苏皖下扬子区构造热演化史的裂变径迹证据

王丹萍，湛祥惠，王 剑

苏皖下扬子区构造热演化史的裂变径迹证据

王丹萍1,2，湛祥惠1，王 剑3

（1.中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司研究院，上海 200120；2.同济大学海洋地质国家重点实验室，上海200092；3.中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司工程院，上海 200120）

为了揭示下扬子苏皖南露头区中、古生界的构造热演化特点及其控制环境，应用磷灰石裂变径迹技术（AFT），对苏皖下扬子7个中、古生界碎屑岩进行热演化分析。研究结果表明：中、古生界碎屑岩表现出105.7 ～ 50.9 Ma的AFT年龄特点，均远小于其相应的地层年龄，平均径迹长度在13.19 ～ 13.70 μm之间，呈单峰分布，分析结果反映了下扬子苏皖南露头区中、古生界经历燕山期岩浆事件热改造完全退火后晚白垩世以来差异抬升剥露的冷却历史。FT热史模拟结果反映了研究区三阶段的热演化特点：快速冷却抬升（1.7 ～ 15 ℃/Ma）、缓慢剥露冷却（0.27 ～ 0.81 ℃/Ma）和再次快速冷却抬升（2.8 ～ 5.6 ℃/Ma）。通过对样品热历史的分析：发生在113 ～ 100 Ma的构造转折与黄桥事件相对应，代表了由挤压体制转变为拉张断陷盆地阶段；发生在75 ～ 68 Ma的构造转折与仪征事件相对应；发生在18 ～ 10 Ma的构造转折代表喜山晚期区域遭受整体抬升剥蚀过程。

磷灰石裂变径迹；中、古生界；碎屑岩；热演化史

关于下扬子碎屑岩的热史，研究资料少，现有热史分析集中在上白垩统至古近系，而且多数是限于苏北和南黄海盆地[1-5]。研究方法单一，现有成果多采用镜质体反射率（Ro）[6]，也见少量的裂变径迹（FT）、伊利石结晶度和包裹体等分析[1,7]。除裂变径迹外，其它方法都难以直接获得古温度变化与时间的关系。而下扬子中、古生界的热史研究更为有限，曾萍（2005）[1]、许红等（2008）[8]的AFT测年结果表明，下扬子中、古生界后期的热改造均超过了AFT的部分退火区间（PAZ，60～ 125 ℃）[9]，但对中、古生界地层后期的热演化过程未做系统模拟分析。本文针对上述问题，选择苏皖下扬子区中、古生界露头地层为研究对象，以锆石FT年龄为约束条件[7]，对7个中、古生界的碎屑岩样品进行了磷灰石FT测试，并在此基础上进行了时间—温度历史的模拟分析，以期获得相关的构造热演化特点。

1 地质背景

下扬子具有“一盖多底”的构造格局，经历了裂解、拼合多期构造演化，形成了不同构造环境控制下的多类型沉积盆地，分别对应于震旦系～下古生界、上泥盆统～下三叠统、中三叠统～中侏罗统、上侏罗统～下白垩统和上白垩统～古近系五个重要的构造层[10]。下扬子中、古生界属于以海相碳酸盐岩为主的稳定盖层发育期，包括被动大陆边缘、主动大陆边缘和较稳定陆表海三个构造阶段[11，12]。此后遭受了印支—早燕山碰撞造山、晚燕山期大规模岩浆活动以及晚白垩世以来区域差异抬升沉降的叠加改造[13]。其中，晚白垩世以来下扬子区先后经历了黄桥事件、仪征事件、三垛事件等带有区域普遍性特征的三次重要构造事件[5]，对下扬子区海相中、古生界残留盆地的最终定型起到了重要的控制作用。由此可见，下扬子中、古生界海相沉积的热演化，除了沉积成岩和埋藏加热作用外，还遭受了中、新生代多期次构造—岩浆活动的改造，因而表现出更为复杂的热演化历史。

2 AFT采样、测试与分析结果

2.1样品采集

选择下扬子宁镇及皖东南等地的中、古生界碎屑岩进行AFT分析。磷灰石FT分析涉及地层包括苏家湾组（Nhs）、坟头组（S2f）、唐家坞组（S2t）、龙潭组（P2l）和范家塘组（T3f）。主要岩性为砂岩，苏家湾组为冰碛砾岩。样品均采自新鲜露头，每个样品重1.5 kg，逐样粉碎、分选与烘干后，在双目镜下挑选磷灰石约2 000颗（粒径80 ～ 300 μm）进行制样；其余流程包括制样、抛光、蚀刻、辐照、径迹统计、年龄计算和热史模拟等。样品抛光使用直径为6 μm、3 μm和1 μm的金刚砂；磷灰石FT蚀刻条件使用21 ℃温度下的5.5 mol/L硝酸，蚀刻时间为20 s。外探测器采用低铀白云母，白云母蚀刻是在室温40%HF条件下蚀刻20 min。样品辐照在意大利Pavia大学完成。磷灰石FT辐照通量监测使用IRMM-540标准玻璃。标准样选取FCT（（27.9±0.7）Ma）和Durango（（31.4 ±0.5）Ma），包括4个FCT和5个Durango样品。AFT个人平均ζ值为283.8±17.6。裂变径迹统计在同济大学海洋学院裂变径迹实验室完成。地层年龄参照国际地层年表。

2.2磷灰石FT分析结果

磷灰石FT样品分布见图1，分析结果见表1。除AFT02和AFT04外，其余每个样品分析的磷灰石FT颗粒都在46 ～ 76粒之间。AFT04、AFT06的Pχ2检验值分别为29%和14%，因而选用其AFT合并年龄。志留系唐家坞组（S2t）AFT04的合并年龄为（105.7±7.8）Ma，志留系坟头组（S2f）AFT06的合并年龄为（50.9±3.5）Ma。其它碎屑岩样品的χ2检验值均小于5%，AFT颗粒年龄比较分散，每个样品包括两个或三个年龄组分（图2），可能是由于其化学成分差异和颗粒退火特性不同引起的。对于这些样品，本文选用中值年龄作为其AFT年龄，采用BINOMFIT（Brandon M T，2002）[14]对颗粒年龄分组。中、古生界碎屑岩的AFT中值年龄分布在105.4 ～ 60.4 Ma。全部样品的颗粒年龄（31.9 ～ 181.4 Ma）和AFT年龄（合并年龄或中值年龄为50.9 ～ 105.7 Ma）均小于其相应的地层年龄，代表中、古生界碎屑岩经沉积埋藏或者后期热改造使得径迹完全退火后的冷却年龄。

3 AFT热史模拟

图1 苏皖下扬子地质简图及AFT年龄分布

表1 下扬子碎屑岩磷灰石FT分析结果

根据磷灰石FT颗粒年龄、围限径迹长度与Dpar值，选用HeFTy1.6.7软件[16]对6个样品进行了AFT热史模拟，退火模型根据Ketcham et al（2007）[17]，曲线拟合采用Monte Carlo法，随机选取10 000条，约束条件分别为锆石FT实测数据[7]（封闭温度采用（205±18）℃）[18]和地表温度20 ℃。模拟获得了高质量的热史曲线（图3）。

6个样品的围限径迹长度平均值介于13.19 ～13.70 μm，均呈单峰正态分布特征（图3）。样品AFT03测得了46个磷灰石颗粒的AFT中值年龄为（70.7±5.1）Ma，34个锆石颗粒的ZFT中值年龄为（76±6）Ma[7]，远小于苏家湾组（850 ～ 635 Ma）的地层年龄，反映了该样品遭受构造热改造，径迹完全退火后抬升冷却的演化信息。由于样品的锆石FT年龄和磷灰石FT年龄均与中生代岩浆活动的时间不一致，因此这种热改造与中生代岩浆活动关系不大，可能是构造事件改造的结果。而其余5个样品无论是磷灰石FT年龄，还是锆石FT年龄，均远小于其相应的地层年龄，且锆石FT年龄介于114 ～ 147 Ma之间，因此记录了中、古生界碎屑岩遭受燕山期岩浆事件改造之后的热演化信息。样品的热史曲线与冷却特性分段在某些时间段上并不完全一致，但总体上表现出相似的特征（表2）。6条热史曲线均表现出三阶段冷却特性，即快速冷却抬升（1.7 ～ 15 ℃/Ma）、缓慢剥露冷却（0.27 ～ 0.81 ℃/Ma）和再次快速冷却抬升（2.8 ～ 5.6 ℃/Ma）。总体上给出了下扬子白垩纪以来不同地段温度随时间演化的热历史。

图2 中、古生界碎屑岩的AFT颗粒年龄分布

除AFT03以外，其它5个样品的三阶段冷却特性指示意义分别为：阶段①代表燕山期岩浆事件加热之后的快速冷却过程；而岩体的规模、距离岩体的远近、样品的退火特性等因素会造成样品的冷却速率大小不同，通过模拟得到的磷灰石样品的冷却速率见表2。阶段②代表苏皖地区处于缓慢抬升冷却阶段。虽然苏北盆地同期处于拉张断陷盆地阶段[19]，陆相地层沉积厚度达数百～千米。但苏皖南是印支期扬子与华北板块碰撞使中、古生界海相地层被改造形成的隆起区[20]，致使这一地区中、古生界的地层始终处于抬升冷却而未发生埋藏增温作用。阶段③代表喜山晚期区域整体抬升冷却阶段；6个样品的热史模拟曲线均反映了这一阶段的热演化特征。前人研究表明，喜山晚期随着西太平洋边缘海盆向西扩张，印度板块对欧亚大陆的强烈挤压结束了区内燕山晚期—喜山早期拉张断陷历史，继三垛组沉积后，苏南表现为剧烈隆升并遭受强烈剥蚀，形成苏北低台阶及苏南高台阶的构造格局[19]。

AFT01、AFT04和AFT05冷却阶段①与②的拐点（113 ～ 100 Ma）代表下扬子早、晚白垩世之交压扭性体制向伸展体制的转换，对应于黄桥事件[5]。黄桥事件发生于110 ～ 90 Ma，由于太平洋板块向欧亚大陆碰撞、俯冲作用，使得古太平洋消失，进入新太平洋演化阶段，区域上由挤压应力转换成拉张应力环境[21]，其标志是浦口组沉积前大面积的剥蚀、夷平作用及其底部大套砾岩的形成。黄桥事件之后，下扬子区进入全面伸展构造阶段[5,22]。

图3 中、古生界碎屑岩的AFT热史模拟曲线

表2 下扬子中、古生界碎屑岩FT热史模拟分段特性

AFT03的锆石FT年龄（（76±6）Ma）与磷灰石FT年龄（（70.7±5.1）Ma）接近，反映研究区未受到燕山期岩浆活动的加热影响，并于76 Ma和70 Ma依次迅速地通过锆石和磷灰石FT封闭温度等温面，冷却速率达到15 ℃/Ma；而AFT06锆石FT年龄（（129±11）Ma）指示该样品受到燕山期岩浆活动加热影响，通过锆石FT封闭温度（（205±18）℃）等温面后直到68 Ma抬升冷却超过磷灰石封闭温度等温面（100 ～ 20℃）。AFT03和AFT06的冷却阶段①与②的拐点（75 ～ 68 Ma）与仪征事件相对应。仪征事件发生在晚白垩世（70～ 60 Ma），是中生代后期一次差异升降运动，该事件是盆地从区域坳陷成盆期向拉张断陷箕状盆地转换的时间[19]。

4 结论

苏皖下扬子区中、古生界碎屑岩颗粒年龄（31.9 ～ 181.4 Ma）和AFT年龄（合并年龄或中值年龄为50.9 ～ 105.7 Ma）均小于其相应的地层年龄，平均径迹长度为13.19 ～ 13.70 μm，呈单峰分布，代表下扬子苏皖南露头区中、古生界经历燕山期岩浆事件热改造完全退火后晚白垩世以来差异抬升剥露的冷却过程。样品的AFT颗粒年龄多数未通过χ2检验（Pχ2＜5%），同一样品的AFT多组分特点反映了碎屑磷灰石遭受后期差异热改造的特点以及不同碎屑磷灰石径迹的差异退火特性。

6个中、古生界碎屑岩样品的AFT热史模拟结果总体上表现出相似的特征，均揭示了苏皖下扬子区晚白垩世以来三阶段的热演化特点：快速冷却抬升（1.7 ～ 15 ℃/Ma）、缓慢剥露冷却（0.27～ 0.81 ℃/Ma）和再次快速冷却抬升（2.8 ～ 5.6 ℃/Ma），发生在113 ～ 100 Ma的构造转折与黄桥事件相对应，代表了由挤压体制转变为拉张断陷盆地阶段。发生在75 ～ 68 Ma的构造转折与仪征事件相对应。发生在18 ～ 10 Ma的构造转折代表喜山晚期由于构造应力场的转换苏皖南地区整体遭受抬升剥蚀的过程。

致谢：论文写作过程中，得到了同济大学周祖翼教授和许长海教授的悉心指导，在此表示衷心感谢。

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Evidence of Fission Track Data for Thermotectonic Evolution History of the Lower Yangtze Area

WANG Danping1,2, ZHAN Xianghui1, WANG Jian3
（1.Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai200120,China; 2. National Key Laboratory of Marine Geology,Tongji University,Shanghai200092,China; 3. Engineering Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company,Shanghai200120,China）

In order to reveal characteristics of the tectono-thermal evolution of the outcrops of south Lower Yangtze area and its regional controls, detailed apatite fission track analysis (AFT) on seven Palaeo-Mesozoic clastic rocks has been carried out. The results show that the Palaeo-Mesozoic clastic rocks have apatite fission-track ages ranging from 105.7 to 50.9 Ma, much younger than corresponding strata ages. Mean fission track length ranges from 13.19 μm to 13.70 μm, with a single-peak distribution. The AFT heat history modeling curves show that the cooling history since Late Cretaceous can be divided into three phases. The first phase was rapid basin uplifting and cooling (1.7 to 15 ℃/Ma), the second phase was stable basin uplifting and cooling ( 0.27 to 0.81 ℃/Ma) and the third phase was rapid basin uplifting and cooling (2.8 to 5.6 ℃/Ma).The 113 Ma to 100 Ma transformation corresponding to Huangqiao transform event (110 Ma to 90 Ma) was related with the tectono-thermal change from the Yanshan magmatism to extensional faulting. The 75 Ma to 68 Ma transformation corresponds to Yizheng tectonic event(70 Ma to 60 Ma).The 18 Ma to 10 Ma transformation represents the uplifting and erosion process during the late Himalayan period.

apatite fission-track; Palaeo-Mesozoic; clastic rocks; thermotectonic evolution history

P597.3；TE121.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.03.055

1008-2336（2014）03-0055-06

2014-04-28；改回日期：2014-06-02

王丹萍，女，1983年生，工程师，博士，毕业于同济大学海洋地质专业，主要从事盆地分析和石油地质研究工作。

E-mail：wangdanping7304@163.com。