盆地断层活动定年技术进展及发展趋势

沈传波 ,  葛翔 ,  吴阳 ,  曾小伟 ,  刘昭茜

地球科学 ›› 2023, Vol. 48 ›› Issue (02) : 735 -748.

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地球科学 ›› 2023, Vol. 48 ›› Issue (02) : 735 -748. DOI: 10.3799/dqkx.2022.401

盆地断层活动定年技术进展及发展趋势

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Progress and Development Trends of Fault Activities Dating Technologies in Basins

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摘要

断层的活动期次对盆地的形成与演化及油气运移成藏起着重要的控制作用,精确厘定断层活动期次及其年龄是盆地构造及油气成藏研究中的一项必不可少的工作,也一直是研究中的一个难点. 针对这一问题,论文基于断层带内部结构的分析及前人研究成果,简要评述了常用的自生伊利石K-Ar/Ar-Ar定年法和石英电子自旋共振ESR(electron spin resonance) 定年技术,重点综述了方解石激光原位U-Pb定年、石英流体包裹体40Ar/39Ar定年和低温热年代学技术应用于断层活动时间研究的基本原理、实验方法和典型实例,并探讨了存在的问题,分析了发展的趋势,指明了下一步研究的方向. 认为这些技术对断层活动期次和油气勘探研究具有重要指导意义,未来将在盆地断裂研究中发挥重要作用,有着广阔的应用前景.

关键词

断层 / 方解石U-Pb定年 / 流体包裹体40Ar/39Ar定年 / 低温热年代学 / 赤铁矿(U-Th)/He定年 / 石油地质

Key words

fault / calcite U-Pb dating / fluid inclusions 40Ar/39Ar dating / low-temperature thermochronology / hematite (U-Th)/He dating / petroleum geology

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沈传波,葛翔,吴阳,曾小伟,刘昭茜. 盆地断层活动定年技术进展及发展趋势[J]. 地球科学, 2023, 48(02): 735-748 DOI:10.3799/dqkx.2022.401

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断层作为盆地构造主要类型之一,在油气形成、运移、聚集以及保存等过程中发挥着关键作用,并最终控制了油气的分布,因此断层的分析一直是盆地构造及油气成藏研究的热点,是油气勘探开发中一项必不可少的工作(罗群和白新华,1998吕延防等,2002). 盆地中的断层主要是浅层低温的脆性断裂,常常具有性质多样、组合多样以及多期次活动的特点,由于这类断裂活动难以有新的变质矿物生成,因此断层活动期次及其年龄的直接精确确定一直是盆地构造研究中的一个难点(Davids et al., 2013, 2018赵子贤和施炜,2019郑勇等,2019McDermott et al., 2021赵奇和闫义,2021). 传统断层构造活动时代限定主要通过相关地层或岩体年龄,结合区域不整合关系与区域构造解析开展定性约束(Zhang et al., 2003朱光等,2016);也常基于盆地中大量的井-震资料,利用生长指数法、古落差法、断层活动速率法和断层位移-长度关系分析法等研究断层的活动性(雷宝华,2012冉伟民等,2019),定性分析为主. 我国各大盆地在中生代以来构造活跃,形成了大量的浅层脆性断裂,这些断裂的年龄仍没有得到很好地确定(杨坤光等,2006),极大地影响了对盆地形成演化及油气运移成藏的认识. 近年来,随着同位素化学分离方法和样品制备水平的提高,以及电子探针技术、激光微区微量纯化系统和高精度、高灵敏度质谱仪的应用(沈传波等,20192020),同位素定年技术得到了快速地发展,使直接测定断层活动年代成为了可能. 基于此,本文在断层带内部结构分析及前人研究成果的基础上,综述近年来国内外利用同位素定年技术开展断层活动研究的新进展,分析其发展趋势,以促进盆地断层活动期次和年龄的定量化研究.

1 断层带内部结构及定年的常用方法

大量野外露头及钻井岩心分析证实:断层并非简单的一个平面,而是具有一定厚度的和复杂内部结构的三维地质体(陈伟等,2010Pei et al., 2015Peacock et al., 2017吕海涛等,2021苏圣民和蒋有录,2021),常由大量次级断层、裂缝、断层角砾岩和断层泥构成(Caine et al., 1996). 通常一个较为完整的断层带包括强烈变形的断层核、断层破碎带及其周围未变形的围岩(Choi et al., 2016);断层核系断层多期活动变形的产物,由滑动面、断层泥、构造透镜体和断层角砾岩等构成;断层破碎带发育在断层核两侧连接核部与围岩带,包括局部的次级小断层和诱导裂缝等(图1). 断层带的这些组成物质是断层活动的产物,对断层活动进行定年主要是在断层带中挑选合适的物质进行定年,或者通过约束断层两侧围岩的错动变化时间来限定断层的活动.

断层泥中自生伊利石十分发育,因为与断层活动相关的水热蚀变极其易于自生伊利石的生长,确定这些自生伊利石的形成年龄就可以直接限定断层活动的时间,常用K-Ar/Ar-Ar定年的方法(van der Pluijm et al., 2001, 2014Zwingmann et al., 2010a, 2010bRahl et al., 2011郑勇等,2019). 但是,争议一直很大,主要原因是自生伊利石的分选和提纯十分困难. 微米级的黏土矿物很难在双目镜下挑纯,在制样阶段也难以排除石英、长石等矿物的细小碎片的污染,更无法排除碎屑伊利石的干扰. 尽管许多文章讨论了自生伊利石K-Ar/Ar-Ar年龄中污染影响,尝试使用数学方法外推计算没有碎屑污染时的纯自生伊利石的年龄(Środoń,1999;Pevear, 1999Wang et al., 2018),但这些方法只有在假设自生组分和碎屑组分都各自具有固定年龄时才成立(Meunier et al.,2004Clauer et al.,2012). 显然,断层泥的成分复杂,这一假设并不容易被验证;这就可能导致获得的年龄是一个混合年龄(Vrolijk et al., 2018),难以反映断层真实的活动时间,这也可能是自生伊利石K-Ar定年获得的年龄往往分布区间很大的原因. Ar-Ar阶段加热法由低温至高温对样品逐步加热,可能使自生伊利石混合物不同矿物相在不同温度阶段分步释气,获得更有意义的坪年龄(Yun et al., 2010).

断层的强烈活动会伴有流体活动,流体溶液所含的SiO2或CaCO3析出结晶会形成同构造的石英或方解石脉体,或者胶结岩石碎块形成断层角砾岩和碎裂岩,或者随着断层位移不断进行,在断层滑动面形成纤维状滑抹晶体. 这些物质发育在断层核和断层破碎带中,对这些物质进行测年就能直接确定断层活动的时间. 石英电子自旋共振ESR(electron spin resonance)测年是常用的方法,其原理是断层带中的石英遭受断层的摩擦生热作用后,会将其累计的信号重置归零,并开始重新计时(徐先兵等,2022). 如果断层发生过多期活动并形成多期石英脉,通过测年可得到断层多期活动的年龄,在雪峰西缘安化-溆浦断裂和张家界-花垣断裂活动定年中得到了很好的应用(杨坤光等,2006 ). 但断层活动能否使石英ESR信号完全归零仍存在很大争议(Yang et al., 2019).

近些年来,方解石激光原位U-Pb定年和石英流体包裹体40Ar/39Ar定年技术在地质年代学领域迅猛发展,逐渐应用到断层活动年龄约束方面. 此外,裂变径迹和(U-Th)/He低温热年代学技术已被广泛用来确定断层的活动时间. 下文将主要针对这些技术展开分析.

2 方解石激光原位U-Pb定年技术

2.1 基本原理及实验方法

与锆石激光原位U-Pb定年类似,方解石激光原位U-Pb定年同样是利用放射性同位素衰变原理,即放射性的238U和235U通过一系列衰变产生稳定的206Pb、207Pb,通过Pb同位素异常来计算样品的地质年龄(刘恩涛等,2019Guillong et al., 2020Liu et al., 2021Ge et al., 2022). 一般来讲,测定一个锆石样品会同时获得3个独立的同位素年龄(即206Pb/238U年龄、207Pb/235U年龄、207Pb/206Pb年龄),据此可以进行年龄结果可靠性的内部检验(陈文等, 2011). 方解石中存在普通Pb,则需要利用同位素反谐和线计算年龄. 方解石激光原位U-Pb定年主要应用Tera-Wasserbur (T-W)谐和曲线来获取样品的形成年龄.

实验流程一般包括样品的前处理、上机测试及数据处理. 样品前期处理包括样品采集、样品靶制备和待测靶区圈定等. 在野外或者钻井岩心中要根据方解石脉特征采集新鲜样品,并详细记录方解石产出地质条件;进而制作样品靶(图2a, b),进行打磨和剖光后,在单偏光镜、正交偏光镜和阴极发光显微镜下进行图像分析(图2c2d);然后圈定合适的待测靶区,一般优选表面平整、无包裹体或裂隙和杂质少的部位,减少普通铅的影响. 上机测试之前,用酒精或无水乙醇将其表面清洗干净. 近年来已经报道的方解石激光原位U-Pb定年技术,其实验过程与数据处理方法基本相同(刘恩涛等,2019 ;Nuriel et al., 2021, 2017Yang et al., 2021),以澳大利亚昆士兰大学实验室采用的方法最具代表性,详细流程见Ge et al.(2022). 数据处理利用澳大利亚墨尔本大学研发的Iolite v3. 4 软件(Paton et al., 2011),方解石U-Pb 年龄T-W谐和曲线图利用美国伯克利地质年代学中心的Isoplot或IsoplotR软件制作,并计算下交点年龄(Ludwig, 2008).

2.2 断层活动定年的应用实例

方解石激光原位U-Pb定年技术2016年首先应用于大西洋东北缘裂谷相关断层形成时代的约束(Roberts and Walker, 2016),针对法罗群岛(Faroe Islands)中三组不同走向断层中的方解石脉体,在方解石矿物元素分析结果的基础上,对U含量高、Pb含量较低的区域进行方解石激光原位U-Pb年代学测试,其中,第二组断层中方解石脉体较为统一的中始新世(44.8~40.1 Ma)等时线年龄定量约束了大西洋东北缘裂解时限(图2). 随后,国外学者对死海转换断层以及阿尔卑斯山地区的脆性断裂等进行了类似的同构造方解石激光原位U-Pb定年分析,良好约束了断层活动的时间(Ring and Gerdes, 2016Hansman et al., 2018Mottram et al., 2020Nuriel et al., 2021, 2017),进一步证实了该技术的实用性.

国内学者也紧跟方解石激光原位U-Pb定年这一研究热点,以脆性断裂体系中方解石为研究对象,尝试定量解析断层活动历史. 如针对塔里木盆地塔中地区对油气成藏具有重要控制作用的断层和裂缝,Yang et al.(2021)开展了较为系统的方解石激光原位U-Pb同位素定年工作,认为塔中地区在古生代经历了456±11~453.2±9.7 Ma 、395±14~371±18 Ma 和328.0±9.2~307.6±7.1 Ma三期较为剧烈的断裂活动,对奥陶系断缝体/断溶体优质油气储层形成演化具有重要控制作用. 近期,笔者研究团队也针对雪峰隆起西缘慈利-保靖大断裂中的方解石脉体尝试性的开展了U-Pb同位素测试工作,获得了84.4±2.9 Ma的断层活动年龄(图3),揭示了该断层在中晚白垩世存在一期较为强烈的构造活动.

3 流体包裹体40Ar/39Ar定年技术

3.1 基本原理及实验方法

40Ar/39Ar定年原理与K-Ar法相似,即基于自然界中放射性同位素40K衰变为稳定同位素40Ar测定年龄. 40Ar/39Ar法的特殊之处在于,采用中子活化技术将样品中的39K转化为39Ar,利用惰性气体同位素质谱仪直接测定样品的氩同位素组成,即可计算样品的40Ar/39Ar年龄. Kelley et al.(1986)率先研究了流体包裹体40Ar/39Ar定年的可能性. 他们利用阶段加热和击碎技术,从英国两处古生代花岗岩矿化带石英脉的流体包裹体的提取出气体,并分析了Ar同位素组成,成功从部分样品中获得了合理的40Ar/39Ar等时线年龄. 国内邱华宁教授于1985年提出开展流体包裹体40Ar/39Ar定年的设想,设计了超高真空流体包裹体提取装置,先后成功地测定国内多个矿床和油气藏的石英流体包裹体40Ar/39Ar年龄(邱华宁和戴橦谟,1989Qiu et al., 2011邱华宁和白秀娟,2019). 流体包裹体丰度和钾含量决定了定年数据的质量,流体包裹体丰度高、钾含量高的样品更容易获得高质量的定年结果(Qiu and Jiang, 2007Bai et al., 2018Xiao et al., 2022). 矿物的颜色和透明度会一定程度影响流体包裹体的镜下观察、测温和盐度计算,给年龄解释带来困难. 目前已用于流体包裹体40Ar/39Ar定年的矿物主要有石英、锡石、黑钨矿、闪锌矿等. 断层带中同构造期的石英是限定断层活动时代的理想的流体包裹体40Ar/39Ar定年对象.

实验流程包括样品预处理、中子活化、流体包裹体氩同位素分析和数据处理. 预处理主要是挑选石英单矿物. 然后称取适当样品(通常为0.1~0.2 g)用铝箔包装成直径约5 mm的圆柱体状,将样品装入石英管,封装好的石英管经真空密封后送核反应堆进行中子活化. 照射后的样品管需要一定的冷却时间,以降低样品放射性. 流体包裹体氩同位素分析包括气体提取、纯化和质谱分析3部分. 采用阶段击碎的方式提取流体包裹体中的气体. 邱华宁等(2009)特别研制了一套击碎装置和有机杂气纯化系统. 纯化的气体最后送入质谱仪,采用法拉第杯或电子倍增器检测离子信号量,获得样品的40Ar、39Ar、38Ar、37Ar、36Ar同位素的相对丰度. 流体包裹体40Ar/39Ar定年数据处理包括本底校正、质量歧视校正、衰变校正、干扰核反应校正、表观年龄计算、年龄谱绘制、等时线拟合和相应的坪年龄、等时线年龄计算等. Koppers(2002)编写的ArArCALC软件是目前常用的40Ar/39Ar年代学专业数据处理软件,可实现上述数据处理过程,并进行相应的年龄计算和成图.

3.2 断层活动定年的应用实例

刘昭茜等(2011)较早地开展断裂带中石英脉流体包裹体40Ar/39Ar定年的分析. 半坑古油藏位于湖北省通山县,是江南-雪峰隆起带北缘巨型油气成藏带中的一个大型古油藏. 古油藏区发育NE向压性断裂和NW-NNW向压性或压扭性断裂及其派生的次生断裂,沥青沿断裂呈脉状或透镜状产出,断裂带中同时伴生石英脉和构造透镜体(图4). 刘昭茜等(2011)采集断裂带中石英脉开展流体包裹体40Ar/39Ar定年分析. 样品显微观察显示原生和次生两期流体包裹体发育,原生包裹体体积大,呈孤立或群体面状分布,次生包裹体较细小,沿颗粒微裂缝线状分布,两期包裹体均可见相对应的原生和次生沥青包裹体. 石英颗粒的真空阶段击碎共进行了16个样品阶段,单阶段击碎次数从10次逐渐增加到705次. 精细的阶段击碎实验在3~6阶段和7~16阶段获得了两条截然不同的、线性关系良好的反等时线,并与年龄谱中两个年龄坪相对应,坪年龄分别为149.4 ± 9.6 Ma和228.0 ± 5.7 Ma,分别指示了一期次生包裹体的年龄和原生包裹体的年龄(图5). 这些石英脉是同构造期断层活动时的产物,其原生包裹体年龄即代表了断层形成的年龄. 原生沥青包裹体表明半坑古油藏烃类充注与石英脉的发育具有同时性,断层活动在古油藏成藏过程中起到输导作用,原生包裹体年龄可以指示古油藏的原始成藏时间. 次生包裹体对应石英脉形成后的另一次流体活动,限定了断层的晚期活动和油气藏成藏后改造作用的时间.

半坑古油藏沥青断裂带内的石英脉是断裂活动和油气成藏改造双重作用下的产物,其流体包裹体40Ar/39Ar年代学数据不仅具有构造意义,指示断裂带的活动时间,更兼确定了古油藏的成藏改造时间. 我们在鄂西黄陵岩基雾渡河断裂也采集了断层伴生石英脉体样品,开展流体包裹体40Ar/39Ar定年,真空阶段击碎显示出两组坪年龄,分别为804.1±3.6 Ma和821.1±3.1 Ma. 两组年龄代表了时间间隔相差17 Ma左右的两次不同氩来源的流体活动,第一期流体代表了雾渡河断裂的形成时间,第二期流体代表了断层形成之后的又一起剧烈活动时间,很好地与罗迪尼亚超大陆裂解的825 Ma和800 Ma两个裂解幕次相对应(Ernst et al., 2008 ),为罗迪尼亚超大陆裂解提供了最新的张性断裂带年龄证据. 这些都展现出流体包裹体40Ar/39Ar定年在断裂活动研究中的良好前景与独特魅力.

4 裂变径迹和(U-Th)/He定年技术

4.1 断层的热效应及采样策略

低温热年代学技术已被广泛应用于断层研究中(沈传波等, 2005王先美等,2008Malusà and Fitzgerald, 2019Armstrong et al., 2022),特别是在重建断裂所在区域的热历史时十分有效(Tagami, 2019). 其基本原理和实验方法已比较成熟. 断层活动会产生热效应,主要受以下几个因素控制:(1)断裂带所在区域的地热结构,断裂活动往往会对区域地貌进行强烈改造,也会反过来影响区域地热结构;(2)断层两盘岩石相互摩擦产生的热量,通过热传递改变围岩的热状态;(3)断层内部和周围热液活动产生的热效应(图6).

断层泥或断裂岩等断裂带物质可以进行裂变径迹定年,以确定断层活动的时限;也可以对断层两盘分别采样,通过分析由两盘错动导致的裂变径迹年龄和热史差异,借以限定断层活动的年龄(王先美等,2008). 考虑上述3种断层作用的热效应,在进行采样时,要先掌握断层的空间展布情况与断层面几何形态,根据钻井分布和研究目的设计针对断层带或两盘地层的采样路径与间隔,同时也要根据研究需求选择具有对应封闭温度的单种或多种定年手段. 如:(1)当研究涉及到断裂所在区域热历史重建时,则可按照一般低温热年代学研究的采样方法,在断裂带周缘区域内采样,间隔可在数百米到数公里;沿断裂走向采样可以揭示局部区域之间的热历史差异,垂直断裂走向采样则可以揭示断裂活动与区域热历史之间的耦合关系(Malusà and Fitzgerald, 2019);(2)当需要计算断层活动速率或确定断层性质时,可以在断层两盘沿断层位移方向间隔采样,对断层两盘年龄进行对比可以确定上升盘与下降盘,并确定断层性质;(3)如果研究涉及到热液活动,则需要考虑在断层核及两侧破碎带内进行采样,采样间隔不宜过大,以数米到数十米为宜;(4)当研究涉及到断层摩擦产生的高温热异常事件时,则尽量在断层两侧~10 cm内进行采样,采样间隔需要尽可能小,如果有条件的话,可以在断层面取一段完整的岩心,带回实验室进行精细分析. 在野外采样时,则要注意原位精确采样,避免周围岩石对样品造成污染. 当涉及的热事件温度范围较低时,可以选择磷灰石(U-Th)/He(AHe)、磷灰石裂变径迹(AFT)等封闭温度较低的定年体系,反之则可以选择锆石裂变径迹(ZFT)、锆石(U-Th)/He(ZHe)定年体系;当研究区因露头较少等原因导致可采样点位较少时,则可以考虑对单一样品进行多种低温热年代学综合分析.

4.2 断层活动定年的应用实例

龙门山断裂带处于青藏高原与四川盆地的分界处,是国际陆内地壳动力学研究的热点之一,但是对该断裂带的演化过程以及动力学背景仍众说纷纭. Tian et al.( 2013)针对研究程度较低的龙门山南部汶川-茂汶断裂,开展了ZHe和AFT的测年分析,并整合实验结果与之前的研究数据,发现上盘ZHe年龄和AFT年龄明显较下盘新、上盘的剥露速率总体明显高于下盘,结合上下盘的对比结果,确定了汶川-茂汶断裂是一条晚中新世开始活动的逆冲断层,为龙门山断裂带晚中新世以来的构造演化过程及其地球动力学背景提供了新的依据. Peng et al.(2013)对江汉盆地西部远安地堑上下盘地层进行磷灰石裂变径迹年代学研究,地堑内砂岩样品的裂变径迹年龄均大于地层沉积年龄,在研究区并无火山活动或其他热变质作用的背景下,这些裂变径迹年龄指示了源区的抬升剥蚀时间;地堑两侧为同沉积正断层,因此该年龄也限定了断层活动、上盘抬升的时间,这为江汉盆地断陷活动的起始时间提供了新证据.

虽然断层摩擦产生的温度可以达到~1 000 ℃,但加热过程十分短暂,且能影响到的范围很小,因此如何选择定年手段、如何采集合适的样品是断层定年研究中的难点. 赤铁矿通常以多晶聚集体的形式赋存浅部地壳的断层或破碎带中,有时也脉状填充于地层裂隙内(Ault et al.,2015). 赤铁矿颗粒中包含足够的U、Th,且初始4He含量几乎不影响(U-Th)/He定年结果,因此成为了(U-Th)/He定年的理想矿物. 赤铁矿(U-Th)/He定年的系统性研究起始于二十世纪九十年代,近十年来随着质谱技术的发展与对矿物内4He扩散行为研究的完善,该方法越来越多地被应用于断裂研究中(Farley et al., 1996Evenson et al., 2014Reiners et al., 2014Ault et al., 2019, 2016Ault, 2020McDermott et al., 2021). 赤铁矿(U-Th)/He定年的封闭温度取决于样品粒径分布情况(图7),粒径越大,封闭温度越大,整体范围在~25~250 ℃内(Evenson et al., 2014).

赤铁矿(U-Th)/He定年法可以用于限定断裂变形时间、记录热液活动事件和揭示断层变形机制. 如McDermott et al.(2021)对美国德纳理断裂8个断层面的11个点的38个赤铁矿样品进行了(U-Th)/He测试,根据采样位置将样品分成了3个组,其赤铁矿(U-Th)/He平均年龄分别为10.5±0.8~3.8±0.3 Ma、7.4±0.5~7.0±1.8 Ma、6.4±0.2~5.3±1.0 Ma. 通过赤铁矿多扩散域4He扩散模型计算出了样品的封闭温度为~65±4 ℃,研究区内其他低温热年代学数据给出的区域热演化史信息表明赤铁矿(U-Th)/He数据记录的并非是区域冷却事件,样品年龄的多峰分布也表明了这一点,赤铁矿(U-Th)/He年龄记录的是热液活动时间以及因断层活动导致赤铁矿4He丢失的时间(图8). Ault(2020)对美国瓦扎茨山断裂带和麦加山断层中的赤铁矿进行了(U-Th)/He定年,还原了断层的活动时间;Evenson et al.(2014)通过对美国亚利桑那州西部Buckskin-Rawhide滑脱构造带内的赤铁矿进行测年,还原了构造带的快速拉张时代. 这些都表明赤铁矿(U-Th)/He定年方法在断层活动年代研究中有着广阔的应用前景.

5 问题讨论及研究展望

总结前述各种方法的特点如表1所示,虽然这些方法在确定断层活动时间方面具有广泛的应用前景,但是也存在着一些问题需要进一步的解决,讨论如下:

针对方解石激光原位U-Pb定年:(1)由于方解石沉淀过程中,U和Pb的富集是多种因素共同作用的结果(Rasbury and Cole, 2009),目前仍然没有较为简便易行的方法来确定方解石矿物中最为适合开展U-Pb定年的区域;(2)碳酸盐类矿物中U和Pb具有稳定的半衰期,同位素定年需要体系处于封闭,然而,由于不同矿物具有不同的U-Pb 封闭温度范围,关于碳酸盐矿物U-Pb定年封闭温度暂时没有确切的范围(Guillong et al., 2020),需要进一步的开展相关研究工作;(3)利用方解石激光原位U-Pb 定年来限定断层活动时代一个最为基础的问题便是待测方解石与断层活动的相关性以及方解石样品后期演化过程中并未遭受强烈热改造以及多期流体活动的影响(Kylander-Clark, 2020Roberts and Holdsworth, 2022). 针对这一关键问题,研究中要首先基于细致的野外和岩相学、矿物形貌学工作甄别不同构造期次产物,确定方解石与构造活动的相关性(Roberts et al., 2021Roberts and Holdsworth, 2022);进而综合透射光、反射光、背散射电子图像、阴极发光及元素成像等技术手段进行矿物内部的结构研究,观察晶体形成和生长历史,解译元素分布特征、矿物内部的U、Pb分布特征,最终达到对待测靶区优选、提高测试的成功率的目的(高伊雪等, 2022).

针对流体流体包裹体40Ar/39Ar定年:相比于伊利石K-Ar定年,该技术在断层活动定年中具有明显优势:(1)真空阶段击碎技术具备分别提取石英中的原生和次生包裹体的能力,有望获得不同期次高精度的流体包裹体40Ar/39Ar年龄,反映盆地断裂的多期活动特征;(2)石英脉样品相对容易获取,通常断层泥样品只能在露头采集,而石英脉样品在露头和井下都可能得到,此外,石英颗粒可以在双目镜下手选,更容易剔除杂质,获得可信的年龄结果;(3)流体包裹体与盆地流体的关系密切,研究盆地断裂活动的重要目的之一,是探讨其在烃类流体运聚成藏中的作用,流体包裹体记录了经断裂输导的古流体信息,其年龄信息可能承载着更丰富的地质意义,不仅有助于断层活动的解释,也将有助于成藏的研究. 但是,次生包裹体、多期次流体活动及有机杂气等对包裹体定年也会产生一定的影响,研究中要注意区分不同期次的流体,剔除有机杂气的影响.

针对低温热年代学技术:利用裂变径迹和(U-Th)/He定年法进行断裂研究的优势有以下几点:(1)这些定年体系对温度具有相当高的敏感性,在揭示与断裂相关的热事件时十分有效;(2)用于定年的锆石、磷灰石等矿物具有较高的机械强度,容易在断裂活动过程中完整地保留下来,且广泛存在于各种岩石当中;(3)低温热年代学方法不但能测定断裂性质、活动年龄,还能重建样品的热历史. 但是,由于断裂活动过程中涉及的热过程十分复杂,且断层活化、热液活动等过程可能在断层形成之后很久才发生,导致热年代学数据,特别是赤铁矿(U-Th)/He定年数据并不能用统一的模型进行解释,需要结合断裂的其他信息才能准确解释年龄的地质意义;(U-Th)/He定年体系中4He的扩散模型是数据解释的基础,目前这一方面的研究还较为薄弱;断裂活动过程中的机械应力会导致赤铁矿晶体颗粒破碎与4He丢失,这虽然意味着颗粒对于热历史的记录更为灵敏,但也进一步加大了年龄的解释难度.

待测样品和断层活动活动的相关性分析是开展断层定年的前提,如何确定待测样品是断裂活动的产物是关键. 总的来说,我们相信方解石激光原位U-Pb定年、脉体矿物流体包裹体40Ar/39Ar定年、低温热年代学技术,特别是赤铁矿(U-Th)/He定年技术对断层活动期次和油气勘探研究具有重要指导意义,未来将在盆地断裂研究中发挥重要作用,有着广阔的应用潜力. 多种方法的相互结合应用能相互验证,并且能获得更精确的年龄.

参考文献

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基金资助

国家自然科学基金(41972152;42272168)

湖北省自然科学创新群体项目(2021CFA031)

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