賀蘭山斷裂帶的ESR年齡測定

楊 帆，方成名，黃澤光，周小進，徐良發(fā)

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

賀蘭山斷裂帶的ESR年齡測定

楊 帆，方成名，黃澤光，周小進，徐良發(fā)

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

脆性斷層一般產(chǎn)生于低溫環(huán)境中，通常不會生成新的變質(zhì)礦物，因此無法用普通的測年方法來確定斷層的活動年齡。由于脆性斷層中常會伴生有同期生成的石英脈，可以通過熱活化電子自旋共振(ESR)法測定石英脈的生成年齡，從而得出斷層活動的年齡。如果斷層帶中發(fā)育了多期的石英脈，通過測定還可以得出斷層多次活動的年齡。鄂爾多斯盆地西緣構(gòu)造復(fù)雜，對其斷裂發(fā)育機制歷來存在較多爭議，通過對賀蘭山地區(qū)石英脈體的ESR測年分析，證實了該區(qū)由東向西逆沖的南北向斷裂帶形成于晚侏羅世之后，且具有多期次活動的特征。

ESR測年；石英脈；多期次；斷裂帶；賀蘭山；鄂爾多斯盆地西緣

斷層的構(gòu)造期次與活動年齡一直都是構(gòu)造地質(zhì)學中的核心問題之一。在韌性剪切帶中，由于變質(zhì)作用或交代作用一般都會生成新的礦物，通過對這些礦物的年齡測定，就可以得到斷層活動的年齡[1-2]。而在以脆性變形為主的淺層地帶，一般不會生成新的變質(zhì)礦物，難于確定斷層活動時間。不過通常在這些脆性斷層活動過程中都會由于伴有熱液活動而產(chǎn)生一些石英脈，如果能夠測得石英脈的形成年齡，就能確定斷層活動的時間，而石英顆粒則正好適用于ESR測年[3-4]。

1 地質(zhì)概況

賀蘭山構(gòu)造帶位于鄂爾多斯盆地西緣構(gòu)造帶的北段，由大型的對沖斷層系統(tǒng)構(gòu)成，地層變形強烈，存在一系列的逆沖斷層和褶皺。由于受后期構(gòu)造的疊加影響，早期的構(gòu)造現(xiàn)象已經(jīng)被改造的面目全非[5-7]。前人研究表明，中生代早中期賀蘭山地區(qū)是鄂爾多斯盆地的一部分[8]。據(jù)賀蘭山地區(qū)野外地質(zhì)剖面觀測發(fā)現(xiàn)，該區(qū)主要發(fā)育3組斷裂，一組以近南北向自西往東的逆沖斷裂，一組自東往西的逆沖斷裂以及一組近東西向由北往南的逆沖斷裂，斷裂帶涉及的地層為O-J2(圖1,2)，推測斷裂發(fā)育期應(yīng)該在J2之后。另外野外調(diào)查表明，賀蘭山地區(qū)中生界分布廣泛，T3-J2地層雖然后期遭受了強烈的剝蝕改造，現(xiàn)今殘留地層仍然分布很廣[9-10]。在汝箕溝地區(qū)的大嶺子—古拉本一帶，延長群頂部發(fā)現(xiàn)反映拉伸環(huán)境的典型拉斑玄武巖。種種跡象表明賀蘭山地區(qū)擠壓構(gòu)造的形成和隆升應(yīng)當發(fā)生在中侏羅世之后。

圖1 賀蘭山地區(qū)地質(zhì)簡圖

2 石英脈ESR測年

2.1 實驗依據(jù)

ESR全稱電子自旋共振，是近年來用于測定斷層活動年齡，尤其是印支運動以來的構(gòu)造活動的一種較有效的測年方法[11-13]。它的測試對象主要是在斷裂活動中形成的一系列石英脈,利用石英吸收的累積電子輻射量(如γ、β、α射線)及在礦物內(nèi)部形成的順磁中心濃度來計算石英脈的結(jié)晶年齡。

石英的硅—氧四面體在γ、β、α射線轟擊下會形成正2價氧空位。1個氧空位可以捕獲1個自由電子，形成可探測的順磁中心，也可以捕獲2個自旋態(tài)相反的自由電子，形成不可探測的反磁中心。利用熱活化技術(shù)使石英的反磁中心活化為順磁中心，則石英脈的順磁中心濃度與其結(jié)晶年齡成正比關(guān)系。石英中輻射成因氧空位的壽命在常溫下約為1 000 Ma，因此石英的可測時限范圍可達到200～300 Ma。

2.2 樣品采集與處理

本次實驗樣品主要采自賀蘭山汝箕溝口和二道嶺處的南北向斷裂帶。汝箕溝口剖面的斷裂為1條近南北向的逆沖斷裂，斷裂帶附近地層陡傾、砂巖中泥巖夾層劈理發(fā)育。砂巖中石英脈極為發(fā)育，發(fā)育至少2組，其中優(yōu)勢1組為斜切地層，密集處每米有4～5條脈體，脈體與圍巖接觸面平直，脈體寬度不一，整體寬度以3～5 cm為主，主要發(fā)育在二疊系頂部石千峰組至中二疊統(tǒng)二馬營組紫紅色、灰綠色砂巖、粉砂巖中。相對而言二道嶺處斷裂帶的砂巖中石英脈較不發(fā)育，小松山斷裂帶石英脈不發(fā)育，主要是方解石脈。

樣品先經(jīng)過自然風干，粉碎為0.125～0.2 mm粒度，然后用低本底伽馬儀和微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測定α和γ天然放射性，同時校正含水量。之后再分選出0.2～0.45 mm粒度的單礦物石英樣品，用電制冷半導(dǎo)體探測器能量色散X熒光分析儀檢測石英的純度，每份石英稱取120 mg進行熱活化，再冷卻5～7 d，然后用電子自旋共振儀測定其順磁中心濃度值。

2.3 測年結(jié)果

本次測試工作在成都理工大學應(yīng)用核技術(shù)研究所完成，主要測試結(jié)果見表1。

實驗結(jié)果顯示，ESR年齡最早的為汝箕溝口的F-07/SS4細石英脈樣品，年齡(133.6±13.0) Ma，對應(yīng)于早白堊世；最晚的為汝箕溝口的F-02/SS2石英脈樣品，年齡(11.9±1.0) Ma，對應(yīng)于中新世。

3 討論

從ESR測年結(jié)果來看，賀蘭山地區(qū)由東往西逆沖的南北向斷裂應(yīng)該形成于早白堊世，之后一直到中新世期間斷層曾經(jīng)多期活動，形成了不同期次的石英脈，這一點與實際的野外地質(zhì)觀測結(jié)果以及現(xiàn)今的主流觀點是一致的，說明至少該地區(qū)東邊由東向西的逆沖推覆運動發(fā)生于晚侏羅世之后，而至于西邊小松山由西向東逆沖的斷裂帶由于不發(fā)育石英脈，無法測得斷裂形成時間。另外由于此次實驗是以測年為主，對于具體的斷裂形成機制，仍有待下一步研究。

原樣編號圍巖時代順磁中心濃度/(1015Sp·g-1)鈾當量含量/(μg·g-1)年齡/MaF-01/SS1汝箕溝口石英脈P30.4741.46764.6±6.0F-02/SS2汝箕溝口石英脈P30.0560.94211.9±1.0F-06/SS3汝箕溝口粗石英脈T20.3281.11758.7±5.0F-07/SS4汝箕溝口細石英脈T20.9021.350133.6±13.0F-08/SS5汝箕溝口石英脈T30.2813.56616.3±1.6F-09/SS6二道嶺斷面石英脈T30.6281.70073.9±7.0F-10/SS7二道嶺水平石英脈T30.7493.79939.4±3.9F-11/SS8二道嶺斜切石英脈T30.3041.39743.5±4.3

致謝：本次實驗在成都理工大學梁興中教授的幫助下分析完成，在此致以謝意。

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(編輯 黃 娟)

ESR dating of Helan Mountain Fault Zone

Yang Fan, Fang Chengmin, Huang Zeguang, Zhou Xiaojin, Xu Liangfa

(Wuxi Research Institute of Petroleum Geology, SINOPEC, Wuxi, Jiangsu 214126, China)

It is very difficult to form new metamorphic minerals in the movement of brittle faults under shallow and low-temperature situation. Therefore it is impossible to determine the active ages of faults exactly through traditional methods. In the activation of shallow faults, homochromous quartz veins often develop. As a result, we can use thermal activated ESR dating to obtain the ages of quartz veins, and then to determine the active ages of faults. If there are several stages of quartz veins in fault belts, the corresponding active ages of faults can also be determined. The western Ordos thrust-fold belt has a complicated structure, and its development mechanism is still controversial. A case study was made in the Helan Mountain area. According to the ESR dating of quartz veins, the SN-trending fault which thrusted from east to west in the study area was formed after the Late Jurassic, and experienced several active stages.

ESR dating; quartz veins; multi-period; Helan Mountain; western Ordos area

1001-6112(2014)05-0642-03

10.11781/sysydz201405642

2013-09-03；

2014-07-28。

楊帆(1979—)，男，工程師，從事盆地分析研究。E-mail: kyoukyo@126.com。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05002-006-01)資助。

TE135+.1

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