青藏高原周围河流基岩和碎屑矿物低温热年代学研究进展

大型河流是陆源碎屑物质搬运入海、入盆的主要方式,对全球地球化学循环起到了重要的作用。青藏高原是东亚和南亚大型河流的主要发源地,来源于这些河流的碎屑沉积物,不仅提供了源区重要的地质演化信息,同时还记录了河流本身的演化发育情况。碎屑矿物(锆石、磷灰石等)低温热年代学方法可对河流物源区进行限定,建立其源-汇沉积体系;还可以结合区域构造变形分析,获得河流潜在的物源区和高原地貌格局的形成年代,是近几年的研究热点。文中在近几年青藏高原周围的大型河流碎屑矿物和河谷基岩低温热年代学研究结果的基础上,对这些成果进行了总结和梳理。提出在进行河流碎屑矿物低温热年代学分析时,应在河流上游、中游和下游关键地点进行系统采样,同时加强主要支流的样品分析,才能给出更为详尽的区域热历史演化结果。在河谷基岩低温热年代学分析时,针对同一河流不同河段采用同一低温热年代学方法和不同河段同一研究位置采用多矿物(磷灰石、锆石等)低温热年代学分析方法,给出的河流下切时间序列更完整。并建议在青藏高原地区,将河谷基岩和河流碎屑矿物低温热年代学结果相结合,同时运用研究区内构造分析以及其他沉积学等研究结果,可提供研究区内详细的构造和河流自身演化过程。     

天山中新世早期快速剥露：磷灰石裂变径迹与（U-Th）／He低温热年代学证据

天山造山带新生代剥露过程与构造演化历史一直是国内外地学界关注的热点．本文联合运用磷灰石裂变径迹（AFT）和（u—Th）／He（AHe）低温热年代学技术,重建了新疆天山巴仑台剖面基岩山体的热演化历史,分析了剥露速率的变化特征,结合前人研究成果进一步探讨了新生代天山地区剥露作用过程的基本特点．结果表明,巴仑台剖面磷灰石样品的裂变径迹年龄集中在40～60Ma,（U—Th）／He年龄为10～40Ma;裂变径迹时间一温度史模拟结果表明巴仑台地区中新世早期以来剥露作用明显增速,剥露速率由之前的〈30mMa-1增大为〉1001TIMa-1;基于AFT与AHe年龄,利用年龄～封闭温度法以及矿物对法计算得到的剥露速率也表明该地区新生代剥露作用自中新世早期开始加速,并且在晚中新世剥露作用进一步增强．本文所揭示的快速剥露过程也存在于天山造山带其他地区．从整个天山造山带来看,开始于中新世早期的快速剥露是新生代天山地区一次重要的剥露作用过程．     

青藏高原新生代构造隆升阶段的时空格局

青藏高原不同部位低温热年代学记录、沉积记录和构造变形记录揭示出存在60~35,25~17,12~8Ma（藏南17~12Ma）和大约5Ma以来4个主要强构造隆升剥露阶段.除了藏南地区在17~12Ma发生藏南拆离系的活动及其所控制的高喜马拉雅结晶基底岩系的快速抬升剥露这一特殊情况外,青藏高原不同地区主要强构造隆升剥露阶段具有准同时性.几个强隆升剥露阶段对应于几个强构造变形活动时期,反映隆升剥露主要受构造动力控制.新生代以砾岩为代表的粗碎屑物的分布、前陆盆地或走滑拉分盆地的分布及其沉积充填、角度不整合的发育和地层间断缺失,以及受断裂控制的盆山地貌变迁和高原扩展与青藏高原几个强构造抬升剥露阶段也具有良好的匹配关系.本文还讨论了青藏高原作为地表隆升的高原形成过程,揭示高原的形成是随时间演变不断扩展的过程.     

大别山区域低温剥露作用: 基于(U-Th)/He和裂变径迹年代学数据的模拟

大别山高温剥露作用研究已相当成熟, 而白垩纪特别是晚白垩世以来的区域低温剥露研究还比较薄弱, 低温年代学即是解决这一问题的重要途径之一. 本文依据大别山现有岩浆岩与变质岩的磷灰石、锆石裂变径迹和(U-Th)/He数据, 综合考虑热传导、热对流、地形及放射性热产生等因素对地温场造成的影响, 应用Mancktelow法和Braun法, 系统地对整个区域的低温年代学测年结果进行剥露速率计算, 获得了大别山白垩纪以来尤其是晚白垩世以来的剥露速率等值线图以及区域差异剥露趋势. 大别山白垩纪以来天堂寨地区及郯庐断裂带南部剥露速率(0.08~ 0.10 km/Ma)大于大别山其他地区(0.04~0.07 km/Ma). 这种区域差异剥露可能与NNE向断裂系区域差异走滑引发的构造推隆作用有关.     

青藏高原东南缘大凉山新生代隆升建造过程——多封闭系统低温热年代学与热模型限制

长波长、低起伏度大凉山构造带新生代隆升剥露与建造过程是解译青藏高原东向扩展过程的关键核心地区之一.本文基于大凉山构造带喜德剖面和沐川剖面9件样品的多封闭系统低温热年代学年龄(即磷灰石(U-Th)/He(AHe)、磷灰石裂变径迹(AFT)和锆石(U-Th)/He(ZHe))定年,揭示出多封闭系统热年代学年龄与古岩性柱深度具有明显的正相关性,即伴随古岩性柱深度增大,多封闭系统热年代学年龄明显减小.喜徳剖面多封闭系统低温热年代学AHe、AFT和ZHe年龄值分别为7—9Ma、14—22Ma和25—38Ma;沐川剖面多封闭系统低温热年代学AHe和AFT年龄值分别为10—26Ma、23—85Ma,ZHe年龄值为未完全退火年龄.多封闭系统热年代学和QTQt热史模拟揭示,大凉山构造带喜徳和沐川剖面岩性柱所有样品都经历大致相似的三阶段热演化过程,尤其是晚新生代快速隆升剥露阶段(30—20 Ma以来),其平均剥露速率分别为~0.15mm·a-1和~0.20mm·a-1,抬升剥露量分别为~3.0km和~1.5km.结合区域低温热年代学特征的大凉山构造带地表隆升动力学模型,揭示出重力均衡作用下地壳缩短与剥露作用(即构造隆升剥露机制)控制形成了现今大凉山造山带长波长、低起伏和高海拔地貌建造过程.     

青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束

青藏高原东缘作为高原生长的东边界,其新生代以来隆升剥露与扩展模式备受关注.高原内部平缓的地貌和边界构造带不显著的缩短变形被认为是下地壳流作用的重要证据.然而近年来,越来越多的低温热年代学研究结果表明,中-晚新生代以来跨不同断裂带存在显著的差异性隆升剥露,指示了断裂体系在青藏高原东缘构造变形与演化中的重要作用.本文系统收集区域内现有不同封闭温度体系的低温热年代学数据,综合分析结果表明青藏高原东缘隆升剥露及生长扩展与整个高原抬升具有准同步性.最为广泛和显著的剥露主要发生在~30 Ma以来,且高原东缘的最大侵蚀量区受控于断裂活动,快速侵蚀带的空间分布与鲜水河断裂带相一致.在区域尺度上,现有数据所揭示的剥露事件启动、持续时间及速率的显著差异性揭示了断层活动对青藏高原东缘地表剥露过程的控制作用.本文提出青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程,新生代以来不同断裂带在青藏高原向东扩展过程中起到了至关重要的作用,不支持"下地壳流假说"强调的"东缘上地壳变形不显著"的认识.     

特提斯构造域东南端思茅盆地勐野井组地层年代学及其地质意义

含钾盐地层年代学认识不清楚,是造成特提斯构造域东南端大型钾盐矿成矿模式和机制存在争议的主要原因之一.为此,文章针对云南思茅盆地南部江城剖面含钾盐地层勐野井组开展了详细的磁性地层和碎屑锆石UPb年代学研究.剖面总厚度932m,共采集了948个古地磁定向岩心和4件碎屑锆石U-Pb年代学样品.利用系统热退磁法分离出了857个有效特征剩磁方向,倒转检验、褶皱检验和岩相学分析表明其可能为原生剩磁方向.这些特征剩磁方向揭示出剖面含有七个正极性带(N1-N7)和七个负极性带(R1-R7),可与国际标准极性柱(GPTS2012)的极性期C27r~C34n对比,揭示勐野井组地层的沉积年代序列为>112至~63Ma,不同于传统认为的勐野井组等同于呵叻含钾盐地层的中下部.对比分析显示,思茅盆地与邻区呵叻盆地含钾盐地层年代仅部分重叠,前者至少要比后者早开始沉积20Ma,不同于传统认为的勐野井组等同于呵叻含钾盐地层的中下部.结合古地理和古气候环境分析,思茅与呵叻盆地在白垩纪可能属于统一泛盆地.因此,~85Ma呵叻盆地大型钾盐矿沉积的时段也可能是思茅盆地另一个重要的潜在成钾时段.     

低温热年代学方法及其应用进展

低温热年代学方法已被广泛地应用于地学领域,尤其是磷灰石/锆石(U-Th)/He、磷灰石/锆石裂变径迹(AFT/ZFT)方法,由于该方法封闭温度较低,对晚新生代构造演化、地形地貌变化等地表过程非常敏感,具有其他地质年代学方法无法比拟的优势。随着这种方法的发展,目前可准确测定年轻火山岩年龄低至千年左右。该方法还推动了近十年来造山带演化和地貌演化研究的热潮,它不仅限定了剥露抬升阶段和速率,还为新的模拟手段提供了基础数据。     

祁连盆地第三纪沉积物磁性地层和岩石磁组构初步研究

祁连山山间盆地内的新生代沉积物是研究新生代以来祁连山构造演化的重要材料.本文以位于祁连山中部祁连盆地内的新生代沉积物为研究对象,利用磁性地层学方法结合碎屑颗粒裂变径迹定年方法获取其沉积时代框架,在此基础上,结合岩性变化与沉积环境变迁分析祁连山构造演化历史.野外实测剖面显示该盆地内的第三系可划分为下部砾岩组和上部砂岩组两大岩性单元.古地磁结果显示砾岩组的沉积时代约为10—14.3Ma.砾岩组沉积大约在14.3 Ma开始形成,指示祁连山14.3 Ma以来构造活动变强烈.磁组构结果显示砾石组顶部沉积形成时的受力方向与现今祁连盆地周缘断层分布所指示的应力方向一致,表明这些断层大约在10 Ma附近开始活动.我们的结果揭示祁连山中部山脉14.3 Ma以来尤其在10 Ma附近构造活动较强烈.这与过去低温热年代学所获得的祁连山山体的快速冷却年龄及祁连山两端大型盆地内的第三系所记录的构造事件发生的时间基本吻合.而砂岩组的古地磁结果并未通过褶皱检验,其古地磁记录发生了后期重磁化,无法获得地层的准确沉积年龄.     

米仓山楔入冲断构造模型低温热年代学证据及其意义

基于低温热年代学特征的构造重建（或解译）与浅部地表过程模型在诠释盆-山结构与演化过程中受到越来越广泛的重视与应用.青藏高原东缘米仓山-川北前陆盆山系统楔入冲断构造模型与浅部地貌建造（非）耦合的检验校正为米仓山造山带构造变形及其动力学模型研究提供了契机.基于稳态楔入冲断构造低温热年代学模型研究表明,米仓山-川北前陆盆-山结构带盆山地貌的建造和低温热年代学（磷灰石裂变径迹和（U-Th）/He）特征具有明显的耦合性,二者统一于（盆地向）具~4°古地貌斜坡的楔入冲断构造模型.现今米仓山地区低温热年代学不具有明显的海拔高程和年龄线性关系,但当古地貌具有~4°坡度时低温热年代学与古地貌具有明显的线性相关性,揭示晚白垩世米仓山东西段具有一致（或相似）的稳态抬升剥露特征,东西段剥露速率分别为0.05 mm/a 和0.03 mm/a.古地貌坡度与古地温梯度具有较好的相关性（R²=95%~98%）,相关古地温梯度（25~35 ℃/km）符合米仓山稳态剥露地质结构特征.米仓山造山带楔入冲断构造模型的发育可能受控于多套滑脱层系（尤其是深部和浅部滑脱层系）和扬子板块能干性基底对造山带盆地向扩展变形过程的阻挡作用.     

柴达木盆地北缘侏罗纪沉积物源分析:地层序列及LA-ICP-MS年代学信息

柴达木盆地北缘(柴北缘)出露侏罗纪地层,其中以大煤沟地区发育最为完整.整个侏罗系发育具有辫状河河道、滨浅湖及辫状河三角洲沉积体系特征的地层序列,厚度达到1100m.利用地层序列、砂岩碎屑组分及LA-ICP-MS微区定年方法,对柴北缘侏罗系沉积物源体系进行了研究.砂岩Dickinson图解显示其主要来源于再旋回造山带、碰撞缝合带和褶皱-逆冲带物源区.砂岩碎屑锆石U-Pb年代学同位素分析结果表明,早侏罗世具有1764~2496Ma(峰值年龄1787、2077和2440Ma);中晚侏罗世具有相同的年龄谱特征,分别是197~291Ma(峰值年龄238Ma),214~278Ma(峰值年龄238Ma);358~484Ma(峰值年龄404Ma),370~456Ma(峰值年龄418Ma);645~920Ma(峰值年龄875Ma),578~1160Ma(峰值年龄940Ma);1390~1991Ma(峰值年龄1875Ma),1550~1829Ma(峰值年龄1708Ma);2048~2484Ma(峰值年龄2272Ma),2161~2738Ma(峰值年龄2335Ma).研究表明,柴北缘侏罗纪沉积物源区由全吉地块(早侏罗世)扩大至柴北缘构造带、全吉地块、祁连山(中晚侏罗世).沉积物源区的显著变化是早中侏罗世之交发生的强烈构造运动在柴达木盆地内部的沉积物质表现.     

一种基于温度历史和瞬态地温场模拟的剥露历史反演方法

根据低温热年代学数据,提取岩石从深部剥露到地表的信息,对理解诸多地质问题(如造山带演化、地表过程及其相互作用等)具有重要意义.本文提出一种基于岩石温度历史(可利用古温标、热年代计等方法制约),并考虑剥露过程对地温场扰动的剥露历史反演计算方法.基于假定的与真实数据的正反演模拟和参数敏感性分析表明:热扩散率的变化对剥蚀量计算影响不大,在常规岩石热扩散率变化范围内(20～35km2/Ma),总剥蚀量变化小于10%;传统计算方法低估了剥蚀总量,对于现今地温梯度小于20℃/km、冷却速率大于2～3℃/Ma,或现今地温梯度大于30℃/km、冷却速率大于5～10℃/Ma的地区,需要考虑热平流对剥蚀量计算的影响;匀速冷却的热历史指示剥蚀速率持续减小,而非匀速剥蚀.本文将该方法应用到龙门山南段和四川盆地,反演计算显示龙门山南段15Ma以来的剥蚀总量为8km,四川盆地中部80Ma以来剥蚀总量约为3km、东部约5km.     

日喀则弧前盆地的埋藏和剥蚀历史——来自低温热年代学的约束

日喀则弧前盆地紧邻印度板块与欧亚大陆碰撞带,研究其剥蚀历史对理解印度板块与欧亚大陆碰撞对造山带剥蚀的影响具有重要意义。文中利用磷灰石裂变径迹(AFT)及锆石和磷灰石的(U-Th)/He(ZHe和AHe)年龄数据,结合已发表的低温热年代数据探讨日喀则弧前盆地的热演化和剥露历史。日喀则弧前盆地磷灰石裂变径迹年龄存在明显的南北差异,南部磷灰石裂变径迹年龄为74～44Ma,对应的剥蚀速率为0. 03～0. 1km/Ma,剥蚀量≤2km;北部磷灰石裂变径迹年龄为27～15Ma,剥蚀速率为0. 09～0. 29km/Ma,但缺失早新生代的热演化历史。而磷灰石的(U-Th)/He年龄表明15Ma BP之后日喀则弧前盆地整体呈现一致的剥露历史。低温热年代数据表明日喀则弧前盆地南部自新生代以来尽管受到印度板块与欧亚大陆碰撞及后期断层活动的影响,海拔由海平面抬升至4. 2km,但一直保持缓慢的剥蚀,表明高原隆升并未直接促使该地区的岩石剥蚀速率加快,这与快速剥蚀即代表造山带开始隆升的假设不相符。此外,日喀则弧前盆地北部的低温热年代学研究表明晚渐新世—早中新世Kailas盆地仅发育于日喀则弧前盆地与冈底斯造山带之间的狭长地带,并在短期内经历了快速的埋藏和剥露。     

燕山地区中生代盆地演化及构造体制

燕山地区中生代盆地经历了重要的构造变革, 由前晚三叠世台缘克拉通盆地转变为晚三叠世至晚侏罗世挠曲盆地, 进而再次转变为晚侏罗世晚期至早白垩世裂谷盆地. 晚三叠世和晚侏罗世响应两次板内强变形作用, 分别沿逆冲带边缘沉积了杏石口组和土城子组粗碎屑冲积体系; 早白垩世受转换伸展断层控制, 盆地充填以扇三角洲-湖泊体系为主. 晚三叠世挠曲盆地的沉积碎屑成分反映了源区元古界和太古界地层的剥露过程; 而晚侏罗世挠曲盆地则反映了源区受早期沉积覆盖的火山碎屑岩的剥蚀及其基底岩石的剥露过程. 原型盆地再造结果显示, 早侏罗世至晚侏罗世早期盆地展布具有向近北东东向和近东西向迁移的趋势; 早白垩世盆地呈北北东向横跨于前期盆地之上. 两期盆地分别受控于不同的构造体制.     

磷灰石~4He/~3He热年代学——一种低温热年代学研究的新技术

磷灰石He的封闭温度(约70℃)是目前已知体系中最低的,4He在磷灰石中空间分布包含了样品经历的低温阶段(30~90℃)的热历史信息。磷灰石4He/3He热年代学是根据经典的扩散理论,并用质子照射磷灰石使其内部生成均匀分布的3He,然后应用一种数学方法来确定磷灰石中4He的空间分布,由此可以限制样品所经历的热历史。文中简单介绍了该方法的数学原理、模拟方法、应用以及现存的主要问题等,虽然这一方法还处于不断探索中,但是其对低温热历史的灵敏性使得这种方法有广阔的前景。     

采样地形对年龄-高程法应用的限制

年龄-高程法是地质热年代学中利用垂向分布的样品高程和年龄关系计算山体剥露速率的技术,其主要优势在于避免了未知古地温梯度的约束,被广泛应用于造山带研究中.但在实际应用中,由于样品采集剖面无法完全满足垂直的要求,会引入封闭温度面受地形起伏影响所带来的计算误差.本文利用稳态地温场数值模拟,在理论三角函数地形条件下,对不同采样剖面和地温梯度条件下,年龄-高程法的计算准确性进行了定量评估,并据此指出地温梯度不大于30 ℃/km时,在高差为2 km的采样剖面内,应用磷灰石(U-Th)/He年龄-高程法,样品水平分布2.5 km以内时,计算结果高出实际剥露速率不超过11%,可以近似认为采样剖面垂直、计算结果准确;应用磷灰石裂变径迹年龄-高程法,样品水平分布5 km以内时,计算剥露速率高出实际剥露速率在15%以内,可以直接利用.     

米仓山-汉南隆起白垩纪以来的剥露作用：磷灰石(U-Th)/He年龄记录

对米仓山南江-南郑剖面上的13个花岗岩类样品进行了磷灰石(U-Th)/He测年和剥露速率计算,分析过程综合考虑了样品冷却速率、晶体大小等因素对磷灰石(U-Th)/He封闭温度的影响和地形起伏、岩体热传导、热对流及放射性元素生热等因素对地温场的影响.研究表明,米仓山南部沉积变形区自~50 Ma以来发生快速剥露 (剥露速率为~70 m/Ma),新生代以来的剥蚀量超过了3 km;中部光雾山杂岩体记录了~90 Ma时一次快速剥露事件(剥露速率>75 m/Ma);北部汉南隆起区~100 Ma以前以快速剥露为特点,平均剥露速率>40 m/Ma,此后转为缓慢剥露.整个米仓山-汉南隆起区在90~50 Ma基本处于缓慢剥露状态,平均剥露速率仅有10~25 m/Ma.     

四川盆地南部地区新生代隆升剥露研究——低温热年代学证据

本文通过背斜褶皱变形与低温热年代学年龄(磷灰石和锆石(U-Th)/He、磷灰石裂变径迹)端元模型研究,约束低起伏度、低斜率地貌特征的四川盆地南部地区新生代隆升剥露过程.四川盆地南部沐川和桑木场背斜地区新生代渐新世-中新世发生了相似的快速隆升剥露过程(速率为~0.1 mm/a、现今地表剥蚀厚度1.0~2.0 km),反映出盆地克拉通基底对区域均一性快速抬升冷却过程的控制作用.川南沐川地区磷灰石(U-Th)/He年龄值为~10-28.6 Ma, 样品年龄与古深度具有明显的线性关系,揭示新生代~10-30 Ma以速率为0.12±0.02 mm/a的稳态隆升剥露过程.桑木场背斜地区磷灰石裂变径迹年龄为~36-52 Ma,古深度空间上样品AFT年龄变化不明显(~50 Ma)、且具有相似的径迹长度(~12.0 μm).磷灰石裂变径迹热演化史模拟表明桑木场地区经历三个阶段热演化过程:埋深增温阶段(~80 Ma以前)、缓慢抬升冷却阶段(80-20 Ma)和快速隆升剥露阶段(~20 Ma-现今),新生代隆升剥露速率大致分别为~0.025 mm/a和~0.1 mm/a.新生代青藏高原大规模地壳物质东向运动与四川盆地克拉通基底挤压,受板缘边界主断裂带差异性构造特征控制造就了青藏高原东缘不同的边界地貌特征.     

贺兰山、秦岭山脉新生代伸展隆升及断层摩擦生热磷灰石裂变径迹分析

本文利用磷灰石裂变径迹（AFT）热年代学分析方法对贺兰山和秦岭山脉新生代快速伸展隆升的时间、剥露作用的空间分布特征、隆升模式及机制进行了研究,揭示了贺兰山和秦岭山脉晚新生代的快速伸展隆升作用,测定了晚新生代与伸展变形有关的剥露作用的空间分布特征,为贺兰山和秦岭山脉晚新生代快速隆升的模式提供了很好的约束。     

江汉和洞庭盆地与周缘造山带盆山耦合研究进展

沉积盆地与造山带是大陆构造的2个重要的组成单元,具内在成因联系。对其耦合关系进行研究,可以恢复和重建岩石圈深部运动过程,了解近地表构造与气候之间的相互作用。江汉和洞庭盆地位于长江中游,与周缘造山带具有清晰的盆山边界,盆内河流水系十分发育,是一个多物源沉积盆地,是探讨从山(源)到盆(汇)沉积过程的天然实验室。文中对江汉盆地盆山耦合的研究结果进行了总结和梳理,介绍了造山带基岩、盆地和河流沉积物低温热年代学的应用方法,提出了新的研究切入点,建议今后在江汉和洞庭盆地开展盆山耦合研究时,将造山带基岩和河流碎屑矿物低温热年代学结果相结合,同时开展同一目标矿物的物源示踪研究,综合分析造山带隆升信息与物源信息,并与周缘构造和沉积学研究结果相互检验,可得到详细的盆山耦合演化过程。