塔里木盆地西北缘构造～热演化的低温热年代学约束

构造～热演化是盆地分析和石油地质学领域的基础和难点问题之一。由于塔里木盆地古生代时期的热史恢复仍存在一系列的问题，导致对该区下古生界烃源岩生烃演化时期认识不一，制约了油气勘探。本项目以申请者在国内首批测试的沉积盆地碎屑岩(U-Th)/He年龄及封闭温度演化模式为基础，主要根据低温热年代学参数和有机质古温标，厘定塔里木盆地西北缘古生代以来的构造－热演化历史；同时，依据磷灰石和锆石的 (U-Th)/He年龄和裂变径迹及锆石U-Pb年龄等参数，明确研究区中新生代以来的构造～沉降过程及其与天山西段隆升的耦合关系。本项目的研究成果将为多期复杂构造演化盆地的热历史恢复提供有效的古温标和研究方法，并为塔里木盆地中新生代以来的盆－山耦合研究提供可靠的年代学依据。这是一项难度较大、石油地质领域迫切希望解决的重要科学问题。

本项目首次利用塔里木盆地钻井自然演化系列样品建立了磷灰石He年龄与封闭温度的演化模式，得到塔里木盆地的磷灰石He封闭温度为88±5°C，高于由热模拟实验得到的结果(75±5°C)，修正了国际上广泛应用的磷灰石He封闭温度演化模式。在此基础上，综合多种古温标方法定量恢复了塔里木盆地及其西北缘构造~热演化史，并研究了南天山中新世隆升事件和盆~山耦合关系。(1)通过多种古温标(He年龄、AFT、ZFT和Requ) 的耦合反演获得了塔里木盆地热演化过程及古生代时期盆地不同地区差异热演化的新认识，即盆地东部和中部的地温梯度由寒武~奥陶纪时期的37-39°C/km逐渐降低至志留纪的35-36°C/km，到晚古生代末期为29-33°C/km；而在盆地西北部则是由寒武纪时期的28-32°C/km增加到奥陶～志留纪时期的30-34°C/km，此后又降低至晚古生代末期的29-33°C/km；中生代以来盆地整体的体温梯度逐渐降低至现今的温度状况。(2)塔里木盆地西北缘柯坪隆起69-96Ma和20-22Ma的磷灰石He年龄揭示了晚白垩世和中新世两期隆升事件(分别由拉萨板块、印度板块与欧亚板块南缘碰撞造成)，而巴楚隆起北部~40Ma的磷灰石He年龄揭示了晚始新世的隆升事件(由昆仑山板块向塔里木板块逆冲挤压造成)。(3)首次利用来自紧邻南天山的塔里木盆地北部地区钻孔的新生界样品对南天山中新世以来的构造隆升事件进行了低温热年代学约束。塔北隆起新近系He年龄为3-25Ma的磷灰石和锆石及裂变径迹年龄为12-33Ma的磷灰石来自南天山，热史模拟结果揭示了南天山在晚中新世~早上新世(15-5Ma)一直处于快速隆升剥蚀状态，比前人利用磷灰石裂变径迹揭示的快速隆升时间更晚。由此，构建了塔里木盆地北部与南天山晚中新世~上新世构造~沉积耦合演化模式。自15Ma以来，受喜马拉雅晚期运动影响，南天山向塔里木盆地北缘快速俯冲隆升，遭受了剧烈剥蚀，这些剥蚀物被搬运到塔北隆起快速沉积。本研究获得的塔里木盆地古生代热史成果为塔里木盆地下古生界烃源岩成熟演化生烃过程及油气勘探研究提供了依据，同时所确立的自然样品磷灰石He封闭温度被用于研究塔里木盆地北部和南天山晚期的构造隆升事件，可精确地揭示了其隆升时间和速率，对塔里木盆地和天山的构造研究具有指导意义。