍內(nèi)較為接近，在一定程度上指示了樣品具有類似的化學(xué)退火動力學(xué)行為；Dpar值與單顆粒年齡相關(guān)性不明顯，表明礦物化學(xué)成分對年齡影響不大(圖6b)。3件樣品年齡均通過χ2檢驗(P(χ2)>5%)，這些參數(shù)特征顯示各樣品磷灰石礦物年齡代表了類似的年齡組分。樣品圍限徑跡長度介于12.24±0.16μm～12.84±0.14μm，遠(yuǎn)小于磷灰石礦物初始徑跡長度(～16.3μm)，屬于較短徑跡范疇，徑跡頻率分布顯示出單峰特征，長度變化范

表1 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡樣品信息表(樣品位置見圖1)

Table 1 Sample information of AFT dating in the southwestern Ordos Basin (sample location is shown in Fig.1)

樣品號巖性地層?xùn)|經(jīng)北緯高程(m)XY1黃綠色細(xì)砂巖35°13′46.08″106°41′8.79″1413XY2灰綠色中砂巖三疊紀(jì)延長組35°17′45.73″106°47′36.2″1377XY3灰白色粗砂巖35°18′45.69″106°36′30.98″1542

表2 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡測試結(jié)果

Table 2 The results of AFT dating in the southwestern Ordos Basin

樣品號顆粒數(shù)徑跡密度(×105cm-2)ρd (Nd)ρs (Ns)ρi (Ni)U(×106)P(χ2)中值年齡±1σ(Ma)Dpar(μm)meanσNL (μm) ±1σXY1219.47(2295)11.80(775)11.80(775)14.4 18.76158.5±12.12.810.4611012.840.14XY2259.36(4541)14.23(1819)14.22(1818)20.0 71.03161.9±5.22.530.379612.570.18XY3209.55(4631)14.46(1440)13.71(1365)16.7 94.48168.7±10.42.670.485312.240.16

注: Zeta(ζ)=339.34±15.69; Nd-中子注量監(jiān)測器標(biāo)準(zhǔn)鈾玻璃的誘發(fā)徑跡數(shù); ρd-標(biāo)準(zhǔn)鈾玻璃上誘發(fā)徑跡密度;Ns-自發(fā)徑跡數(shù); ρs-自發(fā)徑跡密度; Ni-誘發(fā)徑跡數(shù); ρi-誘發(fā)徑跡密度;P(χ2)-χ2 檢驗值;N-統(tǒng)計圍限徑跡條數(shù); L-實測徑跡長度及誤差圍較寬(圖6a)，說明樣品經(jīng)歷了較緩慢的冷卻過程或在部分退火帶區(qū)間(PAZ)停留較長時間，因而裂變徑跡表觀年齡無直接地質(zhì)含義，不能有效的約束樣品發(fā)生冷卻的時限，需結(jié)合熱史反演模擬進(jìn)一步分析(Gallagheretal., 1998)。

圖6 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡單顆粒年齡雷達(dá)圖及徑跡長度頻率分布圖(a1-3)及單顆粒年齡與Dpar值關(guān)系圖(b)

圖7 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡熱史模擬圖

3.2 熱史模擬

利用HeFTy軟件對本次測試樣品進(jìn)行了熱史模擬，退火模型統(tǒng)一參考Ketchametal. (2007)，徑跡初始長度設(shè)為16.3μm，古今地表溫度設(shè)為20±5℃，并依據(jù)樣品最大單顆粒年齡，設(shè)置起始約束條件，其它不給予約束。結(jié)果顯示(圖7)，模擬獲得的年齡、徑跡長度與實測值相當(dāng)，GOF值均大于0.7，表明模擬結(jié)果可信度較高，其中綠色區(qū)域為可接受演化路徑，紅色區(qū)域為好的演化路徑，白色曲線代表最佳擬合路徑，黃色范圍為磷灰石裂變徑跡部分退火帶區(qū)間(APAZ)。

最佳擬合演化路徑(圖7)，顯示樣品沉積后，均經(jīng)歷了快速升溫，并達(dá)到完全退火，大致在三疊世末期-侏羅紀(jì)初出現(xiàn)冷卻過程。其中樣品XY1在198～163Ma間，冷卻速率約為1.14℃/Myr，此后較長時間處于部分退火帶之中，冷卻速率僅 0.24℃/Myr，并于80Ma左右退出部分退火帶區(qū)間；XY2樣品在190～158Ma間，冷卻速率為1.03℃/Myr，此后與XY1經(jīng)歷了相似的冷卻過程； XY3在205～195Ma間冷卻速率達(dá)3.3℃/Myr，在195～40Ma冷卻速率僅為0.08℃/Myr，約40Ma以來冷卻速率開始加快，為1.35℃/Myr，直到30Ma左右退出部分退火帶。

上述分析表明，3件樣品共同記錄了三疊紀(jì)末-早侏羅世(約205～190Ma)退出完全退火帶并發(fā)生相對快速冷卻過程，其中XY1，XY2樣品可持續(xù)至約～160Ma(圖7)。該時間段內(nèi)，研究區(qū)未曾有巖體侵入等熱事件的紀(jì)錄，由此，推斷此次相對快速冷卻事件是該區(qū)構(gòu)造抬升的結(jié)果，這與盆地西南部三疊紀(jì)末期強(qiáng)烈剝蝕特征相印證。若按晚三疊紀(jì)古地溫梯度3℃/100m估算，樣品XY1抬升了約1330m，XY2約為1098m，XY3為1100m。樣品XY3快速冷卻啟動時間早于樣品XY1和XY2，且冷卻速率更快(新生代以來亦是如此)，認(rèn)為XY3樣品在位置上更靠近盆地西緣大斷裂(圖1)，推測其異?？焖倮鋮s速率可能與斷裂活動有關(guān)。樣品XY1和XY2在約80Ma開始退出部分退火帶區(qū)間，然熱史模擬曲線在30～25Ma左右均出現(xiàn)了相對快速冷卻，速率約1.33～1.6℃/Myr，與樣品XY3在40Ma左右出現(xiàn)相對快速冷卻特征較為一致，可能共同記錄了新生代以來經(jīng)歷的相對快速冷卻事件，本文對此暫不做進(jìn)一步討論。

4 三疊紀(jì)末期盆地抬升事件及區(qū)域構(gòu)造意義

前文從盆地地質(zhì)特征及熱年代學(xué)方面，分別論述了鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末期沉積間斷的剝蝕改造特征及隆升時限，表明三疊紀(jì)末期-早侏羅世鄂爾多斯盆地總體經(jīng)歷了西南強(qiáng)、北東弱的差異剝蝕改造，盆地西南部大范圍內(nèi)延長組遭受剝蝕，地層殘缺不全，剝蝕量最大可達(dá)1000余米，并存在構(gòu)造擠壓現(xiàn)象，盆地面貌發(fā)生了較大改觀；后三疊紀(jì)地質(zhì)沉積時代，進(jìn)一步約束了侏羅系沉積前盆地古地貌總體呈西南高、北東低的特點，盆地西南部沉積間斷可持續(xù)至中侏羅世延安組延9期。磷灰石裂變徑跡年代學(xué)及熱史模擬，較一致的記錄了盆地西南部起始于約205～190Ma，可持續(xù)至160Ma的抬升冷卻過程。上述研究有力的論證了鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末期的抬升剝蝕事件。

大型沉積盆地在演化過程中大范圍的抬升和長時間的剝蝕改造，往往是盆地演化和區(qū)域構(gòu)造環(huán)境演變重大事件的表現(xiàn)和紀(jì)錄(劉池洋等，2016)。研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造研究表明，中晚三疊世以來鄂爾多斯盆地與秦嶺造山帶構(gòu)造位置相鄰，大型鄂爾多斯盆地形成演化與秦嶺造山帶在時空演化、物質(zhì)交換等方面密切關(guān)聯(lián)(劉池洋等, 2006; 王建強(qiáng)等, 2015)，中晚三疊世是中國南北兩大陸的匯聚碰撞與其間秦嶺造山的主要時期(張國偉, 2001; Dongetal., 2016a)。三疊紀(jì)末，秦嶺碰撞造山基本結(jié)束，花崗質(zhì)巖漿活動變?nèi)醯酵Ｖ梗w開始進(jìn)入板內(nèi)構(gòu)造演化階段(張成立等, 2005, 2008; 王曉霞等, 2011, 2015；Dongetal., 2016b)；早侏羅世，在持續(xù)擠壓的背景下，秦嶺造山帶沿主要斷裂發(fā)育走滑轉(zhuǎn)換構(gòu)造，局部發(fā)育花狀構(gòu)造和拉分盆地(Dongetal., 2016b)，表明在三疊紀(jì)末期-早侏羅世秦嶺造山帶區(qū)域構(gòu)造環(huán)境發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。與之相應(yīng)，秦嶺造山帶上三疊統(tǒng)-早侏羅統(tǒng)整體缺失，中侏羅統(tǒng)以角度不整合覆蓋于下三疊統(tǒng)或之前的地層之上(Lietal., 2013；Dongetal., 2016b)，表明晚三疊世以來秦嶺地區(qū)長期處于隆升狀態(tài)。東秦嶺曹坪和沙河灣巖體以及西秦嶺老君山和秦嶺梁巖體角閃石、黑云母和鉀長石40Ar/39Ar 年齡測定和多重擴(kuò)散域模擬研究，表明約在204～207Ma到197Ma期間，東西秦嶺同時出現(xiàn)了快速冷卻事件，冷卻速率約達(dá)26℃/Ma(王非等, 2004)，記錄了秦嶺地區(qū)晚三疊世末至早侏羅世區(qū)域性的抬升事件。

區(qū)域上，祁連褶皺帶東部與西秦嶺褶皺帶和鄂爾多斯盆地西南部緊密相連，因新生代廣泛覆蓋，其中生代構(gòu)造演化研究一直較為薄弱。近來，對靜寧地區(qū)侏羅系碎屑巖及海西期巖體的年代學(xué)研究(彭恒等, 2018)，認(rèn)為侏羅系碎屑磷灰石裂變徑跡年齡記錄了其物源區(qū)(祁連山東部)約215Ma隆升事件，海西巖體樣品(HSZ1，HSZ2)的裂變徑跡熱史模擬曲線則紀(jì)錄了約220～180Ma快速冷卻抬升事件(圖8)。此外，鄂爾多斯盆地之西的香山-衛(wèi)寧地區(qū)，在晚三疊世-早侏羅世約213～194Ma(陳剛等，2007)及204.0～183.3Ma (趙曉辰等, 2016)存在構(gòu)造事件；今盆地南緣淳化口鎮(zhèn)二疊系(WB5、WB6)磷灰石裂變徑跡定年及熱史模擬(圖8)，亦表明在晚三疊世-早侏羅世(205～185Ma)發(fā)生了構(gòu)造抬升事件(Zhangetal., 2018)。

圖8 鄂爾多斯盆地西南部及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡熱史模擬最佳路徑(樣品位置見圖1)

上述分析表明，三疊紀(jì)末-早侏羅世，秦嶺褶皺帶、祁連褶皺帶東部、鄂爾多斯盆地西南及鄰區(qū)的廣大區(qū)域均有構(gòu)造抬升事件的發(fā)生，在隆升時限上較為一致(圖8)，總體顯示了三疊紀(jì)末-早侏羅世的構(gòu)造隆升事件具廣泛的區(qū)域性，且與鄂爾多斯盆地西南強(qiáng)、北東弱的抬升剝蝕特征具有良好的時空耦合關(guān)系。由此，筆者認(rèn)為，鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末-早侏羅世構(gòu)造抬升事件應(yīng)是對秦嶺造山帶區(qū)域構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變的響應(yīng)和紀(jì)錄。

需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)是，三疊紀(jì)末-早侏羅世，鄂爾多斯盆地延長期沉積作用結(jié)束和盆地整體抬升、沉積間斷，與秦嶺陸內(nèi)造山階段的開始和花崗巖漿活動停止，在時間上幾乎同時，這不可能是偶然的巧合，應(yīng)有著更為廣闊、關(guān)聯(lián)密切、相對統(tǒng)一的地球動力學(xué)環(huán)境和深刻的內(nèi)在成因聯(lián)系，對其形成動力機(jī)理探討和揭示，必將具有重要的區(qū)域大地構(gòu)造環(huán)境演變和大陸動力學(xué)意義。

5 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地三疊紀(jì)末-早侏羅世的抬升剝蝕事件是中生代成盆以來首次較大規(guī)模的改造。盆地主體經(jīng)歷了西南強(qiáng)、北東弱的差異抬升剝蝕，西南部大范圍內(nèi)延長組地層殘缺不全，剝蝕量最大可達(dá)1000余米；前侏羅紀(jì)沉積古地貌總體呈西南高、北東低的特點，西南部沉積間斷可持續(xù)至中侏羅世延安組早期；

(2)磷灰石裂變徑跡年代學(xué)及熱史模擬，表明從205～190Ma開始，盆地西南部發(fā)生了冷卻事件，冷卻速率大于1.0℃/Myr,可持續(xù)至約160Ma，記錄并約束了此次抬升剝蝕事件的時限與過程；

(3)綜合區(qū)域構(gòu)造演化，認(rèn)為鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末-早侏羅世的抬升剝蝕事件是對秦嶺造山帶同期區(qū)域構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變的響應(yīng)和紀(jì)錄，兩者具有良好的時空耦合關(guān)系。

致謝本文撰寫過程與段亮、梁文天、楊釗的多次討論使作者受益匪淺，兩位評審人提出了建設(shè)性的修改意見, 在此一并致謝。