从裂变径迹分析探讨房山岩体地质热历史

测定了房山岩体内部相的花岗闪长岩中磷灰石和榍石的裂变径迹年龄和磷灰石自发和诱发裂变封闭径迹长度。根据磷灰石自发裂变封闭径迹平均长度和年龄对岩体热历史进行了模拟和探讨，长度分布模拟特征和参数与实测结果基本一致。并依据磷灰石和榍石裂变径迹年龄和封闭温度探讨了岩体的冷却和上升速度。     

热年代学基本原理、重要概念及地质应用

岩石和矿物的同位素年龄从根本上取决于它们的综合热历史,而热年代学是一种能够分析其热历史的技术。岩石中一些矿物核衰变会生成子产物(同位素或矿物晶格的结构损伤),而热活化会使这些子产物逸失,热年代学主要分析子产物累积和逸失之间的相互关系。由于温度随地球岩石圈深度增加而升高,因此可以将温度信息转换为热年代学数据;应用热年代学可以分析岩石在给定时间内停留在地表以下的深度,从而获得地表到下地壳的多种地质过程的关键信息,其分析原理在于其同位素封闭系统。同位素系统在高温下均会表现为开放系统,即子产物通过扩散比核衰变逃逸更快;在低温下则表现为封闭系统,即子产物逃逸速率非常慢,以致在百万年为单位的地质时间都可以保留在原岩石和矿物中。从开放系统到封闭系统的切换不是瞬间完成,而是在离散的温度区间内进行的,这个区间称为部分保留区。封闭温度位于这个温度区间内,可以定义为热年代学系统中与其表观年龄相对应的温度。本文介绍了封闭温度≤350～400℃,(40)~Ar-(39)~Ar、裂变径迹和(U—Th)/He的测年原理、发展历史和样品选择;详细分析了封闭温度,部分退火区与部分保留区,裂变径迹年龄类型,滞后时间等重要概念;说明了岩体垂直运动、温度历史和其子产物积累之间所代表的年龄—海拔关系;进一步阐述了抬升、剥露和剥蚀定义,以及是否考虑均衡回弹情况下的关系。热年代学与其它年代学应用案例包括:约束地层和矿产年龄、隆升剥蚀、盆地演化、构造演化、矿床热历史演化与保存变化等方面。地球科学研究不断深化,综合热年代学有助于其更深入研究,可以带来更多丰硕成果。     

裂变径迹技术及其地质应用

裂变径迹技术以样品用量少、封闭温度低以及测年范围广等优势,被广泛应用于地质学研究中。完全退火或部分退火样品可有效记录岩体的冷却-剥露历史,限制构造活动起始时间,探讨上覆岩石的风化剥蚀历史与矿床保存变化之间的关系,定量化矿床隆升剥蚀量,实现找矿预测; 锆石裂变径迹封闭温度对应天然气生成温度区间,可运用于油气勘探研究计算中; 近年来结合元素含量分析的裂变径迹技术还可进行物源分析,LA-ICP-MS技术的引进为测量低U含量矿物的径迹带来了曙光。系统总结了磷灰石与锆石裂变径迹退火特性的研究成果,以及温度、化学成分、结晶各向异性及D_par值等因素对磷灰石径迹退火特性数据解释可能产生的影响,锆石径迹热稳定性的降低主要受制于辐射损伤效应。实验室退火特性研究为了解繁杂的径迹退火化学动力机制提供了重要的理论参考,但在实际的数据解释中需结合地质背景,以获得更为清晰的地质热事件演化研究时间格架。结合径迹测年在矿床、山体隆升剥蚀、盆地热史等研究的典型案例分析,以期为裂变径迹应用的相关研究提供参考。     

碳酸盐岩层系热历史恢复的有机质自由基古温标研究

古温标是恢复沉积盆地热演化历史的重要指标之一。目前,有众多的古温标用于碳酸盐岩层系热历史的恢复,既有沥青反射率(Rb)、牙形石色变指数(CAI)、镜状体反射率、有机质自由基浓度(N)、激光拉曼光谱等有机质古温标,也有矿物的裂变径迹热定年、岩石声发射、伊利石结晶度等矿物古温标,但他们都有不同的适用范围。本文针对有机质自由基浓度作为古温标在碳酸盐岩层系热历史恢复中的应用进行了探索研究。根据不同受热时间和加热温度下的热模拟试验,分析了型和型有机质的自由基浓度的热演化特征,得到了自由基浓度与时间-温度(TTI)的定量关系;由此建立了自由基浓度(N)与时间-温度(TTI)的定量模型并将之应用于塔里木盆地TZ12井的热历史研究。依据自由基浓度古温标模拟得到的TZ12井区奥陶纪时期的古地温梯度为3℃/100m左右,该结果与前人对该地区热史研究的结论及本研究中依据磷灰石裂变径迹模拟的结果相一致。对于经历了多期构造运动的下古生界碳酸盐岩层系的热史恢复,最好是多种古温标并用,多种方法综合运用,才能精确地恢复有机质的热演化史。     

裂变径迹方法在大地构造学中的一些应用

文章介绍了近年来地学工作者利用锆石，磷灰石的裂变径迹技术在造山带，构造盆地，大型断裂方面的研究成果，裂变径迹技术可给出岩石冷却年龄，时间，一温度演化轨迹，并用之探讨不同构造区的构造隆升时间，强度，活动分布模式以及演化规律，所列事实说明裂变径迹技术能为重塑上地壳大地的构造活动模式，演化历史提供有益帮助。     

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。     

裂变径迹定年技术在构造演化研究中的应用

裂变径迹技术是一种以磷灰石和锆石等矿物为定年对象的低温热年代学方法,特别适用于研究上地壳岩石冷却剥露的时间和过程。该技术在地学中的应用早期以定年为主,随着对裂变径迹长度分布特征与裂变径迹退火特性的深入研究,这种方法得到更广泛的应用,在此基础上综述了裂变径迹技术在下列构造演化问题中的应用和进展,包括：（1）造山带隆升时代及隆升速率的研究;（2）造山带热演化历史的研究;（3）快速蚀顶或冷却事件的年代确定;（4）盆地反转时代的确认;（5）盆地基底岩系构造热历史的研究;（6）盆山耦合过程的研究。     

沉积盆地有机质自由基热演化特征及其作为古温标的探索

恢复沉积盆地热历史的方法主要有古地温指标法和动力学模拟法两类.古温标法中最常用的为有机质成熟度和矿物裂变径迹,动力学模拟法中最常用的是盆地的拉张模型和挤压模型.本文针对Ⅰ型有机质自由基浓度作为沉积盆地古温标进行了探索研究.分析了自然演化系列Ⅰ型有机质的自由基的热演化特征;根据自然演化系列的Ⅰ型有机质自由基浓度及时间-温度指数(TTI)数据,对热模拟实验下的Ⅰ型有机质自由基浓度及时间-温度指数(TTI)值进行校正,由校正后的数据初步建立了Ⅰ型有机质的自由基浓度(Ng)与时间-温度指数(TTI)的定量模型.     

裂变径迹分析技术综述——参加29届国际地质大会专题汇报

自1940年发现~(238)U自发裂变现象的20年之后,1962年Price等首次用光学显微镜观察到云母中经化学蚀刻扩大了的~(238)U自发裂变径迹。1965年,Walker等基于自发裂变径迹计数测定了矿物的年龄,提出了裂变径迹定年法。现在裂变径迹(FT)分析巳从一种不太成熟的传统地质年代学成为一种分析(低温)地质热历史的有经济价值的技术。裂变径迹的时间—温度路径不仅提供了地壳动力学机制的年代学,而且也提供了估计地壳冷却和剥蚀作用的速率的定量指标。裂变径迹热年代学还提供了关于地壳碰撞的时限和随后的抬升及侵蚀参数,为决定岩石圈的拉伸和裂陷作用后的剥蚀型式提供证据。该方法巳在许多地质问题的研究中得到了应用。     

西秦岭阳山金矿带成矿热年代学:锆石和磷灰石裂变径迹研究

阳山金矿带因其独特的构造位置、超大型金资源量以及成矿后区域发生大规模隆升剥蚀事件,成为矿床学领域研究热年代学的理想选区。本文针对金矿带成矿后热历史演化开展锆石和磷灰石裂变径迹研究,获得如下成果：（1）锆石裂变径迹年龄值分布范围为(287.0±21)～(101±3) Ma(1σ),且不同岩性的年龄值各有特征,砂板岩锆石裂变径迹年龄值跨度最大(287～107 Ma),千枚岩锆石裂变径迹值分布范围为177～101 Ma,斜长花岗斑岩中锆石裂变径迹年龄值为193～185 Ma;（2）磷灰石裂变径迹年龄值分布范围为(69±7)～(46±14) Ma(1σ),径迹长度及其分布特征显示金矿带在晚白垩世—古新世的地层冷却表现为单调且缓慢地通过磷灰石裂变径迹的封闭温度。根据金矿带热历史演化分析,结合研究区古地温梯度、成矿深度数据,得出泥山矿段先于葛条湾矿段剥蚀,阳山金矿带自白垩纪以来地层总剥蚀厚度约为12.24 km,矿体剥蚀厚度上限约为880 m,推测阳山金矿带北部地层剥蚀少的矿段有较大的找矿潜力。     

裂变径迹定年方法的进展及应用

裂变径迹分析方法利用裂变径迹年龄及裂变径迹长度分布形态来反映随时间产生的裂变径迹积累及由温度控制的退火(裂变径迹缩短或消失)两种因素综合作用的结果。近几年来，有关磷灰石的退火特征进行了大量实验和野外研究，取得了较大进展。本文通过对80年代以来国内外裂变径迹研究状况的追踪调研结果，简要介绍裂变径迹定年方法的主要进展及应用情况。     

裂变径迹法在研究造山带隆升过程中的应用介绍

介绍了４种类型的造山带隆升－冷却模式,不同模式对应不同的磷灰石裂变径年龄－－高程图特征;了不同构造造背景下的热历史特征一裂变径迹年龄序列。裂变径变宅遮挡同统计分布型式对应于不同的热历史,具有不同的年代学意义。     

Age and Thermal History of the East Ore Section,Bayan,Obo Deposit—A Fission Track Study

Considerable attention has been paid in recent years to the study of geothermal history by using spontaneous fission tracks of 238U recorded in minerals.Apatite and zircon were used for fission track study in this paper because apatitie has been widely used as a natural geothermometer(Wang Shicheng et al., 1994) to reveal the thermal evolution of sedimentary rocks based on its low annealing temperature of fission tracks and zircon is characterized by a closing temperature above 700℃,The samples were collected from ferruginous,siliceous slate wall rock at the upper levels of the orebody and Nb-REE-Fe ores from deep tunnels.The age and thermal evolution of the orebody were discussed in terms of fission track characters and their length variations observed in the coexisting apatite and zircon in the same specimen.     

鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿地球化学研究进展

叙述了元素地球化学、同位素地球化学和有机地球化学等方面在鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿的研究新进展。该区的研究成果丰硕。从元素地球化学的研究明确了矿石及其围岩的岩石地球化学特征,讨论了铀成矿的地质环境,围岩与铀成矿的关系。利用同位素地球化学的方法厘定了铀的成矿时代,利用裂变径迹的研究构建了该区的地质热力学演化历史,推测了成矿时代与构造演化历史之间的联系。综合同位素地球化学,有机地球化学和地质热力学演化等多方面的观点讨论了铀源和成矿流体的来源及有机质在铀成矿中发挥的作用。     

山东莒南地质公园发现小型兽脚类恐龙足迹化石MinisauripUS

在山东省莒南地质公园内发现6个小型恐龙足迹化石,被归入足迹属Minisauripus。化石产于下白垩统大盛群田家楼组．时代为早白垩世巴列姆（Barremian）-阿普特期（Apdan）。5个较大,长约6cm,产于下部“主”层面上,其中4个组成2节行迹：1个较小,长约3cm,位于“主”层面30cm之上的上部层面上。山东Minisauripus的特征是：足迹个体小（长3．1～5．6cm,宽2．0～3．7cm）,三趾型,略不对称;足迹纵长,各趾近平行,趾垫较清晰;趾末端较钝,但爪迹较尖。Ⅲ趾比Ⅳ趾略长,而Ⅳ趾比Ⅱ趾略长且窄。此外,步幅较长,足长与步长之比约为10：1。与四川、韩国Minisau却淞不同之处是：足迹个体较大,长约是它们的2倍。继中国四川和韩国之后,山东是Minisau而淞在全球的第三个发现点。     

东昆仑中生代隆升剥露历史

位于中央造山带西段的东昆仑造山带因多期次造山和复杂演化历史而备受关注,约束其中生代隆升剥露历史,对于理解青藏高原大规模隆升在东昆仑地区的扩展及影响颇具意义。东昆仑造山带内中生代侏罗系-白垩系地层缺失严重,体现中生代以来强烈的隆升剥露过程,也是该区热演化的研究难点。本文通过对东昆仑造山带样品的磷灰石、锆石裂变径迹分析和热演化史研究,并结合东昆仑及周缘地区现有低温热年代学研究,识别出东昆仑造山带所经历的五次隆升冷却事件,即201~193Ma（早侏罗世）、172~152Ma（中-晚侏罗世）、120~98Ma（早白垩世末-早白垩世初）、98~20Ma（晚白垩世-中新世）及20~0Ma（中新世至今）。所获5个年龄组响应东昆仑地区所经历的构造热事件,其中201~193Ma年龄组响应南部羌塘地块与昆仑地块的碰撞事件;172~152Ma年龄组为中-晚侏罗世古特提斯洋闭合后,造山后伸展的构造事件的记录;120~98Ma热事件吻合拉萨地块和羌塘地块碰撞事件;98~20Ma年龄组为东昆仑地区长期缓慢剥蚀去顶过程的印证;20~0Ma的快速隆升剥露事件则为东昆仑周缘断裂系活化相伴,多期隆升剥蚀事件均得到地层不整合及沉积记录等研究成果的证实。区内剥蚀起始时间从由南到北逐渐变老,体现东昆仑地区隆升剥蚀的不均一性。     

Confined fission track lengths in apatite: a diagnostic tool for thermal history analysis

Fission-track ages in apatite are generally accepted as giving a measure of the time over which a sample has been exposed to temperatures below approximately 100° C. A compilation of the lengths of confined fission tracks in a wide variety of apatites from different geological environments has shown that the distribution of confined track lengths can provide unique thermal history information in the temperature range below about 150° C over times of the order of 10⁶ to 10⁹ years. The distribution of confined lengths of freshly produced induced tracks is characterised by a narrow, symmetrical distribution with a mean length of around 16.3 m and a standard deviation of the distribution of approximately 0.9 m. In volcanic and related rocks which have cooled very rapidly, and never been reheated above about 50° C, the distribution is also narrow and symmetric, but with a shorter mean of 14.5 to 15 m, and a standard deviation of the distribution of approximately 1.0 m. In granitic basement terrains which are thought never to have been significantly disturbed thermally, since their original post-emplacement cooling, the distribution becomes negatively skewed, with a mean around 12 or 13 m and a standard deviation between 1.2 and 2 m.This distribution is thought to characterise slow continuous cooling from temperatures in excess of 120° C, to ambient surface temperatures. More complex thermal histories produce correspondingly complex distributions of confined tracks. The continuous production of tracks through time, coupled with the fact that the length of each track shrinks to a value characteristic of the maximum temperature it has experienced, gives a final length distribution which directly reflects the nature of the variation of temperature with time. Most distinctive of the myriad possible forms of the final distribution are the bimodal distributions, which give clear evidence of a two-stage history, including high and low temperature phases. The study of confined length distributions therefore offers invaluable evidence on the meaning of any fission-track age, and bears the potential of providing rigorous constraints on thermal history in the temperature regime below about 150° C. The results of this study strongly suggest that any apatite fission-track age determination should be supported by a confined track length distribution.     

A Bayesian approach to calibrating apatite fission track annealing models for laboratory and geological timescales

We present a new approach for modelling annealing of fission tracks in apatite, aiming to address various problems with existing models. We cast the model in a fully Bayesian context, which allows us explicitly to deal with data and parameter uncertainties and correlations, and also to deal with the predictive uncertainties. We focus on a well-known annealing algorithm [Laslett, G.M., Green, P.F., Duddy, I.R., Gleadow. A.J.W., 1987. Thermal annealing of fission tracks in apatite. 2. A quantitative-analysis. Chem. Geol., 65 (1), 1-13], and build a hierachical Bayesian model to incorporate both laboratory and geological timescale data as direct constraints. Relative to the original model calibration, we find a better (in terms of likelihood) model conditioned just on the reported laboratory data. We then include the uncertainty on the temperatures recorded during the laboratory annealing experiments. We again find a better model, but the predictive uncertainty when extrapolated to geological timescales is increased due to the uncertainty on the laboratory temperatures. Finally, we explictly include a data set [Vrolijk, P., Donelick, R.A., Quenq, J., Cloos. M., 1992. Testing models of fission track annealing in apatite in a simple thermal setting: site 800, leg 129. In: Larson, R., Lancelet, Y. (Eds.), Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results, vol. 129, pp. 169-176] which provides low-temperature geological timescale constraints for the model calibration. When combined with the laboratory data, we find a model which satisfies both the low-temperature and high-temperature geological timescale benchmarks, although the fit to the original laboratory data is degraded. However, when extrapolated to geological timescales, this combined model significantly reduces the well-known rapid recent cooling artifact found in many published thermal models for geological samples.