贺兰山断裂带的ESR年龄测定

杨 帆，方成名，黄泽光，周小进，徐良发

(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)

贺兰山断裂带的ESR年龄测定

杨 帆，方成名，黄泽光，周小进，徐良发

(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)

脆性断层一般产生于低温环境中，通常不会生成新的变质矿物，因此无法用普通的测年方法来确定断层的活动年龄。由于脆性断层中常会伴生有同期生成的石英脉，可以通过热活化电子自旋共振(ESR)法测定石英脉的生成年龄，从而得出断层活动的年龄。如果断层带中发育了多期的石英脉，通过测定还可以得出断层多次活动的年龄。鄂尔多斯盆地西缘构造复杂，对其断裂发育机制历来存在较多争议，通过对贺兰山地区石英脉体的ESR测年分析，证实了该区由东向西逆冲的南北向断裂带形成于晚侏罗世之后，且具有多期次活动的特征。

ESR测年；石英脉；多期次；断裂带；贺兰山；鄂尔多斯盆地西缘

断层的构造期次与活动年龄一直都是构造地质学中的核心问题之一。在韧性剪切带中，由于变质作用或交代作用一般都会生成新的矿物，通过对这些矿物的年龄测定，就可以得到断层活动的年龄[1-2]。而在以脆性变形为主的浅层地带，一般不会生成新的变质矿物，难于确定断层活动时间。不过通常在这些脆性断层活动过程中都会由于伴有热液活动而产生一些石英脉，如果能够测得石英脉的形成年龄，就能确定断层活动的时间，而石英颗粒则正好适用于ESR测年[3-4]。

1 地质概况

贺兰山构造带位于鄂尔多斯盆地西缘构造带的北段，由大型的对冲断层系统构成，地层变形强烈，存在一系列的逆冲断层和褶皱。由于受后期构造的叠加影响，早期的构造现象已经被改造的面目全非[5-7]。前人研究表明，中生代早中期贺兰山地区是鄂尔多斯盆地的一部分[8]。据贺兰山地区野外地质剖面观测发现，该区主要发育3组断裂，一组以近南北向自西往东的逆冲断裂，一组自东往西的逆冲断裂以及一组近东西向由北往南的逆冲断裂，断裂带涉及的地层为O-J2(图1,2)，推测断裂发育期应该在J2之后。另外野外调查表明，贺兰山地区中生界分布广泛，T3-J2地层虽然后期遭受了强烈的剥蚀改造，现今残留地层仍然分布很广[9-10]。在汝箕沟地区的大岭子—古拉本一带，延长群顶部发现反映拉伸环境的典型拉斑玄武岩。种种迹象表明贺兰山地区挤压构造的形成和隆升应当发生在中侏罗世之后。

图1 贺兰山地区地质简图

2 石英脉ESR测年

2.1 实验依据

ESR全称电子自旋共振，是近年来用于测定断层活动年龄，尤其是印支运动以来的构造活动的一种较有效的测年方法[11-13]。它的测试对象主要是在断裂活动中形成的一系列石英脉,利用石英吸收的累积电子辐射量(如γ、β、α射线)及在矿物内部形成的顺磁中心浓度来计算石英脉的结晶年龄。

石英的硅—氧四面体在γ、β、α射线轰击下会形成正2价氧空位。1个氧空位可以捕获1个自由电子，形成可探测的顺磁中心，也可以捕获2个自旋态相反的自由电子，形成不可探测的反磁中心。利用热活化技术使石英的反磁中心活化为顺磁中心，则石英脉的顺磁中心浓度与其结晶年龄成正比关系。石英中辐射成因氧空位的寿命在常温下约为1 000 Ma，因此石英的可测时限范围可达到200～300 Ma。

2.2 样品采集与处理

本次实验样品主要采自贺兰山汝箕沟口和二道岭处的南北向断裂带。汝箕沟口剖面的断裂为1条近南北向的逆冲断裂，断裂带附近地层陡倾、砂岩中泥岩夹层劈理发育。砂岩中石英脉极为发育，发育至少2组，其中优势1组为斜切地层，密集处每米有4～5条脉体，脉体与围岩接触面平直，脉体宽度不一，整体宽度以3～5 cm为主，主要发育在二叠系顶部石千峰组至中二叠统二马营组紫红色、灰绿色砂岩、粉砂岩中。相对而言二道岭处断裂带的砂岩中石英脉较不发育，小松山断裂带石英脉不发育，主要是方解石脉。

样品先经过自然风干，粉碎为0.125～0.2 mm粒度，然后用低本底伽马仪和微机数据采集系统测定α和γ天然放射性，同时校正含水量。之后再分选出0.2～0.45 mm粒度的单矿物石英样品，用电制冷半导体探测器能量色散X荧光分析仪检测石英的纯度，每份石英称取120 mg进行热活化，再冷却5～7 d，然后用电子自旋共振仪测定其顺磁中心浓度值。

2.3 测年结果

本次测试工作在成都理工大学应用核技术研究所完成，主要测试结果见表1。

实验结果显示，ESR年龄最早的为汝箕沟口的F-07/SS4细石英脉样品，年龄(133.6±13.0) Ma，对应于早白垩世；最晚的为汝箕沟口的F-02/SS2石英脉样品，年龄(11.9±1.0) Ma，对应于中新世。

3 讨论

从ESR测年结果来看，贺兰山地区由东往西逆冲的南北向断裂应该形成于早白垩世，之后一直到中新世期间断层曾经多期活动，形成了不同期次的石英脉，这一点与实际的野外地质观测结果以及现今的主流观点是一致的，说明至少该地区东边由东向西的逆冲推覆运动发生于晚侏罗世之后，而至于西边小松山由西向东逆冲的断裂带由于不发育石英脉，无法测得断裂形成时间。另外由于此次实验是以测年为主，对于具体的断裂形成机制，仍有待下一步研究。

原样编号围岩时代顺磁中心浓度/(1015Sp·g-1)铀当量含量/(μg·g-1)年龄/MaF-01/SS1汝箕沟口石英脉P30.4741.46764.6±6.0F-02/SS2汝箕沟口石英脉P30.0560.94211.9±1.0F-06/SS3汝箕沟口粗石英脉T20.3281.11758.7±5.0F-07/SS4汝箕沟口细石英脉T20.9021.350133.6±13.0F-08/SS5汝箕沟口石英脉T30.2813.56616.3±1.6F-09/SS6二道岭断面石英脉T30.6281.70073.9±7.0F-10/SS7二道岭水平石英脉T30.7493.79939.4±3.9F-11/SS8二道岭斜切石英脉T30.3041.39743.5±4.3

致谢：本次实验在成都理工大学梁兴中教授的帮助下分析完成，在此致以谢意。

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(编辑 黄 娟)

ESR dating of Helan Mountain Fault Zone

Yang Fan, Fang Chengmin, Huang Zeguang, Zhou Xiaojin, Xu Liangfa

(Wuxi Research Institute of Petroleum Geology, SINOPEC, Wuxi, Jiangsu 214126, China)

It is very difficult to form new metamorphic minerals in the movement of brittle faults under shallow and low-temperature situation. Therefore it is impossible to determine the active ages of faults exactly through traditional methods. In the activation of shallow faults, homochromous quartz veins often develop. As a result, we can use thermal activated ESR dating to obtain the ages of quartz veins, and then to determine the active ages of faults. If there are several stages of quartz veins in fault belts, the corresponding active ages of faults can also be determined. The western Ordos thrust-fold belt has a complicated structure, and its development mechanism is still controversial. A case study was made in the Helan Mountain area. According to the ESR dating of quartz veins, the SN-trending fault which thrusted from east to west in the study area was formed after the Late Jurassic, and experienced several active stages.

ESR dating; quartz veins; multi-period; Helan Mountain; western Ordos area

1001-6112(2014)05-0642-03

10.11781/sysydz201405642

2013-09-03；

2014-07-28。

杨帆(1979—)，男，工程师，从事盆地分析研究。E-mail: kyoukyo@126.com。

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05002-006-01)资助。

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