渤海湾地区中生代地层剥蚀量及中、新生代构造演化研究

本文首先利用地震层速度法、镜质组反射率法、声波时差法、地质外推法、磷灰石裂变径迹法等确定渤海湾盆地区中生界三叠系、侏罗系、白垩系的剥蚀量,恢复了其原始地层厚度,分析了中生代不同时期地层的分布状态,盆地性质和展部特点。认为渤海湾盆地区,三叠系沉积时期为大型内陆盆地,末期抬升遭受剥蚀。侏罗系和白垩系沉积时期为北西向展布的扭张型小盆地。进入新生代后,形成了一个受NNE、NE向断层控制的半地堑式复合盆地,叠置于中生代盆地之上。不同时代的地层由于不同的叠合方式形成了中坳新坳、中坳新隆、中隆新坳、中隆新隆4种叠合单元类型,不同类型的叠合单元经历了不同的沉降史,具有不同的石油地质意义。     

洛南、山阳盆地沉积充填特征及其对东秦岭中—新生代陆内演化的约束

晚三叠世后东秦岭造山带进入陆内造山阶段,其陆内演化过程主要表现为显著的隆升冷却和剧烈的岩浆活动,形成了一系列的山间断陷盆地。作为东秦岭陆内演化的重要载体,这类盆地的发育在很大程度上揭示了造山带的演化。以东秦岭地区的洛南、山阳山间断陷盆地为对象,通过实测剖面、构造要素测量,分析其沉积充填特征,并厘定其地层构造变形期次,从而为东秦岭地区中—新生代陆内演化提供约束。研究结果显示:(1)晚白垩世,洛南与山阳盆地主控断裂发生总体N—S向拉张兼具左行走滑运动,盆地基底由此开始进入以N—S向拉张断陷为主的活动期。受盆地发生拉张断陷作用的影响,两盆地的物源区岩体在该时期经历了强烈的隆升剥蚀冷却过程,剥蚀下来的碎屑颗粒被就近搬运到相应的盆地中,在盆地内部形成扇三角洲、湖泊及旱地冲积扇等沉积体系,形成了非常典型的山间断陷盆地。(2)从古新世开始到渐新世盆地沉积规模由大变小,磷灰石裂变径迹计算结果和构造变形证据共同表明,控制盆地发展的深大断裂拉张兼走滑作用持续减弱,推测此时的洛南与山阳盆地可能受到其它非东西方向上的挤压作用,抑制了拉张走滑运动。     

华南东部陆缘新生代隆升历史及其动力学机制

华南陆缘在新生代期间经历了千米量级的上覆盖层剥蚀和山脉隆升;同时,其东侧的东海陆架盆地经历多次构造应力场的反转并发育多期反转构造。东海陆架盆地内的构造反转与华南陆缘隆升的发生时间和触发机制是否一致有待研究。为此,本文对浙江地区的岩石样品进行磷灰石裂变径迹测试和热演化史反演分析其隆升历史,并通过地震剖面分析东海陆架盆地的反转时间及其反转所导致的地层剥蚀量;最后,将二者进行对比分析并研究其动力学机制。结果发现,华南东部陆缘地区至少存在晚始新世(34. 5～33. 5Ma)、中中新世(16～11. 5Ma)、上新世以来(5～0Ma)三期明显的快速隆升事件,三期隆升导致的地层剥蚀量分别为227m、593m和865m;东海陆架盆地经历了古新世末-始新世初(～56Ma)、始新世末-渐新世初(～32Ma)和晚中新世(～10Ma)三期构造反转,三期反转导致的局部地层最大剥蚀量分别可达1200m、1300m和2000m。在时间上,东海陆架盆地的始新世末-渐新世初(～32Ma)和晚中新世(～10Ma)的构造反转分别滞后于浙江的晚始新世(34. 5～33. 5Ma)和中中新世(16～11. 5Ma)的隆升时间,说明这两期挤压-剥蚀事件分别具有自西向东的迁移性,即印度-欧亚板块碰撞的远程效应可能是导致该迁移特征的原因;在强度上,东海陆架盆地的反转剥蚀量大于浙江境内的地层隆升量、挤压强度东强西弱,中新世晚期菲律宾海板块向西俯冲导致冲绳海槽弧后伸展产生向西的挤压力、这种挤压应力向陆内传递且强度变弱可能是导致该特征的原因。     

郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征

郯庐断裂带两侧分布众多的坳陷,其构造－热演化历史对于这些含油气坳陷的油气成藏起到重要的作用.本文利用镜质组反射率和磷灰石裂变径迹古温标模拟计算了郯庐断裂带中段两侧6个坳陷120口单井的热演化历史,在此基础上得到各坳陷新生代的地温梯度演化特征.总体上,郯庐断裂两侧坳陷的古地温梯度在新生代是逐渐降低的,在古近纪较高而新近纪仅比目前的地温梯度略高;结合构造沉降史的恢复结果,认为其反映了研究区由断陷向坳陷转化的构造演化特征.根据各坳陷古地温梯度的演化模拟结果,距离郯庐断裂带不同位置的坳陷其古热场特征存在差异.位于断裂带内的辽河盆地、渤中和昌潍坳陷古热场较高(第三纪初期的地温梯度达到57～59 ℃/km),且辽河盆地和昌潍坳陷在第三纪地温梯度一直处于较高的状况,而渤中坳陷新近纪时期的较低地温梯度是由于其大的构造沉降所致.远离郯庐断裂带的冀中和临清坳陷的古热场及其演化程度均是较低的,第三纪初期的地温梯度分别为53 ℃/km和50 ℃/km.由此推测郯庐断裂带在第三纪以来的活动性对其两侧地区热场的影响较大.郯庐断裂带两侧坳陷地温场的差异在宏观上受控于郯庐断裂的演化,在局部地区受控坳(盆)断裂等构造的影响.     

碳酸盐岩层系热历史恢复的有机质自由基古温标研究

古温标是恢复沉积盆地热演化历史的重要指标之一。目前,有众多的古温标用于碳酸盐岩层系热历史的恢复,既有沥青反射率(Rb)、牙形石色变指数(CAI)、镜状体反射率、有机质自由基浓度(N)、激光拉曼光谱等有机质古温标,也有矿物的裂变径迹热定年、岩石声发射、伊利石结晶度等矿物古温标,但他们都有不同的适用范围。本文针对有机质自由基浓度作为古温标在碳酸盐岩层系热历史恢复中的应用进行了探索研究。根据不同受热时间和加热温度下的热模拟试验,分析了型和型有机质的自由基浓度的热演化特征,得到了自由基浓度与时间-温度(TTI)的定量关系;由此建立了自由基浓度(N)与时间-温度(TTI)的定量模型并将之应用于塔里木盆地TZ12井的热历史研究。依据自由基浓度古温标模拟得到的TZ12井区奥陶纪时期的古地温梯度为3℃/100m左右,该结果与前人对该地区热史研究的结论及本研究中依据磷灰石裂变径迹模拟的结果相一致。对于经历了多期构造运动的下古生界碳酸盐岩层系的热史恢复,最好是多种古温标并用,多种方法综合运用,才能精确地恢复有机质的热演化史。     

滇西临沧花岗岩基新生代剥蚀冷却的裂变径迹证据

为揭示临沧花岗岩基的剥蚀冷却历史,探讨印藏碰撞对滇西的影响,对6块临沧花岗岩基样品进行锆石和磷灰石裂变径迹测定,并利用模拟退火法对其中5块样品的磷灰石裂变径迹数据进行非线性热史反演,估算了不同时期的剥蚀量和抬升量. 结果表明,岩基自印藏陆陆碰撞以来经历了两期冷却事件,早期冷却速率仅5～10 ℃/Ma,晚期冷却速率明显增高,特别是近3 Ma以来的冷却速率达到16～20 ℃/Ma;两期总剥蚀厚度可达3300～3500 m. 分析表明冷却事件与印藏碰撞关系密切,早期冷却是在印藏碰撞影响下,临沧岩基卷入逆冲推覆运动而遭遇抬升、剥蚀的结果;晚期冷却则是上新世以来,特别是3Ma以来岩基经受整体的强烈抬升、剥蚀的结果,该期构造抬升量约为672～1263 m;裂变径迹资料还揭示印藏碰撞先影响南部岩体,随后才波及到岩基中北段.     

阿尔金山脉新生代隆升-剥露过程

阿尔金山脉位于青藏高原北缘。文中主要是利用磷灰石裂变径迹测年分析,探讨阿尔金山脉的隆升和剥露过程。来自阿尔金山脉34个花岗岩、花岗闪长岩和片麻岩样品中磷灰石的裂变径迹测试结果表明,阿尔金山脉存在至少5个阶段的剥露作用,反演出阿尔金山脉具有多期次、阶段性的隆升特征,并存在差异性:EW向的阿尔金北缘拉配泉—红柳沟山体隆升-剥露时间早(61~34Ma);NE向且末—茫崖山脉的主要隆升时间位于始新世晚期—中新世(42~11Ma);沿阿尔金(主)断裂山体的隆升-剥露最为年轻,存在三期主要的剥露作用:10·2~7·3、5·5~4·5和2·1~1·8Ma。结合区域磷灰石测年数据、区域变形事件及其阿尔金断裂走滑历史分析,推测阿尔金山脉在晚白垩世曾有过初期隆升和剥露,古近纪的剥露局限于阿尔金山脉北缘EW向的山脉,始新世晚期—中新世、上新世晚期和早更新世的山脉剥露作用遍及了青藏高原北缘山脉,8Ma是青藏高原抬升和变形的一期重要构造事件发生时间;前陆盆地和阿尔金山间盆地的沉积作用研究也显示了阿尔金山脉的隆升剥露过程与阿尔金断裂的走滑及其相关盆地沉积构造-演化具有很好的耦合关系。     

西藏南部康巴穹隆剥露历史分析：来自低温热年代学的证据

造山带穹隆构造记录了陆-陆碰撞及其碰撞后地壳和地表演化过程的信息,是探讨造山带构造演化的重要窗口。康巴穹隆位于藏南特提斯喜马拉雅地区,是北喜马拉雅片麻岩穹隆带(NHGD)的组成部分,其剥露过程及其动力学机制仍然存在争议。通过对康巴穹隆核部花岗片麻岩开展锆石U-Pb、锆石裂变径迹(ZFT)年代学研究和三维数值模拟,获得了康巴穹隆的锆石U-Pb年龄为497.89±1.2Ma,锆石FT年龄(17~11 Ma)明显小于锆石U-Pb结晶年龄,说明这些径迹年龄是岩体冷却抬升形成的。Pecube三维数值模拟对穹窿核部样品的ZFT数据进行反演显示,康巴穹隆核部岩体自中新世以来经历15.9~11.4Ma和ca. 4.2Ma两次快速剥露,结合区域构造演化,提出第一次快速剥露与藏南拆离系(STDS)的活动有关,第二次快速剥露是对气候变化过程的响应。     

磷灰石低温热年代学在地学中的应用

磷灰石裂变径迹(AFT)和(U-Th)/He(AHe)是目前研究地壳表层(<5 km)中构造演化与气候驱动相互作用且记录超过1 Ma热历史最有效的手段之一。AFT和AHe这两种方法对低温(40 ℃~120 ℃)敏感, 能够较精确地获得地下1~4 km处的构造-热演化信息, 可用于解决地质体定年、盆地热历史、造山带演化、热液矿床及含油气盆地中生排烃与运移时限等诸多地质问题。本文系统归纳了这两种方法的原理、定年影响因素、年龄-高程法及应用中容易混淆的概念等内容, 并以北美西部大盆地卡林型金矿床、美国阿第伦达克山脉东部马西山、塔里木盆地早古生代的热历史演化为例, 详细阐述了它们的应用过程。为有效、合理地将磷灰石低温年代学应用于地学, 在具体的应用过程须注意以下问题: 充分把握研究区的构造背景, 根据研究目的合理设计采用剖面, 综合使用多种测年方法, 以及采用合理的数据处理、分析方法解释磷灰石低温年代学年龄数据。     

华北克拉通中部沁水盆地热演化史与山西高原中新生代岩石圈构造演化

以沁参1井地质资料为基础,结合沉积构造演化及邻区对比等,以磷灰石裂变径迹分析为主要手段,配合锆石裂变径迹、矿物流体包裹体、有机质镜质体反射率、区域岩浆活动及盆地演化分析,较系统地研究了沁水盆地晚古生代以来的区域构造运动与构造演化。并以此为基础探讨了山西高原中—新生代岩石圈构造热演化与高原的隆升过程,提高了对沁水盆地的地质评价,为下一步研究华北克拉通东部沁水盆地及邻区的古地热演化历史奠定了基础。