低溫?zé)崮甏鷮W(xué)方法及其在疊合盆地構(gòu)造－熱演化研究中的應(yīng)用

周 雁，李天義，何 生，何治亮，樊德華，楊興業(yè)

（1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 構(gòu)造與沉積儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430074）

近年來(lái)，疊合盆地海相油氣是中國(guó)油氣勘查重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一。然而中國(guó)海相地層多賦存于多旋回疊合盆地、疊加盆地或殘留盆地中，其深層海相油氣勘探面臨諸多挑戰(zhàn)。其重點(diǎn)和難點(diǎn)之一在于中生代、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加、改造過(guò)程中，后期復(fù)雜的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換、構(gòu)造疊加及古地溫演化控制下海相油氣藏形成演化、改造和保存問(wèn)題。然而，目前對(duì)該類(lèi)型盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)間、熱史的認(rèn)識(shí)主要局限于傳統(tǒng)的地層對(duì)比、有機(jī)地球化學(xué)及盆地模擬，缺少直接的熱年代學(xué)證據(jù)。低溫?zé)崮甏鷮W(xué)2種測(cè)試分析方法、3種常用分析礦物及其相對(duì)應(yīng)的熱史反演技術(shù)，能夠有效地記錄古溫度從240℃到40℃熱演化過(guò)程中地質(zhì)體所經(jīng)歷的溫度和時(shí)間兩方面信息，有望為疊合盆地構(gòu)造－熱演化史研究提供直接的定量低溫?zé)崮甏鷮W(xué)證據(jù)，進(jìn)一步為疊合盆地海相油氣勘探提供依據(jù)。

1 低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究進(jìn)展

低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡技術(shù)（low temperature thermochronology）是近年來(lái)地質(zhì)年代學(xué)研究的重要分支和前沿領(lǐng)域，其研究領(lǐng)域主要包括裂變徑跡測(cè)齡和（U－Th）／He兩種測(cè)齡手段，測(cè)試的目標(biāo)礦物主要包括磷灰石、鋯石和榍石。由于其研究成果能夠給近地表（深度＜7km）地質(zhì)、流體事件提供時(shí)間和溫度2方面的約束（圖1），其研究成果被廣泛地應(yīng)用在沉積盆地物源、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)間、剝蝕量恢復(fù)、斷裂帶及熱流體活動(dòng)、盆地古地溫演化及烴源巖成熟、生排烴研究中[1－8]。

圖1 低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡技術(shù)原理、測(cè)試對(duì)象及應(yīng)用示意圖Fig.1 The theory，analysis targets and application of the low temperature thermochronology

1.1 裂變徑跡測(cè)齡技術(shù)研究進(jìn)展

裂變徑跡測(cè)齡是建立在礦物238U自發(fā)裂變并對(duì)載體礦物輻射損傷的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析礦物中自發(fā)徑跡密度與238U含量發(fā)展而來(lái)的同位素測(cè)齡。不同于常規(guī)的有機(jī)地球化學(xué)分析方法，裂變徑跡測(cè)齡可能有效地記錄地質(zhì)體演化過(guò)程中的古地溫及經(jīng)歷該溫度的時(shí)間，可以有效地重塑近地表3～5km深度的古地溫演化過(guò)程。前人針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用做出了巨大的貢獻(xiàn)和努力，研究成果在造山帶隆升、構(gòu)造抬升演化及沉積盆地?zé)崾贩治龊陀蜌饪碧降确矫姹粡V泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著對(duì)磷灰石裂變徑跡基礎(chǔ)研究的日趨深入，在激光剝蝕－ICPMS裂變徑跡測(cè)齡[9，10]、裂變徑跡退火動(dòng)力學(xué)及主要影響因素[11－13]、對(duì)封閉徑跡長(zhǎng)度的研究與退火性能的認(rèn)識(shí)[10，12]及多元退火模型[14－16]等方面取得了較大的突破。

傳統(tǒng)的裂變徑跡測(cè)試方法主要采用外探測(cè)器法[17，18]，通常利用低鈾含量的白云母作為外探測(cè)器。將白云母片緊貼拋光后的礦物表面，通過(guò)熱中子輻照使顆粒中235U發(fā)生裂變，外探測(cè)器則記錄235U裂變產(chǎn)生的徑跡（誘發(fā)裂變徑跡）。但是，由于輻照周期相對(duì)較長(zhǎng)；另外，對(duì)中子通量檢測(cè)、238U總衰變常數(shù)很難準(zhǔn)確確定等諸多方面因素的不確定性，嚴(yán)重制約了裂變徑跡測(cè)齡的發(fā)展。

早期激光剝蝕－電感耦合等離子體質(zhì)譜分析（La－ICP－MS）在地學(xué)領(lǐng)域主要應(yīng)用于微量元素分析和鋯石原位U／Pb測(cè)齡。隨著該技術(shù)的發(fā)展和不斷完善，實(shí)現(xiàn)了低U含量礦物磷灰石顆粒238U含量的直接測(cè)量[9]。Hasebe等（2004）提出直接利用該方法進(jìn)行磷灰石裂變徑跡測(cè)齡。即在對(duì)磷灰石進(jìn)行蝕刻和自發(fā)裂變徑跡數(shù)目統(tǒng)計(jì)之后，使用La－ICP－MS技術(shù)直接進(jìn)行238U含量的測(cè)試，以用于年齡計(jì)算。激光剝蝕－ICP－MS法測(cè)定磷灰石裂變徑跡表觀年齡過(guò)程中，省去給礦物加白云母片外探測(cè)器、熱中子輻照、對(duì)外探測(cè)器的蝕刻、自發(fā)徑跡與誘發(fā)徑跡鏡像位置矯正、誘發(fā)徑跡統(tǒng)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)玻璃徑跡統(tǒng)計(jì)等諸多程序，比外探測(cè)器法步驟更為簡(jiǎn)單、更容易操作，也極大地縮短了樣品測(cè)試分析的周期。激光剝蝕－ICP－MS法測(cè)定裂變徑跡表觀年齡可能成為裂變徑跡測(cè)試分析的主流方法。

裂變徑跡技術(shù)發(fā)展初期，一般均假設(shè)磷灰石具有相似的退火性質(zhì)；同時(shí)認(rèn)為在相同溫度條件下，裂變徑跡退火行為也一致。在這一前提下，根據(jù)徑跡長(zhǎng)度和退火條件（溫度、時(shí)間）的關(guān)系，建立諸多數(shù)學(xué)模型。然而，自首次報(bào)道裂變徑跡退火速率與磷灰石的成分（Cl、F含量）有關(guān)后，大量研究逐漸重視了其退火動(dòng)力學(xué)過(guò)程。逐漸認(rèn)識(shí)到裂變徑跡退火除主要受控于溫度和時(shí)間外，還受磷灰石成分、磷灰石蝕刻特征（Dpar）等影響；部分學(xué)者還認(rèn)為徑跡退火與壓力也有一定的關(guān)系。

早期裂變徑跡退火模型均假設(shè)裂變徑跡具有相似退火行為的基礎(chǔ)，并在這一假設(shè)前提下通過(guò)建立了諸多封閉徑跡長(zhǎng)度分布與溫度、時(shí)間之間的數(shù)學(xué)模型。然而，隨著對(duì)裂變徑跡退火動(dòng)力學(xué)條件及其影響因素研究的不斷深入，這一假設(shè)不再成立，由此逐漸發(fā)展了對(duì)不同類(lèi)型的裂變徑跡混合模擬的多元?jiǎng)恿W(xué)退火模型。

給定一組擬合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，所有的裂變徑跡退火模型都只能描述一種相應(yīng)類(lèi)型的裂變徑跡退火動(dòng)力學(xué)過(guò)程。如所述，不同類(lèi)型的磷灰石由于退火動(dòng)力學(xué)性質(zhì)差異，裂變徑跡退火動(dòng)力學(xué)特征會(huì)有較大的差異，封閉溫度隨著磷灰石退火動(dòng)力學(xué)參數(shù)的不同而存在顯著差異。與以前的模型相比，多元?jiǎng)恿W(xué)退火模型按照退火動(dòng)力學(xué)參數(shù)的不同，將磷灰石分成多個(gè)具有不同動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的系列，然后對(duì)這些不同的系列分別進(jìn)行模擬。以前的模擬為單一動(dòng)力學(xué)成分模擬，即假定研究對(duì)象的動(dòng)力學(xué)行為與相應(yīng)模型所參考的磷灰石的動(dòng)力學(xué)行為一致。

1.2 （U－Th）／He測(cè)齡技術(shù)及研究進(jìn)展

（U－Th）／He熱年代學(xué)是低溫?zé)崮甏鷮W(xué)近些年來(lái)發(fā)展的重要領(lǐng)域和新測(cè)試分析手段，它反映的溫度低、測(cè)量精確度高，在研究中越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用[19－22]。（U－Th）／He測(cè)齡是利用放射性元素衰變產(chǎn)生He來(lái)進(jìn)行的，而礦物中尤其是磷灰石中的He，主要來(lái)源于238U、235U和232Th的衰變。該方法早在20世紀(jì)初就被用于巖石的年齡測(cè)定，在后來(lái)的幾十年里，人們發(fā)現(xiàn)He在礦物中的保存性相差很大，該方法得到的地質(zhì)年齡往往小于實(shí)際年齡。隨著分析技術(shù)的發(fā)展和不斷改進(jìn)，前人對(duì)該方法重新產(chǎn)生興趣。Zeitler等（1987）指出（U－Th）／He是一個(gè)值得深入研究的低溫?zé)崮甏?jì)，掀起了對(duì)該方法的研究熱潮[23]。

通過(guò)磷灰石中He擴(kuò)散性的研究得出He的擴(kuò)散機(jī)制是體擴(kuò)散，前人通過(guò)大量的研究工作認(rèn)為磷灰石He的封閉溫度為75±5℃，He的部分保存區(qū)間為80～40℃[24－27]，比磷灰石裂變徑跡的封閉溫度低約35℃；并且用He的生成－擴(kuò)散方程模擬巖體在不同熱歷史時(shí)期的年齡演化，認(rèn)為該方程對(duì)冷卻歷史是敏感的。前人研究了長(zhǎng)α粒子停止距離對(duì)（U－Th）／He年齡的影響，并提出了校正方程[28]；同時(shí)，還系統(tǒng)分析了礦物顆粒大小對(duì)He年齡的影響，并在鋯石和榍石He測(cè)齡的研究方面取得了很大的進(jìn)展，共同促進(jìn)了該方法的發(fā)展和應(yīng)用[29－31]。近10年來(lái)，隨著對(duì)磷灰石和鋯石（U－Th）／He測(cè)齡技術(shù)的不斷認(rèn)識(shí)和深入，特別是激光加熱被廣泛地應(yīng)用于He提取[32]、U和Th含量測(cè)定[33，34]、礦物顆粒內(nèi)部U分布及α損傷對(duì)He年齡的影響[35－37]及顆粒年齡矯正方法[28，38]等方面認(rèn)識(shí)的深入，其封閉機(jī)理和影響因素逐漸清晰。

裂變徑跡法和（U－Th）／He法的聯(lián)合使用既為地質(zhì)體的演化歷史提供了較為精確的時(shí)間制約，也延伸了研究的深度范圍（圖1），使得近地表（深度＜7km）地質(zhì)事件都有連續(xù)的測(cè)齡技術(shù)，極大地拓寬了低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡在地質(zhì)體測(cè)齡、沉積盆地構(gòu)造－熱演化、構(gòu)造抬升剝蝕以及地形地貌演化和沉積物源研究等方面得到了廣泛的應(yīng)用[39－45]。

2 低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡在疊合盆地構(gòu)造熱演化研究中的應(yīng)用

2.1 在多旋回沉積區(qū)構(gòu)造－熱演化研究中的應(yīng)用

當(dāng)陽(yáng)復(fù)向斜位于中揚(yáng)子江漢平原區(qū)中西部，是在晚元古代變質(zhì)基底上發(fā)育的多期揚(yáng)子海疊加盆地的一部分，其中部和南部疊加了江漢盆地中生代－新生代覆蓋區(qū)的西緣。該區(qū)先后經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期以及喜馬拉雅期等演化階段，盆地類(lèi)型及性質(zhì)也發(fā)生多次改變。中三疊世末期，隨著華北板塊和揚(yáng)子板塊擠壓的逐漸增強(qiáng)，在前期克拉通海相沉積的基礎(chǔ)上，盆地轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)育薄煤層的前陸盆地（晚三疊世－侏羅紀(jì)）。晚白堊世以后，隨著研究區(qū)拉長(zhǎng)沉降，盆地逐漸發(fā)育含膏鹽沉積的內(nèi)陸斷陷盆地（晚白堊世－古近紀(jì)）和拗陷盆地（新近紀(jì)以后），形成了多套生儲(chǔ)蓋含油氣組合。本文以該區(qū)域?yàn)槔?，選取區(qū)內(nèi)典型海相鉆井建陽(yáng)1井系統(tǒng)取樣分析、討論低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡在多旋回沉積區(qū)構(gòu)造－熱演化研究中的應(yīng)用[46]。

2.1.1 鏡質(zhì)體反射率記錄的構(gòu)造－熱演化事件

鏡質(zhì)體反射率是沉積盆地內(nèi)部記錄沉積地層所經(jīng)歷的最高古地溫的最常規(guī)和有效的指標(biāo)和方法，隨著古地溫升高（埋深的增加）而增加。鏡質(zhì)體反射率有效地記錄了沉積地層經(jīng)歷的最高古地溫，且不因后期構(gòu)造抬升、地層冷卻而降低。因此，在后期溫度（埋深）沒(méi)有超過(guò)前期溫度的情況下，鏡質(zhì)體反射率能夠被用來(lái)恢復(fù)構(gòu)造抬升及地層的剝蝕厚度。

建陽(yáng)1井的鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系如圖2所示。該井鏡質(zhì)體反射率隨深度的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)“多段式”，明顯存在2處異常。第一處在深度約1 570m左右，下－中侏羅統(tǒng)與上覆上白堊統(tǒng)呈角度不整合接觸。不整合面之下的中－下侏羅統(tǒng)鏡質(zhì)體反射率在1.76%～2.28%之間，而不整合面之上的上白堊統(tǒng)鏡質(zhì)體反射率只有0.75%～0.81%。不整合面附近地層鏡質(zhì)體反射率差值約在1.0%，說(shuō)明在侏羅紀(jì)乃至早白堊世沉積后，研究區(qū)曾發(fā)生過(guò)一期大規(guī)模構(gòu)造抬升和地層剝蝕事件。通過(guò)鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)該井T3－J地層經(jīng)歷的最大古地溫為190～210℃（Easy Ro模型計(jì)算結(jié)果，Barker經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果更高[46]），剝蝕的中、上侏羅統(tǒng)或／和下白堊統(tǒng)厚度可能超過(guò)5 km。第二處深度約400m，古近系新溝咀組與新近系也呈角度不整合接觸。不整合面之下的古近系鏡質(zhì)體反射率變化范圍為0.64%～0.73%，而現(xiàn)今埋深卻僅400～840m，也可能是在古近紀(jì)沉積之后發(fā)生過(guò)一期相對(duì)較強(qiáng)的構(gòu)造抬升－地層剝蝕事件。

2.1.2 磷灰石裂變徑跡與構(gòu)造抬升事件分析

建陽(yáng)1井磷灰石裂變徑跡測(cè)試分析結(jié)果如表1和圖2所示。4個(gè)樣品磷灰石裂變徑跡表觀年齡在（46±3）～（9.8±0.7）Ma之間，古近系樣品年齡小于、中生代樣品遠(yuǎn)小于實(shí)際地層年齡。4個(gè)樣品徑跡長(zhǎng)度在12.4～10.5μm，屬于中等徑跡長(zhǎng)度。中等徑跡長(zhǎng)度及封閉徑跡長(zhǎng)度分布，說(shuō)明樣品在古近系沉積后曾長(zhǎng)期處于磷灰石部分退火帶或經(jīng)歷的熱史路徑相對(duì)較為復(fù)雜。從圖2可以看出，建陽(yáng)1井磷灰石裂變徑跡表觀年齡和徑跡長(zhǎng)度隨深度增加明顯減小，表明后期的埋深增溫可能是磷灰石裂變徑跡退火的主要因素。根據(jù)磷灰石裂變徑跡表觀年齡與深度的關(guān)系，結(jié)合研究區(qū)地層沉積和構(gòu)造抬升歷史，進(jìn)而可以估算古近紀(jì)以來(lái)2口鉆井中地層的平均剝蝕速率，估算結(jié)果分別為124～193m／Ma和124～223m／Ma[46]。

從封閉徑跡長(zhǎng)度分布特征來(lái)看，建陽(yáng)1井淺層L－01和 L－02樣品 P（χ2）值分別為 0.3%和2.4%，均小于5%，說(shuō)明其年齡是由2組或2組以上單顆粒年齡組成。另外，該樣品封閉徑跡長(zhǎng)度分布呈典型的雙峰型，短徑跡含量相對(duì)較多，由此可以確定樣品所經(jīng)歷最大溫度不超過(guò)120℃，古近紀(jì)以來(lái)埋深受熱未能造成磷灰石裂變徑跡的完全退火。通過(guò)古地溫反演該樣品的最大古地溫約為105℃，與相近深度鏡質(zhì)體反射率計(jì)算的最大古地溫（Easy Ro）基本一致[46]。

圖2 建陽(yáng)1井裂變徑跡測(cè)試結(jié)果、鏡質(zhì)體反射率與深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.2 The corresponding relationship between the result of fission track age dating，track length，vitrinite reflectance and depth of Well JY1

表1 中揚(yáng)子地區(qū)建陽(yáng)1井磷灰石和鋯石裂變徑跡測(cè)試結(jié)果Table1 The results of fission track age－dating of apatite and zircon from Well JY1in study area

該井深部上三疊統(tǒng)L－03和L－04樣品短徑跡含量明顯增加，長(zhǎng)徑跡含量相對(duì)減少，徑跡分布呈混合型；表觀年齡分別為23±2Ma和25±2Ma，對(duì)應(yīng)的P（χ2）值為87.9%和90.4%， 說(shuō)明其經(jīng)歷的最大溫度超過(guò)磷灰石封閉溫度（＞120℃），裂變徑跡發(fā)生表觀年齡記錄的最大古地溫為冷卻階段的溫度。取磷灰石裂變徑跡平均溫度90～100℃，古近紀(jì)以后古地溫度梯度30～35℃／km，結(jié)合新近系殘存地層厚度，推斷古近紀(jì)構(gòu)造抬升冷卻一直持續(xù)到新近紀(jì)。

2.1.3 鋯石裂變徑跡與構(gòu)造抬升事件分析

建陽(yáng)1井古近系樣品鋯石裂變徑跡測(cè)試分析表明（表1），L－09樣品表觀年齡為83±5Ma，遠(yuǎn)大于地層年齡（56～47Ma）。單顆粒表觀年齡和鈾含量分析結(jié)果也表明（圖3），無(wú)論鈾含量高低，該樣品單顆粒鋯石裂變徑跡年齡始終大于沉積地層年齡，說(shuō)明樣品沉積后鋯石裂變徑跡未發(fā)生退火，其年齡反映沉積物源信息。

建陽(yáng)1井L－10樣品鋯石裂變徑跡年齡為108±6Ma，P（χ2）檢驗(yàn)值為28.7%，說(shuō)明樣品均在早白堊世發(fā)生部分乃至完全退火。該樣品單顆粒鋯石裂變徑跡年齡與鈾含量分析結(jié)果則表明，鋯石高鈾含量與裂變徑跡年齡呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系；但無(wú)論鈾含量如何變化，單顆粒鋯石裂變徑跡年齡始終小于地層年齡，說(shuō)明樣品在早白堊世可能發(fā)生完全退火。該結(jié)果與建陽(yáng)1井鏡質(zhì)體反射率所記錄的構(gòu)造抬升事件相吻合。

2.2 在多期構(gòu)造抬升區(qū)構(gòu)造熱演化研究中的應(yīng)用

圖3 中揚(yáng)子地區(qū)建陽(yáng)1井單顆粒鋯石裂變徑跡年齡與鈾含量的關(guān)系圖Fig.3 The relationship between zircon single grain fission track age and uranium contents of Well JY1

中揚(yáng)子北緣京山地區(qū)位于揚(yáng)子板塊北緣、秦嶺大別造山帶與揚(yáng)子板塊交接復(fù)合部位。該區(qū)先后經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期及喜馬拉雅期等多期構(gòu)造－沉積演化，目前在研究區(qū)內(nèi)殘留的海相地層主要有上震旦統(tǒng)－下三疊統(tǒng)。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和宜隨地質(zhì)地球物理剖面[47]揭露的海相地層厚度約4.5km。區(qū)內(nèi)在古生代以海相碳酸鹽巖臺(tái)地沉積為主，構(gòu)造相對(duì)比較穩(wěn)定；中生代由于受晚三疊世至侏羅紀(jì)揚(yáng)子板塊與華北板塊擠壓碰撞的影響，地層抬升剝蝕強(qiáng)烈。晚白堊世沉積后，江漢平原區(qū)整體拉張沉降，而研究區(qū)沉積幅度較小乃至缺失該套地層沉積，整體表現(xiàn)為多期持續(xù)抬升剝蝕。本文以該區(qū)為例，選取野外志留系砂巖露頭樣品開(kāi)展裂變徑跡和（U－Th）／He年齡測(cè)試分析，探討低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡在多期構(gòu)造抬升區(qū)構(gòu)造熱演化研究中的應(yīng)用。

2.2.1 磷灰石裂變徑跡測(cè)試結(jié)果分析

本次測(cè)試的志留系T10樣品，其單顆粒裂變徑跡年齡和U含量分布如圖4所示。該樣品實(shí)測(cè)顆粒58個(gè)，遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)碎屑巖樣品測(cè)試顆粒數(shù)的要求，因此能夠更真實(shí)地反映樣品所經(jīng)歷的熱史信息。所測(cè)樣品動(dòng)力學(xué)參數(shù)（Dpar）分布在1.41～2.69μm，平均值為1.65μm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.40μm。樣品單顆粒年齡變化范圍在16.9～348.3Ma，池年齡為98.8Ma，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差為±3.8Ma，反映樣品在晚白堊世初期經(jīng)歷磷灰石裂變徑跡的封閉溫度帶（60～120℃）。單顆粒U的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為（2.22～80.65）×10－6，主要集中在（0～20）×10－6，平均值為14.84×10－6，標(biāo)準(zhǔn)差為0.26×10－6：?jiǎn)晤w粒磷灰石 U含量屬于中等水平。實(shí)測(cè)的185條封閉徑跡，徑跡長(zhǎng)度分布呈單峰型，封閉徑跡長(zhǎng)度為12.71±1.72μm（圖4），屬于中等長(zhǎng)度徑跡，說(shuō)明樣品所經(jīng)歷的古地溫演化過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)測(cè)定的第二組動(dòng)力學(xué)參數(shù)Dpar值為1.67±0.42μm，與第一組結(jié)果基本一致。

2.2.2 磷灰石和鋯石（U－Th）／He測(cè)試結(jié)果分析

圖4 T10磷灰石單顆粒裂變徑跡表觀年齡和U含量分布柱狀圖Fig.4 The single grain apatite fission track age and the U content column of Sample T10

本次測(cè)試的3個(gè)磷灰石顆粒長(zhǎng)度在122.5～138.0mm之間，顆粒半徑45.1～53.2mm，均達(dá)到磷灰石 （U－Th）／He的測(cè)試分析要求，對(duì)應(yīng)的FT校正系數(shù)分別為0.67、0.68和0.70[23，24]。樣品單顆粒FT校正年齡分別為57.6±3.6Ma、40.8±2.5Ma和89.3±5.5Ma，均反映晚白堊世以來(lái)研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)，樣品在此時(shí)期內(nèi)經(jīng)歷磷灰石（U－Th）／He封閉溫度為45～80℃（表2）。鋯石（U－Th）／He法所得2個(gè)單顆粒年齡差值相對(duì)較大。T10－4鋯石顆粒 He年齡僅為37.4±2.3Ma，遠(yuǎn)小于T10－5顆粒 He年齡（138.9±8.6 Ma）及磷灰石裂變徑跡和He年齡，究其原因可能是由于大量的α損傷造成的。從表2可以看出，T10－4顆粒 U 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高 達(dá)2 816.1×10－6，對(duì)應(yīng)的Th為1 014.7×10－6。如此高的 U和Th含量，對(duì)鋯石顆粒所造成的α損傷可能已經(jīng)嚴(yán)重影響或改變He在鋯石中擴(kuò)散行為，造成鋯石（U－Th）／He測(cè)得的年齡偏低[25，26]。而 T10－5顆粒U和Th的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為909.6×10－6和171.5×10－6，屬于正常的U含量，因此其所得的年齡（138.9Ma）代表樣品在早白堊世經(jīng)歷鋯石（U－Th）／He封閉溫度（160～200℃）。結(jié)合本文所獲得磷灰石裂變徑跡年齡（98.8±3.8Ma），說(shuō)明樣品及其所代表的志留系在早白堊世經(jīng)歷了一個(gè)大幅度冷卻過(guò)程。

2.2.3 裂變徑跡和（U－Th）／He熱史反演

利用低溫?zé)崮甏鷮W(xué)指標(biāo)反演是分析和研究地層所經(jīng)歷古地溫的最為有效手段和方法之一。通常情況是利用磷灰石裂變徑跡資料進(jìn)行反演，而本次研究中同時(shí)加入鋯石和磷灰石（U－Th）／He測(cè)試結(jié)果作為約束，能更加準(zhǔn)確地反映研究區(qū)地層所經(jīng)歷的古地溫演化過(guò)程。低溫?zé)崮甏鷮W(xué)熱史反演可以采用HeFTy1.6.7軟件，模擬結(jié)果采用蒙特卡羅逼近法與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比，其優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)不能確定抬升剝蝕或達(dá)到最大古地溫具體時(shí)間的地質(zhì)情況下，可以給出一個(gè)較大時(shí)間和溫度范圍，結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算和選擇更為合理的熱史演化路徑。

樣品T10熱史反演結(jié)果如圖5所示。研究區(qū)志留系在早白堊世以來(lái)先后經(jīng)歷了快－慢－較快的抬升冷卻過(guò)程，從160Ma B.P.至97Ma B.P.，地層溫度從160℃冷卻至68℃，降溫速率高達(dá)1.46℃／Ma；之后97Ma B.P.至52Ma B.P.，地層抬升冷卻速率變慢，古地溫降低至59℃，降溫速率約為0.20℃／Ma；在52Ma B.P.至現(xiàn)今，降溫速率逐漸增加，地層古地溫降低至19℃，對(duì)應(yīng)的降溫速率為0.77℃／Ma。這一結(jié)果跟江漢平原及周緣地區(qū)在晚侏羅世末期－早白堊世地層大幅度抬升冷卻、早白堊世－古近紀(jì)盆地拉張沉降和古近紀(jì)中期盆地內(nèi)隆起（通海口隆起）抬升剝蝕事件基本一致。結(jié)合前人對(duì)研究區(qū)古地溫梯度的研究成果，中生代平均古地溫為3.5℃／km，新生代盆地邊緣平均古地溫梯度為3.0℃／km，可以推斷研究區(qū)在晚侏羅世－早白堊世和古近紀(jì)以來(lái)的剝蝕厚度分別為～2.6km和1.3km。從研究區(qū)燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造抬升－地層剝蝕冷卻事件分析結(jié)果來(lái)看，晚侏羅世末期－早白堊世地層降溫幅度、冷卻速率及地層剝蝕厚度基本上都為古近紀(jì)以后的2倍左右，由此推斷研究區(qū)該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可能對(duì)海相油氣成藏改造影響最大。

表2 T10樣品磷灰石－鋯石（U－Th）／He測(cè)試分析結(jié)果Table2 The apatite and zircon（U－Th）／He analysis results of Sample T10

圖5 T10樣品磷灰石裂變徑跡－磷灰石、鋯石（U－Th）／He聯(lián)合反演古地溫演化圖Fig.5 The inversion paleo－thermal history of apatite－zircon（U－Th）／He by the low temperature thermochronology of Sample T10

3 結(jié)論

低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡技術(shù)是建立在同位素年代學(xué)分析技術(shù)上的構(gòu)造－熱年代學(xué)測(cè)齡技術(shù)，是地質(zhì)年代學(xué)研究的重要分支和前沿領(lǐng)域。近年來(lái)，裂變徑跡測(cè)齡在測(cè)試分析方法、徑跡退火動(dòng)力學(xué)及主要影響因素、封閉徑跡長(zhǎng)度及多元退火模型等方面取得了較大的突破；（U－Th）／He測(cè)齡在測(cè)試方法、理論認(rèn)識(shí)及應(yīng)用研究方面也取得突破性的進(jìn)展。裂變徑跡和（U－Th）／He相結(jié)合，極大地拓寬了低溫?zé)崮甏鷮W(xué)在地質(zhì)問(wèn)題研究中的應(yīng)用。

通過(guò)對(duì)多旋回沉積區(qū)和多期構(gòu)造抬升區(qū)的研究分析認(rèn)為，低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡可以有效地限制和約束古地溫在240℃以?xún)?nèi)地質(zhì)體的構(gòu)造－熱演化過(guò)程，為深入認(rèn)識(shí)疊合盆地構(gòu)造演化過(guò)程同時(shí)提供溫度和時(shí)間兩方面信息，也能夠?yàn)榀B合盆地構(gòu)造－熱演化史研究提供定量熱年代學(xué)證據(jù)。

（U－Th）／He和激光剝蝕裂變徑跡測(cè)齡的測(cè)試分析工作在墨爾本大學(xué)低溫?zé)崮甏鷮W(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，得到墨爾本大學(xué) A.J.J.Gleadow教授和B.P.Kohn教授詳細(xì)指導(dǎo)；外探測(cè)法裂變徑跡測(cè)齡在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與地質(zhì)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，得到了袁萬(wàn)明教授的大力支持；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，吉林大學(xué)方石副教授、墨爾本大學(xué)田云濤博士、鐘玲博士、Raul Lugo博士和 Himansu Sahu博士給予了幫助；文中參考或采用了中國(guó)石化和中國(guó)石油公司的資料。作者在此一并向他們表示感謝。

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