Provenance analysis and thermal evolution of Upper Triassic Yanchang Formation in the Southern Ordos Basin
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摘要:
本文以鄂尔多斯盆地南部旬邑地区上三叠统延长组为例系统研究了其物源区属性及热演化。采用碎屑锆石LA-ICP-MS定年的方法, 通过分析砂岩样品中碎屑锆石U-Pb的年龄结构及组成, 明确了其物源区属性。研究表明：长7碎屑锆石存在225~264 Ma、276~408 Ma、413~458 Ma、727~851 Ma、1249~1749 Ma和1868~2469 Ma 6个年龄区间, 分别对应于印支期、海西期、加里东晚期、Rodinia超大陆裂解、晋宁运动早中期和古元古代的构造热事件, 研究区物源复杂, 主要来自于北秦岭西段、秦祁造山带、西秦岭、祁连造山带东段及天山-兴蒙造山带, 阿拉善地块和盆地北部山区也可能为本区提供物源, 古水流分析表明研究区的物源方向为近南部。通过磷灰石裂变径迹年龄分析及热史模拟, 明确了研究区在100 Ma左右的早白垩世经历了重要的构造热事件, 是油气藏形成的重要时期。自此以后, 又经历了4次比较明显的热演化, 100~43 Ma为缓慢抬升阶段, 进入部分退火, 冷却速率大概在0.44℃/Ma, 43~36 Ma为一快速抬升阶段, 冷却速率达到4.3℃/Ma, 36~24 Ma为又一期的缓慢抬升, 冷却速率在0.52℃/Ma左右, 从24~17 Ma样品又经历了一次快速的抬升过程, 冷却速率在1.5℃/Ma左右。研究区43 Ma以来的抬升剥蚀明显受到印度板块与亚欧板块碰撞的影响。
Abstract:The sedimentary sources and thermal evolution of Upper Triassic of Yanchang Formation in Xunyi area of Southern Ordos Basin were studied in this paper. With the method of LA-ICP-MS, the detrital zircons ages and compositions of sandstone samples from the study area were analyzed so as to investigate the sedimentary sources. The results show that there exist six age stages of the Chang 7 detrital zircons, i.e., 225-264 Ma, 276-408 Ma, 413-458 Ma, 727-851 Ma, 1249-1749 Ma and 1868-2469 Ma, corresponding to the tectonic movements of Indo-Chinese, Hercynin, late Caledonian, Rodinia break-up, early-middle Jinning movement and Paleoproterozoic periods. Sedimentary sources are complex in the study area, and they mainly came from the western section of northern Qinling, Qin-Qi orogenic belt, West Qinling, eastern section of Qilian orogenic belt, and Tianshan-Xingmeng orogenic belt. Alxa block and northern area of the basin might have been the sedimentary sources of the study area. Paleo-current statistics indicate that the source direction was close to the southern part of the study area. Apatite fission track analysis and thermal history reconstruction were carried out, and the results confirm that the study area experienced an essential tectonic thermal event at 100 Ma in the early Cretaceous period of Late Mesozoic, which was an important period of oil and gas formation. There existed four relatively evident thermal evolution periods after that:100 to 43 Ma was a slow uplift stage and experienced partially annealing with a cooling rate of around 0.44℃/Ma; 45 to 36 Ma was a rapid uplift stage and the cooling rate came to 4.3℃/Ma; 36 to 24 Ma was another slow uplift stage with the cooling rate about 0.52℃/Ma; 24 to 17 Ma was a rapid uplift stage and the cooling rate came to 1.5℃/Ma. However, the India-Asia collision has influenced the uplift and erosion in the study area since 43 Ma.
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Key words:
- detrital zircons /
- apatite /
- provenance analysis /
- thermal evolution /
- Yanchang Formation /
- Ordos Basin
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1. 引言
鄂尔多斯盆地位于华北克拉通的中西部, 是一个典型的大型多旋回叠合盆地（杨遂正等, 2006）, 并含有丰富的煤炭、石油、天然气和铀矿等多种矿产资源, 是中国重要的能源矿产基地（刘池洋等, 2006）。中生代是盆地演化的重要阶段, 是多种矿产尤其是油气成藏的重要阶段, 上三叠统延长组是鄂尔多斯盆地形成内陆湖盆后的第一套生油岩层系, 也是最早发现油气的地层, 一直以来都是重要的勘探层位。近年来, 对于鄂尔多斯盆地南部延长组物源问题, 众多学者通过轻、重矿物组分分析、岩屑及碎屑成分分析以及古水流测量等方法（赵俊兴等, 2008；陈飞等, 2009；宋立军等, 2010；朱宗良等, 2010；贺静等, 2011；王若谷等, 2013）进行了研究。然而, 大多数学者只是对鄂尔多斯盆地南部延长组大致的物源方向进行了标定, 至于精确厘定其物源区属性还有待于进一步研究。研究区物源方向及属性的精细研究对于明确砂体展布及指导下一步勘探具有重要意义。盆地热演化史的分析对于油气成藏的研究具有重要意义, 许多学者对鄂尔多盆地延长组的热演化及油气成藏史进行了研究并取得了很多成果（赵孟为等, 1996a, 1996b；任战利等, 1996, 2006；黄志刚等, 2015；孙宁亮等, 2017a）。然而, 对于鄂尔多斯盆地南部地区延长组隆升剥蚀历史及阶段的研究还比较模糊, 热演化对本区油气成藏的意义也需明确。本文采用碎屑锆石测年及古水流分析的方法, 系统研究了鄂尔多斯盆地南部旬邑地区上三叠统延长组物源区属性, 通过磷灰石裂变径迹分析方法进一步研究延长组的热演化特征, 并为油气成藏史及油气成藏条件的研究提供帮助。
2. 区域地质背景
鄂尔多斯盆地北邻银川、河套盆地, 南接渭河地堑, 外围被吕梁山、大青山、贺兰山、六盘山及秦岭所环绕（图 1）, 是一个多期叠加的复杂盆地。古、中元古代鄂尔多斯地块开始形成, 构造热事件频发。新元古代因晋宁运动上升为一完整古陆, 在青白口—震旦纪统一于“古中国地台”（孙肇才等, 1990）。早古生代, 鄂尔多斯地块在其西南部拉开形成了秦岭、祁连、贺兰海槽, 秦岭、祁连海槽断裂较大, 而贺兰海槽逐渐演变为坳拉槽, 鄂尔多斯地台伸展成为伸向秦祁海洋的宽广陆架（赵重远, 1993）。早奥陶世末, 华北地块受到南面的秦岭洋及北面中亚—蒙古海槽洋壳的俯冲挤压, 使华北地台抬升, 结束了华北陆缘海盆的地质历史。晚石炭世华北地块结束了抬升剥蚀, 接受沉积, 早期为海相和海陆交互相沉积, 从早二叠世下石盒子组开始进入陆相沉积（韩天佑等, 2011）。
图 1. 鄂尔多斯盆地南部及邻区区域地质简图（据1: 500万中国地质图绘制）Figure 1. Geological map of southern Ordos Basin (after 1:5000000 Geological Map of China)研究区位于鄂尔多斯盆地南部（图 1）, 区内岩石地层发育齐全, 出露的地层主要有元古宇（Pt）、古生界（Pz）、寒武系（∈）、奥陶系（O）、志留系（S）、泥盆系（D）、石炭系（C）、二叠系（P）、三叠系（T）、白垩系（K）、第四系（Q）。秦岭造山带以商丹断裂带和洛南—栾川—方城断裂带为界, 划分为北秦岭和南秦岭, 北秦岭主要由古元古代结晶的秦岭岩群（Pt1）、中元古代—青白口宽坪岩群（Pt2）、新元古代木其滩岩群（Pt3）及寒武系和丹凤岩群、草滩沟群等, 造山带内还发育规模不等的加里东、印支期和燕山期侵入岩体, 及少量四堡、晋宁期和海西期的岩体；南秦岭地区志留系（S）、泥盆系（D）地层最为发育, 出露广泛, 此外还发育下古生界（Pz）、二叠系（P）、三叠系（T）, 并有大量印支期、海西期及加里东期的侵入岩体。
晚三叠世延长期鄂尔多斯盆地经历了陆内盆地形成、发展、消亡的全过程, 并沉积了一套厚度1000~1300 m的陆源碎屑岩系, 根据凝灰岩标志层（K0~K9）特征自下而上可分为长10~长1共10个油层组（吴冬等, 2015）。本文锆石测年砂岩样品取自长7油层组, 磷灰石裂变径迹分析样品取自长6、长7和长8油层组。在研究区长8期以辫状河沉积为主, 岩性主要是灰绿色中细砂岩夹暗色泥岩、粉砂岩, 长7期时是湖盆最大湖泛期, 底部沉积了厚层灰黑色油页岩及深灰色泥岩, 中上部沉积厚层块状砂岩夹薄层泥岩, 长6期深湖面积有所萎缩, 底部以厚层块状砂岩夹薄层泥岩为主, 中上部为深灰色泥岩与薄层粉、细砂岩互层（孙宁亮等, 2017b）。
3. 样品采集及实验方法
3.1 锆石样品及分析方法
样品（F1）取自探井旬52井长7油层组顶部的块状砂岩, 岩性为细粒岩屑长石砂岩, 灰白色, 块状层理, 矿物成分主要为石英（38.9%）, 长石（40.3%）, 岩屑（20.8%）, 分选中等, 次棱角状—次圆状, 孔隙式胶结（图 2）。锆石的挑选在河北省廊坊市区域地质调查院进行。对分选出来的锆石在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的颗粒作为测定对象, 用环氧树脂固定、抛光至锆石颗粒一半出露, 然后进行反射光、透射光和阴极发光照相。锆石的反射光、透射光及阴极发光（CL）照相在中国地质调查局天津地质调查中心进行。阴极发光照相（CL）采用日本岛津公司SS550配备美国GATON公司MONOCL4阴极发光仪进行锆石内部结构分析。锆石原位U-Th-Pb同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室LA-ICP-MS仪器上用标准测定程序进行。LA- ICP- MS分析采用Hewlett packard公司最新一代Agilient 7500a ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex102 Excimer激光器以及Micro Las公司的GeoLas 200 M光学系统的联机上进行, 锆石的微量元素和同位素测年在一个测点上同时完成。在实验中采用He作为剥蚀物质的载气, 用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化。锆石的年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质, 元素含量采用NIST SRM610作为外标, 29Si作为内标。具体的分析步骤及数据处理方法参见文献Yuan et al.（2004）。采用Glitter（ver 4.0, Macquarie University）程序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算, 对于年龄大于10亿年的采用100×（207Pb/206Pb年龄）/（206Pb/238U年龄）、年龄小于10亿年的采用100×（207Pb/235U年龄）/（206Pb/238U年龄）分别计算锆石测年结果的谐和度, 将谐和度大于110%和小于90%的年龄剔除。单个数据误差值为1σ, 样品年龄加权平均值的误差为2σ。数据分析中的U-Pb谐和图、年龄分布直方图及年龄加权平均值的计算采用Isoplot 3.0（2006）程序完成（Luddwing, 1994）。
图 2. 鄂尔多斯盆地南部延长组岩心及显微镜下照片a—灰白色块状砂岩, 无层理, 旬52井长7, 1159.5 m；b—细粒岩屑长石砂岩, 见裂缝, 旬52井长7, 1159.6 m；c—灰色细砂岩, 见平行层理, 旬41井长8, 1207.5 m；d—长石岩屑砂岩, 铁方解石胶结, 泥质胶结, 旬41井长8, 1207.2 m；e—灰白色块状砂岩, 无层理, 旬40井长7, 1070.3 m；f—细粒岩屑长石砂岩, 见微裂缝, 旬40井长7, 1070.5 m；g—灰色块状细砂岩, 含油, 旬42井长6, 853.5 m；h—细粒长石岩屑砂岩, 见粒间孔, 旬42井长6, 853.5 mFigure 2. Core photographs and microphotographs of Yanchang Formation in the South Ordos Basina-Grayish white massive sandstone, without bedding, Chang7 Member of Xun52 well, 1159.5 m; b-Fine lithic arkose, with microcrack, Chang7 Member of Xun52 well, 1159.6 m; c-Gray fine-grained sandstone, with parallel bedding, Chang8 Member of Xun41 well, 1207.5 m; d-Feldspathic lithic sandstone, with ferrocalcite and mud cementation, Chang8 Member of Xun41 well, 1207.2 m; e-Grayish white massive sandstone, without bedding, Chang7 Member of Xun41 well, 1070.3 m; f-Fine lithic arkose, with microcrack, Chang7 Member of Xun41 well, 1070.5 m; g- Gray massive sandstone, oil- bearing, Chang6 Member of Xun42 well, 853.5 m; h-Fine lithic arkose, with intergranular pore, Chang6 Member of Xun42 well, 853.5 m3.2 磷灰石样品及分析方法
对于研究区热演化史的分析, 本文采用的是磷灰石裂变径迹的分析方法。样品取自研究区旬42井长6、旬40井长7、旬41井长8油层组的砂岩样（图 2）。磷灰石广泛分布于沉积岩中, 其对温度敏感, 径迹退火的范围与生油窗的温度范围具有一致性, 通过裂变径迹的分析可以得到有关盆地热演化的相关信息（黄志刚等, 2015）。裂变径迹测年法（Fission Track Dating）, 是一种经典的同位素测年方法, 它是基于对矿物晶体内所含的238U发生重核裂变, 与其裂变半衰期函数关系的研究来完成测年的。通过对裂变径迹退火规律的研究, 从而由单一的年龄发展到以长度分布为主的多个参量, 广泛应用于盆地地热史和构造史方面的研究（任战利, 1995, 1996；赵孟为, 1996b；丁超等, 2016）。本次磷灰石裂变径迹年龄测试在中国地震局地质研究所完成。采集的样品分离出磷灰石单矿物, 并用环氧树脂黏贴在光薄片上, 在室温21℃下, 用5.5%的HNO3蚀刻20S, 揭示自发径迹；将低铀白云母外探测器与磷灰石一起送入反应堆辐照（在中国原子能科学研究院492反应堆进行）, 之后在21℃下40% HF蚀刻40 min揭示诱发径迹, 中子注量为美国国家标准局CN5铀玻璃标定（Bellemans et al., 1995）。测定年龄时每个样品任选20个左右质量较好, 平行于C轴的颗粒进行定年, 并根据IUGS推荐的x常数法和标准裂变径迹年龄方程计算年龄值（Hurford et al., 1982, 1983）。
4. 实验结果
4.1 锆石的内部结构特征及微量元素分析
本文所研究样品测点数为60个, 其中5个测点不谐和, 最终用于分析的年龄数据点为55个。从砂岩样品中代表性锆石的阴极发光图像所示（图 3）, 锆石的直径介于50~200 mm, 以次棱角状—次圆状为主, 可见少量的短柱状和长柱状, 说明锆石颗粒经过了较长距离搬运, 或者是经过多期沉积旋回。研究区的锆石以浅黄色—黄色、无色透明状为主, 可见少量褐色, 大部分具振荡环带。锆石颗粒具有较高的Th、U含量, 所选的55颗锆石Th/U比值均大于0.1（图 4）, 其中, Th/U比值在0.1~0.4的颗粒有9个, 占样品总数的16.4%, Th/U比值大于0.4的颗粒有46个, 占样品总数的83.6%, 说明大部分锆石具岩浆成因特征（Hoskin, 2000）。研究区的锆石可分为3类, 第一类锆石, 结构均一, 环带结构发育明显, Th/U比值大于0.4, 显示典型的岩浆岩锆石成因特征（图 3中35号锆石颗粒, 其Th/U比值为0.76）。第二类锆石其环带结构发育较弱, 边部较暗, 没有明显的核、幔及边, Th/U比值在0.1~0.4（图 3中38号锆石颗粒, 其Th/U比值为0.21）, 说明这类锆石受到了变质作用的影响, 但仍是岩浆成因的锆石。第三类锆石, 其外形多为次圆状, 阴极发光图像显示较亮的白色, 其Th/U比值也大于0.4（图 3中49号锆石颗粒, 其Th/U比值为0.72）, 这类锆石经过了较长距离的搬运, 也属于岩浆成因的锆石。
图 3. 鄂尔多斯盆地南部旬邑地区延长组长7砂岩中代表性锆石的阴极发光图像Figure 3. The cathodoluminescence images of zircons for Yanchang Formation of Chang7 Member sandstone samples in Xunyi area, South Ordos Basin4.2 锆石测年结果
从锆石U-Pb年龄结果（表 1）、频率分布直方图和谐和图（图 5）上可以看出, 碎屑砂岩样品的U-Pb年龄值分布范围很宽, 从225 Ma至2469 Ma之间都有分布。结合区域的构造活动事件, 研究区的锆石年龄大致可分为6个阶段：225~264 Ma、276~408 Ma、413~458 Ma、727~851 Ma、1249~1749 Ma和1868~2469 Ma, 分别对应当时期的构造热事件。
表 1. 鄂尔多斯盆地南部旬邑地区延长组长7砂岩中的碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果Table 1. Detrital zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results in Chang7 Member of Yanchang Formation in Xunyi area of South Ordos Basin
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4.3 磷灰石裂变径迹实验结果
通过磷灰石裂变径迹实验得到研究区样品裂变径迹年龄分别为27.5 Ma、27.8 Ma和28.6 Ma（表 2, 图 6）, 远小于它们的地层年龄（223~226 Ma）, 表明研究区的样品长时间处于退火带的底部或者是冷却带, 长度分布为右偏型, 长径迹占比例大, 反映了抬升冷却过程, 处于冷却带, 代表了冷却年龄。
表 2. 鄂尔多斯盆地南部延长组磷灰石裂变径迹分析数据Table 2. Apatite fission-track data of Yanchang Formation in the South Ordos Basin
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5. 讨论
5.1 物源分析
5.1.1 锆石测年反映的物源区讨论
（1）225~264 Ma。此组年龄的锆石有9颗（表 1）, 约占样品总数的16.4%, 对应于印支期。本组锆石的Th/U为0.43~1.45, 具岩浆成因的韵律性生长环带, 显示了本组锆石为岩浆成因, 其年龄谐和度在96%~107%, 207Pb/235U-206Pb/238U比值也落在谐和曲线上（图 5）, 表明所测的同位素年龄值为岩浆侵入的结晶年龄。印支期构造热事件在秦岭造山带内频发, 主要表现为西秦岭印支期岩浆岩、北秦岭西段印支期岩浆岩及南秦岭印支期岩浆岩。西秦岭岩浆岩呈带状分布, 东部侵入的岩浆岩分布在西和—武山—礼县一带, 形成时代为225~211 Ma, 中部主要沿合作—夏河—同仁一带分布, 岩浆岩体的侵入年龄为245~238 Ma, 西部岩体主要分布在共和盆地周缘, 主要有木勒尔—满丈岗岩体、温泉岩体和黑马河岩体, 它们的侵位年龄为235~218 Ma（骆必继, 2013）。北秦岭西段印支期岩浆岩主要是宝鸡岩体, 卢欣祥等（1999）测得的老君山及附近岩体的年龄分别为（214±3）Ma及（217±3）Ma, 刘树文等（2011）测得的宝鸡岩体印支期花岗岩侵入年龄为（212±1）Ma及（210±2）Ma, 北秦岭东段曹坪、沙河湾侵入体年龄分别为（224.1±1.1）Ma和（212±0.93）Ma（弓虎军等, 2009）。南秦岭印支期岩浆岩侵入体有西岔河岩体（（212±2）Ma, Qin et al., 2008）, 五龙岩体（（208±2）Ma, Qin et al., 2008）, 光头山岩体（199± 4Ma, 吴峰辉等, 2008）, 柞水岩体（（224.8±1.1）Ma, 弓虎军等, 2009）, 东江口岩体（（214.8±2）Ma, Qin et al., 2010）, 胭脂坝岩体（（201.9±1.5）Ma, 韦龙猛等, 2016）。此外, 研究区西南缘侵入的印支期关山花岗岩侵入年龄为（229±7）Ma（张宏飞等, 2007）。大部分岩浆岩体显示了印支运动晚期的构造活动, 与本组锆石年龄相一致的有西秦岭中部岩浆岩体及关山花岗岩, 因此推测西秦岭中部地区及关山地区可能为研究区提供物源。宋立军等（2010）研究发现汭水河及千阳剖面中（图 1）各有一粒此时期的锆石, 年龄分别为（235±3）Ma和（242±3）Ma, 它们的物源来自于其南面的印支期关山花岗岩, 与本次研究具有相似性。
（2）276~408 Ma。本组年龄的锆石有24颗（表 1）, 约占样品总数的43.6%, 对应于海西期。锆石Th/U比值为0.33~1.18, 岩浆成因的韵律性生长环带均很发育（图 3）, 显示了岩浆锆石特征。本组锆石在北部的天山—兴蒙造山带广泛发育, 马收先等（2011）通过锆石U-Pb和Hf同位素分析表明内蒙古存在2次重要的隆升事件, 第一期发生在360~ 312 Ma, 第二期发生在276~258 Ma, 其中第二次隆升后为盆地提供持续物源, 徐博文等（2015）研究赤峰北部红庙子正长花岗岩和鸡冠山花岗岩的形成时代为（392±2.5）Ma和（377.4±1.6）Ma, 证明了兴蒙造山带存在多期、多阶段造山运动, 黄波等（2016）研究兴蒙造山带北缘贺兰山蛇绿岩中辉长闪长石和玄武岩的形成时代为（341±3）Ma和（359±5）Ma, 它们最迟在晚泥盆世早期形成, 刘敏等（2017）探讨了西乌审旗南部的石英闪长岩、花岗闪长岩和黑云母花岗岩形成时代分别为（330±2）Ma、（274±1）Ma及（271±1）Ma~（282±1）Ma, 推测了其形成于古亚洲洋向北侧南蒙古陆块俯冲阶段。此外, 张英利等（2011）利用LA-ICP-MS U-Pb分析方法获得了西秦岭造山带徽县—成县地区早白垩世鸡山组砂岩中305 Ma的锆石年龄, 其为岩浆成因。在海西期, 西伯利亚板块与华北板块发生碰撞俯冲作用, 大量的岩浆产物被剥蚀搬运, 从而使研究区存在众多265~408 Ma的碎屑锆石, 此期锆石在南部的秦祁造山带北缘地区不发育, 只在商丹断裂处的南秦岭地区有发育（宋立军等, 2010）。因此此年龄段锆石可能来自天山—兴蒙造山带, 但也不排除西秦岭地区的可能性。
（3）413~458 Ma。本组年龄的锆石有8颗（表 1）, 约占样品总数的14.5%, 对应于加里东晚期。此组年龄的锆石的Th/U比值在0.60~1.20, 也具岩浆成因的韵律性生长环带, 其年龄的谐和度在100~ 108, 显示了岩浆侵入的结晶年龄。该年龄段的锆石在北秦岭西段、西秦岭及北祁连东段较为发育。王洪亮等(2006a, 2007a, 2009)测定北秦岭西段红花铺和岩湾岩体的形成时代分别为（414.3±1.9）Ma和（413.5±1.3）Ma, 揭示了北秦岭西段在加里东时期的板块俯冲作用, 测定西段奥陶纪草滩沟群火山岩中含有400~500 Ma的年龄信息, 为北秦岭加里东运动的证据, 王涛等（2009）确定北秦岭灰池子Ⅰ型花岗岩锆石LA-ICP-MS, SIMS年龄分别为（421±27）Ma和（434±7）Ma, 揭示了加里东期陆缘俯冲造山活动, 张成立等（2013）通过锆石U-Pb测年确定北秦岭在早古生代期间经历了一次大陆碰撞及两次抬升过程, 分别是~500, ~450 Ma和~420 Ma, 其后为盆地持续输送物源, 吕星球（2015）测定太白岩体中的五里峡岩体侵入年龄为（431±2）Ma。北秦岭西段锆石在加里东期的年龄与本区年龄具有相似性, 因此北秦岭西段应该为本区提供物源。西秦岭地区在加里东期也发生了复杂的构造运动, 裴先治等（2009）研究发现西秦岭北缘天水—武山构造带关子镇流水沟和百花中基性岩浆杂岩中含有加里东期俯冲型（450~456 Ma）花岗岩和碰撞型（438~400 Ma）花岗岩类岩浆活动, 毛小红等（2017）在西秦岭北部秦岭杂岩中识别出麻粒岩相岩石, 并通过LAICP-MS U-Pb测年给出了加权平均年龄为（430± 4）Ma、（433±4）Ma及（424±3）Ma, 记录了西秦岭造山带北部变质作用及深熔作用。这些说明西秦岭地区经历了加里东期较为强烈的构造岩浆活动, 而且本区锆石年龄与其具有一致性, 因此西秦岭地区可能为本研究区提供物源。北祁连东段也出露有加里东期岩浆岩, 何世平等（2006）确定北祁连东段陇山岩群中角闪岩形成时代为（452.8±1.7）Ma及（417±1.5）Ma, 其形成于加里东中期大陆扩张环境, Zhang et al.（2006）通过锆石U-Pb测年确定陇山—天水地区闫家店和草川铺岩体形成时代为（441± 10）Ma及（434±10）Ma, 反映了加里东期的构造活动, 熊子良等（2012）通过锆石U-Pb定年获取北祁连东段冷龙地区毛藏寺岩体和黄羊河岩体中花岗闪长岩结晶年龄为（424±4）Ma, 并揭示了北祁连造山带从加里东早期的挤压构造体制向加里东晚期的伸展构造演化。这些年龄与本区锆石年龄具有一致性, 因此推测北祁连东段也为研究区提供物源。
（4）727~851 Ma。本组年龄锆石有5颗（表 1）, 占样品总数的9.1%。锆石的Th/U比值在0.21~ 0.77, 谐和度在100~106, 显示岩浆成因。此年龄段与Rodinia超大陆的裂解有关, 大多数学者认为Rodinia超大陆裂解发生在830 Ma之后, 但时空分布不均一（徐备, 2001）, 环扬子陆块岩浆活动有两个峰期, 分别为830~795 Ma及780~745 Ma（Li et al., 2003）, 其东北缘主要产出700~800 Ma岩浆活动产物（Liu et al., 2006）。西秦岭、中祁连东段及北祁连东段均发现有此期的岩浆岩, 李瑞保等（2009）通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年确定西秦岭南缘勉略带琵琶寺基性火山岩年龄为783~754 Ma, 它们对探讨扬子板块北缘Rodinia超大陆裂解有重要意义, 闫全人等（2007）通过SHRIMP测得西秦岭勉略构造带混杂带康县—勉县段铁镁质岩块形成时代为（841±16）Ma ~（812±11）Ma, 蛇绿混杂岩形成时代为（827±14）Ma ~（808±10）Ma。雍拥等（2008）通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年测定中祁连东段4个花岗岩的年龄分别为（853±2.3）Ma, （888±2.5）Ma, （846±2）Ma及（756±2.2）Ma, 表明其经历了两次岩浆活动, 徐学义等（2008）通过锆石U-Pb定年确定中祁连东段兴隆山群基性火山岩锆石年龄为（713± 53）Ma, 推断可能与Rodinia超大陆岩浆事件有关。曾建元等（2006）通过SHRIMP锆石U-Pb测年在北祁连东段雷公山片麻岩石英闪长岩获得锆石加权平均年龄为（774±23）Ma, 代表了锆石岩浆结晶年龄, 可能与Rodinia超大陆的裂解有关。因此, 通过对比分析, 西秦岭、中祁连东段及北祁连东段可能为研究区提供物源。
（5）1249~1749 Ma。本组年龄锆石有5颗（表 1）, 占样品总数的7.3%。锆石的Th/U比值在0.21~ 2.41, 谐和度在105~110, 显示岩浆成因, 对应于晋宁运动早中期。此年龄段的锆石在祁连造山带东段、北秦岭西段有发育, 董国安等（2007a）通过SHRIMP U-Pb定年测定祁连地块托勒牧场南野马南山群下部层位石榴二云母片岩及大通山地区湟源群上部层位石榴白云母片岩锆石年龄介于1.0~ 1.8 Ga, 峰值为1.6~1.8 Ga, 代表了晋宁运动早期岩浆活动, 王银川等（2012）通过LA-ICP-MS锆石UPb测年确定祁连造山带东段张家川地区长宁驿中元古代花岗质片麻岩岩浆结晶年龄为（1765±65）Ma, 形成于吕梁运动后的造山活动, 王洪亮等(2006b, 2007b, 2009)测定北秦岭西段太白岩基巩坚沟变形侵入体片麻状中细粒二长花岗岩年龄为（1741±12）Ma, 陕西胡店片麻状细粒二长花岗岩年龄为（1770±13）Ma, 它们反映了板块边缘的俯冲-碰撞构造环境, 在甘肃省两当县张家庄乡奥陶纪草滩沟群张家庄组中基性火山岩中获得0.9~1.5 Ga数据, 代表了北秦岭地区强烈的晋宁运动。本组锆石与这些地区的构造热事件相吻合, 因此祁连造山带东段及北秦岭西段可能为本区提供物源支持。
（6）1868~2469 Ma。此组年龄的锆石有5颗（表 1）, 占样品总数的9.1%。, 某些锆石的岩浆韵律性环带较弱, 但也仍为岩浆成因的锆石, 代表了岩浆侵入的结晶年龄, 对应于古元古代构造运动。本组锆石年龄在北秦岭西部、秦祁造山带、阿拉善地块及盆地北部的集宁、乌拉山岩群有分布。高胜（2015）通过锆石U-Pb测年确定北秦岭宽坪岩群中固川沟花岗岩形成时代为（2197±19）Ma, 同时在碎屑锆石中获得~2500和~3400的年龄段, 与华北板块年龄谱系吻合, 对应于华北克拉通造山运动, 此外北秦岭造山带广泛分布的秦岭岩群中长英质片麻岩锆石U- Pb年龄和变质基性岩Sm- Nd年龄为2226~ 1987 Ma（裴先治等, 2007）, 也对应于此时的构造热运动。何艳红等（2005）通过LA-ICP-MS锆石UPb测年确定秦祁结合部陇山群有三组锆石年龄, 1.90~1.95 Ga、2.35~2.40 Ga及2.45~2.50 Ga, 1.90 Ga的Th/U小于1, 但2.35 Ga和2.50 Ga几乎都大于1, 为华北克拉通内部的构造运动产物。也有学者在阿拉善地块识别出了古元古代的岩浆变质事件, 董国安等（2007b）通过碎屑锆石SHRIMP U-Pb年代学测定龙首山岩群锆石年龄主要介于1.7~2.2 Ga, 占80%, 峰值为1.8~2.0 Ga, 耿元生等（2010）通过SHRIMP U-Pb定年确定阿拉善地块叠布斯格岩群和片麻岩中记录了1926 Ma和1802 Ma变质事件, 波罗斯坦庙变形片麻状杂岩中记录了1839 Ma岩浆事件。盆地北部孔兹岩系的集宁杂岩、乌拉山岩群也有相似的时代范围, Xia et al.(2006a, 2006b)通过LA-ICP-MS U-Pb锆石测年确定集宁杂岩含有1890 Ma、1940Ma及2060 Ma的锆石, 测定乌拉山岩群中含有1.84~2.32 Ga年龄段锆石, 对应于该时期的构造热事件。因此, 北秦岭西部、秦祁造山带、阿拉善地块及盆地北部地区可能为本区提供物源。
通过以上锆石分阶段分析及物源区讨论, 结合碎屑锆石的年龄特征对比（表 3）表明研究区延长组长7期的物源区较复杂, 主要来自于北秦岭西段、秦祁造山带、西秦岭、祁连造山带东段及天山—兴蒙造山带, 阿拉善地块和盆地北部地区也可能为本区提供物源。
表 3. 鄂尔多斯盆地南缘周缘代表性地质体年龄值统计Table 3. The dating results of representative geological bodies around the Southern Ordos Basin
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5.1.2 古水流分析
古水流分析是判断物源的一种重要方法, 它可以确定沉积体展布方向、湖岸线走向、古斜坡位置, 能够反映沉积环境及湖盆演化的重要信息。通常能指示古水流方向的沉积现象主要有扁平砾石的叠瓦状排列方向、前积层、交错层理、波痕、槽轴倾伏向、槽模、沟模、剥离线理等。
鄂尔多斯盆地南部延长组野外露头保存有多种指示古流向的沉积标志, 作者通过考察铜川漆水河、铜川何家坊、耀县瑶曲、旬邑三水河等野外剖面, 实测交错层理38个, 槽轴倾伏向数据26个, 槽模、沟模走向40个, 水流线理49个, 对鄂尔多斯盆地南部延长组优势古水流向进行了统计（表 4）, 在此基础上编制了古水流方向的玫瑰花图（图 7）, 结果表明铜川漆水河剖面长4+5层位优势古流向有2组, 分别为310°和350°；何家坊剖面长8层位优势古流向为325°, 长9层位为336°；耀县瑶曲长7层位主要测量的是槽模及沟模走向, 显示有2组优势流向, 分别为326°和18°；旬邑三水河地区长4+5层位显示的优势古流向为335°, 长8层位为340°, 表明研究区旬邑地区的物源方向为近南部。
表 4. 鄂尔多斯盆地南部延长组古流向统计表Table 4. The paleo-current statistics of Yanchang Formation in the South Ordos Basin
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5.2 磷灰石裂变径迹反映的热演化史分析
将磷灰石裂变径迹实验得到的裂变径迹长度、年龄值, 输入AFTSolve软件中进行热历史模拟。模型选取Ketchan等（1999）（multi-kinetic）地温退火模型, 初始径迹长度定为16.3 μm, 拟合曲线数选取10000, 在进行具体模拟时选用限制任意搜索项（CRS）进行拟合, [Dpar]选取1.5 Lm。模拟的边界条件包括：①地梯度和地表温度的取值, 地表温度取20℃, 现今的地温梯度取2.88℃/100 m, 关键点古地温梯度代表值为：中生代晚期3.5~4.5℃/100 m; ②热史起始时间的设定, 本文根据前人研究成果, 地层年龄及燕山运动的时限设定构造热史的起始时间为120~80 Ma（黄志刚等, 2015）；③样品古地温增减因素分析：研究区增温过程主要由于沉积埋藏作用造成的, 而冷却降温过程主要是由于构造隆升剥蚀引起的。通过AFTSolve软件模拟的结果包括KS Test和Age GOF两个输出参数。将测试所得到的径迹长度和径迹年龄值分别与模拟的长度值和年龄值进行比较。一般认为年龄GOF与K-F检验值都大于5%的情况下, 认为模拟过程是可信的；而两个参数都超过50%的情况下, 认为模拟结果是可信的, 与实际较为接近。
通过软件模拟得到样品旬41长8油层组样品的年龄值为27.8Ma, 径迹长度为(13.2±8) μm, 其KS test值为0.11, Age GOF值为0.10；旬40长7油层组样品的年龄值为28.1 Ma, 径迹长度为(13.3±7) μm, K-S test值为0.14, Age GOF值为0.61；旬42长6油层组样品的年龄值为28.3 Ma, 径迹长度为(13.5 ± 5) μm, K- S test值为0.58, Age GOF值为0.82。此次模拟结果符合参数检验要求, 与实际较为接近, 模拟结果是可信的（图 8）。
图 8. 鄂尔多斯盆地南部地区延长组热演化史模拟结果Figure 8. Modeling results of thermal history of Yanchang Formation in the South Ordos Basin通过软件模拟热演化史分析可知, 鄂尔多斯盆地南部旬邑地区延长组长8-长6自形成以来, 经历了缓慢的埋藏过程, 其地层温度逐渐升高, 到100 Ma左右的早白垩纪期地层达到最大古地温, 进入油气的生油窗阶段。从早白垩世晚期, 研究区地层逐渐开始抬升, 地层温度开始下降, 样品进入退火阶段, 主要经历了4个阶段（图 8）：100~43 Ma的时间段为样品的缓慢抬升阶段, 进入部分退火, 冷却速率大概在0.44℃/Ma, 43~36 Ma的时间段为一快速抬升阶段, 冷却速率达到4.3℃/Ma, 36~24 Ma的时间段为一缓慢抬升阶段, 冷却速率达到0.52℃/ Ma, 从24~17 Ma样品又经历了一次快速的抬升过程, 冷却速率大概在1.5℃/Ma左右。
研究区在43 Ma以来进入快速抬升阶段, 并存在43~36 Ma、24~17 Ma 2个快速抬升剥蚀期, 这与印度板块与亚欧板块的碰撞有着较强的耦合关系（赵孟为, 1996b；王国灿等, 2011）。印度板块与亚欧板块的碰撞开始于始新世（Copeland et al., 1987, 1990）, 在中国藏南、西喜马拉雅、天山北缘地区都有相关的构造变形记录（Hodges, 1992）, 藏东及川滇西部地区根据裂变径迹年龄数据可以划分出45~38 Ma、25~17 Ma、13~8 Ma及5 Ma至今4个构造隆升期（钟大赉等, 1996）；根据热年代学资料, 将藏南喜马拉雅地区新生代划分为55~36 Ma、25~20 Ma、17~ 12 Ma及3 Ma以来4个抬升冷却期（王国灿等, 2011；Schlup et al., 2004）；根据磷灰石裂变径迹分析数据将青藏高原东北缘包括东昆仑东段、祁连山地区划分为57~45 Ma、23~21 Ma、~8 Ma以及3.6 Ma以来4个抬升冷却期（王国灿等, 2011；张培震等, 2006；方小敏等, 2007）。研究区在43 Ma以来的抬升剥蚀阶段与上述时间发生的时间具有较好的一致性, 也反映了印度板块与亚欧板块的碰撞对研究区的抬升剥蚀有影响。
6. 结论
（1）鄂尔多斯盆地南部旬邑地区延长组长7砂岩碎屑锆石存在225~264 Ma、276~408 Ma、413~ 458 Ma、727~851 Ma、1249~1749 Ma和1868~2469 Ma 6个年龄区间, 分别对应于该阶段的构造热事件, 碎屑锆石的年龄特征对比表明研究区物源较复杂, 主要来自于北秦岭西段、秦祁造山带、西秦岭、祁连造山带东段及天山—兴蒙造山带, 阿拉善地块和盆地北部地区也可能为本区提供物源, 古水流分析表明旬邑地区的物源方向为近南部。
（2）研究区在100 Ma左右的早白垩纪经历了重要的构造热事件, 自此以后, 又经历了6次比较明显的热演化, 100~43 Ma为缓慢抬升阶段, 进入部分退火, 43~36 Ma为一快速抬升阶段, 36~24 Ma为又一缓慢抬升阶段, 24~17 Ma为又一次快速抬升阶段, 17~5 Ma为一缓慢抬升阶段, 自5 Ma以来进入了最后一个快速抬升期, 一直持续到现今接近地表温度, 研究区43 Ma以来的抬升剥蚀受到印度板块与亚欧板块碰撞的影响。
致谢
非常感谢西北大学大陆动力学国家重点实验室及中国地震局地震动力学国家重点实验室的工作人员在锆石及磷灰石实验及数据处理过程中给予的帮助, 也非常感谢评审专家及编辑部提出的修改意见。
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表 1 鄂尔多斯盆地南部旬邑地区延长组长7砂岩中的碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果
Table 1. Detrital zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results in Chang7 Member of Yanchang Formation in Xunyi area of South Ordos Basin
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表 2 鄂尔多斯盆地南部延长组磷灰石裂变径迹分析数据
Table 2. Apatite fission-track data of Yanchang Formation in the South Ordos Basin
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表 3 鄂尔多斯盆地南缘周缘代表性地质体年龄值统计
Table 3. The dating results of representative geological bodies around the Southern Ordos Basin
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表 4 鄂尔多斯盆地南部延长组古流向统计表
Table 4. The paleo-current statistics of Yanchang Formation in the South Ordos Basin
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