库鲁克塔格南部山前带中—新生代构造演化史——来自磷灰石裂变径迹的证据

库鲁克塔格南部山前带中—新生代构造演化史——来自磷灰

石裂变径迹的证据

刘阵;张洪美;何金有;何登发;温佳霖;马渭;王永飞

【摘 要】通过对磷灰石裂变径迹数据的分析和热史模拟,结合野外地质调查,研究了

库鲁克塔格颜色排序 南部山前带中—新生代构造演化史。结果显示,从库鲁克塔格隆起到南

部山前带方向,地层具有稳定克拉通地层产状的特征。库鲁克塔格南部山前带磷灰

石年龄记录了182Ma和167—142Ma两期构造冷却事件,裂变径迹热史模拟反映

出海西期构造抬升、早—中侏罗世埋藏沉降、晚侏罗世—白垩纪初构造抬升和新

生代晚期构造抬升等演化阶段。综合研究表明,南部山前带普遍受到海西期和燕山

运动早期构造抬升的影响,喜马拉雅运动主要造成了研究区断裂上盘的强烈逆冲推

覆;早—中侏罗世埋藏沉降阶段,从沉积角度看,沉积中心位于却尔却克山所在的古位

置。

【期刊名称】《非常规油气》

【年(卷),期】2016(003)004

【总页数】9页(P12-20)

【关键词】裂变径迹;构造演化;库鲁克塔格;南部山前带;却尔却克山

【作 者】刘阵;张洪美;何金有;何登发;温佳霖;马渭;王永飞

【作者单位】[1]陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院,陕西西安710075;[2]

中国地质大学（北京）能源学院,北京100083;[3]延长油田股份有限公司定边采油

厂,陕西榆林718600

【正文语种】中 文

【中图分类】TE122

库鲁克塔格隆起具有良好的前寒武系基底出露，其南、北分别由兴地断裂和辛格尔

断裂所限定。隆起以南到塔里木盆地孔雀河斜坡之间的地带通常被称为库鲁克塔格

南部山前带，与盆地的界限为孔雀河断裂(图1)。研究该构造带中—新生代构造演

化史有助于了解塔里木东北缘整体构造演化与盆—山系统的耦合特征。通过野外

地质调查、同位素年代学和磷灰石裂变径迹等方法和手段，前人已对库鲁克塔格隆

起做了大量研究[1-4]，认为其主要经历了太古宙—元古宙基底形成、古生代南天

山洋盆开合、中生代后碰撞与陆内演化及新生代再造山等构造演化阶段。另外，通

过盆地内孔雀河地区大量钻测井资料、岩心观察和地震解释等综合研究，也对该区

构造特征与形成演化获得了较多的认识[5-8]。但目前对造山带与盆地之间的南部

山前带的研究较为缺乏，开展该地区的研究工作势在必行。

裂变径迹方法最初应用于盆地热史模拟，随着理论的成熟和方法的完善，其应用范

围逐渐扩展到地质定年、造山带隆升、剥蚀和再沉积研究。近年来该方法又广泛应

用于断层和成矿作用研究，并由定性分析发展到定量模拟[9]。目前该方法在库鲁

克塔隆起构造演化研究中应用广泛，在盆地内也可以通过典型井目的层系的古地温

指标来恢复对应的热演化史；该方法的本质是探讨构造演化过程与相应温度间的变

化关系，建立研究区时代—温度演化轨迹[1]。本文通过对库鲁克塔格南部山前带

岩石样品磷灰石裂变径迹数据的分析和热史模拟，结合野外地质调查，研究南部山

前带中—新生代构造演化史。

塔里木东北缘早期受统一的地球动力学系统影响，海西期伴随南天山洋盆闭合，塔

里木构造单元与中天山—伊犁地体碰撞造山，南天山形成[10]。东侧分化出库鲁克

塔格隆起和孔雀河斜坡，二者之间发育逆冲性质的孔雀河断裂，后期构造运动使得

库鲁克塔格隆起和孔雀河斜坡的盆山结构愈加明显。

研究区位于塔里木盆地东北部孔雀河斜坡以北、库鲁克塔格隆起以南，是盆地与造

山带之间的构造转换地带(图1)。在地貌上，兴地断裂以北的库鲁克塔格隆起表现

为险峻的高山，以南的山前带逐渐过渡为低缓的戈壁和荒漠，孔雀河斜坡整体呈向

西南倾伏的缓坡；在地质结构上，库鲁克塔格隆起主要发育前寒武系基底、下古生

界和大量侵入岩生物知识点 ，孔雀河断裂及孔雀河斜坡地表被第四系覆盖。

南部山前带新生界发育，下古生界主要出露在研究区中部的却尔却克山和元宝山地

区，整体呈北西走向的山体形态(图2a)。对该地区进行了野外地质勘查和剖面实

测工作，实测地层包括中寒武统莫合尔山组、上寒武统突尔沙克塔格组、下奥陶统

巷古勒塔格组和中奥陶统却尔却克组(图2b)，各组、段之间接触关系均为整合，

地层产状相对库鲁克塔格隆起比较平缓，倾向主要为西南方向(图3a—f)。研究区

东部的雅尔当山发育震旦系和下古生界，野外观察见宽缓的褶皱构造(图3g)。兴

地地区沉积岩经历了不同程度的变质，褶皱构造中多发育透入性劈理(图3h)。

总体来说，从库鲁克塔格隆起到南部山前带方向，地层变得比较稳定，具有稳定克

拉通地层产状的特征。

古地温指标方法常用来恢复盆地的构造—热演化史，其主要包括矿物裂变径迹、

有机质成熟度、黏土矿物转化和流体包裹体等方法[11]。裂变径迹热年代学实质上

属于一种同位素定年方法，通过测量矿物颗粒的自发径迹密度s和诱发径迹密度

i来计算年龄，再根据一定的理论模型建立径迹数量和长度等参数随温度与时间

的变化规律[12-13]。本次研究采用磷灰石矿物的裂变径迹，其封闭温度在120℃

左右。

通过对库鲁克塔格南缘地区的野外地质考察和剖面实测，选取库鲁克塔格南部山前

带的兴地、却尔却克山—元宝山和南雅尔当山等地区的12个样品(样品位置见图1

和图2a)进行了磷灰石裂变径迹测年实验，并对样品进行了热演化历史模拟。实验

样品包括兴地地区青白口纪变质砂岩和石灰岩(X02和X09)、却尔却克山—元宝山

寒武纪、奥陶纪碎屑砂岩(Q10、Q20、Q24、Q28、YB01、YB04和YB07)、却

尔却克山沿断裂发育的侵入岩样品(Q02)和南雅尔当山震旦纪碎屑砂岩(Y04、

Y05)(表1)。

实验中选取尽可能多的磷灰石单颗粒进行测量(一般要求测试数量大于20个)，本

次研究中部分样品(Q20、Q24和X02)磷灰石测试数量小于20个单颗粒，数据结

果和热演化模拟仅供参考(表1)。测试结果中除了Y05样品，其余样品年龄均通过

了x2检验[P(x2) > 5%]，测试年龄采用池年龄。却尔却克山样品年龄直方图呈单

峰，且在年龄放射图上单颗粒年龄相对集中，反映了这些样品各自具有同一年龄组

分(图4)，元宝山样品年龄放射图上的单颗粒年龄比较分散，分析认为该组年龄为

混合年龄(图5)，兴地和南雅尔当山样品年龄分析结果与却尔却克山样品相似(图

6)。12个样品磷灰石裂变径迹表观年龄分布范围在(20315)—(14212)Ma之间，

都远小于地层年龄，平均径迹长度分布在(13.52.3)—(11.42.0)m之间，小于

新生成自发径迹平均长度(16.30.9)m，表明样品普遍经历了热退火。

综合分析区域磷灰石裂变径迹资料，再根据实测的磷灰石裂变径迹年龄和长度等数

据，就可以模拟出研究区的热演化历史。本次研究对12个岩石样品的磷灰石裂变

径迹数据进行热史模拟，模拟软件为HeFTy(2008年版本)。

3.1 却尔却克山岩石样品热史模拟

裂变径迹热史模拟表明却尔却克山原岩普遍经历了海西期构造抬升、早—中侏罗

世埋藏沉降、晚侏罗世构造抬升和喜马拉雅期构造抬升等演化阶段(图4)。

样品Q02、Q20、Q24和Q28表观年龄为160～167Ma(表1)，均小于原岩年龄，

记录了原岩在晚侏罗世早期的构造冷却事件，热史模拟也表明了该期抬升的存在

(图4)；与其他样品的模拟路径不同，样品Q02模拟结果表明，其未经历喜马拉雅

期构造抬升，由于该样品是沿着却尔却克山北侧逆冲断裂发育的侵入岩(花岗岩)，

野外采样点位于该逆冲断裂的下盘，其在新生代之前已基本抬升至地表，喜马拉雅

期构造抬升表现为断层上盘沿断层面的逆冲，对样品Q02没有太大的影响；样品

Q10磷灰石裂变径迹表观年龄为182Ma，较邻近地区样品年龄偏大，记录了早侏

罗世晚期比较局限的构造冷却事件。

3.2 元宝山碎屑岩样品热史模拟

热史模拟表明，元宝山原岩普遍经历了海西期构造抬升、早—中侏罗世埋藏沉降、

晚侏罗世构造抬升和喜马拉雅期构造抬升等演化阶段(图5)。

样品YB01、YB04、YB07裂变径迹表观年龄集中在203～199Ma之间(表1)，均

小于原岩年龄，在年龄放射图上，分散的单颗粒年龄显示了明显的混合年龄特点。

热史模拟表明，三叠纪末(203—199Ma)元宝山原岩基本位于近地表，早—中侏罗

世埋藏沉降阶段的埋深未达到磷灰石裂变径迹完全退火要求的深度，其后便经历了

晚侏罗世早期(160Ma左右)构造抬升，因此样品裂变径迹表观每日问候语微信 年龄为早期未重置

径迹年龄与晚侏罗世部分重置径迹年龄的混合年龄。喜马拉雅运动的构造抬升作用

对位于逆冲断层下盘的YB01原岩影响较小，对样品YB04、YB07原岩构造抬升

作用明显(图5)。

3.3 兴地变质岩和南雅尔当山碎屑岩样品热史模拟

热史模拟表明,兴地和南雅尔当山原岩经历了海西期构造抬升、早—中侏罗世埋藏

沉降、晚侏罗世—白垩纪初和喜马拉雅期构造抬升等演化阶段(图6)。

样品X02、X09、Y04、Y05的裂变径迹表观年龄均集中于163—142Ma，反映

了原岩普遍经历了晚侏罗世—白垩纪初的构造窗边的小豆豆读后感 抬升，热史模拟结果也表明了该期

抬升的存在(图6)。原岩在晚侏罗世之前的埋藏达到封闭温度对应的深度，早期的

磷灰石裂变径迹退火而使时间体系重置。

库鲁克塔格隆起兴地断裂附近的前寒武系基底的隆升剥蚀作用可划分为早侏罗世晚

期(180Ma)、晚侏罗世—早白垩世(144—118Ma)、晚白垩世早期(92—84Ma)和

新生代晚期(10Ma)几个阶段，多阶段的隆升作用是对亚洲南缘多期地体碰撞增生

的响应[1]。在盆地东北部，孔雀河斜坡孔雀1井3个古生界样品的热史模拟主要

反映了海西期和晚白垩世两期大的构造抬升运动，期间伴随早侏罗世晚期的小幅构

造抬升[11]。塔东北的磷灰石裂变径迹热史模拟表明，塔东北盆山系统发育海西期

和燕山期两期极为重要的构造运动，早海西期为主要的构造变形期[6,13]。综合分

析认为，库鲁克塔格隆起和孔雀河斜坡在海西期具有统一的动力学系统，发育相同

的褶皱变形样式，本研究的热史模拟也表明，隆起与盆地之间的南部山前带同样经

历了海西期的构造抬升。燕山运动早期，多期构造抬升运动主要作用于库鲁克塔格

隆起，盆地东北部仅存在英吉苏凹陷在晚侏罗世闭合隆起的沉积学证据[14]，本次

库鲁克塔格隆起南部山前带的磷灰石裂变径迹年龄数据和热史模拟均证实了早侏罗

世晚期(182Ma)和晚侏罗世—白垩纪初(167—142Ma)的两期构造抬升运动。燕山

运动晚期，孔雀河斜坡才经历了海西期后一期比较强烈的构造抬升。喜马拉雅运动

造成库鲁克塔格隆起新生代晚期(约10Ma)的区域性构造抬升作用，在研究区的南

部山前带主要造成断层上盘的学古筝 逆冲推覆，对盆地内的影响则体现为新生代地层向造

山带方向超覆减薄。

综合研究得出以下结论：

(1)从库鲁克塔格隆起到南部山前带方向，地层变得比较稳定，具有稳定克拉通地

层产状的特征。

(2)南部山前带样品磷灰石年龄记录了182Ma和167—142Ma两期构造冷却事件，

元宝山样品裂变径迹年龄(203—199Ma)为混合年龄。裂变径迹热史模拟普遍反映

出海西期构造抬升、早—中侏罗世埋藏沉降、晚侏罗世—白垩纪初构造抬升和新

生代晚期构造抬升等演化阶段。

(3)研究区普遍受到海西期和燕山运动早期构造抬升的影响，喜马拉雅运动对逆冲

断裂下盘影响较小，表现为断裂上盘强烈的逆冲推覆。

(4)早—中侏罗世为埋藏沉降阶段，却尔却克山奥陶系样品深埋沉降达到磷灰石裂

变径迹封闭温度，元宝山奥陶系样品埋藏沉降未达到磷灰石裂变径迹封闭温度。从

沉积角度看，侏罗纪早期沉积中心位于却尔却克山所在的古位置。

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