楊 鵬，任戰(zhàn)利，Jianxin Zhao，Ai Duc Nguyen，Yuexing Feng，祁 凱，王 琨

(1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102206； 2.中國(guó)石化 油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無(wú)錫 214126；3.西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710069； 4.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系,陜西 西安 710069； 5.Radiogenic Isotope Facility,School of Earth and Environmental Sciences,The University of Queensland,Brisbane,QLD 4072,Australia)

鄂爾多斯作為大型疊合盆地，富集了油氣、煤以及鈾礦等多種能源礦產(chǎn)資源，是中國(guó)海相油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域[1-2]。目前,鄂爾多斯盆地是中國(guó)油氣產(chǎn)量最大的沉積盆地之一，在保障中國(guó)能源安全中發(fā)揮了重要作用[1-4]。近年來(lái)，隨著海相油氣勘探理論不斷取得新進(jìn)展，鄂爾多斯盆地下古生界海相碳酸鹽巖油氣遠(yuǎn)景日益受到重視，成為了新的勘探熱點(diǎn)及目標(biāo)[3-7]。鄂爾多斯盆地西南部下古生界海相碳酸鹽巖地層十分發(fā)育，其構(gòu)造演化對(duì)油氣成藏、保存及分布等地質(zhì)條件有重要控制作用[8-11]，研究鄂爾多斯盆地西南部構(gòu)造演化對(duì)區(qū)域油氣勘探工作有重要指導(dǎo)意義。

自1991年“八五國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃”實(shí)施以來(lái)，鄂爾多斯盆地大規(guī)?？碧焦ぷ骱突A(chǔ)地質(zhì)綜合研究表明盆地古生界碳酸鹽巖層系具有良好的油氣遠(yuǎn)景[8-10]。鄂爾多斯盆地中部和東、北部地區(qū)古生界已探明大量油氣田(圖1)，在下古生界奧陶系馬家溝組發(fā)現(xiàn)了世界級(jí)整裝大氣田——靖邊大氣田。但是，盆地南部下古生界油氣勘探工作一直未取得新的重大突破[4,8-11]。近年來(lái)，中國(guó)石油、中國(guó)石化和延長(zhǎng)石油集團(tuán)等多家中國(guó)石油公司開(kāi)始將研究區(qū)塊從盆地內(nèi)部向盆緣構(gòu)造帶轉(zhuǎn)移，在盆地南部獲得了古生界油氣突破，先后發(fā)現(xiàn)了宜川氣田、黃龍氣田和慶城氣田等，說(shuō)明鄂爾多斯盆地南部同樣具有較好的勘探前景[3-4,10-11]。鄂爾多斯盆地南部古生界海相碳酸鹽巖地層沉積厚度大(超過(guò)2 500 m)，有機(jī)質(zhì)豐度較高，沉積相帶好，烴源巖熱演化程度達(dá)到過(guò)成熟生干氣階段[10-12]。鄂爾多斯盆地受古亞洲洋、特提斯-古太平洋、印度洋-太平洋以及西伯利亞-歐亞板塊等動(dòng)力體系的綜合控制，古生代以來(lái)經(jīng)歷了多個(gè)構(gòu)造-沉積旋回演化過(guò)程[13-18]。然而，構(gòu)造演化的具體時(shí)限尚不清楚，加之古老碳酸鹽巖礦物的年齡難以限定，鄂爾多斯盆地西南部海相碳酸鹽巖地層構(gòu)造改造事件的厘定是亟待解決的科學(xué)難題。

方解石作為碳酸鹽巖層系斷裂作用和熱流體活動(dòng)過(guò)程中廣泛發(fā)育且重要的直接產(chǎn)物之一[19-21]，其年代學(xué)和地球化學(xué)有效記錄了碳酸鹽巖層系構(gòu)造變形和流體改造的重要信息，可以有效指導(dǎo)海相碳酸鹽巖地層油氣地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)工作。近年來(lái)，碳酸鹽巖原位激光剝蝕U-Pb定年技術(shù)得到了雨后春筍般的快速發(fā)展[19-22]。目前，碳酸鹽巖原位U-Pb年代學(xué)在恢復(fù)斷裂活動(dòng)、盆地構(gòu)造-熱演化歷史、成巖-孔隙演化歷史、成礦機(jī)制及盆地流體等領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用[22-36]。此外，隨著低溫?zé)崮甏鷮W(xué)的飛速發(fā)展，裂變徑跡已經(jīng)發(fā)展成造山帶構(gòu)造解析、斷裂活動(dòng)、地形地貌演變及盆地構(gòu)造-熱演化史研究的重要手段[10-11,18]。本研究首次利用裂變徑跡與方解石原位激光剝蝕U-Pb測(cè)年相結(jié)合的新思路，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景與沉積-埋藏歷史限定了鄂爾多斯盆地西南部下古生界碳酸鹽巖地層晚奧陶世、晚三疊世、晚侏羅世和早白堊世末期—新生代以來(lái)的4期構(gòu)造事件，為解析復(fù)雜疊合盆地盆緣帶構(gòu)造變形及其改造過(guò)程的研究提供了新途徑，為鄂爾多斯盆地西南部古生界海相碳酸鹽巖地層油氣地質(zhì)條件的綜合評(píng)價(jià)提供了新依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是一個(gè)經(jīng)歷了多旋回沉積-構(gòu)造演化過(guò)程的大型疊合盆地，已有的構(gòu)造研究表明鄂爾多斯盆地中晚元古代表現(xiàn)為裂谷盆地演化特征；古生代進(jìn)入穩(wěn)定克拉通盆地演化階段，發(fā)育了大量海相碳酸鹽巖沉積地層，表現(xiàn)為華北陸緣海-濱淺海盆地特征；中生代早-中期表現(xiàn)為殘延的內(nèi)克拉通盆地演化特征，沉積了大量碎屑巖沉積地層；晚白堊世以來(lái)進(jìn)入周邊斷陷盆地發(fā)育階段，尤其是新生代以來(lái)受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，盆地整體進(jìn)入隆升階段，同時(shí)在盆緣外圍發(fā)生一系列斷陷，形成了渭河地塹、山西地塹和河套地塹等大量地塹(圖1)[10-11,37-41]。

鄂爾多斯盆地西南部緊鄰青藏高原東北緣，西接六盤山逆沖構(gòu)造帶，南鄰渭河盆地與秦嶺造山帶相望(圖1)[10-11,15,38]，包括西緣沖斷構(gòu)造帶、天環(huán)坳陷、陜北斜坡、晉西撓褶帶和渭北隆起等多個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，發(fā)育有元古宇、下古生界(寒武系、奧陶系)、上古生界(上石炭統(tǒng)、二疊系)和中生界(三疊系、侏羅系及下白堊統(tǒng))，志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)及上白堊統(tǒng)缺失(圖2)[10-11,42]，記錄了多期沉積-構(gòu)造旋回[43-47]。加里東期，盆地南部隨著隸屬于原特提斯洋的古秦嶺洋的北向俯沖和消亡，發(fā)生了一定規(guī)模的造山運(yùn)動(dòng)，在盆地西南部形成了一系列逆沖推覆構(gòu)造和褶皺，且變形強(qiáng)度從盆緣構(gòu)造帶向盆地內(nèi)部逐漸減弱[43-47]。上古生界和下古生界呈明顯角度不整合接觸[44-45]。海西期-印支期盆地整體以沉降為主，石炭系-中侏羅統(tǒng)沉積記錄較好(圖2)。晚侏羅世，受周緣古特提斯洋的消亡、古太平洋板塊和西伯利亞板塊向歐亞大陸匯聚遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)的影響，盆地以擠壓抬升為主[13,46]。進(jìn)入燕山期，盆地西南部構(gòu)造變形強(qiáng)烈，由南向北推進(jìn)，形成了一系列背斜構(gòu)造和較大規(guī)模的南傾北推式逆沖斷層[43-47]。剖面上形成南傾北沖式疊瓦狀斷裂帶，平面上具有南強(qiáng)北弱的特點(diǎn)[10-11]。南部褶皺和斷裂發(fā)育，侏羅系以下的沉積地層全部發(fā)生褶皺變形，與上白堊統(tǒng)呈明顯的角度不整合[10-11]。喜馬拉雅期以來(lái)，鄂爾多斯盆地西南部發(fā)生快速隆升，遭受強(qiáng)烈的剝蝕改造[10-11,40-42,47-49]，下古生界寒武系-奧陶系海相碳酸鹽巖地層廣泛出露地表?？傮w而言，受多個(gè)活動(dòng)地塊的影響，盆地西南部古生代以來(lái)經(jīng)歷了多期沉積-構(gòu)造旋回，構(gòu)造演化歷史復(fù)雜，具體活動(dòng)時(shí)限研究薄弱，不同階段構(gòu)造演化的差異性尚不清楚。

2 野外調(diào)查及樣品顯微特征

對(duì)鄂爾多斯盆地西南部進(jìn)行了詳細(xì)野外地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)寶雞岐山曹家溝地區(qū)下古生界已被抬升出露至地表，奧陶系和寒武系海相碳酸鹽巖地層十分發(fā)育(圖3a)。碳酸鹽巖層系內(nèi)部斷層發(fā)育，斷層面附近地層破碎明顯，層系內(nèi)部充填一系列次生粗晶方解石脈，脈體寬度超過(guò)1 cm，其走向與斷層運(yùn)動(dòng)方向斜交，明顯受控于斷層活動(dòng)的剪切分量(圖3a)。碳酸鹽巖圍巖中裂縫十分發(fā)育，多數(shù)裂縫被方解石膠結(jié)物充填，圍巖微裂縫中的方解石膠結(jié)物多被次生的粗晶方解石脈切割，表明圍巖中方解石膠結(jié)物形成時(shí)間早，次生的粗晶方解石脈形成時(shí)間晚(圖3b)。部分次生方解石脈與地層走向垂直，貫穿下古生界(圖3a)。本次研究樣品采自于下古生界寒武系碳酸鹽巖層系內(nèi)的斷裂破碎帶，次生方解石脈與碳酸鹽巖圍巖之間具有明顯界線，前者整體呈白色，解理十分發(fā)育(圖3c)。

實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，鄂爾多斯盆地古生界海相碳酸鹽巖地層斷裂破碎帶內(nèi)次生方解石脈以無(wú)色透明為主，碳酸鹽巖圍巖中則發(fā)育大量白色方解石膠結(jié)物(圖4a)。圍巖中方解石膠結(jié)物在顯微鏡下以微晶為主，次生方解石脈則以巨晶為主，兩者之間界線明顯(圖4b)。同時(shí)，在次生方解石脈中觀察到顯著的雙晶結(jié)構(gòu)，兩者之間光性特征差異性顯著(圖4c)。在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用FEI Quanta 450FEG環(huán)境掃描電子顯微鏡對(duì)圍巖和方解石脈的顯微結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步分析。背散射和掃描電鏡二次電子成像具體結(jié)果見(jiàn)圖(4d—i)。在背散射圖中圍巖表現(xiàn)為深灰色，次生方解石脈與圍巖明顯不同，呈現(xiàn)灰白色。在掃描電鏡二次電子成像中，方解石脈呈現(xiàn)為灰色，而碳酸鹽巖圍巖則表現(xiàn)為灰黑色(圖4d—g)。在高精度的背散射和掃描電鏡二次電子成像圖中，我們觀察到次生方解石脈與碳酸鹽巖圍巖之間存在手標(biāo)本和顯微鏡下無(wú)法區(qū)分的礦物破碎證據(jù)(圖4d，e)及裂縫(圖4f，g)。在更高精度的高倍(>2 000倍)成像圖中，次生方解石脈和顯微鏡下一樣，晶體完整，無(wú)破碎和改造痕跡(圖4h)，碳酸鹽巖圍巖晶體則破碎明顯，具有顯著流體改造的痕跡(圖4i)。

圖3 鄂爾多斯盆地西南部下古生界碳酸鹽巖樣品野外照片F(xiàn)ig.3 Images showing the Lower Paleozoic carbonate outcrops,southwestern Ordos Basina.斷裂破碎帶發(fā)育大量次生方解石；b.裂縫中充填的方解石脈與方解石膠結(jié)物切割關(guān)系；c.圍巖與次生方解石脈

圖4 鄂爾多斯盆地西南部寒武系碳酸鹽巖和次生方解石脈的顯微特征及激光剝蝕記錄Fig.4 Laser ablation records and microscopic characteristics of the Cambrian carbonate rocks and secondary calcite veins in the southwestern Ordos Basina.方解石脈體激光剝蝕點(diǎn)位，普通薄片；b.次生巨晶方解石與圍巖微晶方解石膠結(jié)物差異顯著，普通薄片；c.方解石雙晶，普通薄片；d.背散射下次生粗晶方解石與圍巖差異；e.掃描電鏡下圍巖與次生粗晶方解石差異；f.背散射顯示圍巖與次生方解石之間微裂縫；g掃描電鏡下圍巖與次生方解 石之間微裂縫；h.背散射顯示次生巨晶方解石無(wú)改造痕跡；i.掃描電鏡觀察到圍巖被流體改造的顯著特征(掃描電鏡與背散射實(shí)驗(yàn)具體參數(shù)為：真空度Lower IGP<5×10-4 Pa，Upper IGP<5×10-7 Pa，加速電壓設(shè)置為30-500 kV，像散≤50 μm，放大倍數(shù)在7～100 000 0倍，圖像分辨率≤3.5 nm。)

此外，鄂爾多斯盆地西南部上古生界碎屑巖地層與下古生界碳酸鹽巖地層呈明顯角度不整合接觸關(guān)系，為區(qū)域構(gòu)造演化研究提供了良好的證據(jù)。本研究用于時(shí)間-溫度曲線模擬的磷灰石裂變徑跡樣品采自岐山曹家溝地區(qū)上古生界二疊系砂巖地層，可以用于分析研究區(qū)中生代以來(lái)的構(gòu)造演化過(guò)程。

3 實(shí)驗(yàn)原理及分析方法

3.1 方解石原位激光剝蝕微量元素及U-Pb測(cè)年

方解石U-Pb測(cè)年法分為同位素稀釋法和原位激光剝蝕法兩種，其中同位素稀釋法因?qū)悠泛蛯?shí)驗(yàn)室本底要求極高而受到限制，激光剝蝕法因其簡(jiǎn)單高效的優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛應(yīng)用[22,30,36]。本次研究采用原位激光剝蝕法對(duì)方解石樣品進(jìn)行微量元素及U-Pb測(cè)年分析，分析測(cè)試工作主要在澳大利昆士蘭大學(xué)放射性同位素實(shí)驗(yàn)室完成。我們將樣品切割后制成直徑為2.5 cm的靶，并將靶樣放入Laurin Technic樣品池中，然后將ASI RESOlution SE激光剝蝕系統(tǒng)與Thermo iCap-RQ四級(jí)桿ICP-MS聯(lián)用，用于206Pb,207Pb,208Pb,238U和232Th離子掃描和原位微量元素分析。激光剝蝕頻率和密度分別設(shè)置為10 Hz和3 J/cm2，束斑直徑為 100 μm。NIST-612標(biāo)準(zhǔn)玻璃用于微量元素的計(jì)算，具體濃度數(shù)據(jù)用軟件Iolite v3.64處理獲得[50]。

由于方解石本身為低鈾礦物，需要根據(jù)預(yù)掃描結(jié)果結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)分析，選出高U/Pb比的區(qū)域重新布置點(diǎn)位進(jìn)行U-Pb測(cè)年以增加測(cè)試成功率。每個(gè)點(diǎn)分析包括20 s空白背景采集信號(hào)、30 s樣品剝蝕信號(hào)和7 s清洗信號(hào)。樣品后期離線處理時(shí)用國(guó)際標(biāo)樣NIST-614進(jìn)行同位素分餾和儀器靈敏度的偏移校正，然后運(yùn)用方解石標(biāo)樣AHX-1A(209.8 Ma±1.3 Ma)[30]進(jìn)行U-Pb年齡校正，最后使用Excel中加載項(xiàng)Isoplot[51]的Tera-Wassenburg計(jì)算下交點(diǎn)年齡，即可獲得方解石的U-Pb年齡。完整的分析過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)[30]。

3.2 裂變徑跡分析原理及方法

裂變徑跡分析法的原理是磷灰石和鋯石中所含的238U裂變時(shí)產(chǎn)生的碎片會(huì)在磷灰石與鋯石中形成徑跡，當(dāng)溫度超過(guò)裂變徑跡的封閉溫度時(shí)，樣品會(huì)發(fā)生退火，裂變徑跡會(huì)隨著溫度的升高，長(zhǎng)度縮短，密度變小。不同礦物因?yàn)槌煞莺臀g刻特征不一樣而具有不同的封閉溫度，如鋯石裂變徑跡的封閉溫度在200～300 ℃[52-53]，磷灰石裂變徑跡封閉溫度在110～130 ℃[54-55]。當(dāng)溫度高于退火溫度上限時(shí)，隨著溫度的增加，徑跡的長(zhǎng)度和密度會(huì)進(jìn)一步減小直至完全消失。對(duì)于沉積盆地而言，當(dāng)?shù)貙訕悠方?jīng)歷的最高古地溫大于完全退火溫度時(shí)，礦物中裂變徑跡消失，不再保存，年齡為零。當(dāng)?shù)貙雍笃诎l(fā)生抬升冷卻時(shí)，溫度降低，小于退火溫度時(shí)，裂變徑跡時(shí)鐘重啟。沉積盆地中曾經(jīng)歷過(guò)完全退火的樣品，其裂變徑跡記錄的年齡小于地層沉積年齡。樣品經(jīng)歷退火帶溫度范圍的速率和時(shí)間不同，其徑跡長(zhǎng)度和密度的分布特征也不相同。因此，結(jié)合裂變徑跡長(zhǎng)度和年齡可以分析盆地抬升冷卻事件發(fā)生的時(shí)間、溫度及過(guò)程[48,56-59]。

為了提高運(yùn)用磷灰石裂變徑跡分析構(gòu)造-熱歷史的定量化程度，本次研究在Laslett的Durango磷灰石等溫退火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合建立的磷灰石裂變徑跡退火扇形模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)獲得的磷灰石裂變徑跡年齡和長(zhǎng)度分布參數(shù)，運(yùn)用AFTSolve軟件進(jìn)行時(shí)間-溫度反演，模擬了鄂爾多斯盆地西南部構(gòu)造-熱演化歷史。模擬時(shí)設(shè)定的初始溫度為地表溫度，初始時(shí)間為樣品所在的地層年齡，曲線擬合采用Monte Carlo算法，擬合曲線次數(shù)選取超過(guò)10 000條，徑跡初始長(zhǎng)度定為16.3 μm，與結(jié)晶C軸平行的裂變徑跡蝕刻的最大直徑(Dpar)為1.5 μm。在綜合分析實(shí)測(cè)裂變徑跡長(zhǎng)度分布特征、裂變徑跡年齡的基礎(chǔ)上，結(jié)合樣品具體的地質(zhì)構(gòu)造背景，確定熱史模擬過(guò)程中關(guān)鍵地質(zhì)事件的溫度和時(shí)間。通過(guò)對(duì)反演模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)徑跡長(zhǎng)度特征、年齡值的對(duì)比分析，將結(jié)果分為可接受和良好兩種情形，同時(shí)找出最佳時(shí)間-溫度曲線，挖掘詳細(xì)、可靠的構(gòu)造-熱演化史。聯(lián)合應(yīng)用長(zhǎng)度擬合度(K-S Test)和年齡擬合度(Age GOF)兩項(xiàng)參數(shù)對(duì)擬合結(jié)果可信度進(jìn)行檢驗(yàn)，若K-S Test>5%且Age GOF>5%，認(rèn)為擬合結(jié)果較為可信，若K-S Test>50%且Age GOF>50%，認(rèn)為擬合結(jié)果可信[60]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 方解石原位微量元素與U-Pb年齡

次生方解石脈26個(gè)點(diǎn)原位ICP-MS激光剝蝕稀土元素和釔元素總量∑REE+Y介于15.2×10-6～31.5×10-6，平均值為24.5×10-6，其中輕稀土元素含量∑LREE =12.3×10-6～27.6×10-6，平均值為20.8×10-6，重稀土元素含量∑HREE=3.0×10-6～4.3×10-6，平均值為3.8 ×10-6(圖5)。元素Ce的含量介于5.9×10-6～13.5 ×10-6，平均值為10.1 ×10-6，元素Y的含量介于2.0×10-6～2.7 ×10-6，平均值為2.4 ×10-6。元素Y/Ho比值介于34～38，平均值為36。碳酸鹽巖圍巖28個(gè)點(diǎn)原位ICP-MS激光剝蝕稀土元素和釔元素總量∑REE+Y介于8.8×10-6～21.9 ×10-6，平均值為12.4 ×10-6，其中輕稀土元素含量∑LREE =6.6×10-6～18.0 ×10-6，平均值為9.8 ×10-6，重稀土元素含量∑HREE=1.8×10-6～3.9 ×10-6，平均值為2.7 ×10-6。元素Ce的含量介于3.0×10-6～8.4 ×10-6，平均值為4.6×10-6，元素Y的含量介于1.1×10-6～2.3×10-6，平均值為1.6 ×10-6。元素Y/Ho比值介于27～31，平均值為28(圖5)。

在澳大利亞后太古宇頁(yè)巖(PAAS)[61]標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素和釔元素(∑REE+Y)蛛網(wǎng)圖中，次生方解石脈表現(xiàn)為輕稀土相對(duì)富集的右傾配分模式，與碳酸鹽巖圍巖中方解石膠結(jié)物平坦配分模式明顯不同(圖6)。此外，次生方解石脈具有明顯Y和Eu的正異常，無(wú)Ce異常；碳酸鹽巖圍巖中方解石膠結(jié)物具有弱的Ce負(fù)異常， La和Gd正異常，無(wú)Y和Eu正異常(圖6)。

圖5 鄂爾多斯盆地西南部碳酸鹽巖與方解石脈稀土元素特征Fig.5 Characters of REE of the host carbonate rocks and calcite veins in the southwestern Ordos Basina.圍巖微晶方解石膠結(jié)物與次生粗晶方解石脈輕稀土元素和Y/Ho比值差異；b.圍巖微晶方解石膠結(jié)物與次生粗晶方解石脈輕稀土元素和重稀土元素差異

圖6 澳大利亞后太古宇頁(yè)巖(PAAS)標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素和釔元素(REE+Y)配分模式(PAAS值見(jiàn)文獻(xiàn)[61])Fig.6 Post-Archaean Australian Shale (PAAS)-normalized REE+Y pattern of the Cambrian host carbonate rocks and veins (values of PAAS from reference[61])

次生方解石脈的46個(gè)分析點(diǎn)位計(jì)算獲得的原位ICP-MS激光剝蝕U-Pb年齡為(214±22) Ma[加權(quán)平均方差(MSWD)=1.3]；而圍巖下古生界寒武系碳酸鹽巖方解石膠結(jié)物65個(gè)原位分析點(diǎn)位計(jì)算獲得的ICP-MS激光剝蝕U-Pb年齡為(452±13) Ma(MSWD=6.4)(圖7)。

4.2 磷灰石裂變徑跡模擬結(jié)果

圖7 方解石原位激光剝蝕U-Pb年齡Fig.7 In-situ laser ablation U-Pb ages of calcitea. QSC-11a，斷裂帶次生巨晶方解石脈年齡；b. QSC-11a，斷裂帶圍巖中被流體改造的微晶方解石膠結(jié)物年齡

圖8 鄂爾多斯盆地西南部磷灰石裂變徑跡模擬的抬升冷卻史Fig.8 Uplifting-cooling history modeling results of AFT in the southwestern Ordos Basina.時(shí)間-溫度曲線反應(yīng)的熱歷史，綠線范圍代表可接受的時(shí)間-溫度擬合路徑，紅線范圍代表良好的時(shí)間-溫度擬合路徑，藍(lán)色線代表最佳時(shí)間-溫度擬合路徑；b.磷灰石裂變徑跡長(zhǎng)度分布[模擬檢驗(yàn)參數(shù)擬合徑跡長(zhǎng)度=(12.7±1.7) μm，實(shí)測(cè)徑跡長(zhǎng)度=(12.7±1.6) μm，擬合平均年齡=152.3 Ma，實(shí)測(cè)平均年齡=154 Ma，最老徑跡年齡=186 Ma，年齡擬合度(Age GOF)=89%，長(zhǎng)度擬合度(K-S Test)=50%，Dpar=1.5 μm，Easy Ro>0.63。]

5 討論

此外，方解石膠結(jié)物中Y和Ho兩種元素為熱流體改造提供了更多的信息。元素Y和Ho在大多數(shù)巖漿作用和沉積環(huán)境形成的方解石中多表現(xiàn)為共生元素，兩者地球化學(xué)特征基本一致[30,73-74]。但是，Y和Ho在熱液改造過(guò)程中則具有不同的地球化學(xué)性質(zhì)，Y元素常常從Ho元素中分餾，導(dǎo)致熱液方解石的Y/Ho>27[30,73-74]。然而，寒武系碳酸鹽巖方解石膠結(jié)物中Y/Ho比值介于27～31，平均值為28(圖5)，說(shuō)明加里東期晚奧陶世(約452 Ma)的熱流體活動(dòng)對(duì)鄂爾多斯盆地西南部寒武系改造作用并不強(qiáng)烈，形成方解石膠結(jié)物的流體主要與寒武系海相碳酸鹽巖在局部水巖反應(yīng)中的溶解有關(guān)，且形成過(guò)程受到了弱的熱液改造作用。這與盆地西南部淳2井和旬探1井沉積-埋藏史模擬結(jié)果相符(圖9)，該次構(gòu)造熱流體活動(dòng)在時(shí)間上與原特提斯洋的俯沖閉合和秦嶺-祁連海槽的關(guān)閉一致[62]。

磷灰石裂變徑跡模擬結(jié)果表明寶雞岐山地區(qū)在約215 Ma存在一期構(gòu)造-熱事件，盆地達(dá)到最大古地溫，之后開(kāi)始降溫(圖8a)。從區(qū)域地質(zhì)背景和地層展布特征來(lái)看，鄂爾多斯盆地西南部古生界普遍發(fā)育，三疊系分布廣泛，中-下侏羅統(tǒng)保存完好，上侏羅統(tǒng)缺失，下白堊統(tǒng)廣泛發(fā)育(圖2)。在盆地西南緣三疊系與侏羅系為角度及平行不整合，侏羅系與下白堊統(tǒng)為區(qū)域角度不整合，表明鄂爾多斯盆地西南部抬升事件發(fā)生在晚三疊世末和晚侏羅世末，而晚三疊世末及晚侏羅世末盆地西南部發(fā)生擠壓抬升，晚侏羅世末抬升剝蝕大于晚三疊世末的抬升剝蝕。巖相古地理研究表明盆地西南部早-中侏羅世煤層較為發(fā)育，以湖泊相和沼澤相沉積為主，說(shuō)明晚三疊世末和晚侏羅世末兩次地層抬升剝蝕規(guī)模有限。這與鄂爾多斯盆地西南部淳2井和旬探1井沉積-埋藏史模擬結(jié)果一致，即印支期存在小規(guī)模抬升剝蝕事件(圖9)，侏羅系與三疊系鏡質(zhì)體反射率隨深度連續(xù)變化也表明晚三疊世構(gòu)造-熱事件不強(qiáng)[10,11]。

鄂爾多斯盆地西南部寒武系斷裂破碎帶晚三疊世(約214 Ma)形成的次生方解石脈，其地球化學(xué)特征與圍巖海相碳酸鹽巖奧陶紀(jì)方解石膠結(jié)物明顯不同(圖5，圖6)。其輕稀土含量較圍巖明顯偏高(圖5，圖6)，元素Y/Ho比值介于34～38，平均值為36，與斷裂帶熱液方解石特征一致[30,73-74]。巖相學(xué)觀察表明次生方解石脈晶體以巨晶為主，無(wú)流體改造痕跡，但是發(fā)育雙晶(圖4)，說(shuō)明次生巨晶方解石脈是斷裂活動(dòng)過(guò)程的新生產(chǎn)物，且形成過(guò)程遭受了地質(zhì)應(yīng)力作用。裂變徑跡模擬的時(shí)間-溫度曲線表明盆地西南緣晚三疊世約215 Ma達(dá)到最大古地溫(圖8)，與區(qū)域地質(zhì)背景及古地溫溫標(biāo)變化規(guī)律矛盾。盆地西南部有印支期侵入巖，在侵入巖發(fā)育區(qū)存在印支期構(gòu)造熱事件，但從區(qū)域地質(zhì)背景來(lái)看，并未發(fā)現(xiàn)該時(shí)期存在大規(guī)模構(gòu)造熱事件的證據(jù)[10-11]，該期熱事件可能與區(qū)域斷裂活動(dòng)有關(guān)。鄂爾多斯盆地西南部印支期約214 Ma受構(gòu)造-熱事件改造的強(qiáng)度不大，規(guī)模有限。因此，裂變徑跡與方解石U-Pb年代學(xué)手段相結(jié)合，多種方法進(jìn)行綜合研究，可以更好的揭示構(gòu)造演化歷史。

晚侏羅世盆地開(kāi)始抬升，上侏羅統(tǒng)缺失，侏羅系變形強(qiáng)烈，并與白堊系呈角度不整合接觸，與該時(shí)期秦嶺造山帶陸內(nèi)造山對(duì)華北板塊的擠壓有關(guān)[43]。進(jìn)入晚白堊世，受燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，盆地大規(guī)模抬升，尤其是喜馬拉雅期40 Ma以來(lái)，受秦嶺造山帶隆升、渭河地塹斷塊翹傾作用以及青藏高原東北緣擴(kuò)展遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)的綜合影響，鄂爾多斯盆地西南部發(fā)生快速隆升、剝蝕強(qiáng)烈[10-11,42]。盆地西南部南緣古生界出露地表，盆地內(nèi)部則廣泛出露中生界，以下白堊統(tǒng)為主(圖2)，表明盆緣剝蝕厚度較盆地內(nèi)部明顯更大，盆地西南部后期改造強(qiáng)烈且平面上存在不均一性，區(qū)域油氣保存條件復(fù)雜，盆緣與盆內(nèi)差異顯著。

綜上所述，鄂爾多斯盆地西南部經(jīng)歷了晚奧陶世、晚三疊世、晚侏羅世和早白堊世末期—新生代以來(lái)的4期構(gòu)造改造事件，受斷裂及熱流體活動(dòng)改造頻繁，隆升強(qiáng)烈、剝蝕厚度大，特別是燕山期以來(lái)改造強(qiáng)烈，嚴(yán)重破壞了區(qū)域油氣保存條件，對(duì)在鄂爾多斯盆地西南部尋找古生界天然氣藏不利。

6 結(jié)論

方解石原位U-Pb測(cè)年和磷灰石裂變徑跡模擬結(jié)果與沉積-埋藏演化歷史揭示了鄂爾多斯盆地西南部晚奧陶世、晚三疊世、晚侏羅世和早白堊世末期—新生代以來(lái)的4期構(gòu)造事件。加里東期晚奧陶世(452±13) Ma存在一期熱液改造事件，可能與原特提斯洋俯沖閉合密切相關(guān)；印支期(214±22) Ma發(fā)生一期區(qū)域斷裂活動(dòng)是引起研究區(qū)構(gòu)造-熱事件的重要原因，構(gòu)造改造事件規(guī)模有限。燕山期和喜馬拉雅期兩期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，該時(shí)期鄂爾多斯盆地西南部大幅度隆升并遭受強(qiáng)烈剝蝕。盆地西南部多階段構(gòu)造演化導(dǎo)致油氣保存條件被嚴(yán)重破壞，對(duì)尋找古生界天然氣藏不利，應(yīng)重視盆地西南部天然氣保存條件的研究。

圖9 鄂爾多斯盆地西南部典型井埋藏史記錄4期構(gòu)造事件Fig.9 Four tectonic events recorded by burial history of typical wells in the southwestern Ordos Basina.兩期方解石年齡與淳2井埋藏史結(jié)果一致；b.兩期方解石年齡與旬探1井埋藏史結(jié)果一致