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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

鄂尔多斯克拉通地块活化了吗?

2022-11-29

作者:何登发,包洪平,开百泽,许艳华,鲁人齐,张才利,魏柳斌,成祥

作者单位:中国地质大学(北京)能源学院;中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院;中国地震局地质研究所


  克拉通地块在演化过程中的活动性是大陆保存状态研究的核心内容,克拉通不同程度的活动性与油、气、煤、铀和盐类等矿产资源密切相关,制约着板内的地震活动,因此是能源、资源与环境研究的热点之一。


以华北克拉通西部的鄂尔多斯地块为例,以地块内部的深井与高精度反射地震剖面为基础,揭示了鄂尔多斯地块的构造活动性,并将这种活动性称之为“活化”。研究表明,自中元古代以来,鄂尔多斯克拉通地块的活化表现在6个方面:


(1)地块内部或周缘发育了中元古代、寒武纪—早奥陶世、石炭纪—早二叠世、中-晚三叠世与新生代等5期裂陷或伸展活动;


(2)地块内部发育了中-新元古代、奥陶纪、晚石炭世、中-晚三叠世、早白垩世与中新世晚期—第四纪等6期岩浆活动,尤以长城纪、早白垩世岩浆活动为盛;


(3)发育了7个时期的断裂系统及断层相关褶皱;


(4)发育了长城系与前长城系、蓟县系与前蓟县系、震旦系与前震旦系、寒武系与前寒武系、奥陶系与前奥陶系、石炭系与前石炭系、三叠系与前三叠系、侏罗系与前侏罗系、白垩系与前白垩系、第四系与前第四系等10个区域性不整合面;


(5)经历了中-新元古代、早古生代、石炭纪—三叠纪与侏罗纪—白垩纪等4个构造沉降旋回,沉降中心发生明显迁移;


(6)新生代地块周缘地区快速裂陷并沉降充填,内部则隆升剥蚀,地块周缘及内部均发生了一系列强震活动。鄂尔多斯地块的演化受周缘板块构造背景与深部构造活动的强烈控制,早白垩世的岩石圈可能经历了大规模减薄,新生代晚期地块北部的岩石圈发生活化和减薄,这与鄂尔多斯地块逆时针旋转、上地幔物质部分熔融及其沿周缘地堑系薄弱带上侵有关。鄂尔多斯地块已发生了较明显的活化,活化事件对成盆、成烃与成藏可能具有重要意义。


第一作者简介:何登发(1967—),男,博士、教授,盆地构造与油气地质综合研究。


研究背景


  克拉通是大陆的组成单元。它的形成经历了含陆壳块体的板块之间的碰撞造山作用,形成了主要的山链(如喜马拉雅山脉),碰撞山链在400~200 Ma被剥蚀,遗留的山根暴露地表,成为先存地块之间的“缝合线”。复杂拼贴的地块与山根构成了今天的“克拉通”,即克拉通是碰撞造山的最终产物,形成一个克拉通至少需要300 Myr,形成之后则是长期保持稳定的大陆块体,发育在克拉通上的沉积盆地称为克拉通盆地。

  

  华北克拉通的西部为鄂尔多斯地块,长期被认为是稳定地块的典型代表。发育其上的鄂尔多斯盆地地层平缓,褶皱、断裂等不发育,也被认为是稳定的克拉通盆地。但近年来随着深钻井、大地电磁、反射地震等资料的增多,逐渐发现鄂尔多斯盆地发育多个区域性不整合面,其周缘与内部也有岩浆活动,不同尺度的断裂也较为发育,盆内和盆缘都有地震发生,鄂尔多斯克拉通“似乎”具有一定的“活动性”。鄂尔多斯克拉通地块“活化”了吗?若已活化,其程度怎么样?活化的板块构造环境与深部地质背景是什么?活化的机制是什么?地块活化与油、气、煤、盐、铀等矿产资源的赋存有什么联系?这些都是亟待研究的基础科学问题。

  

  在地质学中,表征“活化”有几个名词。①Activation(活化,激活):意思是开(驱,起,启)动;触发;活化(作用);活性(化);激活;使……产生放射性;敏化;在地质学中如用酸处置粘土或获得物质的放射性都称为活化。②Reactivation:再活化,再激活,被恢复活动,再生(作用)。③Mobility(流动性、活动性):为W. Penck使用的术语[13],指的是“地壳隆升的相对速率主要决定了由剥蚀过程产生的地貌的性质”的概念。④Mobilization(动员、调动、活化):指的是使固体岩石具有足够塑性令其流动或使其活动组分发生化学迁移的某种过程;或使岩石有价值的成分重新分布与富集,从而形成实际或潜在的矿床的某种作用。

  

  在槽-台学说盛行期,对于地台的活动性,B.B.别洛乌索夫称为“地台活化”,黄汲清称之为“再生”,陈国达称之为“地洼”。陈国达在1956年发现大陆地壳的新构造单元——地洼区,并在此基础上创建了壳体大地构造学,发展成为地洼(活化)构造理论体系,称为“地洼”学说或“动-定转化递进”说。1959年3月,陈国达在《科学通报》上发表了《地壳第三构造单元——地洼区》,他认为地洼区具有3方面特征:①岩浆活动十分强烈,地球上一些地区发生大规模的中-酸性岩侵入活动;②升降幅度增大,地貌反差加剧,如中生代北升、南降;③形成了丰富的内、外生矿床。自1992年起陈国达用活化构造理论(简称活化构造论)作为地洼学说的同义语使用,热能聚散交替、地幔蠕动是构造-岩浆活化理论创建初期提出的动力学机制假说。

  

  根据前人认识,本文将“克拉通活化”定义为“克拉通地块具备了一定程度的活动性”或“克拉通地块失去了一定程度的稳定性”。而克拉通稳定性整体丧失的地质现象则被称为克拉通破坏或去克拉通化,如华北克拉通东部。


  研究通过对鄂尔多斯盆地区域不整合面、岩浆活动、热体制、断裂与褶皱作用、构造沉降、地震活动及地球物理场等方面的研究,来判断鄂尔多斯克拉通地块或者局部构造单元是否发生了“活化”,并讨论可能的活化机制。


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  责任编辑:宫在芹
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