【正文】 中國地質大學碩士學位論文 49 前 言一、選題依據(jù)裂變徑跡是指含鈾礦物中的鈾裂變產生的高能量碎片使礦物晶格產生輻射損傷，從而留下裂變的痕跡。1965年，美國通用電氣研究發(fā)展中心的Fleischer等（1964）通過研究徑跡的蝕刻特性，發(fā)現(xiàn)自發(fā)裂變徑跡數(shù)與徑跡積累的時間和礦物中鈾的含量成正比，基于這一原理，他們測定了礦物的年齡，并提出了裂變徑跡定年法（Fleischer et al.,1964）。裂變徑跡定年法是利用統(tǒng)計礦物（鋯石、磷灰石）238U裂變產物——裂變徑跡數(shù)來測定礦物年齡的。由于磷灰石的裂變徑跡具有較低的封閉溫度70120℃（Gleadow et al.,1987），1980年代以來廣泛應用于揭示山脈地區(qū)晚近地質時期的隆升剝露史。國外最早運用裂變徑跡定年法研究造山帶構造隆升史始于1978年，當時Wagner（1978）用這種方法對中阿爾卑斯山進行了系統(tǒng)研究，.,并發(fā)現(xiàn)這些年齡隨海拔高度的增高而增大。Gleadow et al.（1984）利用磷灰石裂變徑跡分析技術對南極的Transantartic Mountains(TAM)地區(qū)進行了系統(tǒng)研究，作出年齡高程圖。近年來，隨著對磷灰石裂變徑跡退火特征的進一步研究，有關磷灰石裂變徑跡定年法在山脈隆升剝露史方面的應用又有新的進展。Wagner（1988）建立了新的投影裂變徑跡長度分布—溫度—時間之間的聯(lián)系，使之對抬升剝露冷卻歷史的制約更為精確。運用此方法，Wagner et al.（1989）對南極橫斷山北維多利亞地區(qū)、Fitzgerald et al.（1988）和Fitzgerald（1992）對南極的TAM地區(qū)進行了研究，均取得了一些新的非常有意義的成果。Thomson等（2000）利用Ruhla結晶雜巖體的裂變徑跡熱年代學證據(jù)對歐洲大陸的SaxoBohemian地塊的熱演化史進行了新的限制。Mitchell等（2002）利用磷灰石裂變徑跡分析方法對澳大利亞南部的Mt Painter 區(qū)的剝露史進行了分析，得出重要結論。國內早期利用磷灰石裂變徑跡法研究隆升速率多集中在青藏高原及其鄰近地區(qū)。劉順生等（1987）對西藏的拉薩、康馬和告烏3個巖體利用年齡高差法進行了隆升速率的計算，得到了較好的線形關系；丁林等（1995）通過磷灰石裂變徑跡分析方法給出了東喜馬拉雅構造結上新世以來快速隆升的證據(jù)；江萬等（1998）在研究青藏高原的隆升速率時，利用測出的裂變徑跡數(shù)據(jù)直接計算地質體的平均隆升速率。近年來，應用磷灰石裂變徑跡年齡分析，. Chen等（2001）對秦嶺造山帶、王國燦等（2002，2003）對東昆侖東段、萬景林等（2002）對西昆侖北部山前普魯?shù)貐^(qū)、吳塹虹等（2002）對東大別地區(qū)巖體的隆升剝露史和構造意義進行了深入的分析，取得重要成果，同時，他們對裂變徑跡分析技術也進行了有益的探討，為今后我們應用裂變徑跡定年法進行研究提供了參考。綜上，隨著裂變徑跡分析技術的發(fā)展，國內外學者應用磷灰石裂變徑跡法研究造山帶隆升剝露機制已取得重大進展，主要體現(xiàn)在通過裂變徑跡分析可以為研究造山帶隆升提供隆升時間、隆升幅度、隆升速率、隆升方式以及地溫熱歷史等比較全面的山脈隆升史資料。近年來，隨著對磷灰石礦物的退火規(guī)律的深入研究（Fleischer et al.,1975,康鐵笙，1991），發(fā)現(xiàn)磷灰石裂變徑跡的退火與油氣生成密切相關。磷灰石裂變徑跡發(fā)生退火的溫度范圍（退火帶）為70120℃，而烴成熟度與溫度的關系表明，石油大量生成所需要的溫度范圍與上述退火帶剛好重合（Gleadow et al.,1983）。據(jù)此，我們認為可以通過磷灰石裂變徑跡分析反映含油氣盆地經歷的地質背景，進而對含油氣盆地的構造破壞條件作出評價。本課題屬于夏文臣教授主持的中石化重大基礎項目“鄂西渝東海相油氣的構造控制與保存條件研究（20022004）”的下屬子項目“揚子板塊東北緣晚古生代以來隆升過程的精細同位素冷卻速率響應與儲油層穩(wěn)定性研究”，主要通過對湘鄂西一帶近南北向分布的花崗巖體自印支期以來的冷卻抬升剝露史進行研究，以查明構造非平穩(wěn)運動的期次和作用時間，為鄂西渝東盆地石炭系及其稍晚以來成烴層的可能的破壞事件分析提供一個方面的約束。二、研究內容和研究方法：（1）湘鄂西地區(qū)存在的重要構造活動期厘定（2）湘鄂西地區(qū)典型侵入體的巖石學特征和構造環(huán)境分析（3）典型巖體的平均古剝露速率研究（4）印支期以來的冷卻速率和剝露速率研究（5）基底剝露速率與盆地油氣藏保存條件和破壞條件分析目前，研究山脈隆升剝露速率的研究方法主要有古生物古氣候法、古地理法、地質壓力計法、熱年代學方法及變質作用PTt軌跡法（王國燦，1995）。其中，（1）古生物古氣候法適用的前提是氣候條件隨高程而變化，不同高程有其相適應的氣候條件及與該氣候條件相適應的生物組合；（2）古地理法是利用能確定古高程的巖相古地理標志來確定隆升的幅度和過程；（3）地質壓力計法是通過對某一時代形成的礦物的壓力估算或流體包裹體的壓力測定，判斷其形成深度，進而分析其隆升歷史；（4）熱年代學方法的核心理論是封閉溫度理論（Doddson,.,1973），理論的核心是認為造山帶中深成巖礦物或變質礦物給出的年齡并不是原始結晶年齡，而是反映了它的冷卻年齡，如果冷卻年齡是由于正常地溫梯度下地質體隆升或剝蝕作用所引起，那么冷卻史就是隆升史的反映。利用冷卻史探討隆升史的方法可概括為以下三個方面：礦物對封閉溫度年齡法、單礦物封閉溫度年齡法、多重擴散域的40Ar/39Ar年齡譜法；（5）變質作用PTt軌跡法是地質壓力計法與熱年代學方法的綜合，主要通過研究PTt軌跡中的抬升段（減壓過程）的PT變化，進而估算抬升速率。可以看出，以上5種估算山脈隆升剝露速率的方法中，熱年代學方法是研究冷卻速率的，其他幾種是研究隆升速率的。基于地表效應的影響，目前討論的隆升程度實際上是指剝露程度，我們所稱的隆升即與剝露相當。綜合這幾種方法的適用條件，并針對區(qū)內基底變質巖變質程度低和破壞事件主要發(fā)生在印支期以來的特點，本文將采用地質壓力計方法和熱年代學方法來研究巖體的隆升剝露速率，熱年代學方法采用多重擴散域的40Ar/39Ar年齡譜法和磷灰石裂變徑跡年齡－高程法。 三、技術路線以往研究資料表明，海拔高并且絕對高程大的山體，用于年齡—高程法測定隆升速率時，其數(shù)據(jù)效果更為理想，因此，我們通過分析盆地周緣巖體的圖形資料后，最終選擇了位于盆地東緣的鄂西黃陵巖體和湘西白馬山巖體和近懷化市中華山巖體進行研究（圖01）。圖01 湘鄂西研究區(qū)巖體分布圖用GPS和1:5萬地形圖作為參考，按每100米高程差間隔一個巖樣的要求進行采取巖石新鮮樣和風化樣，風化樣用于挑選磷灰石，新鮮樣作探針分析。樣品人工粉碎和淘洗后，自然風干，用雙目鏡挑出磷灰石、鋯石和鉀長石。磷灰石、鋯石和鉀長石樣品送到國家地震局地質研究所進行處理。對測出的數(shù)據(jù)進行分析，作出年齡高程的隆升曲線和溫度年齡的冷卻曲線，計算隆升速率和冷卻速率。根據(jù)巖體隆升速率和冷卻速率的快慢解釋油氣藏可能受到的破壞影響，主要提供地質上的參考依據(jù)。四、工作安排與工作量開展野外工作8次，共計46天，考察點包括陜西安康（2002/7/17~7/23）、湖南新化（2002/7/25~7/31，2002/11/1~11/6，2003/10/11~10/15）、湖北宜昌（2002/8/10~8/15，2002/10/11~10/17，2002/10/24~10/27，2003/10/18~10/22）等地區(qū)，主要涉及鄂西渝東區(qū)東部的湘西白馬山巖體、中華山巖體和鄂西黃陵巖體，對上述巖體進行詳細的野外調查，共采集樣品100余件。：磨制巖石薄片、探針片共20片，分選鋯石、磷灰石29件，完成18個磷灰石裂變徑跡年齡和長度測定，3個磷灰石年齡高程圖示，3個樣品的鉀長石ArAr年齡測定。表01 學位論文期間主要完成的工作量簡表工作內容工作量工作內容工作量野外考察46天礦物電子探針分析10點路線剖面6條磷灰石、鋯石裂變徑跡年齡測定18件采集標本100件裂變徑跡長度測定18件樣品預處理40天鉀長石ArAr年齡3個薄片鑒定20片磷灰石年齡高程圖示3個礦物分選29件野外照片20張五、取得的主要認識。，剝露速率≥，而80Ma和60Ma左右可能分別是該過程中的兩個快速隆升幕。中華山巖體鉀長石MDD模擬結果則揭示在130140Ma存在一次快速的構造抬升或剝露。 （2003）對川西南震旦系儲集層不同期次充填礦物中的有機包裹體的研究，表明在220Ma、135Ma和70Ma分別存在三個重要的油氣運移期，其中以70Ma時的運移規(guī)模最大。后兩期的時間與本研究揭示的140130Ma和60Ma的兩個快速構造隆升期一致。由此看來，構造抬升既可能對儲油層產生破壞作用，也可以使上覆生烴層形成可觀的微裂隙，從而成為油氣運移的重要通道。第一章 區(qū)域地質鄂西渝東區(qū)地處重慶、湖北兩省市交界之處，東起湖北建始——重慶彭水、西至長江、烏江，面積20200km2，構造上處于四川盆地川東褶皺帶與湘鄂西褶皺帶的結合部位。鄂西渝東區(qū)自雪峰運動形成統(tǒng)一的變質基底之后，先后經歷了澄江——加里東、海西——印支、燕山——喜山期三大沉積構造旋回。雪峰古陸在加里東形成之后，印支期發(fā)生自南東向北西的逆沖，東部由于逆沖抬升而缺失中三疊統(tǒng)，西部下降接受連續(xù)沉積（中三疊統(tǒng)巴東組）。因此，印支期的強烈構造運動發(fā)生在中三疊世（235－220Ma）,在雪峰山中南部有大量的印支期花崗巖巖體（240－189Ma）。燕山期雪峰山繼續(xù)由南東向北西擠壓逆沖，變形強度加大。強烈活動發(fā)生在晚侏羅世（150－130Ma），一直延續(xù)至早白堊世（100Ma）。圖11 研究區(qū)地質簡圖（改自李獻華，2003）本研究區(qū)地處湘鄂西邊區(qū)，從構造位置上看，主要位于華南板塊的大陸區(qū)揚子地塊之上，包括湘鄂褶斷帶的大部分、東北部跨黃陵隆起帶和江南中生代基底拆離隆起區(qū)的一部分（圖11）。鄂西黃陵地區(qū)以發(fā)育黃陵斷穹為重要的地質特征（圖12）。黃陵斷穹南北長73km，東西寬36km，呈北北東向卵形產出；具有地臺型雙層結構及后地臺型上疊構造層特征，皆以明顯的區(qū)域性角度不整合分界。湘西白馬山地區(qū)在大地構造位置上處于揚子準地臺與華南褶皺帶接壤部位的雪峰山弧性構造帶的東南緣，而雪峰山弧性構造帶又位于“江南古陸”的西南段，處于華南兩個Ⅰ級大地構造單元的分界線附近（圖13）。167。 黃陵地區(qū)圖12 黃陵地區(qū)地質簡圖 地層橫貫東西的青峰襄廣斷裂將全省劃分成南、北兩個地層區(qū)：南部為揚子區(qū)，元古界及古生界總厚約30000m，下中元古界為地槽型沉積，上元古界古生界為地臺型沉積；北部為秦嶺區(qū)，元古界及古生界總厚約60000m，全屬地槽型沉積。本工作區(qū)在揚子區(qū)內。全省中新生界總厚約27000m，三疊系與侏羅系僅分布于揚子區(qū)，白堊系第四系則在兩區(qū)均有分布，尤以揚子區(qū)發(fā)育最好。省內上三疊統(tǒng)第四系及揚子區(qū)的上元古界下部與下震旦統(tǒng)為陸相地層，其余均為海相地層。揚子區(qū)的崆嶺群、楊坡群是湖北省內最古老的地層，共同構成湖北陸殼最早的結晶基底。綜合地層資料可知，本區(qū)存在Pt1Z、S2DT3K1三個角度不整合接觸面，O3S1之間為平行不整合接觸關系(表11)。表11 鄂西區(qū)地層簡表地　層接觸關系年代界限(Ma)地層特征中生界白堊系上統(tǒng)角度不整合~142下統(tǒng)底下部為類磨拉石建造，下統(tǒng)上部以及上統(tǒng)為內陸河湖相紅色建造及內陸鹽湖含鹽建造，夾少量火山巖。下統(tǒng)三疊系中統(tǒng)巴東組整合接觸~250早期以碳酸鹽巖沉積為主，中晚期逐漸過渡以碎屑巖為主夾碳酸鹽巖的沉積，厚11003300m，主要含有雙殼類、菊石、植物、牙形石和少量爬行動物、魚類、輪藻、葉肢介等化石。下統(tǒng)嘉陵江組大冶組古生界二疊系上統(tǒng)大隆組整合接觸~292賦存煤、鋁、錳、鐵、硫、稀土及粘土礦、石灰?guī)r等礦產，以淺海陸棚碳酸鹽巖為主要沉積特征，全系厚度為300580m。龍?zhí)督M下統(tǒng)茅口組棲霞組石炭系上統(tǒng)船山組整合接觸~354以碎屑巖、灰?guī)r沉積為主，主要含有珊瑚、腕足類、植物及少量牙形石等。厚度為6156m 。黃龍組下統(tǒng)和州組高驪山組金陵組長陽組泥盆系上統(tǒng)寫經寺組不整合接觸~417以碎巖夾灰?guī)r為特征，厚度1160m。主要化石有腕足、珊瑚、牙形石、介形類、植物及少量雙殼、魚類等。黃家磴組中統(tǒng)云臺觀組志留系中統(tǒng)紗帽組平行不整合~440復理石建造，厚9101500m，化石豐富，主要含有筆石、腕足類、三葉蟲、珊瑚、層孔蟲以及少量頭足類等。下統(tǒng)羅惹坪組龍馬溪組奧陶系上統(tǒng)五峰組整合接觸~495由灰?guī)r、泥灰?guī)r及頁巖組成，厚度一般為300500m，各門類化石都十分豐富，其組合以介殼相與筆石相混合交替為特征。臨湘組中統(tǒng)寶塔組大田壩組廟坡組下統(tǒng)牯牛潭組大灣組紅花園組分鄉(xiāng)組南津關組西陵峽組寒武系上統(tǒng)霧渡河組整合接觸~545發(fā)育完全，是我國標準剖面之一，早寒武世主要為淺海相黑色頁巖、砂巖及石灰?guī)r，最底部為含磷白云巖沉積，生物豐富，其中以較多的古盤古類、原油櫛蟲科三葉蟲及古杯類為特征。中、晚寒武世的沉積主要是淺海和淺海近岸的白云巖和灰?guī)r，化石較為稀少。中統(tǒng)新坪組覃家廟組下統(tǒng)石龍洞組天河板組石牌組水井坨組天柱山組前寒武系震旦系上統(tǒng)燈影組不整合接觸~760由一套碎屑巖、冰績巖、泥質巖及硅質碳酸鹽、碳酸鹽巖等組成，其中陡山沱組的磷礦已構成大型工業(yè)礦床。陡山