川东北地区异常高压形成的地温场背景

利用四川东北地区现有的钻井测温数据及测定的岩石样品热导率数据,计算了12口钻井的大地热流值. 结果表明,川东北地区现今地温梯度为18～25 ℃/km,平均21 ℃/km,大地热流值介于41～57 mW/m2之间,平均为49 mW/m2. 在此基础上,利用镜质体反射率(Ro)资料对研究区热史进行了恢复,认为研究区在255Ma左右古热流达到最高值(62～70 mW/m2),此后热流持续降低直到现今;研究区中-新生界不整合面的剥蚀厚度最大,可达约2100 m;异常高压是在低热流的地温场背景下形成的.     

四川盆地南部地区新生代隆升剥露研究——低温热年代学证据

本文通过背斜褶皱变形与低温热年代学年龄(磷灰石和锆石(U-Th)/He、磷灰石裂变径迹)端元模型研究,约束低起伏度、低斜率地貌特征的四川盆地南部地区新生代隆升剥露过程.四川盆地南部沐川和桑木场背斜地区新生代渐新世-中新世发生了相似的快速隆升剥露过程(速率为~0.1 mm/a、现今地表剥蚀厚度1.0~2.0 km),反映出盆地克拉通基底对区域均一性快速抬升冷却过程的控制作用.川南沐川地区磷灰石(U-Th)/He年龄值为~10—28.6 Ma, 样品年龄与古深度具有明显的线性关系,揭示新生代~10—30 Ma以速率为0.12±0.02 mm/a的稳态隆升剥露过程.桑木场背斜地区磷灰石裂变径迹年龄为~36—52 Ma,古深度空间上样品AFT年龄变化不明显(~50 Ma)、且具有相似的径迹长度(~12.0 μm).磷灰石裂变径迹热演化史模拟表明桑木场地区经历三个阶段热演化过程:埋深增温阶段(~80 Ma以前)、缓慢抬升冷却阶段(80—20 Ma)和快速隆升剥露阶段(~20 Ma—现今),新生代隆升剥露速率大致分别为~0.025 mm/a和~0.1 mm/a.新生代青藏高原大规模地壳物质东向运动与四川盆地克拉通基底挤压,受板缘边界主断裂带差异性构造特征控制造就了青藏高原东缘不同的边界地貌特征.     

青藏高原东南缘大凉山新生代隆升建造过程——多封闭系统低温热年代学与热模型限制

长波长、低起伏度大凉山构造带新生代隆升剥露与建造过程是解译青藏高原东向扩展过程的关键核心地区之一.本文基于大凉山构造带喜德剖面和沐川剖面9件样品的多封闭系统低温热年代学年龄(即磷灰石(U-Th)/He(AHe)、磷灰石裂变径迹(AFT)和锆石(U-Th)/He(ZHe))定年,揭示出多封闭系统热年代学年龄与古岩性柱深度具有明显的正相关性,即伴随古岩性柱深度增大,多封闭系统热年代学年龄明显减小.喜徳剖面多封闭系统低温热年代学AHe、AFT和ZHe年龄值分别为7-9 Ma、14-22 Ma和25-38 Ma;沐川剖面多封闭系统低温热年代学AHe和AFT年龄值分别为10-26 Ma、23-85 Ma, ZHe年龄值为未完全退火年龄.多封闭系统热年代学和QTQt热史模拟揭示,大凉山构造带喜徳和沐川剖面岩性柱所有样品都经历大致相似的三阶段热演化过程,尤其是晚新生代快速隆升剥露阶段(30-20 Ma以来),其平均剥露速率分别为~0.15 mm·a-1和~0.20 mm·a-1,抬升剥露量分别为~3.0 km和~1.5 km.结合区域低温热年代学特征的大凉山构造带地表隆升动力学模型,揭示出重力均衡作用下地壳缩短与剥露作用(即构造隆升剥露机制)控制形成了现今大凉山造山带长波长、低起伏和高海拔地貌建造过程.     

中天山科克苏河地区隆升剥蚀历史——来自(U-Th)/He年龄的制约

天山是中亚造山带重要组成部分,其中-新生代构造热演化及隆升剥露史研究是认识中亚造山带构造变形过程与机制的关键.本文应用磷灰石（U-Th） /He技术重建中天山南缘科克苏河地区中-新生代构造热演化及隆升剥蚀过程.磷灰石（U-Th） /He数据综合解释及热演化史模拟表明该地区至少存在晚白垩世、早中新世、晚中新世3期快速隆升剥蚀事件,起始时间分别为～90 Ma、～13 Ma及～5 Ma,且这3期隆升剥蚀事件在整个天山地区具有广泛的可对比性.相对于磷灰石裂变径迹,磷灰石（U-Th）/He年龄记录了中天山南缘地质演化史中更新和更近的热信息,即中天山在晚中新世（～5 Ma）快速隆升剥蚀,其剥蚀速率为～0.47 mm·a-1,剥蚀厚度为～2300 m.总体上,中天山科克苏地区隆升剥蚀起始时间从天山造山带向昭苏盆地（由南向北）逐渐变老,表明了中天山南缘隆升剥蚀存在不均一性,并发生了多期揭顶剥蚀事件.     

日喀则弧前盆地的埋藏和剥蚀历史——来自低温热年代学的约束

日喀则弧前盆地紧邻印度板块与欧亚大陆碰撞带,研究其剥蚀历史对理解印度板块与欧亚大陆碰撞对造山带剥蚀的影响具有重要意义。文中利用磷灰石裂变径迹(AFT)及锆石和磷灰石的(U-Th)/He(ZHe和AHe)年龄数据,结合已发表的低温热年代数据探讨日喀则弧前盆地的热演化和剥露历史。日喀则弧前盆地磷灰石裂变径迹年龄存在明显的南北差异,南部磷灰石裂变径迹年龄为74～44Ma,对应的剥蚀速率为0. 03～0. 1km/Ma,剥蚀量≤2km;北部磷灰石裂变径迹年龄为27～15Ma,剥蚀速率为0. 09～0. 29km/Ma,但缺失早新生代的热演化历史。而磷灰石的(U-Th)/He年龄表明15Ma BP之后日喀则弧前盆地整体呈现一致的剥露历史。低温热年代数据表明日喀则弧前盆地南部自新生代以来尽管受到印度板块与欧亚大陆碰撞及后期断层活动的影响,海拔由海平面抬升至4. 2km,但一直保持缓慢的剥蚀,表明高原隆升并未直接促使该地区的岩石剥蚀速率加快,这与快速剥蚀即代表造山带开始隆升的假设不相符。此外,日喀则弧前盆地北部的低温热年代学研究表明晚渐新世—早中新世Kailas盆地仅发育于日喀则弧前盆地与冈底斯造山带之间的狭长地带,并在短期内经历了快速的埋藏和剥露。     

中、上扬子白垩纪以来的剥蚀过程及构造意义——低温年代学数据约束

通过对磷灰石裂变径迹（AFT）数据系统的对比,本文从整体上分析了中、上扬子区块各地质单元在晚中生代、新生带抬升冷却特征,并初步构建了区域上中-新生代构造活动与内陆变形的时空关系.它们的构造活动在空间上具有分区性和连续性特征,在时间上具有幕式性特征.空间上的分区性与连续性主要表现在各地质单元隆升特征的差异性,即中扬子北缘江汉盆地、黄陵隆起最早开始冷却到大巴山逆冲带、米仓山-汉南隆起晚侏罗世自北（东）向南（西）的隆升与江南-雪峰山隆起、湘鄂西褶皱带、川东褶皱带及川东北地区自南东向北西依次递进逆冲褶皱变形的差异;构造活动时间上的幕式特征主要表现在阶段性的快速冷却及其相间的缓慢冷却过程.中、上扬子北缘大巴山逆冲带、米仓山-汉南隆起磷灰石裂变径迹年龄从北（东）向南（西）逐渐变小,它们在晚中生代、新生代处于秦岭-大别造山带向扬子地块逆冲挤压变形的动力学背景;而湘鄂西褶皱带、川东褶皱带及川东北地区磷灰石裂变径迹年龄自南东向北西方向减小的趋势主要受控于太平洋板块的俯冲挤压效应.中、上扬子喜山晚期的快速冷却主要是青藏高原隆升及其向东与南东方向构造逃逸挤压作用及亚洲季风等气候变化的响应.磷灰石裂变径迹的系统分析为中、上扬子递进扩展构造变形提供了年代学约束.     

一种基于温度历史和瞬态地温场模拟的剥露历史反演方法

根据低温热年代学数据,提取岩石从深部剥露到地表的信息,对理解诸多地质问题（如造山带演化、地表过程及其相互作用等）具有重要意义.本文提出一种基于岩石温度历史（可利用古温标、热年代计等方法制约）,并考虑剥露过程对地温场扰动的剥露历史反演计算方法.基于假定的与真实数据的正反演模拟和参数敏感性分析表明：热扩散率的变化对剥蚀量计算影响不大,在常规岩石热扩散率变化范围内（20~35 km²/Ma）,总剥蚀量变化小于10%;传统计算方法低估了剥蚀总量,对于现今地温梯度小于20℃/km、冷却速率大于2~3℃/Ma,或现今地温梯度大于30℃/km、冷却速率大于5~10℃/Ma的地区,需要考虑热平流对剥蚀量计算的影响;匀速冷却的热历史指示剥蚀速率持续减小,而非匀速剥蚀.本文将该方法应用到龙门山南段和四川盆地,反演计算显示龙门山南段15 Ma以来的剥蚀总量为8 km,四川盆地中部80 Ma以来剥蚀总量为约3 km、东部约5 km.

     

柴达木盆地东部晚海西-印支期剥蚀量与隆升历史——多种古温标与沉积学证据的制约

柴达木盆地东部周缘造山带内保存有较完整的晚古生代-早中生代沉积记录,但盆地内至今仍未发现二叠系-三叠系.为探讨柴东地区二叠纪-三叠纪有无沉积及隆升历史等关键地质问题,本文首先利用古温标法恢复晚海西-印支期剥蚀量,随后,通过物源分析法获得印支期柴东北缘隆升的沉积学证据.结果表明,印支运动前,柴东地区残留石炭系顶界面埋深普遍超过2500 m,晚海西-印支期剥蚀量为2100~4300 m,剥蚀量从南往北逐渐减小.柴东地区曾沉积了2000~3000 m的二叠系-三叠系,随后被整体剥蚀.晚二叠世以来,随着古特提斯洋往北俯冲,盆地周缘开始隆升.早三叠世柴东北缘经历了一次快速隆升,先期的多套沉积地层与结晶基底被迅速剥蚀并为宗务隆南缘的隆务河群砾岩沉积提供物源.中三叠世海水往北和往东退出研究区.晚三叠世,松潘-甘孜地体强烈碰撞挤压使得东昆仑-柴达木地体下地壳显著缩短和增厚,柴东地区被整体抬升,并且形成了南高北低的古地貌格局,在古气候与水系作用下,二叠系-三叠系与部分石炭系被全部剥蚀并搬运至宗务隆、南祁连及松潘-甘孜一带.

     

江南隆起带幕阜山岩体新生代剥蚀冷却的低温热年代学证据

江南隆起位于扬子与华夏地块的碰撞汇聚带,是研究华南大地构造演化的关键地质单元.本文采用磷灰石裂变径迹及(U-Th-Sm)/He年龄分布特征定性分析与径迹长度分布数据定量模拟相结合,主要研究了幕阜山岩体新生代的隆升与剥蚀过程,并在此基础上结合区域构造背景, 对其构造-热演化之间的关系进行了探讨.自晚白垩世持续隆升以来,幕阜山岩体经历的平均剥蚀厚度约4800 m.在不同岩体间,隆升过程及幅度存在差异,空间上具有非均匀性.热史结果显示幕阜山岩体经历了3期剥蚀, 其中两期快速剥蚀分别发生在晚白垩世-古近纪(80~50 Ma)和10 Ma以来,而这之间为一期缓慢剥蚀过程.研究区古近纪的快速剥蚀反映了中-下扬子喜山期大规模伸展断陷作用造成的肩部块体快速剥蚀事件; 约10 Ma以来的快速剥蚀是对太平洋板块向西运动的响应.幕阜山岩体自燕山晚期以来的隆升剥蚀作用具有良好的盆地沉积响应, 三期隆升剥蚀事件与研究区构造演化的动力学背景相吻合.     

青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束

青藏高原东缘作为高原生长的东边界,其新生代以来隆升剥露与扩展模式备受关注.高原内部平缓的地貌和边界构造带不显著的缩短变形被认为是下地壳流作用的重要证据.然而近年来,越来越多的低温热年代学研究结果表明,中-晚新生代以来跨不同断裂带存在显著的差异性隆升剥露,指示了断裂体系在青藏高原东缘构造变形与演化中的重要作用.本文系统收集区域内现有不同封闭温度体系的低温热年代学数据,综合分析结果表明青藏高原东缘隆升剥露及生长扩展与整个高原抬升具有准同步性.最为广泛和显著的剥露主要发生在~30 Ma以来,且高原东缘的最大侵蚀量区受控于断裂活动,快速侵蚀带的空间分布与鲜水河断裂带相一致.在区域尺度上,现有数据所揭示的剥露事件启动、持续时间及速率的显著差异性揭示了断层活动对青藏高原东缘地表剥露过程的控制作用.本文提出青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程,新生代以来不同断裂带在青藏高原向东扩展过程中起到了至关重要的作用,不支持"下地壳流假说"强调的"东缘上地壳变形不显著"的认识.     

青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束

青藏高原东缘作为高原生长的东边界,其新生代以来隆升剥露与扩展模式备受关注.高原内部平缓的地貌和边界构造带不显著的缩短变形被认为是下地壳流作用的重要证据.然而近年来,越来越多的低温热年代学研究结果表明,中-晚新生代以来跨不同断裂带存在显著的差异性隆升剥露,指示了断裂体系在青藏高原东缘构造变形与演化中的重要作用.本文系统收集区域内现有不同封闭温度体系的低温热年代学数据,综合分析结果表明青藏高原东缘隆升剥露及生长扩展与整个高原抬升具有准同步性.最为广泛和显著的剥露主要发生在~30 Ma以来,且高原东缘的最大侵蚀量区受控于断裂活动,快速侵蚀带的空间分布与鲜水河断裂带相一致.在区域尺度上,现有数据所揭示的剥露事件启动、持续时间及速率的显著差异性揭示了断层活动对青藏高原东缘地表剥露过程的控制作用.本文提出青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程,新生代以来不同断裂带在青藏高原向东扩展过程中起到了至关重要的作用,不支持"下地壳流假说"强调的"东缘上地壳变形不显著"的认识.     

川东弧形带三维构造扩展的AFT记录

对川东弧形褶皱带北段、中段和南段的三条剖面,进行了7件样品的磷灰石裂变径迹(AFT)测试,结合前人已发表的4件样品,分析模拟了主要背斜的隆升－剥露热历史.结果表明川东弧形带主体构造变形时间为135→65 Ma,即早白垩世早期到晚白垩世晚期.进而建立并对比了三条剖面的构造变形时序,揭示出川东弧形带的三维构造扩展历史:(1) 平行于构造线走向,表现为从中心向两翼的构造扩展,弧形带中段的构造变形最早,起始时间为早白垩世早期(约135 Ma),北段和南段的变形较晚,起始时间为早白垩世晚期(约100 Ma);(2) 垂直于构造线走向,在弧形带北段和中段均表现为由东向西的构造扩展,而在弧形带南段,由于受到前缘华蓥山断裂的影响,表现为自西向东的变形时序.川东弧形带的三维构造扩展历史暗示了"弯山构造"的成因模式,以及华蓥山先存断裂对弧形构造的限制作用.     

川东地区古生界主要泥页岩最高古温度特征

泥页岩的热演化过程与其经历的古温度史相关,最高古温度决定它的最终热演化程度.本文利用古温标方法恢复了川东地区古生界主要泥页岩层系经历的最高古温度.研究结果表明,它们在距今80-90 Ma时达到最高古温度,龙潭组顶面最高古温度150~220℃,龙潭组底面最高古温度160~230℃,龙马溪组顶面最高古温度160~250℃,五峰组底面最高古温度170~260℃,筇竹寺组顶面最高古温度210~320℃,筇竹寺组底面最高古温度210~320℃.各层最高古温度平面展布特征相似,最高温出现在涪陵-丰都一带,向南与向北温度均呈降低趋势,在达州-开江一带局部出现较高温.此外,结合川东地区古热流史分析认为,川东古生界泥页岩热演化过程具有阶段性,现今处于高-过成熟状态,达到最高古温度后生烃作用停止.川东地区经历较高的最高古温度随后快速抬升剥蚀有利于页岩气的成烃与成藏.