Uplifting and exhumation history in Southern Qiangtang Depression of Qinghai-Tibet Plateau since Cretaceous: constrain from low-temperature thermochronology
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摘要: 为了重建青藏高原的形成过程和评价羌塘盆地油气的保存条件，对南羌塘坳陷隆升剥蚀历史进行了研究。利用锆石和磷灰石(U-Th)/He和磷灰石裂变径迹技术，对南羌塘坳陷中部嘎尔敖包地区的侏罗系砂岩样品进行了分析，数据显示大部分颗粒经历完全退火阶段；基于实验数据对盆地热史进行反演，并结合区域低温热年代学研究，认为南羌塘坳陷共经历了3期隆升剥蚀历史，即早白垩世、古新世—始新世和中新世以来，分别造成了南羌塘坳陷中部地区1.7~2.6 km、1.89 km和1.13 km的剥蚀量。热历史结果显示，早白垩世南羌塘坳陷中部地区首先遭受剥蚀，随后剥蚀逐渐向南、北两侧传递。南羌塘坳陷第一期冷却历史可能受到羌塘地体和拉萨地体碰撞的影响；第二期冷却历史可能受到印度—亚洲大陆碰撞的影响；第三期冷却历史可能与印度—亚洲大陆持续会聚下羌塘盆地发育大量近南北向断层有关。南羌塘坳陷中部地区位于不同构造位置的样品的热历史显示，其经历了不同的剥蚀过程，这可能受到印度—亚洲大陆的碰撞和随后持续会聚造成的区域性近南北向断裂差异性活动的影响。基于不同构造位置样品热历史的差异性，认为区域性南北向断裂开始活动时间为65~45 Ma。Abstract: The uplifting and exhumation history of the Southern Qiangtang Depression was studied for reconstructing the evolution of the Qinghai-Tibet Plateau and evaluating the oil-gas preservation conditions in the Qiangtang Basin. Samples of Jurassic sandstone from Gaeraobao area in the center of Southern Qiangtang Depression were analyzed using zircon and apatite (U-Th)/He and apatite fission track (AFT) techniques, and the data showed that most grains experienced a full annealing phase. Based on the inversion of the thermal history of the basin from the experimental data and combined with the study of regional low temperature thermochronology, it is believed that the Southern Qiangtang Depression has experienced three major uplifting and exhumation episodes: the Early Cretaceous, the Paleocene-Eocene and since the Miocene, and experienced exhumations of 1.7-2.6 km, 1.89 km, and 1.13 km, respectively in the center of Southern Qiangtang Depression. And the thermal history showed that the center of Southern Qiangtang Depression suffered exhumation first in the Early Cretaceous, and then the denudation gradually spread to the north and south. The three episodes correspond to the collision between Qiangtang and Lhasa terranes, the collision between Indian and Asian plates and the movement of N-S strike fault under the continuous convergence of the Indian and Asian continents, respectively. The thermal history of samples at different tectonic locations in the Southern Qiangtang Depression showed that they have undergone different exhumation processes, which may have been controlled by the different activity of regional N-S faults caused by the collision between Indian and Asian plates and its subsequent continued convergence. Based on the differences of thermal histories of the samples at different tectonic locations, it suggested that the regional N-S faults activated since 65-45 Ma.
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羌塘地体作为青藏高原重要的组成部分之一，其形成过程一直是全球研究的热点[1-4]。受古—新特提斯洋演化的影响，羌塘地体在多期板块会聚碰撞过程中经历了复杂的构造变形和隆升剥蚀事件[2, 5-8]。前人对羌塘地体隆升剥蚀历史开展了大量的研究，利用39Ar/40Ar、(U-Th)/He和裂变径迹技术，认为北羌塘地体主要经历了4期冷却剥蚀历史，时间分别为110~70、60~30、25~20、10~7 Ma[1, 6, 9-10]，最主要的冷却阶段发生在26~23 Ma期间[10]，并且北羌塘地体显示出自南向北开始遭受剥蚀的时间逐渐变年轻的趋势[3]。羌塘地体东部的花岗岩记录了较老的冷却历史(165~150 Ma)[11]。近东西展布的中央隆起带东西存在不同的冷却剥蚀历史，西部经历了150~130、110~70、55~40 Ma 3期冷却阶段；东部经历了120~110 Ma和55~38 Ma 2期冷却过程[2, 8]。南羌塘地体的低温热年代学揭示，其具有2期冷却历史，即110~70 Ma和55~35 Ma[1, 9, 12-18]。南羌塘地体作为羌塘地体重要的组成部分，对其隆升剥蚀历史的研究，有助于我们重建羌塘盆地构造演化和青藏高原形成过程。
前人已对羌塘盆地的隆升剥蚀历史进行了大量研究，但对南羌塘坳陷隆升剥蚀历史和机制的研究仍存在不足之处，对其数据的系统性、差异性研究和断层对剥蚀过程影响的研究仍然较为缺乏，因此本文收集整理了前人在南羌塘坳陷发表的数据，并利用磷灰石裂变径迹、锆石和磷灰石(U-Th)/He技术，对南羌塘坳陷的隆升剥蚀历史开展研究，系统分析南羌塘坳陷南北向剥蚀过程的差异性，通过综合不同封闭温度体系的技术，来较为精确地限定南羌塘坳陷的隆升剥蚀过程[19-20]。
1. 地质背景
羌塘地体位于青藏高原腹地，南北宽约500~600 km，东西长约1 200 km，面积约22×104 km2，是青藏高原最大的中生代海相盆地，其北临松潘—甘孜地体、南临拉萨地体，被夹持在北部的金沙江缝合带和南部的班公湖—怒江缝合带之间。羌塘地体被近东西向展布的龙木措—双湖缝合带分为北羌塘地体和南羌塘地体[5, 21-24]，南羌塘坳陷位于南羌塘地体之上(图 1)。
南羌塘地体基底岩石为前奥陶纪的低级变质岩系，被奥陶纪—侏罗纪地层覆盖[25]，其内石炭纪冰川—海洋沉积物中见大量亲冈瓦纳大陆的冷水动物群化石[26-27]。三叠系—下白垩统海相地层在南羌塘地体广泛出露，沉积厚度大于5 000 m；上白垩统阿布山组由红色山间磨拉石组成，与下伏下白垩统海相地层和上侏罗统海相地层呈角度不整合接触。南羌塘地体新生界主要发育始新统—渐新统康托组和中新统唢呐湖组，康托组与下伏上白垩统阿布山组和上覆的唢纳湖组皆呈角度不整合接触[28-30]。
南羌塘地体发育大规模的近东西向展布的逆冲推覆构造，即赛布错—扎加藏布逆冲推覆构造带(SZT)和多玛—其香错逆冲推覆构造带(DST)[5, 28, 31-34]，使得南羌塘地体老地层逆冲到新地层之上，并发育大量的飞来峰，这些逆冲断层的发育时间被限定为晚白垩世—古新世[28, 33-35]；南羌塘地体内部发育大量近南北展布的裂谷[36-38]，这些断层的活动时间为自约15 Ma以来[5, 24, 31, 39]。
2. 样品信息和测试方法
本次研究在南羌塘坳陷中部毕洛错—昂达而错古油藏带内的嘎尔敖包地区，共采集了2个中侏罗统色哇组砂岩样品。样品位于近东西展布的向南逆冲的断裂带内，样品M21-3位于北东—南西走向断层下盘并距离断层较远；M21-6位于断层上盘并靠近北东—南西向断层(图 2)，并分别对这2个砂岩样品进行锆石和磷灰石(U-Th)/He、磷灰石裂变径迹测试，具体测试方法原理见参考文献[19-20, 40-42]。
图 2 羌塘盆地南羌塘坳陷嘎尔敖包地区简要地质图及样品位置图 2平面位置见图 1的红色虚线框。Figure 2. Brief geological map and sampling locations of Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin3. 测试结果
3.1 锆石和磷灰石(U-Th)/He结果
我们从每个样品中挑选出了4个晶型完好、无裂隙、无包裹体的锆石颗粒进行AHe和ZHe年龄分析。样品M21-3共得到4个AHe年龄，分别为(67.0±1.8)、(76.9±2.1)、(107.7±3.2)、(174.8±5.0) Ma；样品M21-6共得到4个AHe年龄，分别为(54.2±1.0)、(57.2±1.1)、(61.1±1.4)、(74.8±2.8) Ma(表 1)。样品M21-3共得到4个ZHe年龄，分别为(47.4±0.7)、(129.8±2.2)、(133±2.2)、(168.6±2.9) Ma；样品M21-6共得到4个ZHe年龄，分别为(125.9±2.1)、(132.2±2.5)、(143.3±2.2)、(149.9± 2.5) Ma(表 2)。
表 1 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区砂岩样品磷灰石(U-Th)/He(AHe)结果Table 1. Apatite (U-Th)/He data of sandstone samples from Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin样品编号 4He /ncc 质量/mg FT1) U /10-6 Th/10-6 Th/U [eU]2)/10-6 校正年龄/Ma 误差/Ma 颗粒长度/μm 颗粒半径/μm M21-3-1A 0.017 0.000 8 0.45 7.6 74.8 9.78 25.2 67.0 1.8 106.6 61.2 M21-3-2A 0.023 0.000 7 0.44 14.9 67.7 4.54 30.8 76.9 2.1 94.4 59.8 M21-3-3A 0.033 0.000 8 0.46 6.6 53.2 8.04 19.1 174.8 5.0 94.2 64.5 M21-3-4A 0.018 0.000 7 0.40 2.0 71.6 35.63 18.8 107.7 3.2 80.0 64.3 M21-6-1A 0.047 0.001 8 0.57 5.2 242.2 46.69 62.1 61.1 1.4 126.0 80.5 M21-6-2A 0.035 0.001 6 0.55 13.6 168.6 12.42 53.2 54.2 1.0 123.3 79.0 M21-6-3A 0.024 0.001 7 0.56 10.3 101.6 9.84 34.2 57.2 1.1 141.0 76.9 M21-6-4A 0.061 0.001 9 0.60 36.5 109.3 3.00 62.2 74.8 2.8 128.6 84.8 1)α粒子射出校正系数[44]；
2)有效铀含量[45]。表 2 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区砂岩样品锆石(U-Th)/He(ZHe)结果Table 2. Zircon (U-Th)/He data of sandstone samples from Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin样品编号 4He /ncc 质量/mg FT U /10-6 Th/10-6 Th/U [eU]/10-6 校正年龄/Ma 误差/Ma 颗粒长度/μm 颗粒半径/μm M21-3-1Z 0.271 0.003 7 0.71 290.5 334.0 1.15 369.0 47.4 0.7 137.4 75.1 M21-3-2Z 0.385 0.002 1 0.67 142.5 61.3 0.43 156.9 168.6 2.9 118.2 61.6 M21-3-3Z 0.393 0.001 9 0.67 196.8 24.8 0.13 202.7 133.0 2.2 95.0 64.5 M21-3-4Z 0.594 0.001 6 0.65 309.2 69.9 0.23 325.6 129.8 2.2 97.4 59.5 M21-6-1Z 0.260 0.001 9 0.67 134.1 28.7 0.21 140.8 125.9 2.1 93.8 65.7 M21-6-2Z 0.565 0.001 5 0.63 232.1 182.1 0.78 274.9 149.9 2.5 97.2 56.7 M21-6-3Z 0.496 0.001 5 0.64 256.9 58.9 0.23 270.7 132.2 2.5 100.7 56.3 M21-6-4Z 0.480 0.001 4 0.63 215.9 129.5 0.60 246.3 143.3 2.2 89.7 57.9 所有的锆石和磷灰石颗粒的[eU]值较低，锆石颗粒小于400×10-6，磷灰石颗粒小于70×10-6。样品M21-3的ZHe年龄47.4 Ma明显小于其AHe年龄，这与实际样品冷却过程不符，而ZHe年龄168.6 Ma和AHe年龄174.8 Ma与样品沉积年龄一致；ZHe年龄存在较大误差，这可能是受到锆石颗粒同位素分布不均匀、辐射损伤、颗粒的大小、含He的流体包裹体的影响。样品M21-3和M21-6的ZHe年龄相当，但是位于断层下盘的M21-3的AHe整体年龄要大于位于断层上盘的M21-6的AHe年龄。
3.2 磷灰石裂变径迹结果
从这些样品中我们共得到2个AFT数据，其中样品M21-3的混合年龄为(126.1±11) Ma，中心年龄为(133.8±7.4) Ma；样品M21-6的混合年龄为(105.6±3.7) Ma，中心年龄为(109.4±4.0) Ma(表 3)。2个样品的磷灰石裂变径迹年龄的卡方检验大于5%，即p(χ2)＞5%(图 3)，磷灰石裂变径迹年龄比地层沉积年龄和ZHe年龄小，且大于AHe年龄，显示这2个样品均经历了完全退火。位于断层下盘的样品M21-3的AFT年龄大于位于断层上盘的样品M21-6，2个样品的径迹数均大于100。
表 3 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区砂岩样品磷灰石裂变径迹(AFT)结果Table 3. Apatite fission track (AFT) data of sandstone samples from Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin样品编号 样品信息 平均径迹长度/μm 数量 平均Dpar值3)/μm 位置 地层信息 经纬度(°N/°E) 海拔/m 未校正1) 校正2) 均值(范围) M21-3 噶尔敖包 色哇组 32°28′58.521″/89°20′11.614″ 4 770 10.10±2.29 11.67±2.05 7 2.38(1.33~3.64) M21-6 噶尔敖包 色哇组 32°29′23.043″/89°17′54.216″ 4 742 11.27±1.97 12.8±1.37 101 2.38(1.83~3.10) 样品编号 年龄结果 自发径迹 混合238U 4) /10-6 混合年龄/Ma p(χ2)5) 误差/% 中心年龄/Ma 颗粒数 径迹数 密度/106 cm-2 M21-3 41 357 1.198 0 18.7±0.86 126.1±11 0.58 6.8 133.8±7.4 M21-6 42 1 202 0.961 3 17.94±0.84 105.6±3.7 0.21 12.0 109.4±4.0 1)未经c轴投影校正的平均径迹长度；
2)经c轴投影校正后的平均径迹长度[46]；
3)与抛光面相交的径迹的最大直径；
4)各晶粒中混合铀的含量；
5)p(χ2)为卡方检验的值[43]。
图 3 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区磷灰石裂变径迹的卡方检验[43]Figure 3. Chi-square test of apatite fission track of Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin3.3 热史模拟结果
结合前人地层年代学工作和本文的ZHe、AHe和AFT数据，利用软件HeFTy对南羌塘坳陷嘎尔敖包地区获得的数据进行热历史反演模拟[47]，本文主要采用以下3个限制条件：(1)利用前人碎屑锆石U-Pb年龄和古生物，将该区色哇组沉积年龄限定为175~160 Ma[6, 48-49]；(2)地层开始沉积时的平均温度为(10±5) ℃；(3)现今羌塘盆地地表的平均温度为(0±5) ℃。我们采用多重动力学退火模型(the multi-kinetic annealing model)对AFT进行模拟[47]，使用Dpar值作为动力学参数。
样品进行模拟时，我们以ZHe的封闭温度200~130 ℃和AHe的封闭温度75~40 ℃及年龄的3倍误差来进行时间—温度条件的限定，其中样品M21-3共有2个ZHe年龄和3个AHe年龄。由于其单颗粒的ZHe年龄结合3倍误差后年龄范围接近，因此来自ZHe年龄的时间限定范围均为140~120 Ma；3个单颗粒的AHe年龄(67.0 Ma± 1.8 Ma、76.9 Ma±2.1 Ma和107.7 Ma±3.2 Ma)中2个较小的年龄较为接近。同时样品M21-3和M21-6距离较近且位于同一近东西展布的逆冲岩席之上，样品M21-6的4个AHe年龄(54.2 Ma±1.0 Ma、57.2 Ma±1.1 Ma、61.1 Ma±1.4 Ma和74.8 Ma±2.8 Ma)与样品M21-3的2个较小年龄较为接近，结合南羌塘构造演化事件认为样品M21-3的2个较小的AHe年龄更为符合实际的热史演化过程。因此，我们选取AHe年龄67.0 Ma及其3倍误差的年龄限定范围75~60 Ma，来进行热历史反演(图 4)。
图 4 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区热历史模拟蓝色框为时间—温度限定框；“好的”结果(拟合度大于0.55)用粉红色区域表示；“可接受的”结果(拟合度大于0.05)用绿色区域表示；蓝色粗线代表所有结果的加权平均；黑色粗线代表最佳拟合曲线；红色虚线框代表冷却开始或冷却加速事件。Figure 4. Thermal history simulation in Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin样品M21-6共有4个ZHe年龄和4个AHe年龄(表 2、3)，由于其ZHe和AHe年龄结合3倍误差后年龄范围接近，因此将来自ZHe年龄的时间限定范围均为150~120 Ma，来自AHe年龄的时间限定范围均为75~50 Ma(图 4)。
图 4a模拟结果显示，样品M21-3在(140±5) Ma时达到了最大埋藏深度，且在135~120 Ma期间发生快速冷却事件，随后经历了较长时间的埋藏，并在65~45 Ma期间再次发生快速冷却事件。图 4b模拟结果显示，样品M21-6在(140±5) Ma时达到了最大埋藏深度，在140~130 Ma期间发生快速冷却事件，随后经历了较长时间缓慢冷却事件，在自约20 Ma以来发生了第二次快速冷却事件。
4. 讨论
4.1 南羌塘坳陷剥蚀/冷却历史
低温热年代学技术(锆石裂变径迹、ZHe、AFT和AHe)常用来对盆地的埋藏—剥蚀历史进行研究[20, 40-41]，本文同时采用了ZHe、AFT和AHe技术的热历史模拟结果，能够较为精确地揭示南羌塘坳陷中部地区自200 ℃以来的热历史。同时，本次研究收集了南羌塘坳陷已经发表的低温热年代学数据，包括锆石裂变径迹年龄(ZFT)9个、ZHe年龄11个、AFT年龄47个和AHe年龄12个，并将其按纬度—年龄进行投图分析(图 5)，这些数据排除了来自南羌塘坳陷北缘岩浆岩的数据。
由图 5可知，南羌塘坳陷内ZFT年龄分布在70~100 Ma，最大年龄位于南羌塘坳陷中部；ZHe年龄分布在87~140 Ma，并且具有明显的自中部向南、北年龄变年轻的趋势；AFT年龄分布范围较广，从20 Ma到130 Ma，同一地区具有不同的AFT年龄，这是受到了同一地区来自不同时代地层开始遭受剥蚀的时间差异所造成的，AFT年龄显示其自南羌塘坳陷中部向南、北同样具有变年轻的趋势；AHe年龄分布范围为40~100 Ma，最大的年龄位于南羌塘坳陷中部地区。由上可知，南羌塘坳陷较老的低温热年代学年龄均分布在中部地区，且具有向南和向北变年轻的趋势(图 5)，南羌塘坳陷中部地区记录了最早的隆升剥蚀事件，随后南、北部地区才逐渐遭受剥蚀。
我们同样收集并修订了南羌塘坳陷内已发表的热历史曲线图(图 6)，由于南羌塘坳陷整体近东西向展布，其主要受到南北向挤压应力的影响而发生构造变形和隆升剥蚀。为了进一步探究南羌塘坳陷南北向隆升剥蚀历史的差异性，将所收集到的热历史曲线图按照南部、中部及北部分别进行投影(图 6)，结合区域构造事件和热历史拐点位置，认为南羌塘坳陷共经历了早白垩世、古新世—始新世和中新世以来3期的隆升剥蚀过程。
(1) 早白垩世剥蚀/冷却历史(140~100 Ma)。这一期隆升剥蚀事件在整个南羌塘坳陷均发生，中部地区记录了早白垩世早期的隆升剥蚀事件(图 6c)，而南、北部地区记录了早白垩世晚期的隆升剥蚀事件(图 6a，b)，中部地区开始遭受剥蚀的时间早于南部和北部地区。南羌塘坳陷中部嘎尔敖包地区样品M21-3和M21-6的热历史，记录了这一期的隆升剥蚀历史(图 4)，在早白垩世早期的冷却事件中，样品M21-3在20 Ma期间迅速从约130 ℃降至约85 ℃，冷却速率约为2.25 ℃/Ma；样品M21-6从约150 ℃降至约80 ℃，冷却速率约为3.5 ℃/Ma。由于南羌塘坳陷的古地温梯度为26.5 ℃/km[22]，我们估算南羌塘坳陷中部地区侏罗系在早白垩世期间的剥蚀量约为1.7~2.6 km。
(2) 古新世—始新世剥蚀/冷却历史(65~45 Ma)。这一期隆升剥蚀事件在整个南羌塘坳陷基本同时发生(图 6)。位于南羌塘坳陷中部嘎尔敖包地区的样品M21-3的模拟结果记录了这一期的冷却事件(图 4a)。其在20 Ma期间从约70 ℃降至约20 ℃，冷却速率约为2.5 ℃/Ma，南羌塘坳陷的古地温梯度为26.5 ℃/km[22]，中部地区侏罗系在这一期冷却事件中的剥蚀量约为1.89 km。
(3) 中新世以来剥蚀/冷却历史(20 Ma以来)。这一期的隆升剥蚀事件在整个南羌塘坳陷基本同时发生(图 6)。位于南羌塘坳陷中部嘎尔敖包的样品M21-6在这一时期剥蚀速率较大，样品M21-3中剥蚀速率较小。M21-6的模拟结果显示，在30~13 Ma期间，其从50 ℃降至20 ℃，冷却速率为1.76 ℃/Ma；结合其古地温梯度26.5 ℃/km[22]，我们估算南羌塘坳陷中部地区侏罗系这一期剥蚀量约为1.13 km。
羌塘地体位于青藏高原腹地，其主要由南羌塘地体和北羌塘地体组成，南羌塘坳陷位于南羌塘地体之上，其剥蚀/冷却过程受到了北部北羌塘地体、南部拉萨地体及印度大陆的会聚—碰撞—俯冲的影响。由上文可知，南羌塘坳陷早白垩世以来共发生3期隆升剥蚀事件。
早白垩世，南羌塘坳陷经历了一期快速的冷却事件，这一期剥蚀/冷却事件与拉萨地体和羌塘地体碰撞时间，即晚侏罗世—早白垩世[23, 53-57]较为一致。结合南羌塘坳陷内下白垩统的缺失，上白垩统阿布山组与下伏的上侏罗统索瓦组之间的角度不整合接触关系，我们推测早白垩世这一期剥蚀/冷却事件主要受到晚侏罗世—早白垩世拉萨地体与羌塘地体碰撞的影响(图 6c)。这一期隆升剥蚀事件在南羌塘坳陷南北向上存在差异，其中部地区首先在早白垩世早期遭受剥蚀，随后南、北地区才在早白垩世晚期开始遭受剥蚀。拉萨地体和羌塘地体的碰撞使得南羌塘地体发生强烈的地壳缩短和构造隆升，形成一系列轴向近东西的褶皱[28, 58]，南羌塘坳陷中部地区首先响应南北向挤压作用而发生快速构造隆升，使得中部地区在早白垩世早期首先遭受剥蚀，随着拉萨地体和羌塘地体持续的碰撞，剥蚀中心逐渐向南、北传递，使得南羌塘坳陷南部和北部地区在早白垩世晚期遭受剥蚀(图 6c)。这一期构造事件也使得南羌塘坳陷隆升出露地表，促使了南羌塘地体海相地层向陆相地层的转变[8, 35, 48, 59-62]。
古新世—始新世的剥蚀/冷却事件与印度大陆和拉萨地体碰撞的时间一致[23, 51, 63]，且这一期剥蚀事件在整个南羌塘坳陷基本同时发生(图 6c)。上白垩统阿布山组与上覆地层康托组间呈角度不整合接触关系。印度大陆和拉萨地体的碰撞导致了南羌塘坳陷形成大量的近东西展布且向南逆冲的推覆构造[5, 32, 35, 64]，这些逆冲推覆构造使得羌塘盆地南北向缩短达40%~50%[31-33, 35, 48, 65-66]。这一期剥蚀/冷却事件被南羌塘坳陷中部地区的样品M21-3的热历史所记录，样品M21-3和M21-6经历了不同冷却速率的热历史，这2件样品采自断层的不同构造位置，且M21-6距离近北东—南西向断层较近，这反映南羌塘坳陷的冷却/剥蚀历史除受大地构造演化的限制外，还可能受到局部构造变形的影响。
中新世以来，这一期剥蚀/冷却事件在整体南羌塘坳陷广泛存在，羌塘盆地受到印度板块持续向北俯冲作用的影响，使得古近系康托组受到南北向挤压而发生变形，并与上覆的新近系唢纳湖组呈角度不整合接触关系。南羌塘坳陷发育大量的近南北向的伸展构造，同时盆地边界走滑断层启动[5, 67-68]。位于南羌塘坳陷中部地区不同构造位置的样品记录了不同的剥蚀/冷却过程(图 2和图 4)，位于断层上盘的样品M21-6经历了较快的冷却过程，样品M21-3在这一时期的冷却速率较慢。中新世以来，这一期冷却事件在不同构造位置的表现不同，同一地层在不同构造位置经历了不同的冷却过程，表明其受到了局部构造变形的影响。
4.2 南羌塘坳陷主要断裂活动时间
南羌塘坳陷由一系列近东西向展布的逆冲推覆构造[32-33]和近南北向展布的断裂组成[5]。前人通过卷入地层、断层带40Ar/39Ar年龄和中侏罗世—早白垩世花岗岩的剥蚀时间，认为这些大规模的东西向逆冲推覆构造形成于晚白垩世[28, 31]；另一种观点基于大规模的飞来峰和地层交切关系，认为这些逆冲断层的活动时间始于晚白垩世，在新生代早期(55~40 Ma)大规模发育[32-33, 35, 65-66]。
由上文可知，整个南羌塘坳陷均记录了古新世—始新世(65~45 Ma)快速剥蚀事件(图 6)，这一期的剥蚀/冷却事件主要受到印度大陆和亚洲大陆碰撞远程效应的影响。这一时期南羌塘坳陷发育大量的近东西展布的逆冲断裂，这些断裂使得南羌塘地体发生隆升，遭受剥蚀，并在上白垩统阿布山组和始新统—渐新统康托组之间形成了角度不整合面，因此我们推测南羌塘坳陷近东西向的逆冲推覆构造的活动时间与隆升剥蚀时间一致，为古新世—始新世。值得注意的是，位于南羌塘坳陷中部地区同一近东西展布的逆冲岩席之上的2个样品(M21-6和M21-3)在这一时期具有截然不同的冷却过程。根据这2件样品距离北东—南西向断层距离的不同，我们推测这可能是受到了近北东—南西向断层的影响。由于所处构造位置和距离断层距离的不同，造成在剥蚀/冷却过程上的巨大差异。由ZHe、AFT和AHe年龄可知，样品M21-3均大于样品M21-6，由此可知，断层下盘较早遭受剥蚀作用。同时热史模拟结果显示，断层下盘经历了古新世—始新世(65~45 Ma)快速剥蚀作用(图 4a)，而同一时间断层上盘处于缓慢剥蚀状态。因此我们推测嘎尔敖包地区近北东—南西向的断层与近东西向逆冲断层同时发育，且具有走滑兼正断层的性质，北东—南西向断层作为近东西展布的逆冲断层的调节断层而存在，其在古新世—始新世的活动造成了断层上盘和下盘经历了不同速率的剥蚀作用。
南羌塘坳陷中新世以来发生了快速的剥蚀事件(图 6)，而这一时期位于中部地区的样品M21-3记录了缓慢剥蚀的历史。中新世以来，羌塘盆地受到印度大陆持续向北俯冲远程效应的影响而发育大量的近南北向裂谷，南羌塘坳陷中部嘎尔敖包地区近北东—南西向断层受到这个构造运动的影响而再次活化。断层上盘的样品M21-6距离北东—南西向断层较近，受到北东—南西向断层再次活化的影响更大，使得其经历了中新世以来较快的冷却事件；而样品M21-3距离北东—南西向断层较远，受其影响较小，与区域上其他地区一样处于缓慢剥蚀/冷却状态。因此，我们推测南羌塘地体广泛发育的近南北向正断层活动时间为中新世以来。
4.3 盆地隆升剥蚀过程与油气保存的关系
南羌塘坳陷分布着近东西展布的大型古油藏带——毕洛错—昂达而错古油藏带，前人对其的研究认为其在中侏罗世末期—晚侏罗世末期(150~140 Ma)和中新世(约20 Ma)发生过2次大规模的油气聚集和成藏[69]。本文样品采自毕洛错—昂达而错古油藏带内的嘎尔敖包地区，其真实反映了古油藏带的剥蚀/冷却历史。
第一期早白垩世剥蚀/冷却事件晚于南羌塘坳陷毕洛错—昂达而错古油藏的中侏罗世末期—晚侏罗世末期的油气聚集和成藏，同时这一期冷却/剥蚀事件使得盆地侏罗系剥蚀了1.7~2.6 km，并伴随着南羌塘坳陷近东西向大规模隔挡式褶皱的发育，这些褶皱变形与盆地主力烃源岩油气生成和运聚时空配置关系良好，为油气提供了有利圈闭构造[58, 69]。
第二期古新世—始新世剥蚀/冷却事件使得该地区地层剥蚀了1.89 km，这一期的冷却事件与印度大陆和拉萨地体的碰撞时间相一致。印度大陆和拉萨地体碰撞的远程效应，使得这一时期南羌塘地体上形成了近东西向大规模向南逆冲的推覆构造，且伴随着近北东—南西向走滑断层的发育，这一期构造运动产生的逆冲断层并伴随着隆升剥蚀事件，对早期形成油气保存的影响可能较大。
第三期剥蚀/冷却事件发生在中新世以来(约20 Ma以来)，与南羌塘坳陷第二次油气聚集和成藏时间基本同期。这一期剥蚀/冷却事件在南羌塘坳陷广泛存在，且以较缓慢的剥蚀速率进行剥蚀，同时羌塘盆地由于受到印度大陆持续的向北俯冲，发育大量的近南北向的正断层[5, 37-38], 使得先前发育的北东—南西向走滑断层再次活化，在靠近这些断层的地区遭受较快的剥蚀，剥蚀量也大于远离断层的区域。这一期剥蚀/冷却事件在区域上冷却速率较缓慢，且剥蚀量较小，其对南羌塘坳陷油气聚集和成藏的影响较为有限，而南北向正断层和再活化的走滑断层的发育范围和强度是影响油气保存的关键因素。
5. 结论
(1) 南羌塘坳陷共经历3期隆升剥蚀历史，即早白垩世、古新世—始新世和中新世以来，早白垩世南羌塘坳陷中部地区最早遭受剥蚀，随后剥蚀作用向南、北两侧传递。
(2) 南羌塘坳陷近东西向展布的逆冲断层活动时间为古新世—始新世(65~45 Ma)，北东—南西向走滑断层作为调节断层与近东西展布的断层同时开始活动。北东—南西向走滑断层受印度—亚洲大陆持续碰撞的影响，在中新世以来(约20 Ma以来)再次活动。
(3) 南羌塘坳陷第一期隆升剥蚀事件(早白垩世)晚于毕洛错—昂达而错地区的中侏罗世末期—晚侏罗世末期的油气聚集和成藏；第三期隆升剥蚀事件(中新世以来)与毕洛错—昂达而错地区的第二期的油气聚集和成藏事件基本同期。
致谢: 本文研究过程中受到中国地质调查局成都地质调查中心杨平教授和占王忠副教授在野外地质调查中给予的帮助，与南京大学李广伟教授和太原理工大学毕文军老师的交流和讨论受益匪浅，编辑和审稿专家提出了宝贵意见，在此一并感谢！利益冲突声明/Conflict of Interests所有作者声明不存在利益冲突。All authors disclose no relevant conflict of interests.作者贡献/Authors’Contributions马泽良、何治亮和罗开平参与论文写作和修改；彭金宁, 庄新兵参与实验设计；杨帆和刘栩参与了图件绘制。所有作者均阅读并同意最终稿件的提交。The manuscript was drafted and revised by MA Zeliang, HE Zhiliang and LUO Kaiping. The experiment was designed by PENG Jinning and ZHUANG Xinbing. The figures were drawn by YANG Fan and LIU Xu. All the authors have read the last version of paper and consented for submission. -
图 2 羌塘盆地南羌塘坳陷嘎尔敖包地区简要地质图及样品位置
图 2平面位置见图 1的红色虚线框。
Figure 2. Brief geological map and sampling locations of Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin
图 3 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区磷灰石裂变径迹的卡方检验[43]
Figure 3. Chi-square test of apatite fission track of Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin
图 4 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区热历史模拟
蓝色框为时间—温度限定框；“好的”结果(拟合度大于0.55)用粉红色区域表示；“可接受的”结果(拟合度大于0.05)用绿色区域表示；蓝色粗线代表所有结果的加权平均；黑色粗线代表最佳拟合曲线；红色虚线框代表冷却开始或冷却加速事件。
Figure 4. Thermal history simulation in Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin
表 1 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区砂岩样品磷灰石(U-Th)/He(AHe)结果
Table 1. Apatite (U-Th)/He data of sandstone samples from Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin
样品编号 4He /ncc 质量/mg FT1) U /10-6 Th/10-6 Th/U [eU]2)/10-6 校正年龄/Ma 误差/Ma 颗粒长度/μm 颗粒半径/μm M21-3-1A 0.017 0.000 8 0.45 7.6 74.8 9.78 25.2 67.0 1.8 106.6 61.2 M21-3-2A 0.023 0.000 7 0.44 14.9 67.7 4.54 30.8 76.9 2.1 94.4 59.8 M21-3-3A 0.033 0.000 8 0.46 6.6 53.2 8.04 19.1 174.8 5.0 94.2 64.5 M21-3-4A 0.018 0.000 7 0.40 2.0 71.6 35.63 18.8 107.7 3.2 80.0 64.3 M21-6-1A 0.047 0.001 8 0.57 5.2 242.2 46.69 62.1 61.1 1.4 126.0 80.5 M21-6-2A 0.035 0.001 6 0.55 13.6 168.6 12.42 53.2 54.2 1.0 123.3 79.0 M21-6-3A 0.024 0.001 7 0.56 10.3 101.6 9.84 34.2 57.2 1.1 141.0 76.9 M21-6-4A 0.061 0.001 9 0.60 36.5 109.3 3.00 62.2 74.8 2.8 128.6 84.8 1)α粒子射出校正系数[44]；
2)有效铀含量[45]。
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表 2 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区砂岩样品锆石(U-Th)/He(ZHe)结果
Table 2. Zircon (U-Th)/He data of sandstone samples from Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin
样品编号 4He /ncc 质量/mg FT U /10-6 Th/10-6 Th/U [eU]/10-6 校正年龄/Ma 误差/Ma 颗粒长度/μm 颗粒半径/μm M21-3-1Z 0.271 0.003 7 0.71 290.5 334.0 1.15 369.0 47.4 0.7 137.4 75.1 M21-3-2Z 0.385 0.002 1 0.67 142.5 61.3 0.43 156.9 168.6 2.9 118.2 61.6 M21-3-3Z 0.393 0.001 9 0.67 196.8 24.8 0.13 202.7 133.0 2.2 95.0 64.5 M21-3-4Z 0.594 0.001 6 0.65 309.2 69.9 0.23 325.6 129.8 2.2 97.4 59.5 M21-6-1Z 0.260 0.001 9 0.67 134.1 28.7 0.21 140.8 125.9 2.1 93.8 65.7 M21-6-2Z 0.565 0.001 5 0.63 232.1 182.1 0.78 274.9 149.9 2.5 97.2 56.7 M21-6-3Z 0.496 0.001 5 0.64 256.9 58.9 0.23 270.7 132.2 2.5 100.7 56.3 M21-6-4Z 0.480 0.001 4 0.63 215.9 129.5 0.60 246.3 143.3 2.2 89.7 57.9
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表 3 羌塘盆地南羌塘坳陷噶尔敖包地区砂岩样品磷灰石裂变径迹(AFT)结果
Table 3. Apatite fission track (AFT) data of sandstone samples from Gaeraobao area in Southern Qiangtang Depression, Qiangtang Basin
样品编号 样品信息 平均径迹长度/μm 数量 平均Dpar值3)/μm 位置 地层信息 经纬度(°N/°E) 海拔/m 未校正1) 校正2) 均值(范围) M21-3 噶尔敖包 色哇组 32°28′58.521″/89°20′11.614″ 4 770 10.10±2.29 11.67±2.05 7 2.38(1.33~3.64) M21-6 噶尔敖包 色哇组 32°29′23.043″/89°17′54.216″ 4 742 11.27±1.97 12.8±1.37 101 2.38(1.83~3.10) 样品编号 年龄结果 自发径迹 混合238U 4) /10-6 混合年龄/Ma p(χ2)5) 误差/% 中心年龄/Ma 颗粒数 径迹数 密度/106 cm-2 M21-3 41 357 1.198 0 18.7±0.86 126.1±11 0.58 6.8 133.8±7.4 M21-6 42 1 202 0.961 3 17.94±0.84 105.6±3.7 0.21 12.0 109.4±4.0 1)未经c轴投影校正的平均径迹长度；
2)经c轴投影校正后的平均径迹长度[46]；
3)与抛光面相交的径迹的最大直径；
4)各晶粒中混合铀的含量；
5)p(χ2)为卡方检验的值[43]。
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