反演南方海相層系熱史動(dòng)態(tài)演化的新溫標(biāo)
——磷灰石、鋯石（U-Th）/He年齡和封閉溫度

秦建中，王 杰，邱楠生，BrentMcInnes，陶 成

（1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫214151；2.中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；3.CSIRO Earth Science＆Resource Engineering，P.O.Box 1130，Bentley WA 6102，Australia）

反演南方海相層系熱史動(dòng)態(tài)演化的新溫標(biāo)
——磷灰石、鋯石（U-Th）/He年齡和封閉溫度

秦建中1，王 杰1，邱楠生2，BrentMcInnes3，陶 成1

（1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫214151；2.中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；3.CSIRO Earth Science＆Resource Engineering，P.O.Box 1130，Bentley WA 6102，Australia）

對(duì)川東北普光-毛壩地區(qū)和通江地區(qū)的11個(gè)巖心和露頭樣品進(jìn)行鋯石、磷灰石（U-Th）/He定年分析，初步建立了He年齡-深度/溫度動(dòng)態(tài)演化模式，該地區(qū)磷灰石He封閉溫度為85℃。川東北鉆井巖心和剖面樣品經(jīng)歷相同的熱演化歷程。該地區(qū)第三紀(jì)至第四紀(jì)為冷卻抬升剝蝕主要時(shí)期，剝蝕速率約為74.8～172.5 m/Ma，剝蝕厚度大約為2 800～3 000 m，地溫逐漸降低到磷灰石He封閉溫度，直至達(dá)到現(xiàn)今溫度，與青藏高原隆升引發(fā)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在四川盆地的響應(yīng)有關(guān)。普光5井等3 200 m以上中生界樣品未經(jīng)歷過(guò)鋯石He封閉溫度，可能只有3 200 m以下的樣品經(jīng)歷鋯石He封閉溫度，但所有樣品都經(jīng)歷了磷灰石He封閉溫度。根據(jù)鋯石（U-Th）/He年齡大致推算出，川東北地區(qū)可能在晚侏羅世開(kāi)始抬升，在晚侏羅世—早白堊世期間普光-毛壩地區(qū)和通江地區(qū)都處于緩慢抬升剝蝕階段，只是普光-毛壩地區(qū)抬升剝蝕開(kāi)始時(shí)間要早于通江地區(qū)。磷灰石和鋯石He封閉溫度和年齡揭示了該區(qū)動(dòng)態(tài)熱演化歷史。該區(qū)在178.0 Ma之前古地溫大于170～190℃，隨后地層繼續(xù)抬升，古地溫下降；在40.5～178.0 Ma時(shí)，古地溫為85～170℃；在0～40.5 Ma時(shí)，現(xiàn)今地溫小于85℃。

（U-Th）/He年齡；封閉溫度；抬升剝蝕；熱史動(dòng)態(tài)演化；熱史模擬；南方海相層系

盆地?zé)釟v史研究對(duì)盆地?zé)N源巖層有機(jī)質(zhì)熱演化史、生烴史、油氣生排量、區(qū)帶評(píng)價(jià)乃至圈閉評(píng)價(jià)都具有重要意義。目前，國(guó)際上關(guān)于盆地?zé)釟v史恢復(fù)的方法總體上分為3類(lèi)：1）用盆地演化的熱動(dòng)力學(xué)模型來(lái)恢復(fù)熱歷史，為正演技術(shù)，主要側(cè)重于巖石圈尺度[1，2]；2）利用各種古溫標(biāo)來(lái)恢復(fù)熱歷史，為反演技術(shù)，利用能記錄研究對(duì)象所經(jīng)歷溫度條件的礦物、巖石、包裹體等來(lái)恢復(fù)古地溫，側(cè)重于盆地尺度，主要包括有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)、流體包裹體、粘土礦物轉(zhuǎn)化、礦物的裂變徑跡等[3～6]；3）綜合法，將正演技術(shù)與反演技術(shù)、地史恢復(fù)和熱史恢復(fù)結(jié)合起來(lái)，建立數(shù)學(xué)模型，利用已知的地層信息和古溫標(biāo)資料作為約束條件，對(duì)盆地的熱演化史進(jìn)行模擬[7]。由于古溫標(biāo)方法可以通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，因而被認(rèn)為是研究精度較高且切實(shí)可行的方法。但由于在疊合盆地下古生界碳酸鹽巖地區(qū)缺乏鏡質(zhì)體和磷灰石礦物，導(dǎo)致目前單一的古溫標(biāo)方法在應(yīng)用于下古生代高演化海相層系熱歷史恢復(fù)時(shí)，均有著不同程度的局限性，必須探索新的古地溫恢復(fù)方法來(lái)研究我國(guó)海相層系熱歷史。前人在這方面進(jìn)行了一些探索，如生物碎屑反射率[8]、有機(jī)質(zhì)自由基濃度[9]、激光拉曼光譜[10]、牙形石色變指數(shù)[11]、鏡狀體反射率[12]，在疊合盆地早古生代（高、過(guò)成熟）碳酸鹽巖地區(qū)熱史恢復(fù)方面取得重要進(jìn)展。

（U-Th）/He定年技術(shù)基于磷灰石等礦物顆粒中U，Th衰變產(chǎn)生He，通過(guò)測(cè)量樣品中放射性U，Th和He含量就可獲得（U-Th）/He年齡。目前（U-Th）/He熱定年技術(shù)作為一種低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究的新技術(shù)，在地質(zhì)體定年、熱演化、地形地貌演化和沉積物源分析等方面得到了廣泛的應(yīng)用[13～16]，為盆地?zé)釟v史恢復(fù)提供了一條新的途徑。目前應(yīng)用于（U-Th）/He熱定年測(cè)試較多的是磷灰石、鋯石和榍石。依據(jù)自然樣品和熱模擬試驗(yàn)，不同礦物（U-Th）/He體系的封閉溫度差別較大，磷灰石He封閉溫度較低為75℃±7℃[17]，鋯石He封閉溫度早期認(rèn)為在140～160℃[18]，目前主要認(rèn)為在170～190℃[19]；榍石He封閉溫度為191～218℃[20]。雖然利用（U-Th）/He熱定年可以精細(xì)研究低溫下的冷卻歷史，但在用于沉積盆地?zé)釟v史恢復(fù)時(shí)，與其他古溫標(biāo)（裂變徑跡、鏡質(zhì)組反射率等）結(jié)合起來(lái)效果更好[21]。目前常用的古溫標(biāo)只能反演沉積盆地靜態(tài)熱演化歷史，無(wú)法恢復(fù)沉積盆地動(dòng)態(tài)演化歷程。若同時(shí)測(cè)定磷灰石、鋯石、榍石各自封閉溫度所對(duì)應(yīng)的（U-Th）/ He年齡，就可粗略推斷出沉積盆地隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)演化歷史。前人對(duì)川東北地區(qū)熱歷史做過(guò)部分研究工作[22～25]，但對(duì)于地溫隨時(shí)間演化歷史的研究則不多見(jiàn)。為此通過(guò)對(duì)磷灰石和鋯石（UTh）/He定年分析來(lái)揭示川東北地區(qū)動(dòng)態(tài)演化歷史，以期為該區(qū)構(gòu)造演化、油氣成藏研究提供更豐富的證據(jù)。

1 樣品及實(shí)驗(yàn)

研究樣品取自川東北鉆井巖心和野外露頭（圖1），采集5個(gè)鉆井巖心樣品，巖心深度數(shù)據(jù)根據(jù)鉆井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)獲得。在通江北面諾水河旁野外露頭剖面采集6個(gè)寒武系-白堊系砂巖樣品，采用便攜式GPS和地形圖等高線來(lái)聯(lián)合測(cè)定海拔高程數(shù)據(jù)，樣品均采自新鮮露頭，基本可以構(gòu)成一個(gè)垂向上的He年齡分布。

圖1 川東北采樣井位分布和露頭剖面樣品分布Fig.1 Locations of coring wells and outcroPs in the northeastern Sichuan Basin

樣品最好選取中、粗砂巖，樣品經(jīng)破碎、過(guò)篩（＜300μm）后進(jìn)行重液和Frantz磁選分離得到磷灰石和鋯石礦物顆粒。礦物（U-Th）/He年齡測(cè)試在澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院（CSIRO）進(jìn)行。主要分4個(gè)步驟進(jìn)行：1）樣品挑選和制備；2）礦物晶體釋氣和4He濃度測(cè)定；3）U，Th含量測(cè)試；4）He年齡計(jì)算和校正。首先在160倍雙目鏡下從分選出來(lái)的重礦物精礦中挑選1～5顆自形磷灰石/鋯石晶體，挑選時(shí)盡量確保磷灰石/鋯石晶體不含包裹體或使包裹體大小在10μm內(nèi)，用校正過(guò)的數(shù)碼相機(jī)至少在兩個(gè)方向上對(duì)晶體的形狀、大小尺寸進(jìn)行測(cè)量，以便在計(jì)算年齡時(shí)進(jìn)行α發(fā)射效應(yīng)校正[26]。用1～5W的連續(xù)Nd-YAG激光束或5～15W的CO2激光束將放入真空箔中的單顆粒礦物晶體加熱約3 min（磷灰石）或20 min（鋯石）以提取4He。晶體釋氣通過(guò)連續(xù)的反復(fù)加熱實(shí)現(xiàn)（磷灰石晶體只需一次加熱即可）。在提取出來(lái)的4He中加入約0.4×10-12mol的3He，通過(guò)吸氣器在16 K和37 K低溫條件下對(duì)4He和3He分別進(jìn)行聚集、純化后，利用四極場(chǎng)質(zhì)譜儀測(cè)定3He/4He。將測(cè)試完3He/4He后的樣品放入經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的229Th和233U溶液，然后將磷灰石樣品在濃度約為30%的HNO3中溶解，將鋯石置于HF和HNO3溶液中溶解，再用H3BO3去除氟化物，最后測(cè)量238U/233U和232Th/229Th比值。所有樣品He年齡最后均進(jìn)行α發(fā)射效應(yīng)校正[26]。本次測(cè)試He年齡數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2 熱史動(dòng)態(tài)演化反演

礦物顆粒（U-Th）/He年齡就是指巖石冷卻到相應(yīng)礦物從（U-Th）/He體系封閉到現(xiàn)在的時(shí)間，所以，該方法不適用于持續(xù)沉降性盆地，適用于多期抬升剝蝕沉積盆地。礦物（U-Th）/He年齡反映礦物所經(jīng)受的最后一期封閉溫度，即其記錄的是礦物經(jīng)歷封閉溫度后的構(gòu)造演化歷史。當(dāng)

沉積盆地處于抬升階段，巖石冷卻到鋯石封閉溫度之前時(shí)，鋯石和磷灰石（U-Th）/He體系都處于開(kāi)放體系；當(dāng)巖石冷卻進(jìn)入鋯石封閉溫度時(shí)，鋯石（U-Th）/He體系進(jìn)入封閉體系，該“時(shí)鐘”效應(yīng)開(kāi)始啟動(dòng)，磷灰石（U-Th）/He體系處于開(kāi)放體系；當(dāng)巖石冷卻進(jìn)入磷灰石封閉溫度時(shí)，鋯石和磷灰石（U-Th）/He體系都處于封閉體系，磷灰石“時(shí)鐘”效應(yīng)也開(kāi)始啟動(dòng)。利用雙“時(shí)鐘”啟動(dòng)的時(shí)間差、封閉溫度差以及地溫梯度，就可以揭示該地區(qū)時(shí)間-溫度的動(dòng)態(tài)演化歷程以及剝蝕速率和降溫速率。

表1 川東北地區(qū)磷灰石和鋯石（U-Th）/He年齡原始測(cè)試數(shù)據(jù)Fig.1 O riginal testing data of（U-Th）/He ages of apatite and zircon in the northeastern Sichuan Basin

2.1 磷灰石（U-Th）/He年齡及意義

普光、毛壩地區(qū)T3x—J2s鉆井砂巖以及通江諾水河2d—K1c野外露頭樣品磷灰石He年齡均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樣品沉積年齡，表明磷灰石都進(jìn)入了封閉溫度和封閉體系。隨埋藏深度或現(xiàn)今實(shí)測(cè)地層溫度的增大，磷灰石He年齡逐漸減?。▓D2），即地層時(shí)代越新，磷灰石He年齡愈大，均體現(xiàn)了典型的磷灰石經(jīng)歷封閉溫度之后的（U-Th）/He年齡的演化規(guī)律。He年齡隨溫度演化剖面反映出該區(qū)磷灰石（U-Th）/He年齡的封閉溫度約為85℃左右，深度大約為3 250 m，此時(shí)He年齡接近為零。

從表1中可以看出，普光、毛壩地區(qū)T3x—J2s鉆井巖心樣品磷灰石的He年齡為0.4～40.5 Ma，平均值為1.5～25.9 Ma，隨樣品時(shí)代變老，磷灰石He年齡逐漸變小，這與地層年代越新，抬升剝蝕時(shí)間越早是一致的。通江諾水河野外露頭剖面樣品磷灰石的He年齡也均遠(yuǎn)小于樣品沉積時(shí)代年齡（表1），總體上與樣品海拔高度存在正相關(guān)，表明控制樣品He年齡分布的因素是海拔高度。

圖2 川東北磷灰石（U-Th）/He年齡與現(xiàn)今埋藏深度、現(xiàn)今地層溫度的關(guān)系Fig.2 RelationshiPbetween the（U-Th）/He age of aPatite and the Present burial dePth and formation temPerature in the northeastern Sichuan Basin（地溫梯度為每百米2.041℃；為年齡平均值）

普光5井J2s地層樣品He年齡平均值是25.9 Ma，表明該地層在25.9 Ma左右抬升至磷灰石的He封閉溫度；普光5井J2q地層樣品的He年齡平均值為9.5 Ma，該地層在新近紀(jì)抬升至磷灰石的He封閉溫度；而普光5井T3x地層則在第四紀(jì)時(shí)期才抬升至磷灰石的He封閉溫度。毛壩3井和普光2井T3x地層He年齡平均值分別為9.7，2.4 Ma。而通江諾水河剖面樣品的He年齡分布在20.4～51.4 Ma，平均值為20.4～38.9 Ma，在此期間發(fā)生抬升直至地表，經(jīng)歷了磷灰石He封閉溫度，說(shuō)明川東北地區(qū)上述地層在第三紀(jì)—第四紀(jì)（0～40 Ma）期間發(fā)生了重大抬升剝蝕事件，使地溫逐漸降低到磷灰石He封閉溫度（85℃），直至達(dá)到現(xiàn)今地溫，與青藏高原隆升引發(fā)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在四川盆地的響應(yīng)有關(guān)[27]。

2.2 鋯石（U-Th）/He年齡及意義

當(dāng)?shù)V物顆粒（U-Th）/He年齡大于樣品沉積年齡時(shí)，樣品最大埋藏溫度沒(méi)有超過(guò)鋯石（UTh）/He封閉溫度，鋯石顆粒沒(méi)有經(jīng)歷盆地最后一期熱事件的重置或熱重置不完全（殘留有先前U，Th反應(yīng)生成的He），說(shuō)明鋯石顆粒來(lái)源于沉積區(qū)外，He年齡指示了物源區(qū)域遭受剝蝕時(shí)間，可根據(jù)其他相關(guān)資料和古水系發(fā)育以及物源搬運(yùn)情況可以判斷碎屑巖的物源區(qū)域。

川東北地區(qū)部分鋯石顆粒（U-Th）/He年齡大于樣品沉積年齡，隨埋藏深度增加，鋯石He年齡逐漸小于地層年齡（圖3）。當(dāng)樣品海拔深度達(dá)到2 900 m（埋藏深度達(dá)到3 200 m）時(shí)，He年齡小于地層年齡，說(shuō)明只有當(dāng)樣品埋藏深度達(dá)到3 200m左右，才能經(jīng)歷鋯石（U-Th）/He封閉溫度。

由鉆井巖心鋯石（U-Th）/He年齡來(lái)看，大于樣品沉積年齡的He年齡數(shù)據(jù)分布在214.5～251.9 Ma，由此可見(jiàn)這些鋯石顆粒在三疊紀(jì)經(jīng)歷了（U-Th）/He封閉溫度，表明物源區(qū)在三疊紀(jì)部分鋯石顆粒達(dá)到了封閉溫度，這些鋯石顆粒來(lái)自于更老時(shí)代的地層，與前人[23，28]得出的川東北地區(qū)自晚二疊系大地?zé)崃髦狄约扮R質(zhì)體反射率逐漸降低的結(jié)論是一致的。

圖3 川東北地區(qū)鋯石（U-Th）/He年齡與海拔深度和溫度的關(guān)系Fig.3 RelationshiPbetween the（U-Th）/He age of zircon and the burial dePth and temPerature in the northeastern Sichuan Basin（實(shí)線為地層年齡；左圖為通江諾水河剖面露頭樣品；右圖為普光地區(qū)鉆井樣品。）

圖4 川東北普光、毛壩氣田鉆井樣品年代與鋯石（U-Th）/He年齡的關(guān)系Fig.4 RelationshiPbetween the core samPle dating and the（U-Th）/He age of zircon in Puguang and Maoba gasfields in the northeastern Sichuan Basin

普光、毛壩地區(qū)T3x—J2s鉆井砂巖樣品鋯石（U-Th）/He年齡變化范圍相當(dāng)寬，單顆粒年齡介于49.9～251.9 Ma，主要分布在50～80，130～215和246～252 Ma 3個(gè)巖屑群內(nèi)（圖4）。巖屑群Ⅰ中的鋯石（U-Th）/He年齡50～80 Ma小于實(shí)際地層年齡，巖屑群Ⅱ內(nèi)130～215 Ma則與實(shí)際地層沉積年齡相當(dāng)，而巖屑群Ⅲ內(nèi)246～252 Ma大于實(shí)際地層沉積年齡。巖屑群Ⅰ和巖屑群Ⅱ中He年齡小于地層年齡的部分樣品現(xiàn)今埋藏深度為2 500～3 400 m，現(xiàn)今地溫為75～89℃（圖2），包裹體最高古地溫約為150～170℃①秦建中.中國(guó)海相碳酸鹽巖層系生烴條件與生烴史分析.中國(guó)石化勘探開(kāi)發(fā)研究院，2007，正好處于鋯石（U-Th）/He封閉溫度附近，因此可能經(jīng)歷了鋯石He封閉溫度。

根據(jù)川東北普光5井、普光2井、毛壩3井等鉆井巖心和通江諾水河剖面露頭樣品磷灰石和鋯石（U-Th）/He年齡，普光5井等樣品磷灰石（U-Th）/He封閉年齡均小于地層沉積年齡，在0～40 Ma之間均經(jīng)歷過(guò)70～85℃的磷灰石He封閉溫度，而鋯石（U-Th）/He封閉年齡多接近或大于地層年齡，只有近3 200 m左右的部分樣品小于地層年齡，即3 200 m以上的中生界樣品尚未經(jīng)歷過(guò)170～190℃的鋯石He封閉溫度，可能也只有埋深3 200m以下的部分樣品進(jìn)入鋯石（U-Th）/He封閉溫度，這與根據(jù)普光、毛壩T3x—J2s巖心樣品的鏡質(zhì)體反射率和伊利石結(jié)晶度以及包裹體的最高均一溫度得出的結(jié)論是一致的（圖6）。在現(xiàn)今埋藏深度大于3 200 m，伊利石結(jié)晶度小于0.42°（Δ2θ）的晚成巖后期作用階段，BRo或VRo約大于2%；最大埋藏溫度或最高包裹體均一溫度（晚期，每百米地溫梯度為2.26℃）大于184℃，說(shuō)明深度大于3 200m的樣品基本上都經(jīng)歷鋯石He封閉溫度。

根據(jù)普光、毛壩地區(qū)T3x—J2s鉆井砂巖巖屑群Ⅰ中的鋯石（U-Th）/He主峰區(qū)年齡（50～80 Ma）與通江諾水河野外露頭剖面c—O1m地層樣品的鋯石（U-Th）/He年齡（104.0～154.3 Ma）可以大致推算出川東北地區(qū)可能在晚侏羅世就開(kāi)始抬升，與杜春國(guó)（2006）[29]通過(guò)波動(dòng)分析得出宣漢-達(dá)縣主要?jiǎng)兾g時(shí)期為晚印支期—晚燕山期是一致的。考慮到川東北地區(qū)巖漿活動(dòng)微弱，因此本區(qū)熱演化地溫變化應(yīng)主要與構(gòu)造活動(dòng)（抬升剝蝕）有關(guān)。

圖5 川東北通江諾水河露頭剖面樣品年代與鋯石（U-Th）/He年齡的關(guān)系Fig.5 RelationshiPbetween the outcroP samPle dating and the（U-Th）/He age of zircon in Nuoshuihe of Tongjiang area in the northeastern Sichuan Basin

圖6 川東北地區(qū)中、古生界地層熱演化剖面Fig.6 Profiles showing thermal evolution of the Mesozoic and Paleozoic formations in the northeastern Sichuan Basin

2.3 川東北地區(qū)剝蝕歷史恢復(fù)

目前（U-Th）/He方法主要用于造山帶冷卻歷史的研究，用于沉積盆地?zé)崾返难芯繕O少，這主要是由于成盆和造山的熱演化歷史是完全不同的過(guò)程，造山帶主要是冷卻歷史，而沉積盆地則是以加熱歷史為主導(dǎo)，間或有部分冷卻歷史（抬升剝蝕），從而使得沉積盆地的熱史研究相對(duì)復(fù)雜。前人利用（U-Th）/He低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)來(lái)推算造山帶剝露速率的方法有：1）剝露速率=冷卻速率/地溫梯度，該方法常用來(lái)求取區(qū)域平均剝露速率，但在實(shí)際應(yīng)用中古地溫梯度取值和熱史模擬的準(zhǔn)確性對(duì)剝露速率的計(jì)算影響很大[30，31]；2）礦物對(duì)法，這種方法利用同一定年體系對(duì)同一巖石中兩種不同的礦物進(jìn)行定年分析，剝露速率=不同礦物的封閉溫度所對(duì)應(yīng)的深度差/不同礦物的封閉年齡差，要求在地質(zhì)歷史時(shí)期古地溫梯度不變；3）年齡高程法，剝露速率=垂直剖面上兩個(gè)樣品的高差/兩個(gè)樣品封閉年齡差，該方法適合于垂直采樣，包括鉆井及地表垂直剖面采樣[32]； 4）解析方法（Turcotte法，Stiiwe法，Mancktelow法）[33～35]；5）譜分析法[36]；6）Pecube三維模擬法[37]。其中前3種方法為傳統(tǒng)計(jì)算方法，后3種方法基于計(jì)算機(jī)和數(shù)值模擬。在使用的過(guò)程中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況和需要選擇。沉積盆地中地層剝蝕速率和剝蝕量的計(jì)算也可參照上述方法。

從上述磷灰石的He年齡數(shù)據(jù)可以得到普光-毛壩地區(qū)在第三紀(jì)至第四紀(jì)（1.5～38.9 Ma）處于冷卻抬升剝蝕的主要時(shí)期，與熱史模擬結(jié)果是一致的。假使該區(qū)在地質(zhì)歷史時(shí)期古地溫梯度恒定，從磷灰石He年齡與海拔高程的關(guān)系（圖7）來(lái)看，利用年齡高程法推算出此期間的剝蝕速率約為74.8～172.5 m/Ma，平均約為121.8 m/Ma，大致相當(dāng)于2.48℃/Ma平均降溫速率。同時(shí)，在此期間的抬升剝蝕厚度約為2 800～3 000 m，與秦建中①秦建中.中國(guó)海相碳酸鹽巖層系生烴條件與生烴史分析.中國(guó)石化勘探開(kāi)發(fā)研究院，2007根據(jù)鏡質(zhì)體反射率和包裹體均一溫度所得出的剝蝕厚度在3 000 m以上的結(jié)論是基本吻合的。

根據(jù)鋯石He年齡數(shù)據(jù)可以得到該區(qū)在晚侏羅世—古近紀(jì)期間（50～154.3 Ma）處于抬升剝蝕的狀態(tài)。假使該區(qū)在地質(zhì)歷史時(shí)期古地溫梯度恒定，從鋯石He年齡與海拔高程的關(guān)系（圖7）來(lái)看，利用年齡高程法推算出此期間的剝蝕速率約為13.5～59.5 m/Ma，平均約為33.8 m/Ma，大致相當(dāng)于0.7℃/Ma平均降溫速率。通江地區(qū)在晚侏羅世—早第三紀(jì)期間剝蝕速率約為1.8～11.4 m/Ma，平均約為5.6 m/Ma，大致相當(dāng)于0.11℃/Ma平均降溫速率，說(shuō)明川東北在晚侏羅世—古近紀(jì)處于緩慢抬升剝蝕階段。

圖7 川東北地區(qū)低溫He年齡與海拔圖解Fig.7 Diagram showing low-temPerature He ages and altitude in the northeastern Sichuan Basin

2.4 川東北地區(qū)熱史動(dòng)態(tài)演化

不同熱史路徑的磷灰石和鋯石He年齡的演化特征的差異性是進(jìn)行恢復(fù)熱史的基礎(chǔ)。根據(jù)磷灰石和鋯石封閉溫度與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以反演沉積盆地在70～200℃范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)熱演化歷史。隨埋藏深度或?qū)崪y(cè)地層溫度增大，川東北地區(qū)，普光5井、露頭剖面等樣品磷灰石He年齡逐漸減小，都經(jīng)歷了磷灰石He封閉溫度（表2）。當(dāng)埋藏深度小于3 200 m時(shí)，樣品鋯石He年齡大于地層年齡，未經(jīng)歷鋯石封閉溫度，而在埋藏深度大于3 200 m時(shí)，樣品鋯石He年齡小于或接近地層年齡，經(jīng)歷了鋯石封閉溫度。所以，當(dāng)普光5井、毛壩3井等鉆井巖心和通江野外露頭樣品在178.0 Ma之前時(shí)，古地溫大于170～190℃；隨后地層抬升，古地溫下降，當(dāng)樣品在40.5～178.0 Ma之間時(shí)，古地溫在85～170℃之間；當(dāng)樣品在0～40.5 Ma時(shí)，現(xiàn)今地溫小于85℃。

3 認(rèn)識(shí)與討論

1）初步建立了磷灰石He年齡-深度/溫度動(dòng)態(tài)演化模式并得出了該地區(qū)磷灰石（U-Th）/He年齡的封閉溫度為85℃。普光-毛壩地區(qū)鉆井巖心以及通江露頭樣品隨埋深增大或時(shí)代變老，磷灰石He年齡逐漸減小。該區(qū)在第三紀(jì)—第四紀(jì)期間發(fā)生了重大抬升剝蝕，地溫逐漸降低到磷灰石He封閉溫度，直至達(dá)到現(xiàn)今溫度。

2）普光5井等3 200 m以上樣品在0～40 Ma之間均經(jīng)歷過(guò)70～85℃的磷灰石He封閉溫度，未經(jīng)歷過(guò)170～190℃的鋯石He封閉溫度，可能只有近3 200 m以下樣品接近鋯石（U-Th）/He封閉溫度。大致推算出川東北地區(qū)可能在晚侏羅世就開(kāi)始抬升，普光-毛壩地區(qū)在中侏羅世—早白堊世期間以及通江地區(qū)在晚侏羅世—早白堊世處于緩慢抬升剝蝕狀態(tài)，普光-毛壩地區(qū)抬升剝蝕開(kāi)始時(shí)間要早于通江地區(qū)。

3）埋藏深度小于3 200 m，樣品經(jīng)歷了磷灰石封閉溫度，未經(jīng)歷鋯石封閉溫度，當(dāng)埋藏深度大于3 200 m時(shí)，樣品先后經(jīng)歷了鋯石和磷灰石封閉溫度。普光-毛壩地區(qū)在第三紀(jì)至第四紀(jì)處于冷卻抬升剝蝕的主要時(shí)期，剝蝕速率約為74.8～172.5 m/Ma，平均約為121.8 m/Ma（2.48℃/Ma降溫速率），剝蝕厚度約為2 800～3 000 m。

4）對(duì)He年齡定量模擬揭示了川東北動(dòng)態(tài)熱演化歷程，川東北T3x—J2s鉆井巖心、通江諾水河剖面1c—O1m和J2s—K1c層位樣品在178 Ma之前，古地溫大于170～190℃，部分樣品經(jīng)歷了鋯石封閉溫度，隨后地層繼續(xù)抬升，古地溫下降；當(dāng)樣品在40.5～178.0 Ma之間時(shí)，古地溫在85～170℃之間；當(dāng)樣品在0～40.5 Ma時(shí)，現(xiàn)今地溫小于85℃，全部樣品都經(jīng)歷了磷灰石封閉溫度。

5）（U-Th）/He定年體系是一個(gè)封閉體系，理想情況下礦物晶體中的He全部來(lái)自自身U，Th放射性同位素的衰變，既無(wú)繼承He和外來(lái)He也無(wú)He的丟失。任何破壞礦物顆粒封閉性的因素均會(huì)影響He年齡的準(zhǔn)確性，破壞礦物封閉體系的外因主要有構(gòu)造活動(dòng)、巖漿作用、熱作用、變質(zhì)作用等。而α粒子的運(yùn)移距離、He的擴(kuò)散行為、粒徑、礦物包裹以及礦物顆粒的來(lái)源等為主要內(nèi)因。特別要注意礦物中包裹體對(duì)He年齡的影響（尤其是對(duì)磷灰石樣品的影響）。磷灰石礦物中往往有許多U，Th含量很高的小包體，造成顆粒中He過(guò)剩從而使年齡值偏大。理論上磷灰石的包裹體在顯微鏡下很容易識(shí)別出來(lái)，但實(shí)際情況往往是很難在鏡下挑選出完全沒(méi)有包裹體的磷灰石顆粒，這可能是造成同一個(gè)樣品中不同顆粒He年齡有時(shí)會(huì)有較大差異的主要原因。另外礦物顆粒來(lái)源和成因不同，He擴(kuò)散速率和程度不同；或經(jīng)歷不同的熱事件造成礦物顆粒后期熱重置不完全（殘留有先前U，Th反應(yīng)生成的He），也是造成同一個(gè)樣品中不同顆粒的He年齡有時(shí)會(huì)有較大差異的原因。因此在做He定年分析之前，要先對(duì)磷灰石、鋯石進(jìn)行分類(lèi)及形態(tài)研究等。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能地挑選無(wú)包裹體的礦物顆粒。

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表2 川東北普光、通江地區(qū)樣品磷灰石、鋯石（U-Th）/He年齡與所經(jīng)歷的溫度Tab le 2 （U-Th）/He ages of apatite and zircon and historical tem peratures of sam p les from Puguang and Tongjiang areas in the northeastern Sichuan Basin

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（編輯 高 巖）

New paleo-geothermometers for the inversion of dynam ic thermal evolution history ofmarine sequences in South China—（U-Th）/He age and closure temPerature of aPatite and zircon

Qin Jianzhong1，Wang Jie1，Qiu Nansheng2，Brent McInnes3and Tao Cheng1

（1.Wuxi Branch of SINOPEC Petroleum Exploration and Production Research Institute，Wuxi，Jiangsu 214151，China；2.National Laboratory for Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.CSIRO Earth Science＆Resource Engineering，P.O.Box 1130，Bentley WA 6102，Australia）

（U-Th）/He dating of aPatite and zircon is Performed on eleven core and outcroP samPles from the Puguang-Maoba and Tongjiang areas in northeastern Sichuan Basin and the results are used to establish a dynamic evolution Pattern for He age and dePth/temPerature.The closure temPerature of the He in aPatite in this area is at85℃.The drilling core samPles exPerienced the same thermal evolution history with the outcroP sam-Ples in the northeastern Sichuan Basin，where the Tertiary and the Quaternary were themain Periods of cooling，uPlifting and denudation.During these Periods，the denudation rate was about 74.8-172.5 m/Ma，the maximum denudation thicknesswas2 800-3 000 m，the earth temPerature gradually reduced to helium closure tem-Perature of aPatite，and finally to the current temPerature.All these were related to the reaction of the SichuanBasin to a new tectonicmovement caused by the uPlifting of the Qinghai-Tibet Plateau.Cores samPled from the Mesozoic with a dePth of less than 3 200m in Well Puguan-5 did not undergo the closure temPerature of zircon，only those gathered from a dePth ofmore than 3 200 m might exPerience the closure temPerature of zircon，but all the samPles underwent the closure temPerature of aPatite.（U-Th）/He ages of zircon indicate thatuPlifting in the northeastern Sichuan Basin began in the Late Jurassic.During the Late Jurassic-Early Cretaceous，both the Puguang-Maoba area and the Tongjiang area were in gradual uPlifting and denudation，but the uPlifting and denudation in the Puguang-Maoba area began earlier than that in the Tongjiang area.（U-Th）/He ages and closure temPeratures of aPatite and zircon reveal the dynamic evolution of thermal history in the study area.Before 178Ma，the Palaeo-geotemPerature of the study area was above 170-190℃，but lowered later along with the continuous uPlifting.Itwas in the range of 85-170℃during the 40.5 Ma-178 Ma，and has lowered to less than 85℃at Present.

（U-Th）/He age，closure temPerature，uPlift and denudation，dynamic evolution of thermal history，thermal history simulation，marine sequence in South China

TE122.1

A

0253-9985（2010）03-0277-11

2010-03-31。

秦建中（1957—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，油氣地球化學(xué)與石油地質(zhì)。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目（2005CB422102）；國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)（2008ZX05005-01-02）。