鄂爾多斯盆地中生代構(gòu)造事件的沉積響應(yīng)

鄂爾多斯盆地中生代構(gòu)造事件的沉積響應(yīng)

鄂爾多斯盆地位于中國大陸中部，古生代華北克拉通盆地的基礎(chǔ)上，是一個發(fā)育在中國大陸中部、華北克拉通盆地的中生代沉積盆地。它的形成和發(fā)展以及各種積累能源和礦產(chǎn)的共存對中國大陸中部的構(gòu)造變化和構(gòu)造地殼的發(fā)育具有明顯的相關(guān)性。長期以來，對鄂爾多斯盆地構(gòu)造變形及其發(fā)展的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究取得了許多重要成果[5、6、7、8、9、10、11、12、13、14]。近年來，構(gòu)造事件對盆地構(gòu)造發(fā)育及其成礦活動的重要性引起了人們的注意。如何將構(gòu)造地質(zhì)特征定性研究與構(gòu)造成代學(xué)定性分析相結(jié)合，進一步理解鄂爾多斯盆地構(gòu)造發(fā)育及其構(gòu)造變化的重要性。本文通過對鄂爾多斯盆地變形直徑軌跡年代學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，探討了中新世鄂爾多斯盆地構(gòu)造發(fā)育和構(gòu)造變化的高度，并為研究盆地構(gòu)造發(fā)育以及各種礦產(chǎn)的聯(lián)合成礦關(guān)系提供了定量年代學(xué)信息。并對中國大陸中部的構(gòu)造發(fā)生高度進行了研究。1區(qū)域構(gòu)造背景鄂爾多斯盆地四周被不同地質(zhì)歷史時期形成的不同類型和規(guī)模的陸內(nèi)造山帶所環(huán)繞,東起呂梁山、西抵桌子山—賀蘭山—六盤山近南北一線,北達陰山南麓,南隔渭河地塹與秦嶺造山帶為鄰,面積約25×104km2.盆地的形成演化雖然經(jīng)歷了早古生代華北陸表海、晚古生代華北濱淺海、中生代內(nèi)陸湖盆和新生代周緣斷陷等多旋回演化階段,但其下伏的前中生代沉積層序主體屬于板塊構(gòu)造體制下華北克拉通盆地的重要組成部分,它真正作為獨立沉積盆地的形成演化,則主要發(fā)生在中新生代的大陸動力學(xué)演化階段.在此期間,位于中國大陸中部的鄂爾多斯盆地,其建造與改造的構(gòu)造動力學(xué)演化階段及其構(gòu)造變革事件很大程度上受控于古亞洲洋、特提斯一古太平洋、印度洋一太平洋三大區(qū)域動力學(xué)體系的控制和影響(圖1),正是這三大動力學(xué)體系域的發(fā)展演化、疊加復(fù)合作用使得盆地的中新生代構(gòu)造演化表現(xiàn)出明顯的旋回性和階段特征.印支期,鄂爾多斯盆地及其周緣活動帶的構(gòu)造作用主要受古特提斯洋閉合對中國內(nèi)陸的閉合過程,這次具有區(qū)域構(gòu)造變革意義的構(gòu)造事件形成了位于盆地南部的秦嶺印支期碰撞造山帶和盆地西緣陸內(nèi)構(gòu)造活動帶,鄂爾多斯盆地總體處于南北擠壓的構(gòu)造應(yīng)力場環(huán)境.燕山期,古太平洋板塊開始向新生的亞洲大陸下斜向俯沖,包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的中國大陸中東部地區(qū)總體處于NW—NE向左旋擠壓的構(gòu)造應(yīng)力場環(huán)境,區(qū)域構(gòu)造動力體系及其對鄂爾多斯盆地的構(gòu)造作用發(fā)生了重大變革,鄂爾多斯盆地東部顯著向西抬升、盆地西南緣(尤其是西緣)發(fā)生了強烈的陸內(nèi)變形和多期次逆沖推覆,形成盆地西部坳陷、東部掀斜抬升的構(gòu)造格局.喜山期,印度板塊與歐亞板塊的碰撞及其古特提斯洋的最終閉合、碰撞期后的陸內(nèi)俯沖,以及太平洋板塊向西的俯沖消減,使得包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的中國中東部地區(qū)處于NW—NE向右旋拉張的構(gòu)造應(yīng)力場環(huán)境,盆地內(nèi)部發(fā)生整體抬升,周緣發(fā)育一系列環(huán)繞盆地的新生代斷陷盆地.2構(gòu)造事件的破裂直徑軌跡的年齡限制2.1盆地裂變徑跡鋯石和磷灰石等的裂變徑跡分析是沉積盆地構(gòu)造熱年代學(xué)研究的一種重要手段.鋯石和磷灰石礦物在高于其封閉溫度的構(gòu)造溫?zé)崾录饔孟戮哂袕桔E密度減少、長度變短直至完全消失的退火特性,熱事件之后的抬升冷卻又可以導(dǎo)致低于封閉溫度條件下形成新的裂變徑跡.由于不同礦物具有不同的封閉溫度,當(dāng)?shù)刭|(zhì)體冷卻到礦物的封閉溫度時,礦物的放射性時鐘才開始計時.鋯石和磷灰石裂變徑跡的封閉溫度一般為(200±50)℃和(100±25)℃,二者給出的裂變徑跡峰值年齡序列,實際上代表了采樣區(qū)帶或巖體經(jīng)歷不同封閉溫度的時間序次及其相應(yīng)的抬升冷卻階段.因此,對于經(jīng)歷了高溫埋藏、后又抬升冷卻的沉積盆地,沉積巖樣品的礦物徑跡年齡如果小于地層年齡,即表示它曾遭受過高溫退火,屬于高溫退火之后的抬升冷卻年齡.磷灰石和鋯石的徑跡年齡及其冷卻模式,能夠有效地提供盆地經(jīng)歷的構(gòu)造變革事件及其差異抬升時限和構(gòu)造熱演化信息.2.2盆地構(gòu)造演化在全面收集鄂爾多斯盆地及西緣斷褶帶的鋯石裂變徑跡年齡(ZFTA)和磷灰石裂變徑跡年齡(AFTA)數(shù)據(jù)[16,17,18,19,20,21,22,23]的基礎(chǔ)上,根據(jù)裂變徑跡年齡和封閉溫度理論,對123個徑跡年齡數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)的計算機處理和統(tǒng)計分布研究,結(jié)合盆地中新生代區(qū)域動力學(xué)演化環(huán)境及其構(gòu)造演化階段,綜合編制了如圖2所示的鄂爾多斯盆地鋯石、磷灰石裂變徑跡年齡分布與構(gòu)造事件的關(guān)系圖,從構(gòu)造年代學(xué)角度揭示了鄂爾多斯盆地中新生代多旋回構(gòu)造演化與轉(zhuǎn)化的主要構(gòu)造事件及其峰值年齡.從圖2可以看出,具有高封閉溫度的鋯石徑跡年齡(ZFTA)給出了印支期盆地演化階段的構(gòu)造變革事件主要發(fā)生在230～190Ma,其中包含220Ma±和195Ma±兩個峰值年齡,有可能分別指示了印支構(gòu)造變革期的兩次主要構(gòu)造事件,鄂爾多斯盆地中鋯石徑跡年齡分布對應(yīng)的這兩個峰值年齡事件和區(qū)域構(gòu)造事件基本吻合.鋯石和磷灰石兩種礦物的裂變徑跡年齡重疊分布在175～90Ma±,有可能集中反映了燕山期旋回構(gòu)造熱事件作用對盆地的持續(xù)影響,尤其是二者共同給出了代表燕山中期強烈構(gòu)造作用的峰值年齡主要發(fā)生在140～150Ma±(平均145Ma±),同時還給出了以磷灰石裂變徑跡年齡為主體的120Ma±和95Ma±的峰值年齡,它們有可能細節(jié)地揭示了燕山中晚期盆地演化階段三次重要的構(gòu)造事件.此外,具有較低封閉溫度的磷灰石徑跡年齡(AFTA)還給出了3個較為年輕的徑跡年齡組,分別為50Ma±,25Ma±和5Ma±,它們顯然指示了喜山期盆地演化階段的三次重要構(gòu)造事件.結(jié)合盆地構(gòu)造演化的區(qū)域動力學(xué)環(huán)境分析,鄂爾多斯盆地中新生代的構(gòu)造演化總體經(jīng)歷了印支期、燕山期和喜山期三大構(gòu)造旋回.印支旋回的構(gòu)造變革期主要發(fā)生在230～190Ma,包含225Ma±和195Ma±兩次主要構(gòu)造事件;燕山旋回的構(gòu)造變革期主要發(fā)生在燕山中晚的150～85Ma,包含145Ma±、120Ma±和95Ma±三次主要構(gòu)造事件;喜山旋回的盆地后期改造過程至少包含早、晚兩期,早喜山期主要包含50Ma±的一次顯著構(gòu)造事件,晚喜山期包含25Ma±和5Ma±兩次主要構(gòu)造事件.其中,鋯石和磷灰石裂變徑跡年齡疊合分布的峰值年齡(140～150Ma±,平均145Ma±),不僅與盆地西南緣顯著的逆沖變形和盆地主體構(gòu)造定型的時限相一致,同時與盆地中新生代時期的異常高古地溫梯度背景區(qū)域顯著的構(gòu)造巖漿活動相關(guān)聯(lián),無疑代表了鄂爾多斯盆地中新生代構(gòu)造演化過程中最為關(guān)鍵的一次構(gòu)造變革事件.3不同沉積型盆地的不整合地層為了進一步加深對構(gòu)造事件與盆地沉積構(gòu)造演化關(guān)系的認識,依據(jù)盆地及鄰區(qū)地層研究的最新成果資料,綜合編制了鄂爾多斯盆地及鄰區(qū)中新生代區(qū)域地層格架對比表(表1).從中可以看出上述中生代構(gòu)造事件的沉積響應(yīng)特點及其對盆地沉積構(gòu)造演化的影響.中三疊統(tǒng)紙坊組和銅川組與上三疊統(tǒng)延長組之間存在平行不整合地層接觸關(guān)系,其中的區(qū)域性不整合界面的時限大致與上述215Ma±的峰值構(gòu)造事件年齡相對應(yīng).上三疊統(tǒng)延長組與下侏羅統(tǒng)之間存在平行不整合或角度不整合,不整合界面的時限大致與上述195Ma±的峰值構(gòu)造事件年齡相對應(yīng),不整合下伏的延長組在盆地西南緣主體為一套活動型粗碎屑建造.侏羅系內(nèi)部存在多個平行不整合或角度不整合,尤為突出的是中下侏羅統(tǒng)與上侏羅統(tǒng)或下白堊統(tǒng)之間發(fā)育區(qū)域性的角度不整合,不整合界面與燕山中期關(guān)鍵變革事件對應(yīng)的140～150Ma±(平均145Ma±)峰值年齡相吻合,并在盆地西南緣發(fā)育上侏羅統(tǒng)芬芳河組和下白堊統(tǒng)志丹群等多套粗碎屑類磨拉石建造.盆地及其鄰區(qū)第四系、第三系和下白堊統(tǒng)之間存在的多個區(qū)域性不整合關(guān)系,實際上分別代表了燕山晚期和喜山期多次構(gòu)造事件的地層學(xué)記錄.這些地層不整合關(guān)系及其沉積學(xué)響應(yīng)特點,從一側(cè)面進一步佐證了上述裂變徑跡峰值年齡分布提供的盆地構(gòu)造事件信息.4多斯盆地印支旋回和2年生構(gòu)造變革期(1)鄂爾多斯盆地中新生代的構(gòu)造演化明顯受控于特提斯構(gòu)造域、古亞洲構(gòu)造域和環(huán)太平洋構(gòu)造域的聯(lián)合與復(fù)合作用,表現(xiàn)出分階段的多旋回演化特點.(2)鄂爾多斯盆地印支旋回的構(gòu)造變革期主要發(fā)生在230～190Ma,包含215Ma±和195M