鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末抬升剝蝕事件及熱年代學(xué)記錄*

王建強(qiáng) 劉池洋** 趙紅格 張東東

1.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,西安 7100692. 帕多瓦大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，帕多瓦 35131

沉積盆地形成演化并非是一個(gè)持續(xù)接受沉積充填的過(guò)程，期間常會(huì)發(fā)生一次或多次全盆地的沉積間斷(Busby and Perez, 2012; Allen and Allen, 2013; Morley, 2016)，這種現(xiàn)象在小型盆地較為普遍，在大中型盆地也并不鮮見(jiàn)。我國(guó)沉積盆地深部作用活躍、構(gòu)造活動(dòng)性強(qiáng)，在盆地演化過(guò)程中沉積間斷現(xiàn)象尤為常見(jiàn)，如我國(guó)東部渤海灣、蘇北、江漢等大量新生代斷陷盆地，在古近紀(jì)斷陷向新近紀(jì)坳陷轉(zhuǎn)換過(guò)程中，不僅出現(xiàn)了沉積間斷及古近紀(jì)地層的整體抬升，而且遭受了強(qiáng)度不均的變形和剝蝕(吳智平和韓文功, 2000；劉池洋等, 2016)；而中西部鄂爾多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等，在古、中生代演化過(guò)程中，更是出現(xiàn)過(guò)多期沉積間斷、構(gòu)造變形和剝蝕改造(何登發(fā), 2007, 2018；郭維華等, 2006; 高春云和周立發(fā), 2019; 馬靜輝和何登發(fā), 2019)。這些盆地內(nèi)，沉積間斷面上、下地層之間大多表現(xiàn)為平行(假)不整合或局部角度不整合接觸關(guān)系(Thompson and Turk, 1998)，但它們沉積間斷的時(shí)間有長(zhǎng)有短，期間的構(gòu)造變動(dòng)和改造可強(qiáng)可弱，改造形式或單一或復(fù)雜，在地域上改造的形式和強(qiáng)度可大同小異或差別較大(劉池洋等, 2016)。目前，研究者對(duì)沉積間斷的關(guān)注多與油氣運(yùn)移-成藏相關(guān)或僅將其作為盆地演化階段劃分的標(biāo)志(潘鐘祥, 1983; 張克銀等, 1996; 牟中海, 2005; 王艷忠等, 2006; 何登發(fā), 2007)，但對(duì)其區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力學(xué)意義常重視不夠，或鮮有深究。

事實(shí)上，這種常見(jiàn)的、貌似簡(jiǎn)單的地質(zhì)現(xiàn)象，卻有復(fù)雜的地質(zhì)內(nèi)涵，它們往往與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海/湖平面變化或氣候變化等諸多復(fù)雜地質(zhì)事件相聯(lián)，在地殼發(fā)育歷史、地殼變形機(jī)制研究中具有重要意義(Dunbar and Rodgers, 1957; 陳發(fā)景等, 2004; Willettetal., 2006)。發(fā)生在大型沉積盆地中較明顯的全盆地沉積間斷，本身就是盆地演化和區(qū)域構(gòu)造環(huán)境演變重大事件的表現(xiàn)和紀(jì)錄，是進(jìn)行盆山耦合研究與盆山響應(yīng)對(duì)比的重要依據(jù)和時(shí)限標(biāo)尺，具有重要的盆地動(dòng)力學(xué)和區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力學(xué)意義(Willettetal., 2006; Morley, 2016; Matijaetal., 2017; Horton, 2018)，同時(shí)也有重要的沉積礦產(chǎn)成礦效應(yīng)。

大量地質(zhì)調(diào)查與勘探實(shí)踐揭示，鄂爾多斯盆地在三疊紀(jì)末期經(jīng)歷了中生代成盆以來(lái)首次較長(zhǎng)時(shí)間的沉積間斷和抬升剝蝕，顯著改造了中晚三疊世延長(zhǎng)期盆地面貌，并控制著侏羅紀(jì)早期沉積格局和油藏分布，對(duì)盆地演化及礦產(chǎn)資源分布產(chǎn)生了重要影響，曾被形象的比喻為 “楚漢之界”(楊俊杰, 2002)。本文擬以該期沉積間斷為研究對(duì)象，依據(jù)地質(zhì)及鉆井資料重點(diǎn)解剖改造強(qiáng)烈的盆地西南部，探討其抬升剝蝕及改造強(qiáng)度的時(shí)空變化，并通過(guò)盆地及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡年代學(xué)厘定該沉積間斷面發(fā)育的時(shí)限與過(guò)程，進(jìn)而結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化探討其發(fā)育的動(dòng)力學(xué)環(huán)境。

1 盆地地質(zhì)與前人研究概況

1.1 盆地地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地發(fā)育于大華北克拉通盆地殘延收縮的背景之下，為一遭受多期次剝蝕改造的中生代殘留盆地(劉池洋等, 2006)。盆地主體位于華北克拉通西部，周邊為新生代斷陷盆地群并被山體所環(huán)繞，其西南與秦嶺-祁連褶皺帶隔渭河、六盤(pán)山盆地相鄰(圖1)。鄂爾多斯盆地的演化改造與華北和揚(yáng)子板塊的匯聚拼合、其間秦嶺碰撞造山過(guò)程關(guān)系密切(張國(guó)偉, 2001; 劉池洋等, 2006)，經(jīng)歷了印支期、燕山期多期構(gòu)造變動(dòng)，新生代以來(lái)該區(qū)又受到青藏高原隆升及其向北東的擠壓逃逸影響(Georgeetal., 2001; Shietal., 2015), 構(gòu)造位置獨(dú)特。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖(a)和鄂爾多斯盆地西南部地質(zhì)略圖及樣品分布位置(b)

中生代盆地經(jīng)歷了中晚三疊世延長(zhǎng)期、早中侏羅世富縣-延安期、直羅-安定期及早白堊世四個(gè)演化階段，于早白堊世末盆地消亡，晚白堊世以來(lái)為后期改造階段(劉池洋等, 2006)。在盆地發(fā)育的鼎盛時(shí)期，其沉積范圍為現(xiàn)今殘留盆地面積的二倍之多, 原始沉積邊界東可跨晉、豫、冀、皖, 南越秦嶺北緣, 北界和西界遠(yuǎn)逾中生界的殘留邊界，為一南深北淺、呈北西-南東向展布的大型不對(duì)稱坳陷盆地(劉池洋等, 2006；趙文智等, 2006)。

延長(zhǎng)期為盆地發(fā)育的最鼎盛時(shí)期，延長(zhǎng)組也是目前石油勘探的主力層段，研究程度高，自下而上，可劃分為10個(gè)層段(長(zhǎng)10段～長(zhǎng)1段)，總體經(jīng)歷了大型坳陷湖盆形成、擴(kuò)張、鼎盛、萎縮和消亡的全過(guò)程(喻建等, 2010; 付金華等，2012)，以河流-三角洲-湖泊相沉積為主，沉積厚度普遍大于1300m。早侏羅世富縣組不整合覆蓋于延長(zhǎng)組之上，素有“粗富縣”和“細(xì)富縣”之分，分別代表了沖積扇、古河道沉積的粗碎屑和河漫灘、洪泛平原沉積的細(xì)碎屑，地層巖性、厚度(0～195m)變化較大(趙俊興等, 1999; 趙俊興和陳洪德, 2006)；中侏羅世延安組在全盆地發(fā)育較為穩(wěn)定，自下而上亦可劃分為10段(延10段～延1段)，為一套河流-湖泊三角洲沉積的碎屑含煤建造(王雙明和張玉平, 1999; 張泓等, 1995)。

1.2 前人研究概況

大量地質(zhì)調(diào)查及油氣勘探實(shí)踐表明，鄂爾多斯盆地在三疊系與侏羅系之間，存在區(qū)域性沉積間斷面，下伏前三疊紀(jì)地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，發(fā)育一種溝谷縱橫、山嶺起伏的地貌形態(tài)；地形起伏達(dá)300余米, 剝蝕深度可至上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組主要生油層段(長(zhǎng)7段)(黃第藩和石國(guó)世, 1980; 黃第藩等, 1981; 楊俊杰等, 1984; 楊俊杰, 2002)；上覆侏羅紀(jì)富縣組及延安組早期(延10期～延9期)以填平補(bǔ)齊式沉積為主，其中富縣期和延10期為盆內(nèi)甘陜古河的主要發(fā)育時(shí)期，延9期后演化為三角洲體系，古河發(fā)育結(jié)束(趙俊興和陳洪德，2006)。以該沉積間斷面為界，上、下地層在沉積環(huán)境、巖性組合及能源礦產(chǎn)賦存與分布方面均存在巨大差異，曾被形象的比喻為 “楚漢之界”(楊俊杰, 2002)。該界面是鄂爾多斯盆地中生代成盆以來(lái)首次較大規(guī)模的剝蝕改造界面，暗示著三疊紀(jì)末經(jīng)歷了明顯的構(gòu)造事件。

圖2 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)殘留地層分布圖

圍繞這一界面，前人重點(diǎn)對(duì)前侏羅紀(jì)古地貌形態(tài)及其對(duì)侏羅系下部油藏控制作用等開(kāi)展了很多工作，并取得了較好的成果(黃第藩和石國(guó)世, 1980; 黃第藩等, 1981；孫國(guó)凡,1981；楊俊杰等, 1984; 張抗, 1989; 郭正權(quán)等, 2001, 2008; 趙俊興等, 2001; 楊俊杰,2002；趙俊興和陳洪德, 2006; 趙敏等, 2010; 蔣代琴等, 2018)，但該間斷面所造成的剝蝕特征及其抬升時(shí)限與過(guò)程等研究至今仍較薄弱，這在一定程度上制約了對(duì)中生代鄂爾多斯盆地發(fā)育演化過(guò)程的認(rèn)識(shí)，也影響著鄂爾多斯盆地及周邊區(qū)域油氣的進(jìn)一步勘探。

圖3 鄂爾多斯盆地中上三疊統(tǒng)-中下侏羅統(tǒng)西南-北東向地層連井剖面(以延長(zhǎng)組頂為界拉平, 剖面位置見(jiàn)圖2)

2 三疊紀(jì)末期的剝蝕改造特征

為了更清晰、全面的揭示三疊系與侏羅系之間沉積間斷面的地質(zhì)特征和剝蝕特點(diǎn)，本次研究利用近年來(lái)完成的、覆蓋全盆地的300余口探井資料，基于其精細(xì)的地層對(duì)比劃分(延長(zhǎng)組、延安組均按10個(gè)層段劃分)，刻畫(huà)沉積間斷面下伏殘存地層及上覆沉積地層地質(zhì)時(shí)代與展布特點(diǎn)，從其上、下2個(gè)地質(zhì)界面進(jìn)行約束，分析三疊紀(jì)末期-侏羅世早期盆地抬升剝蝕的時(shí)空變化；同時(shí)采用上覆地層約束及同期地層小層對(duì)比等方法，定量估算了其剝蝕厚度。

2.1 抬升剝蝕的時(shí)空變化特征

盆地演化特征表明延長(zhǎng)期湖盆范圍廣闊，地層層序發(fā)育齊全且分布廣泛。本次研究依據(jù)300余口探井的分層資料編繪了盆地上三疊統(tǒng)殘留地層分布圖(圖2)，該圖代表了延長(zhǎng)組沉積之后所遭受改造的綜合結(jié)果，而延長(zhǎng)組之上仍被早-中侏羅世地層所覆蓋的區(qū)域(即侏羅系殘存邊界線以內(nèi))，則保存了侏羅系沉積之前的古地質(zhì)特征。從殘存地層分布特征看(圖2)，前侏羅紀(jì)盆地中北部、東部區(qū)域普遍有延長(zhǎng)組長(zhǎng)1段地層保存，向西、北邊部在較窄范圍內(nèi)依次出露長(zhǎng)2段至長(zhǎng)4+5段地層，表明盆地邊部較腹部遭受了更明顯剝蝕；在惠安堡、吳旗、華池、合水等西南部大范圍地區(qū)，尤其是平?jīng)?、靈臺(tái)之西南長(zhǎng)3段～長(zhǎng)6段，甚或長(zhǎng)7段地層直接出露，延長(zhǎng)組長(zhǎng)1段～長(zhǎng)2段僅局部保存，說(shuō)明盆地西南部較東北部剝蝕更強(qiáng)；西南-北東向聯(lián)井剖面(圖3)，顯示西南部延長(zhǎng)組上部地層缺失明顯，殘留地層厚度較盆地中東部變薄。上述地質(zhì)特征顯示了盆地周邊強(qiáng)中間弱，西南最強(qiáng)、中北較弱的差異剝蝕特征。

對(duì)盆地西南部進(jìn)一步分析，可以看到不同層段地層殘存呈條帶狀或塊狀分布特點(diǎn)(圖2)，結(jié)合盆地侏羅紀(jì)沉積前古地貌特征(趙俊興和陳洪德, 2006)，條帶狀或塊狀分布特點(diǎn)與侏羅紀(jì)沉積前古河道或古高地的分布具較好的一致性；如環(huán)縣-吳旗間長(zhǎng)1段塊狀出露區(qū)對(duì)應(yīng)姬源古高地，鎮(zhèn)原及其北側(cè)長(zhǎng)2段塊狀出露區(qū)為鎮(zhèn)原古高地，合水東側(cè)長(zhǎng)1段分布區(qū)則為子午嶺古高地，其間長(zhǎng)3段帶狀分布區(qū)則分別為近東西向的甘陜古河道和南北向的慶西古河道發(fā)育區(qū)。相對(duì)于高地，古河道區(qū)遭受了更為強(qiáng)烈的侵蝕。若僅從古高地處地層殘留特征看，西南側(cè)鎮(zhèn)原古高地較北側(cè)高地剝蝕更明顯，表明前侏羅紀(jì)時(shí)期古地貌具西南高北東低的特點(diǎn)，這與西南平?jīng)?靈臺(tái)地區(qū)延長(zhǎng)組遭受更強(qiáng)剝蝕的特征相吻合。此外，平?jīng)?靈臺(tái)地區(qū)殘存地層(圖2)及剖面圖形態(tài)(圖3)特征，顯示延長(zhǎng)組發(fā)育軸面呈近東西向或北西-南東向背向斜形態(tài)特征，暗示著該區(qū)在前侏羅紀(jì)經(jīng)歷了南北向或北東-南西向的擠壓。安口-策底地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組復(fù)式褶皺發(fā)育(陜西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì),1967(1)陜西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì). 1967. 隴縣幅1:20萬(wàn)地質(zhì)圖及說(shuō)明書(shū))，侏羅系呈角度不整合覆蓋其上(圖1)，也同樣證明了該擠壓構(gòu)造的存在。

沉積間斷面上覆地層為侏羅紀(jì)富縣組和延安組。盆地后三疊紀(jì)地質(zhì)圖(即侏羅系底面地質(zhì)圖)(圖4)及聯(lián)井剖面圖(圖3)，揭示了侏羅紀(jì)早期地層的沉積特點(diǎn)。從圖中可以看到，富縣組在盆地中部定邊-吳旗-延安地區(qū)連片分布，而在盆地西南部環(huán)縣、慶陽(yáng)、合水地區(qū)呈帶狀展布，總體顯示出周邊高、中間低的古地貌形態(tài)；盆地南部富縣組帶狀分布區(qū)，與前述甘陜古河、慶西古河展布范圍一致，指示了古河道對(duì)侏羅紀(jì)早期地層的控制作用，具填平補(bǔ)齊的沉積特點(diǎn)(趙俊興和陳洪德，2006)。延安組初延10期，盆地沉積范圍明顯擴(kuò)大，在中北部大面積廣覆沉積，但盆地南部仍比較局限，僅在慶陽(yáng)-靈臺(tái)地區(qū)發(fā)育南北向帶狀展布沉積，可能仍受南北向慶西古河道控制，表現(xiàn)出南高北低的古地貌形態(tài)，南部大部區(qū)域仍未接受沉積；直至延9期盆地西南部隴縣、鎮(zhèn)原一帶才開(kāi)始接受沉積，東南局部地區(qū)可持續(xù)至延8期。聯(lián)井剖面則表現(xiàn)出向盆地南、西南延安組早期具超覆沉積的特點(diǎn)，同時(shí)地層厚度明顯較東北部薄(圖3)。上述特征，一方面揭示了下伏侵蝕古地貌對(duì)侏羅紀(jì)早期沉積地層明顯的控制作用，另一方面也間接表明了盆地西南、南部地區(qū)在侏羅紀(jì)早期仍處于隆升狀態(tài)，其下伏地層遭受了更長(zhǎng)時(shí)間的剝蝕，可一直延續(xù)至延安組延9期。

圖4 鄂爾多斯盆地后三疊紀(jì)沉積地質(zhì)圖

圖5 鄂爾多斯盆地南部三疊紀(jì)末地層剝蝕厚度等值線圖

2.2 地層接觸關(guān)系

鉆探已證實(shí)，盆地內(nèi)部侏羅紀(jì)富縣組-延安組與延長(zhǎng)組之間總體呈平行不整合接觸關(guān)系(楊俊杰，2002)；盆地西南部露頭及鉆井資料，則揭示出侏羅系與下伏不同時(shí)代地層的角度不整合接觸關(guān)系(湯錫元等, 1992; 高春云和周立發(fā), 2019)(圖1)。如西南麟游水川溝、華亭安口地區(qū)延安組與下覆三疊系延長(zhǎng)組微角度不整合接觸關(guān)系明顯；而在盆地西部侏羅系與前中生代地層角度不整合普遍，延長(zhǎng)組地層缺失，如彭陽(yáng)地區(qū)大量煤田鉆井揭示在青龍山-平?jīng)鰯嗔阎髻_系角度不整合覆蓋于奧陶系及石炭系之上，斷裂之東則角度不整合于延長(zhǎng)組之上；在固原炭山侏羅系角度不整合于元古界石英砂巖之上，環(huán)14井亦揭示出侏羅系覆蓋于二疊系之上。總體表現(xiàn)為在盆地西南部、西部侏羅系與下伏不同時(shí)代地層角度不整合接觸關(guān)系，向盆地內(nèi)部逐漸轉(zhuǎn)為平行不整合接觸的特點(diǎn)。

2.3 剝蝕厚度恢復(fù)

利用上覆地層約束法、延長(zhǎng)組小層(段)對(duì)比及地層厚度變化趨勢(shì)，對(duì)盆地西南部三疊紀(jì)末地層剝蝕厚度進(jìn)行了估算。從圖5可以看到，三疊紀(jì)末地層剝蝕厚度等值線總體呈北西-南東走向，剝蝕量向西南、南逐漸增大，在正寧-洛川區(qū)域剝蝕厚度為小于150m，向西南迅速增加，到彬縣-靈臺(tái)一帶剝蝕厚度可達(dá)550～600m，永壽之西南最大可達(dá)1000余米，顯示出西南強(qiáng)、北東弱的剝蝕特點(diǎn)，與上述延長(zhǎng)組頂部剝蝕特點(diǎn)相一致。上述估算結(jié)果與陳瑞銀等(2006)估算的三疊紀(jì)末期剝蝕厚度相當(dāng)，但本次估算的范圍較陳瑞銀等(2006)更往南。需要說(shuō)明的是，盆地南部延長(zhǎng)組現(xiàn)今未被侏羅紀(jì)覆蓋的區(qū)域(即侏羅系殘存邊界之南)，可能后期仍遭受了剝蝕改造，對(duì)此我們主要根據(jù)鄰井能被上覆地層約束的延長(zhǎng)組地層殘存及剝蝕情況，同時(shí)亦考慮區(qū)域上該區(qū)地層的后期剝蝕特點(diǎn)(王建強(qiáng)等，2011)，進(jìn)行推斷。

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頂部剝蝕改造特征、后三疊紀(jì)沉積地質(zhì)特征，西南部地層接觸關(guān)系及剝蝕厚度恢復(fù)，一致表明在三疊紀(jì)末期-早侏羅世盆地出現(xiàn)了西南強(qiáng)、中北弱的差異抬升剝蝕，致使延長(zhǎng)組頂部沉積地層殘缺不全，前侏羅紀(jì)盆地面貌發(fā)生了較大改觀，古地貌呈西南高、北東低的特征，且西南部經(jīng)歷了明顯的構(gòu)造擠壓；盆地西南、南部沉積間斷時(shí)間較盆地中東部更長(zhǎng)，可延續(xù)至延安組延9期，最大剝蝕量可達(dá)1000余米。

3 隆升時(shí)限的熱年代學(xué)約束

依據(jù)地層缺失、剝蝕厚度及古構(gòu)造地貌特征對(duì)鄂爾多斯盆地西南部三疊世末的抬升改造特點(diǎn)進(jìn)行了分析，但對(duì)其具體抬升時(shí)限依然缺乏定量的年代學(xué)約束。近年來(lái)，低溫?zé)崮甏鷮W(xué)方法得到了快速發(fā)展，以裂變徑跡定年方法為代表，在造山帶和沉積盆地的構(gòu)造熱事件、隆升剝露過(guò)程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用(Gallagheretal.,1998；Jolivetetal., 2001; Gleadowetal., 2002; Enkelmannetal., 2006; Jainetal., 2009；Fitzgeraldetal., 1995; Malusa and Fitzgerald, 2019)。裂變徑跡定年主要是通過(guò)測(cè)定巖石礦物(如磷灰石、鋯石等)內(nèi)放射性元素(如238U等)自發(fā)裂變形成徑跡(子體)和利用外探測(cè)器方法或LA-ICP-MS方法獲得礦物238U含量(母體)，再通過(guò)矯正、計(jì)算獲得年齡(Hurford and Green, 1983; Hurford, 1990)。因裂變徑跡長(zhǎng)度和徑跡密度隨溫度(埋藏深度)而發(fā)生變化或消失，據(jù)此可依據(jù)獲得年齡和徑跡長(zhǎng)度，利用HeFTy等軟件開(kāi)展熱史反演，間接揭示巖石埋藏或抬升的時(shí)限與過(guò)程(Ketcham, 2005)。不同礦物具有不同的退火模型和封閉溫度，其中磷灰石裂變徑跡部分退火溫度范圍介于60～120℃，可有效揭示淺地表約1～3km的抬升剝蝕過(guò)程(Gleadowetal., 2002)。本次對(duì)盆地西南部開(kāi)展了3件樣品的磷灰石裂變徑跡年代學(xué)測(cè)試。

3.1 樣品采集及測(cè)試結(jié)果

樣品主要采自盆地西南部華亭、策底坡一帶的中晚三疊世延長(zhǎng)組地層(樣品時(shí)代約230～240Ma)，巖性均為砂巖(圖1、表1)。樣品測(cè)試分析在意大利帕多瓦大學(xué)裂變徑跡年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，采用外探測(cè)器方法(Fleischeretal., 1975)，測(cè)試流程詳見(jiàn)Zattinetal.(2014)，結(jié)果見(jiàn)表2。

3件樣品的磷灰石裂變徑跡中值年齡介于158.5±12.1Ma～168.7±10.4Ma之間，遠(yuǎn)小于其賦存地層的沉積時(shí)代；年齡雷達(dá)圖(圖6a1-a3)進(jìn)一步顯示樣品單顆粒年齡小于地層沉積時(shí)代，上述特征表明3件樣品均經(jīng)歷了完全退火過(guò)程(Wagner and Van den Haute, 1992)。Dpar值介于2.53±0.37μm～2.81±0.46μm，誤差范圍內(nèi)較為接近，在一定程度上指示了樣品具有類似的化學(xué)退火動(dòng)力學(xué)行為；Dpar值與單顆粒年齡相關(guān)性不明顯，表明礦物化學(xué)成分對(duì)年齡影響不大(圖6b)。3件樣品年齡均通過(guò)χ2檢驗(yàn)(P(χ2)>5%)，這些參數(shù)特征顯示各樣品磷灰石礦物年齡代表了類似的年齡組分。樣品圍限徑跡長(zhǎng)度介于12.24±0.16μm～12.84±0.14μm，遠(yuǎn)小于磷灰石礦物初始徑跡長(zhǎng)度(～16.3μm)，屬于較短徑跡范疇，徑跡頻率分布顯示出單峰特征，長(zhǎng)度變化范

表1 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡樣品信息表(樣品位置見(jiàn)圖1)

Table 1 Sample information of AFT dating in the southwestern Ordos Basin (sample location is shown in Fig.1)

樣品號(hào)巖性地層?xùn)|經(jīng)北緯高程(m)XY1黃綠色細(xì)砂巖35°13′46.08″106°41′8.79″1413XY2灰綠色中砂巖三疊紀(jì)延長(zhǎng)組35°17′45.73″106°47′36.2″1377XY3灰白色粗砂巖35°18′45.69″106°36′30.98″1542

表2 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡測(cè)試結(jié)果

Table 2 The results of AFT dating in the southwestern Ordos Basin

樣品號(hào)顆粒數(shù)徑跡密度(×105cm-2)ρd (Nd)ρs (Ns)ρi (Ni)U(×106)P(χ2)中值年齡±1σ(Ma)Dpar(μm)meanσNL (μm) ±1σXY1219.47(2295)11.80(775)11.80(775)14.4 18.76158.5±12.12.810.4611012.840.14XY2259.36(4541)14.23(1819)14.22(1818)20.0 71.03161.9±5.22.530.379612.570.18XY3209.55(4631)14.46(1440)13.71(1365)16.7 94.48168.7±10.42.670.485312.240.16

注: Zeta(ζ)=339.34±15.69; Nd-中子注量監(jiān)測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)鈾玻璃的誘發(fā)徑跡數(shù); ρd-標(biāo)準(zhǔn)鈾玻璃上誘發(fā)徑跡密度;Ns-自發(fā)徑跡數(shù); ρs-自發(fā)徑跡密度; Ni-誘發(fā)徑跡數(shù); ρi-誘發(fā)徑跡密度;P(χ2)-χ2 檢驗(yàn)值;N-統(tǒng)計(jì)圍限徑跡條數(shù); L-實(shí)測(cè)徑跡長(zhǎng)度及誤差圍較寬(圖6a)，說(shuō)明樣品經(jīng)歷了較緩慢的冷卻過(guò)程或在部分退火帶區(qū)間(PAZ)停留較長(zhǎng)時(shí)間，因而裂變徑跡表觀年齡無(wú)直接地質(zhì)含義，不能有效的約束樣品發(fā)生冷卻的時(shí)限，需結(jié)合熱史反演模擬進(jìn)一步分析(Gallagheretal., 1998)。

圖6 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡單顆粒年齡雷達(dá)圖及徑跡長(zhǎng)度頻率分布圖(a1-3)及單顆粒年齡與Dpar值關(guān)系圖(b)

圖7 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡熱史模擬圖

3.2 熱史模擬

利用HeFTy軟件對(duì)本次測(cè)試樣品進(jìn)行了熱史模擬，退火模型統(tǒng)一參考Ketchametal. (2007)，徑跡初始長(zhǎng)度設(shè)為16.3μm，古今地表溫度設(shè)為20±5℃，并依據(jù)樣品最大單顆粒年齡，設(shè)置起始約束條件，其它不給予約束。結(jié)果顯示(圖7)，模擬獲得的年齡、徑跡長(zhǎng)度與實(shí)測(cè)值相當(dāng)，GOF值均大于0.7，表明模擬結(jié)果可信度較高，其中綠色區(qū)域?yàn)榭山邮苎莼窂剑t色區(qū)域?yàn)楹玫难莼窂?，白色曲線代表最佳擬合路徑，黃色范圍為磷灰石裂變徑跡部分退火帶區(qū)間(APAZ)。

最佳擬合演化路徑(圖7)，顯示樣品沉積后，均經(jīng)歷了快速升溫，并達(dá)到完全退火，大致在三疊世末期-侏羅紀(jì)初出現(xiàn)冷卻過(guò)程。其中樣品XY1在198～163Ma間，冷卻速率約為1.14℃/Myr，此后較長(zhǎng)時(shí)間處于部分退火帶之中，冷卻速率僅 0.24℃/Myr，并于80Ma左右退出部分退火帶區(qū)間；XY2樣品在190～158Ma間，冷卻速率為1.03℃/Myr，此后與XY1經(jīng)歷了相似的冷卻過(guò)程； XY3在205～195Ma間冷卻速率達(dá)3.3℃/Myr，在195～40Ma冷卻速率僅為0.08℃/Myr，約40Ma以來(lái)冷卻速率開(kāi)始加快，為1.35℃/Myr，直到30Ma左右退出部分退火帶。

上述分析表明，3件樣品共同記錄了三疊紀(jì)末-早侏羅世(約205～190Ma)退出完全退火帶并發(fā)生相對(duì)快速冷卻過(guò)程，其中XY1，XY2樣品可持續(xù)至約～160Ma(圖7)。該時(shí)間段內(nèi)，研究區(qū)未曾有巖體侵入等熱事件的紀(jì)錄，由此，推斷此次相對(duì)快速冷卻事件是該區(qū)構(gòu)造抬升的結(jié)果，這與盆地西南部三疊紀(jì)末期強(qiáng)烈剝蝕特征相印證。若按晚三疊紀(jì)古地溫梯度3℃/100m估算，樣品XY1抬升了約1330m，XY2約為1098m，XY3為1100m。樣品XY3快速冷卻啟動(dòng)時(shí)間早于樣品XY1和XY2，且冷卻速率更快(新生代以來(lái)亦是如此)，認(rèn)為XY3樣品在位置上更靠近盆地西緣大斷裂(圖1)，推測(cè)其異?？焖倮鋮s速率可能與斷裂活動(dòng)有關(guān)。樣品XY1和XY2在約80Ma開(kāi)始退出部分退火帶區(qū)間，然熱史模擬曲線在30～25Ma左右均出現(xiàn)了相對(duì)快速冷卻，速率約1.33～1.6℃/Myr，與樣品XY3在40Ma左右出現(xiàn)相對(duì)快速冷卻特征較為一致，可能共同記錄了新生代以來(lái)經(jīng)歷的相對(duì)快速冷卻事件，本文對(duì)此暫不做進(jìn)一步討論。

4 三疊紀(jì)末期盆地抬升事件及區(qū)域構(gòu)造意義

前文從盆地地質(zhì)特征及熱年代學(xué)方面，分別論述了鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末期沉積間斷的剝蝕改造特征及隆升時(shí)限，表明三疊紀(jì)末期-早侏羅世鄂爾多斯盆地總體經(jīng)歷了西南強(qiáng)、北東弱的差異剝蝕改造，盆地西南部大范圍內(nèi)延長(zhǎng)組遭受剝蝕，地層殘缺不全，剝蝕量最大可達(dá)1000余米，并存在構(gòu)造擠壓現(xiàn)象，盆地面貌發(fā)生了較大改觀；后三疊紀(jì)地質(zhì)沉積時(shí)代，進(jìn)一步約束了侏羅系沉積前盆地古地貌總體呈西南高、北東低的特點(diǎn)，盆地西南部沉積間斷可持續(xù)至中侏羅世延安組延9期。磷灰石裂變徑跡年代學(xué)及熱史模擬，較一致的記錄了盆地西南部起始于約205～190Ma，可持續(xù)至160Ma的抬升冷卻過(guò)程。上述研究有力的論證了鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末期的抬升剝蝕事件。

大型沉積盆地在演化過(guò)程中大范圍的抬升和長(zhǎng)時(shí)間的剝蝕改造，往往是盆地演化和區(qū)域構(gòu)造環(huán)境演變重大事件的表現(xiàn)和紀(jì)錄(劉池洋等，2016)。研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造研究表明，中晚三疊世以來(lái)鄂爾多斯盆地與秦嶺造山帶構(gòu)造位置相鄰，大型鄂爾多斯盆地形成演化與秦嶺造山帶在時(shí)空演化、物質(zhì)交換等方面密切關(guān)聯(lián)(劉池洋等, 2006; 王建強(qiáng)等, 2015)，中晚三疊世是中國(guó)南北兩大陸的匯聚碰撞與其間秦嶺造山的主要時(shí)期(張國(guó)偉, 2001; Dongetal., 2016a)。三疊紀(jì)末，秦嶺碰撞造山基本結(jié)束，花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)變?nèi)醯酵Ｖ梗w開(kāi)始進(jìn)入板內(nèi)構(gòu)造演化階段(張成立等, 2005, 2008; 王曉霞等, 2011, 2015；Dongetal., 2016b)；早侏羅世，在持續(xù)擠壓的背景下，秦嶺造山帶沿主要斷裂發(fā)育走滑轉(zhuǎn)換構(gòu)造，局部發(fā)育花狀構(gòu)造和拉分盆地(Dongetal., 2016b)，表明在三疊紀(jì)末期-早侏羅世秦嶺造山帶區(qū)域構(gòu)造環(huán)境發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。與之相應(yīng)，秦嶺造山帶上三疊統(tǒng)-早侏羅統(tǒng)整體缺失，中侏羅統(tǒng)以角度不整合覆蓋于下三疊統(tǒng)或之前的地層之上(Lietal., 2013；Dongetal., 2016b)，表明晚三疊世以來(lái)秦嶺地區(qū)長(zhǎng)期處于隆升狀態(tài)。東秦嶺曹坪和沙河灣巖體以及西秦嶺老君山和秦嶺梁巖體角閃石、黑云母和鉀長(zhǎng)石40Ar/39Ar 年齡測(cè)定和多重?cái)U(kuò)散域模擬研究，表明約在204～207Ma到197Ma期間，東西秦嶺同時(shí)出現(xiàn)了快速冷卻事件，冷卻速率約達(dá)26℃/Ma(王非等, 2004)，記錄了秦嶺地區(qū)晚三疊世末至早侏羅世區(qū)域性的抬升事件。

區(qū)域上，祁連褶皺帶東部與西秦嶺褶皺帶和鄂爾多斯盆地西南部緊密相連，因新生代廣泛覆蓋，其中生代構(gòu)造演化研究一直較為薄弱。近來(lái)，對(duì)靜寧地區(qū)侏羅系碎屑巖及海西期巖體的年代學(xué)研究(彭恒等, 2018)，認(rèn)為侏羅系碎屑磷灰石裂變徑跡年齡記錄了其物源區(qū)(祁連山東部)約215Ma隆升事件，海西巖體樣品(HSZ1，HSZ2)的裂變徑跡熱史模擬曲線則紀(jì)錄了約220～180Ma快速冷卻抬升事件(圖8)。此外，鄂爾多斯盆地之西的香山-衛(wèi)寧地區(qū)，在晚三疊世-早侏羅世約213～194Ma(陳剛等，2007)及204.0～183.3Ma (趙曉辰等, 2016)存在構(gòu)造事件；今盆地南緣淳化口鎮(zhèn)二疊系(WB5、WB6)磷灰石裂變徑跡定年及熱史模擬(圖8)，亦表明在晚三疊世-早侏羅世(205～185Ma)發(fā)生了構(gòu)造抬升事件(Zhangetal., 2018)。

圖8 鄂爾多斯盆地西南部及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡熱史模擬最佳路徑(樣品位置見(jiàn)圖1)

上述分析表明，三疊紀(jì)末-早侏羅世，秦嶺褶皺帶、祁連褶皺帶東部、鄂爾多斯盆地西南及鄰區(qū)的廣大區(qū)域均有構(gòu)造抬升事件的發(fā)生，在隆升時(shí)限上較為一致(圖8)，總體顯示了三疊紀(jì)末-早侏羅世的構(gòu)造隆升事件具廣泛的區(qū)域性，且與鄂爾多斯盆地西南強(qiáng)、北東弱的抬升剝蝕特征具有良好的時(shí)空耦合關(guān)系。由此，筆者認(rèn)為，鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末-早侏羅世構(gòu)造抬升事件應(yīng)是對(duì)秦嶺造山帶區(qū)域構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變的響應(yīng)和紀(jì)錄。

需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)是，三疊紀(jì)末-早侏羅世，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)期沉積作用結(jié)束和盆地整體抬升、沉積間斷，與秦嶺陸內(nèi)造山階段的開(kāi)始和花崗巖漿活動(dòng)停止，在時(shí)間上幾乎同時(shí)，這不可能是偶然的巧合，應(yīng)有著更為廣闊、關(guān)聯(lián)密切、相對(duì)統(tǒng)一的地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境和深刻的內(nèi)在成因聯(lián)系，對(duì)其形成動(dòng)力機(jī)理探討和揭示，必將具有重要的區(qū)域大地構(gòu)造環(huán)境演變和大陸動(dòng)力學(xué)意義。

5 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地三疊紀(jì)末-早侏羅世的抬升剝蝕事件是中生代成盆以來(lái)首次較大規(guī)模的改造。盆地主體經(jīng)歷了西南強(qiáng)、北東弱的差異抬升剝蝕，西南部大范圍內(nèi)延長(zhǎng)組地層殘缺不全，剝蝕量最大可達(dá)1000余米；前侏羅紀(jì)沉積古地貌總體呈西南高、北東低的特點(diǎn)，西南部沉積間斷可持續(xù)至中侏羅世延安組早期；

(2)磷灰石裂變徑跡年代學(xué)及熱史模擬，表明從205～190Ma開(kāi)始，盆地西南部發(fā)生了冷卻事件，冷卻速率大于1.0℃/Myr,可持續(xù)至約160Ma，記錄并約束了此次抬升剝蝕事件的時(shí)限與過(guò)程；

(3)綜合區(qū)域構(gòu)造演化，認(rèn)為鄂爾多斯盆地西南部三疊紀(jì)末-早侏羅世的抬升剝蝕事件是對(duì)秦嶺造山帶同期區(qū)域構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變的響應(yīng)和紀(jì)錄，兩者具有良好的時(shí)空耦合關(guān)系。

致謝本文撰寫(xiě)過(guò)程與段亮、梁文天、楊釗的多次討論使作者受益匪淺，兩位評(píng)審人提出了建設(shè)性的修改意見(jiàn), 在此一并致謝。