塔里木柯坪塔格地区构造抬升的新证据——来自(U-Th)：He年龄的约束

书书书第５４卷第１期２０１１年１月地　球　物　理　学　报ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．５４，Ｎｏ．１Ｊａｎ．，２０１１常　健，邱楠生，左银辉等．塔里木柯坪塔格地区构造抬升的新证据———来自（ＵＴｈ）／Ｈｅ年龄的约束．地球物理学报，２０１１，５４（１）：１６３～１７２，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１１．０１．０１７ＣｈａｎｇＪ，ＱｉｕＮＳ，ＺｕｏＹＨ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｎｅｗｅｖｉｄｅｎｃｅｏｎｔｅｃｔｏｎｉｃｕｐｌｉｆｔｉｎＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａ，Ｔａｒｉｍ，Ｃｈｉｎａ：Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｆｒｏｍ（ＵＴｈ）／Ｈｅａｇｅｓ．犆犺犻狀犲狊犲犑．犌犲狅狆犺狔狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２０１１，５４（１）：１６３～１７２，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１１．０１．０１７塔里木柯坪塔格地区构造抬升的新证据———来自（犝犜犺）／犎犲年龄的约束常　健１，２，邱楠生１，２，，左银辉１，２，李翠翠１，２１中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京　１０２２４９２中国石油大学（北京）盆地与油藏研究中心，北京　１０２２４９摘　要　柯坪塔格地区位于西南天山与塔里木盆地之间，是塔里木地台的一部分，其构造隆升与天山和塔里木盆地的演化密切相关．本文首次将（ＵＴｈ）／Ｈｅ热定年技术应用于该地区构造抬升的研究，对该区震旦系露头样品的磷灰石和锆石的（ＵＴｈ）／Ｈｅ进行了年龄测定和热史模拟，结果表明柯坪塔格地区主要经历了４期构造抬升事件，导致震旦系抬升至地表，其中磷灰石（ＵＴｈ）／Ｈｅ年龄揭示了晚白垩世和中新世两期的构造抬升事件．在早石炭世，震旦系温度达到最大，介于１３３～１５０°Ｃ之间，结合沉积埋藏史得到当时的最大埋深是３４００～３９００ｍ．在渐新世—中新世，受印度—欧亚板块碰撞远程效应的影响，柯坪塔格地区沿柯坪塔格—沙井子断裂向巴楚隆起上逆冲，地层快速抬升遭受剥蚀．在１５～１０Ｍａ时，柯坪塔格地区震旦系已抬升至地表．自早石炭世至今，柯坪塔格地区总剥蚀量达６１７０ｍ．柯坪塔格地区自中生代以来的构造热演化史与塔里木盆地北缘是一致的，但与天山及处于塔里木盆地内部的巴楚隆起的构造抬升过程存在差异．中新世以后，受喜山运动远程效应影响，柯坪塔格和天山才同处于抬升状态；而巴楚隆起在古近纪早期仍处于抬升剥蚀状态，与柯坪塔格地区接受沉积相反．本文利用（ＵＴｈ）／Ｈｅ热定年技术成功地揭示了柯坪塔格地区自震旦纪以来的构造热演化史，这些结果有利于人们对这一地区构造抬升的正确认识．同时，本研究对塔里木盆地的油气勘探及天山地区的构造研究具有指导意义．关键词　（ＵＴｈ）／Ｈｅ热定年，柯坪塔格，构造抬升，热史模拟ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１１．０１．０１７中图分类号　Ｐ３１４收稿日期２０１００５０６，２０１０１０１５收修定稿基金项目　教育部重大项目（３０８００５），油气资源与探测国家重点实验室开放基金（ＰＲＰＪＣ２００８０１），中石化海相前瞻性项目（ＹＰＨ０８０５７）资助．作者简介　常　健，男，１９８３年生，博士生，构造地质学专业，主要从事构造地质学和地温热年代学方面的研究．Ｅｍａｉｌ：[e-mail]通信作者　邱楠生，男，１９６８年生，教授．主要从事沉积盆地构造热演化和油气成藏机理方面的教学和科研工作．Ｅｍａｉｌ：[e-mail]犜犺犲狀犲狑犲狏犻犱犲狀犮犲狅狀狋犲犮狋狅狀犻犮狌狆犾犻犳狋犻狀犓犲狆犻狀犵狋犪犵犲犪狉犲犪，犜犪狉犻犿，犆犺犻狀犪：犆狅狀狊狋狉犪犻狀狋狊犳狉狅犿（犝犜犺）／犎犲犪犵犲狊ＣＨＡＮＧＪｉａｎ１，２，ＱＩＵＮａｎＳｈｅｎｇ１，２，ＺＵＯＹｉｎＨｕｉ１，２，ＬＩＣｕｉＣｕｉ１，２１犛狋犪狋犲犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿犚犲狊狅狌狉犮犲犪狀犱犘狉狅狊狆犲犮狋犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿，犅犲犻犼犻狀犵１０２２４９，犆犺犻狀犪２犅犪狊犻狀犪狀犱犚犲狊犲狉狏狅犻狉犚犲狊犲犪狉犮犺犆犲狀狋犲狉，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿，犅犲犻犼犻狀犵１０２２４９，犆犺犻狀犪犃犫狊狋狉犪犮狋　ＡｓｐａｒｔｏｆＴａｒｉｍｐｌａｔｆｏｒｍ，ＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａｌｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｓｏｕｔｈｗｅｓｔＴｉｅｎｓｈａｎａｎｄＴａｒｉｍｂａｓｉｎ，ａｎｄｉｔｓｔｅｃｔｏｎｉｃｕｐｌｉｆｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｓｃｌｏｓｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈＴｉｅｎｓｈａｎａｎｄＴａｒｉｍｂａｓｉｎ．Ｔｈｅ（ＵＴｈ）／ＨｅｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｙｉｓｕｓｅｄａｓａｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｅｃｔｏｎｉｃｕｐｌｉｆｔｏｆＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄａｐａｔｉｔｅ／ｚｉｒｃｏｎ（ＵＴｈ）／ＨｅａｇｅｓｏｆＳｉｎｉａｎｏｕｔｃｒｏｐｓａｍｐｌｅｓｉｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌｆｏｕｒｐｈａｓｅｓｏｆ地球物理学报（ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．）５４卷　ｔｅｃｔｏｎｉｃｕｐｌｉｆｔｅｖｅｎｔｓａｐｐｅａｒｅｄｉｎＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａ，ｗｈｉｃｈｍａｄｅｔｈｅＳｉｎｉａｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｕｐｌｉｆｔｔｏｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅａｐａｔｉｔｅ（ＵＴｈ）／ＨｅａｇｅｓｒｅｖｅａｌｔｗｏｐｈａｓｅｓｏｆｕｐｌｉｆｔｅｖｅｎｔｓａｔＬａｔｅＣｒｅｔａｃｅｏｕｓａｎｄＭｉｏｃｅｎｅ．ＤｕｒｉｎｇＥａｒｌｙＣａｒｂｏｎｉｆｅｒｏｕｓ，ｔｈｅＳｉｎｉａｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅａｃｈｅｄａｍａｘｉｍｕｍｏｆ１３３～１５０°Ｃ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｂｕｒｉａｌｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｅｐｔｈｃａｎｂｅｄｅｒｉｖｅｄｔｏｂｅ３４００～３９００ｍ．ＤｕｅｔｏｔｈｅｄｉｓｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅＩｎｄｉａｎａｎｄＥｕｒａｓｉａｎｐｌａｔｅｓ，ＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａｔｈｒｕｓｔｏｖｅｒＢａｃｈｕｕｐｌｉｆｔａｌｏｎｇＫｅｐｉｎｇｔａｇｅＳｈａｊｉｎｇｚｉｆａｕｌｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅＯｌｉｇｏｃｅｎｅＭｉｏｃｅｎｅ．Ｔｈｅｓｔｒａｔａｗｅｒｅｒａｐｉｄｌｙｕｐｌｉｆｔｅｄａｎｄｅｒｏｄｅｄ．Ｄｕｒｉｎｇ１５～１０Ｍａ，ｔｈｅＳｉｎｉａｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａｈａｄｂｅｅｎｕｐｌｉｆｔｅｄｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｅｘｈｕｍａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｉｓｕｐｔｏ６１７０ｍｓｉｎｃｅＥａｒｌｙＣａｒｂｏｎｉｆｅｒｏｕｓ．ＷｈｉｌｅｔｈｅｔｅｃｔｏｎｏｔｈｅｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｍａｒｇｉｎｏｆＴａｒｉｍｂａｓｉｎｉｎＭｅｓｏｚｏｉｃｔｏＣｅｎｏｚｏｉｃ，ｉｔｉｓｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈＴｉｅｎｓｈａｎａｎｄｔｈｅＢａｃｈｕｕｐｌｉｆｔｉｎｓｉｄｅＴａｒｉｍｂａｓｉｎ．ＳｉｎｃｅＭｉｏｃｅｎｅ，ＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａａｎｄＴｉｅｎｓｈａｎｗａｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｓｔａｔｅｏｆｕｐｌｉｆｔｉｎｇｂｙｔｈｅｄｉｓｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅＨｉｍａｌａｙａｎｍｏｖｅｍｅｎｔ．ＤｕｒｉｎｇＥａｒｌｙＥｏｃｅｎｅ，Ｂａｃｈｕｕｐｌｉｆｔａｒｅａｗａｓｓｔｉｌｌｕｐｌｉｆｔｅｄａｎｄｅｒｏｄｅｄ，ｗｈｉｌｅＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａｒｅｃｅｉｖｅｄｄｅｐｏｓｉｔｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｒｅｖｅａｌｓｔｈｅｔｅｃｔｏｎｏｔｈｅｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｈｉｓｔｏｒｙｏｆＫｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａｓｉｎｃｅＳｉｎｉａｎｕｓｉｎｇｔｈｅ（ＵＴｈ）／Ｈｅｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｆｕｌｆｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｔｅｃｔｏｎｉｃｕｐｌｉｆｔｉｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｌｙ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｓｔｕｄｙｃａｎｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆＴａｒｉｍｂａｓｉｎａｎｄｔｈｅｔｅｃｔｏｎｉｃｓｔｕｄｙｏｆＴａｒｉｍｂａｓｉｎａｎｄＴｉｅｎｓｈａｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊　（ＵＴｈ）／Ｈｅｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｙ，Ｋｅｐｉｎｇｔａｇｅａｒｅａ，Ｔｅｃｔｏｎｉｃｕｐｌｉｆｔ，Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ１　引　言柯坪塔格地区位于西南天山与塔里木盆地之间，地质上属于塔里木地台的一部分（新疆维吾尔自治区地质矿产局，１９９３）．目前，人们对柯坪塔格地区的构造认识主要有走滑或斜冲构造［１～３］和逆冲推覆构造［４，５］两种观点．前人通过对柯坪塔格和巴楚隆起古生代的地层对比［６，７］、岩石特征［８，９］、古生物及沉积分析［１０～１３］等研究认为，柯坪塔格和巴楚隆起这两个地质体在中生代之前是连为一体的，经历了同样的构造演化．晚二叠世，由于中天山岛弧与塔里木板块碰撞，南天山洋闭合形成古天山．此后，处于天山与塔里木盆地交界处的柯坪塔格地区其构造演化受到二者的双重影响，这已被该区的断裂系统及裂隙发育特征［６，７，１４］、地壳缩短速率［１５］、古地磁［１６］等方面得到了证实．低温热年代学参数主要有磷灰石裂变径迹和（ＵＴｈ）／Ｈｅ年龄，它们已广泛应用于构造抬升、热演化、地形地貌演化和沉积物源研究等方面．（ＵＴｈ）／Ｈｅ热定年是根据磷灰石、锆石等矿物颗粒中Ｕ、Ｔｈ放射性元素衰变产生Ｈｅ发展而来的．通过测量矿物中放射性衰变产物４Ｈｅ、母体同位素２３８Ｕ和２３２Ｔｈ的含量，就可以获得（ＵＴｈ）／Ｈｅ年龄．目前，我们已成功将这种方法应用于四川盆地和塔里木盆地的构造热演化研究，得到这两个盆地的磷灰石（ＵＴｈ）／Ｈｅ年龄的封闭温度为～８５℃［１７，１８］．磷灰石（ＵＴｈ）／Ｈｅ年龄的部分保留区（ＨｅｌｉｕｍＰａｒｔｉａｌＲｅｔｅｎｔｉｏｎＺｏｎｅ，ＰＲＺ）一般为４０～８５℃［１９，２０］，而磷灰石裂变径迹（ＡｐａｔｉｔｅＦｉｓｓｉｏｎＴｒａｃｋ，ＡＦＴ）的部分退火带为６５～１２０°Ｃ［２１］．因此，磷灰石（ＵＴｈ）／Ｈｅ热定年方法与磷灰石裂变径迹（ＡＦＴ）相比，可以揭示更低温度的地质热历史．一些学者利用磷灰石裂变径迹方法研究南天山及塔里木盆地北缘，建立了自侏罗纪以来的构造演化模式［２２～２６］，但对柯坪塔格地区的研究较少．在地质历史时期，柯坪塔格地区经历过几期构造抬升及剥蚀量是多少？如何证明柯坪塔格地区晚第三纪构造抬升事件的存在？柯坪塔格与天山、塔里木盆地在构造演化方面存在哪些差异？这些问题一直困扰着人们对这一地区构造演化的认识，制约了对该地区油气成藏机制的研究．本文旨在利用（ＵＴｈ）／Ｈｅ低温热年龄揭示柯坪塔格地区自震旦纪至今的构造演化史及与周缘地区的关系，为这一地区的构造抬升提供新的证据，为油气勘探提供新的依据．２　地质概况柯坪塔格地区位于塔里木盆地西北缘．北与南天山相邻，南以柯坪塔格断裂与巴楚隆起和阿瓦提４６１　１期常　健等：塔里木柯坪塔格地区构造抬升的新证据———来自（ＵＴｈ）／Ｈｅ年龄的约束凹陷分界，东为乌什凹陷和温宿凸起，西至喀什凹陷（图１）．构造上，柯坪断隆截切并逆掩于巴楚隆起和阿瓦提凹陷的西北缘．柯坪塔格地区地层以新元古界震旦系和下古生界出露齐全为特征．震旦系下部为碎屑岩，上部为碳酸盐岩．寒武系和奥陶系以碳酸盐岩为主，沉积少量碎屑岩．志留系为碎屑岩．中二叠统沉积类型分为海相和陆相，常夹有玄武岩，缺失上泥盆统、石炭系和中生界．古近系出露不全，新近系发育完整［２７］．柯坪塔格地区的构造格局表现为北部背斜褶皱带和南部冲断推覆带．背斜褶皱带是一个隐伏褶皱带，分