宁夏固原炭山窑山组形成时代的裂变径迹热史约束_宋立军.pdf

第41卷第4期 2013年8月 煤田地质与勘探Vol. 41 No.4 Aug. 2013 COALGEOLC阳Y 2.陕西省油气成藏重点实验室，陕西西安710065;3.北京大学石油与天然气中心， 北京100086;4.山东省第五地质矿产勘查院，山东泰安271021 摘要查明鄂尔多斯盆地西缘窑山组的形成时代，是正确进行地层对比、恢复盆地原貌及其演化 的关键．根据“随着沉积作用的进行，窑山组埋藏深度增加，其经历的温度相应增加”的原理， 运用磷灰石裂变径迹热史模拟方法，重建了宁夏固原炭山窑山组样品经历的温度史．热史模拟结 果表明，样品初始埋藏增温的时间是距今196Ma，样品埋藏增i显的时间区间距今196～168Ma.从 而可知，炭山窑山组样品形成于距今196Ma，窑山纽形成于平－中你罗世延安期（距今196～168Ma. 关键词窑山组；形成时代；裂变径迹热史；埋藏增温时间；宁夏回原炭山 中图分类号P618.ll文献标识码ADOI 10.3969/j.issn. l 001-1986.2013.04.001 Fission-track thermal evolution history in the ation age ofYaoshan ation SONG Lijun1,23, MU Qiuhuan1, LIAirong1.2, LI Li4 1. School of Earth Sciences and Engineering, Xian Petroleum University, Xian 110065,China; 2. Key Laboratory of petroleum accumulation of Shaanxi Province, Xi an 710065, China; 3. Center of Oil 4. No.5 Jnstitute of Geological and Mineral Exploring and Surveying ofShandong Province, Taian 271021, China Abstract To identify the ation age of Yaoshan ation is the key to caπy out stratigraphic division and correlation, to reconstruct prototype basin and to uate regional resources in west margin of Ordos basin. With the development of sedimentation, the temperature of Yaoshan ation increased gradually with the increase of the buried depth. The fission track thermal history simulation result of sandstone samples from Yaoshanzu a- tion in Tanshan demonstrates that the initial burial warming time was 196 Ma and the burial wa口ningtime was between 196 Ma and 168 Ma. It shows Yaoshan ation was deposited between 196 and 168 Ma in early-middle Jurassic. Key words Yaoshan ation; ation age; fission track thermal history; burial warming time; Tanshan 位于鄂尔多斯盆地西缘逆冲带的宁夏固原炭山、 同心县上流水、麻黄沟、窑山煤矿和海原县兴仁堡油 井山等地存在一套河湖及沼泽相的含煤岩系，厚约 300870 m，其多角度不整合超覆于下伏古生界或元 古界之上，并被中保罗统直罗组或下自噩统三桥组覆 盖。由于其特殊的大地构造位置，使得该套含煤岩系 的形成时代一直倍受关注［1-5］。 由于窑山组含煤地层中发育我国北方早－中保罗 世Coniopteris-Phoenicopsis植物群的重要分子，而将 其定义为延安组下组合。然而，自1996年长庆石油勘 探局勘探开发研究院在炭山、窑山、上流水等剖面及 盘探3井炭山煤系内发现晚三叠世抱粉化石后，又将其 收稿日期2012-05-12 划为上三叠统窑山组［2-4］或上三叠统瑞替阶安口组［匀， 并认为其可与鄂尔多斯盆地延长组顶部瓦窑堡煤系 T3y5）对比［2-4］。 由于抱粉化石的穿时性及可能为异地的特征，再 加上碎屑岩缺乏合适的测年对象，从而使得对窑山组 煤系的形成时代一直存在较大争议，至今对于其属于 上三叠统延长组或上三叠统瑞替阶安口组，还是中下 保罗统延安组存在异议［1-5］。对窑山组形成时代的认 识不一，限制了地层对比的准确性，影响了对鄂尔多 斯盆地西缘及其古陆梁形成演化及其动力学环境的 认识，尤其对晚三叠世鄂尔多斯盆地西缘发育“古陆 梁”的认识提出了质疑。 基金项目国家科技重大专项课题。008ZX05005-002）；国家自然科学基金项目（40372096;41102072）；中国博士后基 金项目（2008归41181）；陕西省自然科学基金项目（Z09045）；构造与油气教育部重点实验室项目（TPR-2012-21 作者简介宋立军（1977一），男，山东禹城人，博士后，副教授，从事盆地分析、构造地质学等方面的教学与科研工作 ChaoXing 2 煤田地质与勘探第41卷 鉴于窑山组形成时代存在的问题，本文选取宁夏 固原炭山窑山组煤系底部碎屑岩样品，对其进行裂变 径迹测试分析，并模拟其裂变径迹热演化历史，从而 对其形成时代进行约束。 1 确定窑山组形成时代的原理与方法 1.1 基本原理 盆地构造热体制的演变及变革是导致盆地的形 成环境、沉积充填等发生变化的根源［6］，作为盆地充 填物的碎屑沉积岩对盆地经历的构造热事件及其演 化过程有着精确的记录。随着沉积作用的进行，碎屑 岩的埋藏深度增加，其经历的古温度增加。确定碎屑 沉积物埋藏增温的热史时间区间即可确定碎屑岩沉 积形成的时代。裂变径迹长度及其分布状态能真实地 反映矿物及其赋存岩石的受热历史，采用裂变径迹技 术可重建碎屑岩经历的构造热演化历史。分析碎屑岩 沉积埋深增温时期的地质时代，并将该时期热史演化 与附近同时代地层构造热演化或区域构造演化特征 进行对比，可确定模拟的热史是否符合地质实际、是 否真实可信。可信的模拟热史中埋藏增温的初始时间 应代表所测样品沉积的时间，包含样品沉积时间的热 史区间的时代代表碎屑岩沉积的时代。 1.2 技术方法 磷灰石和错石矿物中的u23s发生裂变，产生裂 变径迹。碎屑沉积物自沉积后，随着埋藏深度的增加， 地温的升高，原先产生的裂变径迹在热作用下，会因 加热而缩短、径迹密度也随之减小，甚至完全消失。 Green等人做了大量磷灰石裂变径迹退火实验及验证 工作［6-7］，结果表明，温度一时间对裂变径迹的作用除 直接体现在表观年龄上外，更多更详细的信息是被累 计径迹的长度所记录。裂变径迹长度及其分布状态能 真实地反映矿物及其赋存岩石的受热历史，可利用裂 变径迹的长度特征和单颗粒年龄信息，在缺少地质资 料情况下，获得样品及其赋存地层的动态热演化历 史。Ketcham等基于Carlson等的实验提出了多组分 退火模型，并以磷灰石径迹年龄和长度数据为参数， 于2000年设计出了AFTSolve应用软件［13］。这一软 件在我国已得到较广泛的应用。错石相对于磷灰石具 有更高的封闭温度，能反映更早的构造一热事件年龄， 将错石和磷灰石裂变径迹研究相结合可能有助于建 立碎屑沉积物构造热演化的更完整模式。 2 窑山组形成时代的确定 2.1 测试样品数据分析 鄂尔多斯盆地西缘宁夏固原炭山窑山组煤系厚 约300m，其角度不整合超覆于青白口系黄旗口组 Qnh）和王全口组（Qnw）之上，并被直罗组覆盖［I］。样 品采自窑山组底部，分析测试方法与文献［8］一致， 裂变径迹测试分析结果见表1。测试样品中磷灰石径 迹长度谱呈较宽的单峰分布，略呈后偏态，无明显长 度优势。磷灰石PX）概率较小（35.6），尽管大于5, 但磷灰石裂变径迹单颗粒年龄数据分散，呈多峰值状 态（图1）。以上特征表明，测试样品中磷灰石裂变径 迹可能未遭受完全退火，磷灰石裂变径迹单颗粒年龄 应为非同一组分年龄或残留有退火前的信息。错石 Px-0.64士0.1 200 0.1 250＇目，＇. , . . 0 250 200 150 100 50 0 0 4 8 12 16 20 年龄/Ma径迹长度／m a）时间－温度曲线b）径迹长度分布 图3炭山窑山组样品裂变径迹热史（时间－温度）模拟曲线 Fig. 3 The simulation curve of fission-track thermal evolution history of samples ofYaoshan ation in Tanshan 表2炭山窑山组样品热史（时间－温度）模拟成果表 Table 2 The simulation results of fission-track thermal evolution history of Yaoshan ation in Tanshan 时间区间温度变化区间温度变化率 /Ma ／℃ ／（℃Ma-1 217-196 92.57974.323 -0.869 3 196168 74.323-209.627 4.832 3 168138.9 209.62781.380 -4.401 2 138.922.5 81.38051.251 -0.258 9 22.5O 51.25120 -1.388 4 注－为降温；＋为升温；时间区间均为距今的时间。 时间为距今196Ma左右，指示样品形成时代为早保 罗世锡内穆期（Sinemurian）。样品埋藏增温的区间（距 今196～168Ma）应是窑山组沉积时代的范围，即早－ 中保罗世延安期。 窑山组沉积时，鄂尔多斯西缘水体变深，河流湖 泊相发育；而晚三叠世晚期，鄂尔多斯盆地西缘遭受 抬升冷却剥蚀。这暗示窑山组非上三叠统上部沉积。 中下保罗统中常见有晚三叠世王遗分子的现象是非 常普遍的，如鄂尔多斯盆地早保罗世富县组［10］、鄂尔 多斯盆地西缘和神木地区的延安组［II］、柴达木盆地大 煤沟组下部［12］，乃至欧洲下保罗统地层［II］，这也表明 窑山组形成于早中保罗世延安期是合理可信的。 3结论 a.随着沉积作用的进行，窑山组埋藏深度增加， 其经历的温度也随之增加。窑山组对盆地西缘经历的 构造热事件及其演化过程有着精确的记录，其内的磷 灰石裂变径迹可重建其经历的热史信息。 b.窑山组裂变径迹热史模拟结果与区域构造热 演化史或区域构造演化史的一致，表明热史模拟结果 可信。据窑山组样品埋藏增温的时间区间，确定炭山 窑山组底部样品形成于距今196Ma，炭山窑山组形 成于早一中保罗世延安期。 c.本研究对于碎屑岩的形成时代，尤其对一些 缺乏古生物化石或火山岩夹层，且存在较大争议的碎 屑岩形成时代的判别，具有重要和特殊的地质意义。 致谢感谢中国地质大学（北京）袁万明教授在裂 变径迹测试和数据处理过程中给予的帮助． 参考文献 l］白云来，马龙，吴武军，等鄂尔多斯盆地泊页岩的主要地质 特征及资源潜力［巧．中国地质，2009,365 1123-1137. 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