庫(kù)魯克塔格南部山前帶中—新生代構(gòu)造演化史
——來(lái)自磷灰石裂變徑跡的證據(jù)

劉　陣,張洪美,何金有,何登發(fā),溫佳霖,馬　渭,王永飛

[1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司定邊采油廠(chǎng)，陜西榆林 718600]

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庫(kù)魯克塔格南部山前帶中—新生代構(gòu)造演化史
——來(lái)自磷灰石裂變徑跡的證據(jù)

劉陣1,張洪美1,何金有2,何登發(fā)2,溫佳霖3,馬渭3,王永飛3

[1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司定邊采油廠(chǎng)，陜西榆林 718600]

通過(guò)對(duì)磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)的分析和熱史模擬，結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，研究了庫(kù)魯克塔格南部山前帶中—新生代構(gòu)造演化史。結(jié)果顯示，從庫(kù)魯克塔格隆起到南部山前帶方向，地層具有穩(wěn)定克拉通地層產(chǎn)狀的特征。庫(kù)魯克塔格南部山前帶磷灰石年齡記錄了182Ma和167—142Ma兩期構(gòu)造冷卻事件，裂變徑跡熱史模擬反映出海西期構(gòu)造抬升、早—中侏羅世埋藏沉降、晚侏羅世—白堊紀(jì)初構(gòu)造抬升和新生代晚期構(gòu)造抬升等演化階段。綜合研究表明，南部山前帶普遍受到海西期和燕山運(yùn)動(dòng)早期構(gòu)造抬升的影響，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)主要造成了研究區(qū)斷裂上盤(pán)的強(qiáng)烈逆沖推覆；早—中侏羅世埋藏沉降階段，從沉積角度看，沉積中心位于卻爾卻克山所在的古位置。

裂變徑跡；構(gòu)造演化；庫(kù)魯克塔格；南部山前帶；卻爾卻克山

庫(kù)魯克塔格隆起具有良好的前寒武系基底出露，其南、北分別由興地?cái)嗔押托粮駹枖嗔阉薅āＢ∑鹨阅系剿锬九璧乜兹负有逼轮g的地帶通常被稱(chēng)為庫(kù)魯克塔格南部山前帶，與盆地的界限為孔雀河斷裂(圖1)。研究該構(gòu)造帶中—新生代構(gòu)造演化史有助于了解塔里木東北緣整體構(gòu)造演化與盆—山系統(tǒng)的耦合特征。通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查、同位素年代學(xué)和磷灰石裂變徑跡等方法和手段，前人已對(duì)庫(kù)魯克塔格隆起做了大量研究[1-4]，認(rèn)為其主要經(jīng)歷了太古宙—元古宙基底形成、古生代南天山洋盆開(kāi)合、中生代后碰撞與陸內(nèi)演化及新生代再造山等構(gòu)造演化階段。另外，通過(guò)盆地內(nèi)孔雀河地區(qū)大量鉆測(cè)井資料、巖心觀(guān)察和地震解釋等綜合研究，也對(duì)該區(qū)構(gòu)造特征與形成演化獲得了較多的認(rèn)識(shí)[5-8]。但目前對(duì)造山帶與盆地之間的南部山前帶的研究較為缺乏，開(kāi)展該地區(qū)的研究工作勢(shì)在必行。

裂變徑跡方法最初應(yīng)用于盆地?zé)崾纺M，隨著理論的成熟和方法的完善，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到地質(zhì)定年、造山帶隆升、剝蝕和再沉積研究。近年來(lái)該方法又廣泛應(yīng)用于斷層和成礦作用研究，并由定性分析發(fā)展到定量模擬[9]。目前該方法在庫(kù)魯克塔隆起構(gòu)造演化研究中應(yīng)用廣泛，在盆地內(nèi)也可以通過(guò)典型井目的層系的古地溫指標(biāo)來(lái)恢復(fù)對(duì)應(yīng)的熱演化史；該方法的本質(zhì)是探討構(gòu)造演化過(guò)程與相應(yīng)溫度間的變化關(guān)系，建立研究區(qū)時(shí)代—溫度演化軌跡[1]。本文通過(guò)對(duì)庫(kù)魯克塔格南部山前帶巖石樣品磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)的分析和熱史模擬，結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，研究南部山前帶中—新生代構(gòu)造演化史。

1 區(qū)域地質(zhì)

塔里木東北緣早期受統(tǒng)一的地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)影響，海西期伴隨南天山洋盆閉合，塔里木構(gòu)造單元與中天山—伊犁地體碰撞造山，南天山形成[10]。東側(cè)分化出庫(kù)魯克塔格隆起和孔雀河斜坡，二者之間發(fā)育逆沖性質(zhì)的孔雀河斷裂，后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得庫(kù)魯克塔格隆起和孔雀河斜坡的盆山結(jié)構(gòu)愈加明顯。

研究區(qū)位于塔里木盆地東北部孔雀河斜坡以北、庫(kù)魯克塔格隆起以南，是盆地與造山帶之間的構(gòu)造轉(zhuǎn)換地帶(圖1)。在地貌上，興地?cái)嗔岩员钡膸?kù)魯克塔格隆起表現(xiàn)為險(xiǎn)峻的高山，以南的山前帶逐漸過(guò)渡為低緩的戈壁和荒漠，孔雀河斜坡整體呈向西南傾伏的緩坡；在地質(zhì)結(jié)構(gòu)上，庫(kù)魯克塔格隆起主要發(fā)育前寒武系基底、下古生界和大量侵入巖，孔雀河斷裂及孔雀河斜坡地表被第四系覆蓋。

南部山前帶新生界發(fā)育，下古生界主要出露在研究區(qū)中部的卻爾卻克山和元寶山地區(qū)，整體呈北西走向的山體形態(tài)(圖2a)。對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了野外地質(zhì)勘查和剖面實(shí)測(cè)工作，實(shí)測(cè)地層包括中寒武統(tǒng)莫合爾山組、上寒武統(tǒng)突爾沙克塔格組、下奧陶統(tǒng)巷古勒塔格組和中奧陶統(tǒng)卻爾卻克組(圖2b)，各組、段之間接觸關(guān)系均為整合，地層產(chǎn)狀相對(duì)庫(kù)魯克塔格隆起比較平緩，傾向主要為西南方向(圖3a—f)。研究區(qū)東部的雅爾當(dāng)山發(fā)育震旦系和下古生界，野外觀(guān)察見(jiàn)寬緩的褶皺構(gòu)造(圖3g)。興地地區(qū)沉積巖經(jīng)歷了不同程度的變質(zhì)，褶皺構(gòu)造中多發(fā)育透入性劈理(圖3h)。

總體來(lái)說(shuō)，從庫(kù)魯克塔格隆起到南部山前帶方向，地層變得比較穩(wěn)定，具有穩(wěn)定克拉通地層產(chǎn)狀的特征。

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

古地溫指標(biāo)方法常用來(lái)恢復(fù)盆地的構(gòu)造—熱演化史，其主要包括礦物裂變徑跡、有機(jī)質(zhì)成熟度、黏土礦物轉(zhuǎn)化和流體包裹體等方法[11]。裂變徑跡熱年代學(xué)實(shí)質(zhì)上屬于一種同位素定年方法，通過(guò)測(cè)量礦物顆粒的自發(fā)徑跡密度ρs和誘發(fā)徑跡密度ρi來(lái)計(jì)算年齡，再根據(jù)一定的理論模型建立徑跡數(shù)量和長(zhǎng)度等參數(shù)隨溫度與時(shí)間的變化規(guī)律[12-13]。本次研究采用磷灰石礦物的裂變徑跡，其封閉溫度在120℃左右。

通過(guò)對(duì)庫(kù)魯克塔格南緣地區(qū)的野外地質(zhì)考察和剖面實(shí)測(cè)，選取庫(kù)魯克塔格南部山前帶的興地、卻爾卻克山—元寶山和南雅爾當(dāng)山等地區(qū)的12個(gè)樣品(樣品位置見(jiàn)圖1和圖2a)進(jìn)行了磷灰石裂變徑跡測(cè)年實(shí)驗(yàn)，并對(duì)樣品進(jìn)行了熱演化歷史模擬。實(shí)驗(yàn)樣品包括興地地區(qū)青白口紀(jì)變質(zhì)砂巖和石灰?guī)r(X02和X09)、卻爾卻克山—元寶山寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)碎屑砂巖(Q10、Q20、Q24、Q28、YB01、YB04和YB07)、卻爾卻克山沿?cái)嗔寻l(fā)育的侵入巖樣品(Q02)和南雅爾當(dāng)山震旦紀(jì)碎屑砂巖(Y04、Y05)(表1)。

表1　庫(kù)魯克塔格南部山前帶樣品磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)表

續(xù)表

注：n—樣品顆粒數(shù)；ρs—自發(fā)徑跡密度；Ns—自發(fā)徑跡數(shù)；ρi—誘發(fā)徑跡密度；Ni—誘發(fā)徑跡數(shù)；ρd—鈾標(biāo)準(zhǔn)玻璃對(duì)應(yīng)外探測(cè)器的誘發(fā)徑跡密度；Nd—鈾標(biāo)準(zhǔn)玻璃誘發(fā)徑跡數(shù)；P(x2)—自由度為(n-1)時(shí)x2概率；Nj—所測(cè)量的圍限徑跡長(zhǎng)度數(shù)。

實(shí)驗(yàn)中選取盡可能多的磷灰石單顆粒進(jìn)行測(cè)量(一般要求測(cè)試數(shù)量大于20個(gè))，本次研究中部分樣品(Q20、Q24和X02)磷灰石測(cè)試數(shù)量小于20個(gè)單顆粒，數(shù)據(jù)結(jié)果和熱演化模擬僅供參考(表1)。測(cè)試結(jié)果中除了Y05樣品，其余樣品年齡均通過(guò)了x2檢驗(yàn)[P(x2) > 5%]，測(cè)試年齡采用池年齡。卻爾卻克山樣品年齡直方圖呈單峰，且在年齡放射圖上單顆粒年齡相對(duì)集中，反映了這些樣品各自具有同一年齡組分(圖4)，元寶山樣品年齡放射圖上的單顆粒年齡比較分散，分析認(rèn)為該組年齡為混合年齡(圖5)，興地和南雅爾當(dāng)山樣品年齡分析結(jié)果與卻爾卻克山樣品相似(圖6)。12個(gè)樣品磷灰石裂變徑跡表觀(guān)年齡分布范圍在(203±15)—(142±12)Ma之間，都遠(yuǎn)小于地層年齡，平均徑跡長(zhǎng)度分布在(13.5±2.3)—(11.4±2.0)μm之間，小于新生成自發(fā)徑跡平均長(zhǎng)度(16.3±0.9)μm，表明樣品普遍經(jīng)歷了熱退火。

3 庫(kù)魯克塔格南部山前帶構(gòu)造演化史

綜合分析區(qū)域磷灰石裂變徑跡資料，再根據(jù)實(shí)測(cè)的磷灰石裂變徑跡年齡和長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，就可以模擬出研究區(qū)的熱演化歷史。本次研究對(duì)12個(gè)巖石樣品的磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)進(jìn)行熱史模擬，模擬軟件為HeFTy(2008年版本)。

3.1 卻爾卻克山巖石樣品熱史模擬

裂變徑跡熱史模擬表明卻爾卻克山原巖普遍經(jīng)歷了海西期構(gòu)造抬升、早—中侏羅世埋藏沉降、晚侏羅世構(gòu)造抬升和喜馬拉雅期構(gòu)造抬升等演化階段(圖4)。

樣品Q(chēng)02、Q20、Q24和Q28表觀(guān)年齡為160～167Ma(表1)，均小于原巖年齡，記錄了原巖在晚侏羅世早期的構(gòu)造冷卻事件，熱史模擬也表明了該期抬升的存在(圖4)；與其他樣品的模擬路徑不同，樣品Q(chēng)02模擬結(jié)果表明，其未經(jīng)歷喜馬拉雅期構(gòu)造抬升，由于該樣品是沿著卻爾卻克山北側(cè)逆沖斷裂發(fā)育的侵入巖(花崗巖)，野外采樣點(diǎn)位于該逆沖斷裂的下盤(pán)，其在新生代之前已基本抬升至地表，喜馬拉雅期構(gòu)造抬升表現(xiàn)為斷層上盤(pán)沿?cái)鄬用娴哪鏇_，對(duì)樣品Q(chēng)02沒(méi)有太大的影響；樣品Q(chēng)10磷灰石裂變徑跡表觀(guān)年齡為182Ma，較鄰近地區(qū)樣品年齡偏大，記錄了早侏羅世晚期比較局限的構(gòu)造冷卻事件。

3.2 元寶山碎屑巖樣品熱史模擬

熱史模擬表明，元寶山原巖普遍經(jīng)歷了海西期構(gòu)造抬升、早—中侏羅世埋藏沉降、晚侏羅世構(gòu)造抬升和喜馬拉雅期構(gòu)造抬升等演化階段(圖5)。

樣品YB01、YB04、YB07裂變徑跡表觀(guān)年齡集中在203～199Ma之間(表1)，均小于原巖年齡，在年齡放射圖上，分散的單顆粒年齡顯示了明顯的混合年齡特點(diǎn)。熱史模擬表明，三疊紀(jì)末(203—199Ma)元寶山原巖基本位于近地表，早—中侏羅世埋藏沉降階段的埋深未達(dá)到磷灰石裂變徑跡完全退火要求的深度，其后便經(jīng)歷了晚侏羅世早期(160Ma左右)構(gòu)造抬升，因此樣品裂變徑跡表觀(guān)年齡為早期未重置徑跡年齡與晚侏羅世部分重置徑跡年齡的混合年齡。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造抬升作用對(duì)位于逆沖斷層下盤(pán)的YB01原巖影響較小，對(duì)樣品YB04、YB07原巖構(gòu)造抬升作用明顯(圖5)。

3.3 興地變質(zhì)巖和南雅爾當(dāng)山碎屑巖樣品熱史模擬

熱史模擬表明,興地和南雅爾當(dāng)山原巖經(jīng)歷了海西期構(gòu)造抬升、早—中侏羅世埋藏沉降、晚侏羅世—白堊紀(jì)初和喜馬拉雅期構(gòu)造抬升等演化階段(圖6)。

樣品X02、X09、Y04、Y05的裂變徑跡表觀(guān)年齡均集中于163—142Ma，反映了原巖普遍經(jīng)歷了晚侏羅世—白堊紀(jì)初的構(gòu)造抬升，熱史模擬結(jié)果也表明了該期抬升的存在(圖6)。原巖在晚侏羅世之前的埋藏達(dá)到封閉溫度對(duì)應(yīng)的深度，早期的磷灰石裂變徑跡退火而使時(shí)間體系重置。

4 討論和結(jié)論

庫(kù)魯克塔格隆起興地?cái)嗔迅浇那昂湎祷椎穆∩齽兾g作用可劃分為早侏羅世晚期(180Ma)、晚侏羅世—早白堊世(144—118Ma)、晚白堊世早期(92—84Ma)和新生代晚期(10Ma)幾個(gè)階段，多階段的隆升作用是對(duì)亞洲南緣多期地體碰撞增生的響應(yīng)[1]。在盆地東北部，孔雀河斜坡孔雀1井3個(gè)古生界樣品的熱史模擬主要反映了海西期和晚白堊世兩期大的構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)，期間伴隨早侏羅世晚期的小幅構(gòu)造抬升[11]。塔東北的磷灰石裂變徑跡熱史模擬表明，塔東北盆山系統(tǒng)發(fā)育海西期和燕山期兩期極為重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，早海西期為主要的構(gòu)造變形期[6,13]。綜合分析認(rèn)為，庫(kù)魯克塔格隆起和孔雀河斜坡在海西期具有統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，發(fā)育相同的褶皺變形樣式，本研究的熱史模擬也表明，隆起與盆地之間的南部山前帶同樣經(jīng)歷了海西期的構(gòu)造抬升。燕山運(yùn)動(dòng)早期，多期構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)主要作用于庫(kù)魯克塔格隆起，盆地東北部?jī)H存在英吉蘇凹陷在晚侏羅世閉合隆起的沉積學(xué)證據(jù)[14]，本次庫(kù)魯克塔格隆起南部山前帶的磷灰石裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)和熱史模擬均證實(shí)了早侏羅世晚期(182Ma)和晚侏羅世—白堊紀(jì)初(167—142Ma)的兩期構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)。燕山運(yùn)動(dòng)晚期，孔雀河斜坡才經(jīng)歷了海西期后一期比較強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)造成庫(kù)魯克塔格隆起新生代晚期(約10Ma)的區(qū)域性構(gòu)造抬升作用，在研究區(qū)的南部山前帶主要造成斷層上盤(pán)的逆沖推覆，對(duì)盆地內(nèi)的影響則體現(xiàn)為新生代地層向造山帶方向超覆減薄。

綜合研究得出以下結(jié)論：

(1)從庫(kù)魯克塔格隆起到南部山前帶方向，地層變得比較穩(wěn)定，具有穩(wěn)定克拉通地層產(chǎn)狀的特征。

(2)南部山前帶樣品磷灰石年齡記錄了182Ma和167—142Ma兩期構(gòu)造冷卻事件，元寶山樣品裂變徑跡年齡(203—199Ma)為混合年齡。裂變徑跡熱史模擬普遍反映出海西期構(gòu)造抬升、早—中侏羅世埋藏沉降、晚侏羅世—白堊紀(jì)初構(gòu)造抬升和新生代晚期構(gòu)造抬升等演化階段。

(3)研究區(qū)普遍受到海西期和燕山運(yùn)動(dòng)早期構(gòu)造抬升的影響，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)對(duì)逆沖斷裂下盤(pán)影響較小，表現(xiàn)為斷裂上盤(pán)強(qiáng)烈的逆沖推覆。

(4)早—中侏羅世為埋藏沉降階段，卻爾卻克山奧陶系樣品深埋沉降達(dá)到磷灰石裂變徑跡封閉溫度，元寶山奧陶系樣品埋藏沉降未達(dá)到磷灰石裂變徑跡封閉溫度。從沉積角度看，侏羅紀(jì)早期沉積中心位于卻爾卻克山所在的古位置。

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Meso—Cenozoic Tectonic Evolution History in the Southern Piedmont Zone of Kuruktag——the Evidence Taken from Apatite Fission Track

Liu Zhen1，Zhang Hongmei1，He Jinyou2，He Dengfa2，Wen Jialin3，Ma Wei3，Wang Yongfei3

[1.ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,xi'an,Shaanxi710075,China；2.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;3.DingbianOilProductionPlant,YanchangOilfieldCo.Ltd.,Yulin,Shannxi718600 ,China]

Based on analysis of apatite fission track data and thermal history modeling, and combined with field geological survey, the Meso—Cenozoic tectonic evolution history in the southern piedmont zone of Kuruktag has been studied. Results showed that the formation had the characteristics of keeping the Kelatong attitude from Kuruktag uplift to the southern piedmont direction. The age of apatite in the southern piedmont zone of Kuruktag recorded the two tectonic cooling events in 182Ma and 167—142 Ma, and the simulation of fission track thermal history indicated that Hercynian tectonic uplifted, Early—Middle Jurassic formation descended, Late Jurassic—Early Cretaceous tectonic uplifted, and Late Cenozoic tectonic uplifted, etc. Comprehensive study showed that the southern piedmont zone had been affected commonly by the early tectonic uplift that created in Hercynian and Yanshan movement, the Himalaya movement mainly caused the strong thrust at the upper part of fault. From the viewpoint of deposition, the deposition center of early—middle Jurassic is located in the ancient position of Queerqueke mountain.

fission track; tectonic evolution; Kuruktag; the southern piedmont zone; Queerqueke mountain

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(40739906)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(2006CB202300)聯(lián)合資助。

劉陣(1984年生)，男，博士，工程師，主要從事油氣地質(zhì)研究工作。郵箱：cugblz@163.com。

TE122

A