磷灰石裂变径迹数据的热史反演及其局限性

应用一种局部优化方法——模拟退火法对磷灰石裂变径迹长度分布及径迹年龄进行热史的反演。反演中采取了Laslet等(1987)的扇型径迹退火模型。通过对理论热史模型及实测资料的反演,结果表明应用磷灰石裂变径迹数据提取热史信息是有效的。但是,由于径迹的退火主要受温度的控制,因此以前记录在径迹中的热史信息有可能被后期高温改造而难以反映。指出磷灰石径迹资料在冷却盆地的应用可以获取较精确的热史信息,而在有复杂演化史的盆地中精度较差。     

裂变径迹法与青藏高原隆升

裂变径迹法是20世纪60年代发展起来的一种放射性同位素年代学方法,以测年范围广, 样品用量少,方法简便等优点,在地质学和考古研究中获得了广泛应用.近些年,随着径迹退火特性和径迹长度研究的深入,裂变径迹方法在造山带热历史分析和构造隆升过程研究中发挥了重要的作用,它不仅能为构造隆升研究提供年代控制,而且还能获得隆升幅度、隆升速率及隆升方式以及低温热历史等比较全面的山体隆升史资料, 成为研究构造隆升十分简捷、有效的方法.本文首先简述了裂变径迹方法研究构造隆升的基本原理,然后介绍了研究构造隆升的3种方法:年龄-高程法、矿物对法和径迹长度分析法,并对青藏高原构造隆升研究进展作了简要回顾,综合分析已有的青藏高原裂变径迹年代数据,发现在中新世晚期(约10～8 Ma)之前隆升速率较慢,之后隆升速率加快,尤其是上新世晚期(4～3 Ma)以来隆升速率迅速加快.这与地层学、沉积学等其他传统方法得出来的结论基本一致.并探讨了将来青藏高原裂变径迹研究的方向.     

矿物裂变径迹年龄与青藏高原隆升速率研究

本文通过对青藏高原冈底斯花岗岩带中段花岗闪长岩中不同矿物裂变径迹年龄研究表明,青藏高原南部的隆升是分阶段的,从岩体就位到约30Ma为高原缓慢隆升阶段,30Ma-7Ma期间高原隆升速度加快,7Ma以来高原快速隆升;结合已有的有关青藏高原不同地区隆升速率、时限研究成果认为,青藏高原的隆升具有整体性、阶段性、加速性和区域的不均衡性。      

龙门山中、南段中-新生代隆升史:来自裂变径迹的证据

运用裂变径迹年代学方法对龙门山中、南段中生代地层内的磷灰石、锆石进行分析,并进行了热历史模拟,结果表明:①龙门山中、南段天全、怀远一带中生代地层最主要的强烈隆升阶段为喜山晚期,与该区的强烈构造运动时期相一致;②怀远镇西南侧及西侧剖面,喜山晚期强烈隆升阶段的时间自西侧的20Ma左右开始至东侧的7～5Ma开始并延续至今,开始强烈隆升的时间自西向东逐步变新;与龙门山造山带逆冲推覆作用在时空上具向东前展式渐进推覆的特点相对应;③部分地区存在163～155Ma、140～77 Ma、55～22Ma的隆升事件.     

大巴山中-新生代隆升的裂变径迹证据

大巴山中-新生代隆升作用的研究不仅对全面认识秦岭造山带的演化具有重要的意义,而且对川东北地区的油气勘探也具有重要的指导意义.对采自大巴山地区的18个样品进行了磷灰石裂变径迹测年及热历史模拟分析.分析结果表明大巴山自白垩世120～110Ma开始隆升,表现为持续的隆升过程,经历了快速隆升→平稳→加速隆升3个阶段,并且随着大巴山由北东向南西构造的扩展变形,隆升年龄表现出阶段性递进年轻的特点.大巴山120～110Ma的快速隆升冷却事件是秦岭造山带白垩世区域性隆升剥露作用的体现.随后大巴山进入了一个构造相对稳定的阶段,样品滞留在部分退火带中.10～6Ma以来大巴山加速隆升,这一构造事件是青藏高原东部边界向东扩展的响应.     

青藏高原东缘甘孜地区新生代隆升过程之磷灰石裂变径迹证据

通过青藏高原东缘甘孜地区7件砂岩磷灰石样品裂变径迹分析,取得了测试样品的表观年龄,运用模拟退火法对所有样品进行了热史模拟,获得了样品的热演化史;分析出甘孜地区在新生代古近纪以来经历了相似的构造演化过程,强构造隆升阶段分别发生在古近纪46~30 Ma间和新近记9 Ma以来,平均抬升速率和平均抬升量分别为1261 m/Ma、2634 m和388 m/Ma、1043 m;甘孜地区构造隆升具有不平衡性、阶段性、地区性差异,冷却速率、抬升速率和抬升幅度也存在偏差。     

辽东凸起北段新生代隆升时间的确定:来自裂变径迹的证据

对取自辽东凸起北段凸起带和陡坡带的6个岩芯样品进行了磷灰石裂变径迹(AFT)测试并分析了裂变径迹特征,选定其中2个样品在约束条件下进行热史模拟。结果表明,辽东凸起北段新生代经历了距今50 Ma±孔店组沉积期末及距今24 Ma±的东营组沉积期末的2次构造隆升。通过对辽东湾坳陷东西部的沉积结构和控凹断裂对比可知,辽东湾坳陷一系列NE向隆起具有相似的发育机制。结合渤海湾盆地区域构造背景,推断辽东湾坳陷辽东凸起的形成是古近纪地幔热活动引起的伸展作用在孔店组沉积期末的构造响应,形式为拆离性质的翘倾断块;而辽东凸起的第二次抬升是受东营组沉积期末发生的区域性构造抬升运动影响的结果。     

青藏高原北缘昆仑山中段构造隆升的磷灰石裂变径迹记录

3组磷灰石裂变径迹年龄分别反映出阿尔金地块白垩纪末(69.5±2.9)Ma、昆仑山前山地带和昆仑山后山地带(高原区北缘)上新世晚期(4.2±0.8)Ma和(3.9±0.6)Ma、早更新世中期(1 66±0.31)Ma等3次构造抬升事件.根据磷灰石裂变径迹分析样品的古埋深及据前人有关资料推测的古地表高程,换算出样品的古海拔高程,再由高程差得出绝对构造抬升量,绝对抬升速率为绝对抬升量与时间(裂变径迹年龄)差之比.计算结果阿尔金山北缘69Ma以来总共抬升了 4 940m,平均抬升速率为0.072mm/a.昆仑山前山地带4.15Ma至1.66Ma间总共抬升了1 380m,平均抬升速率为0.55mm/a;1.66Ma以来总共抬升了4140m,平均抬升速率为2.49mm/a.昆仑山后山地带3.85Ma至1.66Ma间总共抬升量约为1 500m,平均抬升速率为0.70mm/a;1 66Ma以来总共抬升量约为5140m,平均抬升速率为3.19mm/a.结合有关阶地特征及年龄,推算出21 ka左右的晚更新世末以来昆仑山后山的抬升速率可能达11mm/a.昆仑山后山地带较前山地带4Ma以来相对抬升了1120m,二者的平均隆升速率比约为1.2.     

吕梁山新生代隆升的裂变径迹证据及其隆升机制探讨

从中生代大沉积盆地的一部分到现今南北向巨型山系且不同时代地质体平面上共存是吕梁山差异隆升、剥蚀的结果。为研究吕梁山隆升过程,在山体北、中、南地貌及地层突变部位进行了详细野外调查和基于磷灰石裂变径迹的热年代学研究。区域剥蚀厚度差异及"径迹年龄-高程"关系都表明地壳均衡隆升并非吕梁山隆升主导机制,受控于逆冲断裂的东-西向差异剥蚀及裂变径迹退火的空间变化规律共同证实南北向断裂的双向逆冲才是吕梁山差异隆升的动因。依据山体不同部位的裂变径迹年龄,可将吕梁山新生代隆升过程细分为(58±3)Ma、(40±3)Ma、(30±3)Ma、(23±3)Ma和(10±3)Ma五个阶段:吕梁山新生代隆升起始于(58±3)Ma;此后,宁武断裂于(40±3)Ma启动,开启了差异隆升的序幕并奠定了吕梁山北段东部之主体格局;西部晋西挠褶带与吕梁断隆的差异剥蚀形成时间各不相同,北部不晚于(30±3)Ma,中段主要为(23±3)Ma,南段于(10±3)Ma得到进一步加强并形成明显的地势差。     

鄂尔多斯盆地渭北隆起岐山－麟游地区中新生代构造热演化及地质响应——来自裂变径迹分析的证据

本文通过对渭北隆起西南缘岐山-麟游地区构造变形特征进行研究,结合磷灰石、锆石裂变径迹测试分析及热史模拟,探讨了研究区中新生代构造热演化过程及地质响应。结果表明,燕山运动对研究区影响最大,使得研究区发生大规模构造变形及抬升,研究区中生代以来至少包括三次构造抬升:晚侏罗-早白垩世早期(138~128Ma)、早白垩世末以来,主要是晚白垩世(86~69Ma)和始新世(50~40Ma)。AFT年龄的空间分布暗示了研究区抬升冷却具有南早北晚、后期整体抬升的特点。热史模拟结果表明研究区南部在158Ma达到最大古地温,158~130Ma,样品快速抬升至部分退火带,130~40Ma为缓慢抬升,40Ma以来抬升速率明显加快。研究区中新生代构造热演化过程与相邻构造单元的相互作用具有密切的联系,晚侏罗世构造抬升与秦-祁造山带此时进入强烈多旋回陆内造山过程相对应,早白垩世稳定沉降期是鄂尔多斯盆地油气成熟的关键时期,晚白垩世以来的构造抬升与秦岭造山带抬升具有一致性,始新世以来的快速隆升,与渭河盆地北缘翘倾作用有关。     

黔中隆起金沙地区中新生代隆升剥蚀的裂变径迹分析

对贵州金沙地区取样进行了裂变径迹热史模拟,结合地质分析再现了黔中隆起的沉降和隆升剥蚀作用过程。该地区经历了180～70Ma时期的沉降埋藏增温和70Ma之后的剥蚀冷却降温两大阶段。沉降阶段的增温速率为0.909℃/Ma,对应的T3—K的沉积厚度约为4550m。冷却降温曲线分为三段:70～15Ma,样品温度从120℃降低到60℃,冷却速率为1.09℃/Ma;15～5Ma为一个"平台"期,样品温度维持在60℃左右;5Ma至今,样品温度从60℃快速冷却至20℃,冷却速率达8℃/Ma,这与喜马拉雅期云贵高原的整体隆升和晚期快速崛起相对应。计算表明,晚白垩世以来的隆升剥蚀量达2800m左右。     

华山新生代隆升-剥蚀历史的裂变径迹热年代学分析

综合分析前人的热年代学数据发现华山地区自晚白垩世以来至少经历了三次快速隆升阶段，在120—57Ma间华山经历了缓慢隆升过程，约57Ma以来华山开始相对渭河地堑的快速隆升。其中，57—42Ma间、32—22Ma间和约8Ma以来均为相对快速隆升阶段，视隆升速度约为0．18～0．23mm／a；而42—32Ma问和22～8Ma间则为相对缓慢隆升过程，视隆升速度约为0．01mm／a。约57Ma以来华山的隆升—剥蚀量约为8．5km，平均隆升速度约为0．15mm／a；约32Ma以来的总隆升幅度约为4．5～5．1km，平均视隆升速度约为0．14～0．16mm／a。晚中生代以来华山的隆升过程实际上反映的是东秦岭的隆升过程，与区域地貌结构和周缘断陷盆地的演化过程有密切的成因联系，它表明东秦岭地区的三级等高峰顶面是120—57Ma、42—32Ma和22～8Ma间山脉缓慢隆升—剥蚀的结果，同时反映57—55Ma是渭河盆地开始快速裂陷和秦岭北麓正断层开始强烈活动的时间。     

大兴安岭东南坡新生代隆升及地貌演化的裂变径迹研究

通过磷灰石裂变径迹热年代学研究,揭示了新生代时期大兴安岭东南坡平均隆升速率为29.68m/Ma,大约隆升了1 944 m,平均降温103.50℃,平均地温梯度为53.24℃/km。在时间上,其隆升剥蚀具有明显的幕式特点,5次低速和4次高速隆升相间分布。其中,4个高速隆升期分别是距今56.44~49.65Ma、40.40~31.80 Ma2、5.00~17.91 Ma1、1.72~4.45 Ma。在空间上,隆升存在差异,根据其隆升剥蚀情况,可将新生代大兴安岭东南坡的地貌演化分为4个阶段:(1)距今65.50~56.44 Ma为以FT4为分隔点的定点分隔型地貌;(2)56.44~40.40 Ma为挠曲下降型地貌;(3)40.40~8.00 Ma为以FT1为分隔点的定点分隔型地貌;(4)8.00~0.00 Ma为以FT7为分隔点的定点分隔型地貌。在总体隆升的高速期,地貌类型发生转换。     

黄陵隆起中-新生代隆升作用的裂变径迹证据

通过对8个样品磷灰石裂变径迹年龄和3个样品锆石裂变径迹年龄的测定以及时间-温度热演化历史的反演,研究黄陵隆起中新生代的隆升作用过程,结果表明：黄陵隆起自晚三叠世200Ma开始隆升,表现为持续的隆升过程,经历了4个阶段：200Ma～160Ma±的缓慢隆升冷却作用阶段;160Ma～98．4Ma的快速隆升冷却阶段,岩体进入磷灰石部分退火带中;之后进入了一个构造相对稳定的阶段,样品滞留在部分退火带中;随后36．7Ma～28．4Ma以来,再次快速隆升剥蚀冷却。两次快速的隆升作用指示了中扬子地区两次强烈的构造活动和构造变革。作为印支期以来持续的古隆起,黄陵隆起周缘地区是中扬子地区海相油气运聚有利的指向区。     

四川盆地东南缘中新生代构造隆升的裂变径迹证据

通过对四川盆地东南缘8件不同层位的磷灰石样品裂变径迹的分析,获得了该区中新生代构造隆升的时限,并分析了其构造和油气地质意义。磷灰石裂变径迹分布形态总体具有单峰特征,部分具有双峰特征,平均径迹长度在10～13μm,标准偏差在1.5～2.5μm,反映了磷灰石在地质历史时期经历过较缓慢的冷却退火过程。样品的热史模拟结果显示,所有样品在进入部分退火带(PAZ)以后没有再经历明显的沉降埋藏,均表现为持续的隆升,但不同地区进入隆升期的先后次序不同。盆地东南缘的隆升起始时间在95～60Ma左右,即晚白垩世—古近纪,向北到达盆地边缘的时间为40～35Ma,为古近纪晚期。几乎所有的样品都具有晚期快速抬升的特点,抬升时限均在10Ma以内,多数小于5Ma,部分小于2Ma。从油气地质的角度看,川东南地区喜山期的强烈隆升一方面可能造成已有的气藏破坏,另一方面也可能有利于形成新的具裂缝性储层的岩性气藏或者水溶气气藏。     

依连哈比尔尕山和博格达山中新生代隆升的时空分异:裂变径迹热年代学的证据

依连哈比尔尕山和博格达山同属于北天山构造带,它们的裂变径迹测年证据表明,依连哈比尔尕山于134 Ma～118 Ma开始隆升,中生代以来经历了5期隆升过程:134.1 Ma～118.6 Ma,68.2 Ma～65.5 Ma,37.1 Ma～36.2 Ma,23.8 Ma和9.8 Ma;博格达山于152 Ma～106 Ma开始隆升,中生代以来经历了4期隆升过程:152.3 Ma～106.3Ma.65 Ma.43.9 Ma～42.6 Ma和25 Ma.博格达山磷灰石裂变径迹年龄与样品高程具正相关性,依连哈比尔尕山磷灰石裂变径迹年龄与样品高程具负相关性.中新生代隆升年代学及隆升机制在区域小尺度上具有明显的差异.对比北天山中尺度以及整个天山大尺度上中新生代、特别是65 Ma以来的隆升和演化在时间和空间上同样具有明显的分异性.导致这种时空分异的原因一方面是印度板块与欧亚板块碰撞的远程挤压效应的动力诱导,更主要的原因可能与天山造山带不同区域深部(地幔和地壳)特定条件下的差异性活动、热一流变学性质的差异性以及不同构造边界活动的差异性有关.     

青藏高原北部中—新生代构造—热事件:来自柴西碎屑磷灰石裂变径迹的制约

柴西地区堆积了巨厚的新生界,不仅赋存有青海油田,且因紧邻阿尔金断裂和昆北断裂而蕴藏丰富的盆山耦合信息.对碎屑磷灰石的裂变径迹测试结果进行分析研究后认为,自渐新世以来,研究区经历了早期(32～3 Ma或4 Ma)的压陷-抬升和晚期(＜3 Ma或4 Ma)的快速整体挤压-隆升2个时期.进一步的分析表明:柴西及其周缘山地从晚...     

青藏高原东部雀儿山地区新近纪隆升速率探讨——来自雀儿山花岗岩体磷灰石裂变径迹证据

通过青藏高原东部川西地区雀儿山花岗岩体磷灰石裂变径迹分析,新获得了4个磷灰石裂变径迹年龄值,分别为4.9 ±0.3Ma、6.2 ±0.5 Ma、7.2 ±0.4 Ma和7.3 ±0.7 Ma。运用径迹年龄-地形高差法计算出雀儿山花岗岩体新近纪的隆升速率,为0.15~2 mm/a,平均隆升速率为0.78mm/a。隆升速率在每个阶段有所不同,但呈现出一种快速隆升→缓慢隆升的过程,为整个青藏高原东缘的隆升过程提供了约束条件。     

喜马拉雅造山带晚新生代构造隆升的裂变径迹证据

喜马拉雅造山带的隆升,在地质学研究中是一个非常让人感兴趣的问题,为了对其进行定量研究,揭示隆升历史及幅度等相关问题,运用磷灰石、锆石裂变径迹法对研究区淡色花岗岩进行了分析,所取样品的裂变径迹年龄位于17.0~5.7 Ma之间,小于其地层时代或侵入年龄(40~17 Ma),表明研究区喜马拉雅造山带的强烈隆升开始于晚新生代.用磷灰石裂变径迹年龄来计算可知,研究区内花岗岩5.7 Ma以来的冷却速率和剥蚀速率分别为18.421 ℃/Ma和0.526 mm/a.5.7~9.2 Ma间的相对抬升与剥蚀速率为0.229 mm/a,9.2~17.0 Ma间的相对抬升与剥蚀速率为0.032 mm/a.用锆石裂变径迹年龄来计算知,研究区内花岗岩16.2 Ma以来的冷却速率和剥蚀速率分别为12.963 ℃/Ma和0.370 mm/a,冷却速率和剥蚀速率均小于用磷灰石计算的结果.因此说喜马拉雅造山带从9.2 Ma到现在隆升和剥蚀的速率是处于加快的状态.      

运用磷灰石裂变径迹分析鄂尔多斯盆地周缘中新生代沉降隆升史

通过对鄂尔多斯盆地磷灰石裂变径迹资料深入分析与反演模拟,定性半定量地研究了该区相关岩石组合的地热演化史.结果表明,晚侏罗世晚白垩世早期(160～90 Ma)盆地具东升西降的特点,东部以约25 m/Ma的速率隆升,造成1500～2000 m的剥蚀量;晚白垩世末至始新世早期(90～23 Ma),盆地具整体隆升特点,盆地南部和西部隆升幅度达1500～2000 m,盆地东部表现为弹性回返,隆升缓慢,幅度小于500 m;中新世早期以来(23 Ma至今),全盆快速隆升,周边隆升速率达45～108 m/Ma,造成1000～2500 m的剥蚀量.对盆地内砂岩型铀矿年龄资料对比分析表明,后生铀成矿作用过程基本上都发生在盆缘相对快速隆升阶段.