断裂体系中幕式流体活动历史的低温热年代学研究——以塔里木盆地塔中地区为例

Traditional geochronology based on the authigenic minerals can not give quantitative results to the time and the intensity of the episodic fluid flow driven by the tectonic transition and abnormal high presssure systems in the fault systems. Fluid flow has resulted in mineral solution, transportation and precipitation and the convective heat transportation. Thus, episodic fluid flow can also be dated according to its tansient thermal effect (TTE). This project tries to date the episodic fluid flow in the Tazhong Uplift Zone of the Tarim Basin based on the thermochronologic progress from the Fission Track (AFT) and (U-Th)/He（AHe）dating. Systematic sampling and dating will be carried out along different tectonic belts and the main pathway systems that have been well defined by evidences both from the physical properties and special compositions of the hydrocarbon and from the formation water geochemistry. The main stages of fluid flow and its intensity will be differentiated based on the overlapping effect from multi-stage of fluid flow. The effectiveness of method will first be judged by its space and dynamic match with the basin’s tectonic activity because it is believed that tectonic inversion will result in massive fluid flow. It will also be judged by the abundant quantitative hydrocarbon reservoir forming ages from authigenic illite dating and qualitative results from fluid inclusion because the Cenozoic large-scale fluid flow will result in the hydrocarbon migratioin and accumulation. The research proposal switches the research focus from the framework to the geofluid, from authigenic mineral to the TTE of the fluid flow. Thus, the new thermochronologic method of AFT and AHe dating can be used to reconstruct the episodic fluid flow with the temperatrue ranging from 30-240 ℃. The research result will make it possible to date the episodic fluid flow and thus devote to the quantitative study on the hydrocarbon charging process and also the mineral forming processes.

传统的自生矿物的定年方法无法定量分析断裂带中受构造和超压驱动的流体幕式活动的期次、年龄和强度。本项目拟借助低温热年代学（裂变径迹和（U-Th）/He）的研究方法，探索利用幕式流体活动所产生的瞬时 (持续时间<0.01Ma)热效应进行流体定年研究。项目选择塔里木盆地塔中地区的断裂体系为研究对象，通过系统的热年代学分析和热史叠加过程解析，识别主要的流体活动期次和年龄。通过与塔里木盆地构造变革期和已有的油气成藏年龄数据对比，评价利用瞬时热效应开展断裂体系幕式流体定年的可靠性。在思路上使年代学研究完成了从固体格架到孔隙流体，从自生矿物到流体热效应的两大转变，从而在研究手段上可以借鉴低温热年代学的研究进展，重建温度在30-240℃的流体活动历史，拓展了流体定年研究的方法技术手段。研究成果将使断裂带中幕式流体的精确定年成为可能，为重建流体运移及其成藏和成矿过程提供精确的年代学证据。

本项目借助低温热年代学研究方法，利用幕式流体活动所产生的瞬时热效应进行流体定年研究。项目解剖了塔中地区断裂体系的结构和多期流体活动，识别出断层交汇部位是断层活动主输导通道。在此基础上，沿主输导通道系统采集岩心样品，开展了低温热年代学研究。研究结果首次利用锆石裂变径迹记录了海西期高温流体活动（>200℃）,并将海西期流体活动进一步细分为早二叠世(270~300Ma)和早三叠世(230~250Ma)两期。磷灰石裂变径迹将喜山和燕山期流体活动进一步细化为早白垩(90~100Ma)、晚白垩(~70Ma)和晚始新世-早渐新世(45~30Ma)。不同期次年龄在不同构造带从北至南逐渐变新，并与不同的构造带断层活动时间匹配完美。上述研究成果是对传统油气成藏年代学分析的定量化，具有传统流体定年方法无可比拟的优越性。研究成果揭示了流体热效应的叠置律，即海西期超高温热流体的活动完全掩盖了加里东期流体活动的热效应，使几乎所有的年龄记录发生了部分退火和完全重置，而后期的流体活动又重置了磷灰石中海西期流体活动的证据，使不同构造带记录了不同时期的年龄。上述研究成果表明利用流体活动的热效应开展流体活动定年研究是全新的研究思路，研究结果可靠。由于研究中首次记录了喜山期以天然气充注为主要特征的流体活动，使天然气的成藏年代学研究成为可能，拓展了研究领域和范围。同时研究成果首次区分了二叠系大规模岩浆活动产生的热烘烤和流体对流热效应，使利用岩浆活动的流体-热效应开展岩浆活动历史定年研究成为可能。由于岩浆岩中存在丰富的可定年矿物，可以为进一步夯实利用瞬时热效应开展年代学研究的基础。总体来看，本研究从思路上使年代学研究完成了从固体格架到孔隙流体，从自生矿物到流体热效应的两大转变，从而在研究手段上可以借鉴低温热年代学的研究进展，重建流体活动历史，拓展了流体定年研究的方法技术手段。较好的解决了传统的自生矿物的定年方法无法定量分析断裂带中流体幕式活动的期次、年龄和强度的问题，达到了预期的研究目标。