松辽盆地晚期热历史及其构造意义: 磷灰石裂变径迹(AFT)证据

磷灰石裂变径迹(AFT)分析表明松辽盆地晚期构造活动在空间上具有分区性, 在时间上具有幕式性. 空间上的分区性表现在晚期构造活动始于盆地东部, 并逐渐向西部迁移. 盆地东部裂变径迹年龄大, 表明进入抬升剥蚀作用的时间早, 而西部裂变径迹年龄小, 表明进入抬升剥蚀作用的时间晚. 盆地的抬升剥蚀量与主要构造单元关系密切, 但是东部的抬升剥蚀量明显大于中央隆起带和西部斜坡带. 时间的幕式性表现在盆地的热演化历史经历了两幕快速冷却和紧随快速冷却之后的缓慢冷却过程, 磷灰石裂变径迹的蒙特卡罗随机模拟进一步限定不同热演化的转折时间为65, 43.5, 28和15 Ma. 结合盆地所处的区域构造背景认为松辽盆地晚期热事件是对太平洋板块向欧亚板块俯冲的响应. 其中第一幕快速冷却与紧随其后的缓慢冷却过程是对燕山运动主幕构造运动的响应, 抬升剥蚀的时间可能始于嫩江组末期, 并持续到始新世末期. 盆地的抬升剥蚀速率与板块汇聚速率密切相关, 板块汇聚速率高, 抬升剥蚀速率高, 反之抬升剥蚀速率低. 第二幕快速冷却和紧随其后的缓慢冷却是对日本海的拉张与闭合的响应. 日本海的拉张导致地幔热流向日本海汇聚, 使盆地快速冷却, 相反, 日本海的闭合使盆地进入进一步的缓慢沉降阶段, 盆地的冷却速率下降.     

鄂尔多斯盆地东南缘白垩纪以来构造演化的裂变径迹证据

鄂尔多斯盆地东南缘处于渭北隆起、晋西挠褶带和东秦岭造山带的转折地带,构造位置独特,演化历史复杂.本文选取东缘韩城地区和南缘东秦岭洛南地区上三叠统延长组为研究对象,采集6件砂岩样品进行锆石、磷灰石裂变径迹分析,对关键构造-热事件提供热年代学约束,恢复盆地东南缘不同构造带的热演化史,深化对盆地东南部油气资源赋存条件的认识,以期实现油气勘探的新突破.研究表明韩城和洛南地区的抬升冷却史存在明显差异.磷灰石裂变径迹年龄表现为从南到北减小的趋势.东缘韩城剖面磷灰石裂变径迹记录51.6~66.3 Ma、33 Ma两次抬升冷却的峰值年龄.南缘洛南剖面锆石裂变径迹年龄和磷灰石裂变径迹年龄分别记录89~106 Ma和59~66 Ma的冷却抬升年龄.洛南地区抬升冷却时间较早,剥蚀速率(106m/Ma)大于韩城地区(68m/Ma),且持续时间长.磷灰石裂变径迹(Apatite Fission Track,AFT)热史模拟显示,晚中生代,受燕山运动的影响,东秦岭地区发生强烈的构造岩浆事件,洛南地区热演化程度明显高于韩城地区.洛南剖面的热演化主要受岩浆活动的控制,韩城剖面为埋藏增温型.鄂尔多斯盆地东南缘的裂变径迹年龄格局基本受控于白垩纪以来的抬升冷却事件.     

贺兰山晚新生代隆升的剥露特征及其隆升模式

位于中国南北构造带北端, 鄂尔多斯地块西北缘的贺兰山是华北克拉通内部的板内构造变形带. 新生代表现为受正断层控制的伸展构造变形, 形成隆起的贺兰山和断陷的银川盆地. 磷灰石裂变径迹热年代学分析揭示了贺兰山始于晚新生代(约10~12 Ma)的快速隆升剥露作用; 这种快速剥露作用与贺兰山东麓断层具有很好的相关性, 靠近断层剥露作用加强, 远离断层剥露作用减弱, 贺兰山东部剥露作用强, 西部弱, 指示了贺兰山东麓断层下盘贺兰山快速上升遭受剥露并向西掀斜的隆升模式. 同时, 贺兰山东部靠近东麓断层的晚新生代快速剥露作用具有北部强、向南逐渐减弱的空间分布特征; 结合贺兰山样品磷灰石裂变径迹长度与年龄相关图显示出独特的“U”型“boomerang”模式, 指示了贺兰山起始于约10~12 Ma的与贺兰山东麓断层伸展作用有关的向西向南快速掀斜隆升样式. 贺兰山这种与平行于山脉的正断层有关的掀斜隆升作用, 主要是银川-吉兰泰-河套断陷系与渭河-山西断陷系沿鄂尔多斯地块周缘北西-南东向的伸展拉张作用的结果; 鄂尔多斯地块西北角强烈的晚新生代拉张作用是贺兰山向西向南快速掀斜隆升的主要原因.     

青藏高原东北缘中新生代构造演化:来自磷灰石和锆石裂变径迹的证据

青藏高原东北缘隆升机制和过程一直以来备受争议,本文为了进一步限定北祁连山及其北缘地区山体的隆升历史,在旱峡、白杨河和红山以及酒泉盆地以北的黑山和金塔南山进行了磷灰石和锆石裂变径迹分析.测试结果表明,研究区基岩样品的磷灰石裂变径迹年龄分布在晚白垩世上新世(82～4.2 Ma),径迹长度介于9.6～13.6 μm;锆石裂变径迹年龄分布范围为106.3～480.5 Ma,多数介于106～195 Ma.结合镜质体反射率,热史模拟曲线揭示了中新生代三期主要的冷却降温事件:早白垩世期间(140～100Ma)、始新世期间(55～30Ma)、中新世(10～8 Ma)以来.早白垩世期间的隆升剥露冷却过程可能由于拉萨地块的北向拼贴碰撞引起;始新世期间的隆升剥露冷却事件可能是印度与欧亚板块碰撞远程快速响应的结果;中新世以来的隆升剥露冷却过程与北祁连山逆冲断层的构造活动有关.     

西藏甲马多金属矿区热历史的裂变径迹证据

用裂变径迹法测试了甲马矿区矽卡岩矿石和外围砂岩总计5个磷灰石和锆石样品, 其中磷灰石裂变径迹年龄为(16.1±0.9)和(18.8±1.1) Ma, 代表成矿热液后期活动的时代; 砂岩磷灰石裂变径迹年龄为(22.0±4.3) Ma, 锆石裂变径迹年龄为(20.9±2.0) Ma, 代表早期成矿时代; 另一个砂岩锆石年龄为(341.6±79.1) Ma, 与成矿作用关系不大, 是矿物源区特征的反映. 热历史分析表明, 成矿作用开始时间应早于25～22 Ma. 矿区平均冷却速率为5～6℃/Ma, 其中在90～80℃期间降温缓慢; 矿区剥蚀程度约为2.7 km, 剥蚀速率大于抬升速率.     

白垩纪以来米仓山-汉南穹窿剥蚀过程及其构造意义：磷灰石裂变径迹的证据

报道了米仓山-汉南穹窿一带磷灰石裂变径迹分析结果,以制约该区白垩纪以来的剥蚀-演化历史.露头样品磷灰石裂变径迹年龄分布显示从汉南穹窿南部的核部地区向南至四川盆地北部裂变径迹的年龄逐渐变新,这与米仓山地区逆冲断裂以背驮式扩展的构造样式从汉南穹窿向南经米仓山褶皱-逆冲带发育到四川盆地北缘的构造模式相吻合.热模拟的结果显示米仓山-汉南穹窿经历了两期快速的剥蚀,其分别发生在白垩纪（约90 Ma之前）和15 Ma以来.研究区白垩纪的快速剥蚀反映了秦岭-大别造山带白垩纪的区域性剥蚀事件,这可能是对临区诸多构造事件（如西伯利亚-蒙古-中朝板块的碰撞,拉萨-羌塘-思茅-印支块体的碰撞,太平洋板块向欧亚板块的俯冲及其相关的岩浆活动）远场效应的响应;约15 Ma以来的快速剥蚀是对青藏高原隆升向东北方向传递的响应.     

滇西临沧花岗岩基新生代剥蚀冷却的裂变径迹证据

为揭示临沧花岗岩基的剥蚀冷却历史，探讨印藏碰撞对滇西的影响，对6块临沧花岗岩基样品进行锆石和磷灰石裂变径迹测定，并利用模拟退火法对其中5块样品的磷灰石裂变径迹数据进行非线性热史反演，估算了不同时期的剥蚀量和抬升量. 结果表明，岩基自印藏陆陆碰撞以来经历了两期冷却事件，早期冷却速率仅5～10 ℃/Ma，晚期冷却速率明显增高，特别是近3 Ma以来的冷却速率达到16～20 ℃/Ma；两期总剥蚀厚度可达3300～3500 m. 分析表明冷却事件与印藏碰撞关系密切，早期冷却是在印藏碰撞影响下，临沧岩基卷入逆冲推覆运动而遭遇抬升、剥蚀的结果；晚期冷却则是上新世以来，特别是3Ma以来岩基经受整体的强烈抬升、剥蚀的结果，该期构造抬升量约为672～1263 m；裂变径迹资料还揭示印藏碰撞先影响南部岩体，随后才波及到岩基中北段.     

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.     

西南天山隆起时代的河床砂岩屑磷灰石裂变径迹证据

现代的天山山脉是在古生代造山基础上,于新生代强烈抬升而形成.其新生代造山和隆升过程,造就了现今的天山地貌格局.本文选取西南天山作为研究区域,采用河床砂岩屑裂变径迹测年分析,从统计角度限定西南天山的隆升-剥露过程.样品采集于特克斯河支流阿克雅孜河、夏特河、木扎河以及特克斯河干流的沉积河床.磷灰石裂变径迹测试和统计分析表明,存在代表源区热史演化不同阶段的年龄峰值.尽管不同样品的年龄众数分布有少许差别,颗粒年龄众数的去褶积分析获得了西南天山山体新生代冷却的三个基本一致的阶段：6~8 Ma,12~19 Ma以及32~40 Ma.结合山脉隆起的地质地貌模型,无论是整体抬升或掀斜抬升,以及压扭性背景的花状挤出抬升,根据磷灰石裂变径迹封闭温度推断的抬升量与现今天山高度基本相当的事实,都可以确认西南天山山体是6~8 Ma以来形成的.天山这三期快速抬升冷却事件与青藏高原及其周边的主要隆升时期有较好的对应,证明了天山隆升和印度-欧亚板块碰撞远程效应的关系.另外,6~8 Ma的冷却事件与沉积地层学研究揭示的6 Ma左右的气候显著变化相互印证,显示了研究区域山脉隆升和气候变化之间存在的密切关系.     

南迦巴瓦峰第四纪隆升期次划分的热年代学证据

喜马拉雅东构造结南迦巴瓦峰核心区附近一个高程剖面上的8个片麻岩样品裂变径迹中值年龄介于0.71~2.07Ma之间,平均封闭径迹长度在14.51~15.87μm之间,标准偏差都小于0.84μm;其冷却年龄和径迹长度所作"香蕉图"显示出三期快速的抬升期,分别发生在距今0.71 Ma、1.23 Ma、2.05 Ma.结合已有磷灰石裂变径迹冷却年龄等值线图显示出南迦巴瓦峰核心区呈复式背斜状快速隆升,而外围拉萨地体和冈底斯构造单元隆升速率慢的空间分布特征等,分析认为这种差异隆升主要受构造作用主导,气候变化造成的均衡抬升起次要作用.     

青藏高原东缘峨眉山新生代加速抬升剥蚀作用

本文通过峨眉山基底卷入构造带低温热年代学(磷灰石和锆石裂变径迹、锆石(U-Th)/He)研究,结合典型构造-热结构特征诠释峨眉山晚中-新生代冲断扩展变形与热年代学耦合性.峨眉山磷灰石裂变径迹(AFT)和锆石(U-Th)/He(ZHe)年龄值分别为4~30Ma和16~118Ma.ZHe年龄与海拔高程关系揭示出ZHe系统抬升剥蚀残存的部分滞留带(PRZ).低温热年代学年龄与峨眉山构造分带性具有明显相关性特征:万年寺逆断层上盘基底卷入构造带AFT年龄普遍小于10Ma,万年寺逆断层下盘扩展变形带AFT年龄普遍大于10 Ma;且空间上AFT年龄与断裂带具有明显相关性,它揭示出峨眉山扩展变形带中新世晚期以来断层冲断缩短构造活动.低温热年代学热史模拟揭示峨眉山构造带晚白垩世以来的多阶段性加速抬升剥蚀过程,基底卷入构造带岩石隆升幅度大约达到7~8km,渐新世以来抬升剥蚀速率达0.2~0.4mm·a-1,其新生代多阶段性构造隆升动力学与青藏高原多板块间碰撞过程及其始新世大规模物质东向扩展过程密切相关.     

江南隆起带幕阜山岩体新生代剥蚀冷却的低温热年代学证据

江南隆起位于扬子与华夏地块的碰撞汇聚带,是研究华南大地构造演化的关键地质单元.本文采用磷灰石裂变径迹及(U-Th-Sm)/He年龄分布特征定性分析与径迹长度分布数据定量模拟相结合,主要研究了幕阜山岩体新生代的隆升与剥蚀过程,并在此基础上结合区域构造背景, 对其构造-热演化之间的关系进行了探讨.自晚白垩世持续隆升以来,幕阜山岩体经历的平均剥蚀厚度约4800 m.在不同岩体间,隆升过程及幅度存在差异,空间上具有非均匀性.热史结果显示幕阜山岩体经历了3期剥蚀, 其中两期快速剥蚀分别发生在晚白垩世-古近纪(80~50 Ma)和10 Ma以来,而这之间为一期缓慢剥蚀过程.研究区古近纪的快速剥蚀反映了中-下扬子喜山期大规模伸展断陷作用造成的肩部块体快速剥蚀事件; 约10 Ma以来的快速剥蚀是对太平洋板块向西运动的响应.幕阜山岩体自燕山晚期以来的隆升剥蚀作用具有良好的盆地沉积响应, 三期隆升剥蚀事件与研究区构造演化的动力学背景相吻合.     

龙门山中段中央断裂和前山断裂的晚新生代垂向活动性差异及其构造意义

2008汶川地震之后,多个研究组对龙门山的新生代剥蚀历史进行了研究,但是在龙门山推覆构造带中段,剥蚀历史研究主要集中在彭灌杂岩,而彭灌杂岩东侧(即中央断裂下盘)的热年代学资料相对缺乏,其剥蚀历史还比较模糊.对于彭灌杂岩东侧岩体的新生代剥蚀历史研究,不仅可以了解龙门山推覆构造带的新生代断层活动历史,而且对于青藏高原东缘的新生代隆升机制具有重要约束作用.在前人热年代学研究基础上,在龙门山推覆构造带中段中央断裂和前山断裂附近补充了一些裂变径迹样品.采用外探测器法(external detector method)对样品进行裂变径迹分析,实验测试在台湾中正大学裂变径迹实验室完成.实验获得了6个锆石裂变径迹和6个磷灰石裂变径迹年龄.前山断裂上盘,AFT(磷灰石裂变径迹)年龄以小鱼洞断裂为界存在明显的差异,其中小鱼洞断裂以南的样品AFT年龄为39Ma,小鱼洞断裂以北的4个AFT年龄介于6—8 Ma之间.研究揭示出中央断裂和前山断裂的新生代活动性以NW向小鱼洞断裂为界存在较大差异:距今8Ma以来,小鱼洞断裂以北,中央断裂和前山断裂的平均垂向滑动速率分别为约0.1mm·a-1和约0.55mm·a-1;小鱼洞断裂以南,平均垂向滑动速率则分别为约0.55mm·a-1和约0.1mm·a-1.低温热年代学方法获得的断层新生代垂向滑动速率与汶川地震断层垂向同震位移分布基本一致.前山断裂(小鱼洞断裂以北)距今8 Ma以来北西-南东向水平缩短量达到8~12km,表明地壳缩短是造成龙门山抬升和剥蚀的重要因素之一.本研究结论不支持下地壳增厚模型对于龙门山隆升的解释.     

贡嘎山快速隆升的磷灰石裂变径迹证据及其隆升机制讨论

鲜水河断裂是青藏高原东南缘的一条北西向大型左旋走滑断裂,其南东段逐渐向南偏转,并与近南北向的安宁河断裂相接,在两个断裂相接处西侧耸立着海拔7556 m高的贡嘎山.磷灰石裂变径迹(AFT)测试可知,贡嘎山及其邻区12个样品的年龄分布在0.2±0.1 Ma~2.7±0.7 Ma之间,平均径迹长度在13.64~15.19 μm之间,表明贡嘎山及其邻区第四纪时期一直处于快速剥蚀状态.结合前人在此地区的低温热年代研究成果,揭示出两个现象:(1)贡嘎山岩体及鲜水河断裂与龙门山断裂所夹的三角区域为快速隆升区域,而其西侧、北侧的高原腹地的隆升速率远低于这两个区域;(2)贡嘎山岩体从北向南隆升速率逐渐变大,其最南端1 Ma以来的隆升速率超过3.3±0.8 mm/a.这些现象表明青藏高原在整体横向挤出、缓慢隆升的基础上,还存在着一些特殊的局部快速隆升区域.通过对川滇地块水平运动的矢量分解,我们认为贡嘎山花岗岩体是鲜水河断裂至安宁河断裂间挤压弯曲段吸收、转换川滇地块南东向水平运动导致局部快速隆升的产物,在这一过程中,由于垂直于断裂的挤压分量从北到南逐渐增大,导致了岩体从北往南的隆升速率逐渐增大.     

晚白垩世以来川东北地区的剥蚀历史——多类低温热年代学数据综合剖面的制约

低温热年代学数据是一个与热历史过程紧密相关的资料类型,与高温年代学不同,低温热年代学表观年龄本身在很多情况下没有直接的地质意义.当且仅当样品线性持续冷却的情况下,表观年龄才可以被直接解释为样品经过其封闭温度的大致时间.因此,只有结合地质约束通过对低温热年代学数据进行热历史模拟才能更好地揭示其所蕴含的地质信息.对川东北地...     

THE NORTHWARD GROWTH OF THE NORTHEASTERN TIBETAN PLATEAU IN LATE CENOZOIC: IMPLICATIONS FROM APATITE (U-Th)/He AGES OF LONGSHOU SHAN

Longshou Shan, located at the southern edge of the Alxa block, is one of the outermost peripheral mountains and the northeasternmost area of the northeastern Tibetan plateau. In recent years, through geochronology, thermochronology, magnetic stratigraphy and other methods, a large number of studies have been carried out on the initiation time of major faults, the exhumation history of mountains and the formation and evolution of basins in the northeastern Tibet Plateau, the question of whether and when the northeastward expansion of the northeastern Tibet Plateau has affected the southern part of the Alxa block has been raised. Therefore, the exhumation history of Longshou Shan provides significant insight on the uplift and expansion of the Tibetan plateau and their dynamic mechanism. The Longshou Shan, trending NWW, is the largest mountain range in the Hexi Corridor Basin, and its highest peak is more than 3 600m(with average elevation of 2800m), where the average elevation of Hexi Corridor is 1 600m, the relative height difference between them is nearly 2200m. This mountain is bounded by two parallel thrust faults: The North Longshou Shan Fault(NLSF)and the South Longshou Shan Fault(SLSF), both of them trends NWW and has high angle of inclination(45°~70°)but dips opposite to each other. The South Longshou Shan Fault, located in the northern margin of the Hexi Corridor Basin, is the most active fault on the northeastern plateau, and controls the uplift of Longshou Shan.Due to its lower closure temperature, the lower-temperature thermochronology method can more accurately constrain the cooling process of a geological body in the upper crust. In recent years, the low-temperature thermochronology method has been used more and more in the study of the erosion of orogenic belts, the evolution of sedimentary basins and tectonic geomorphology. In this study, the apatite (U-Th)/He(AHe) method is used to analyze the erosion and uplift of rocks on the south and north sides of Longshou Shan. 11 AHe samples collected from the south slope exhibit variable AHe ages between~8Ma and~200Ma, the age-elevation plot shows that before 13~17Ma, the erosion rate of the Longshou Shan is very low, and then rapid erosion occurs in the mountain range, which indicates that the strong uplift of Longshou Shan occurred at 13~17Ma BP, resulting in rapid cooling of the southern rocks. In contrast, 3 AHe ages obtained from the north slope are older and more concentrated ranging from 220Ma BP to 240Ma BP, indicating that the north slope can be seen as a paleo-isothermal surface and the activity of the north side is weak. The results of thermal history inverse modeling show that the South Longshou Shan Fault was in a tectonic quiet period until the cooling rate suddenly increased to 3.33℃/Ma at 14Ma BP, indicating that Longshou Shan had not experienced large tectonic events before~14Ma BP.
We believe that under the control of South Longshou Shan Fault, the mountain is characterized by a northward tilting uplift at Mid-Miocene. Our results on the initial deformation of the Longshou Shan, in combination with many published studies across the northeastern margin of the Tibetan plateau, suggest that the compression strain of the northeastern margin of the Tibetan plateau may expand from south to north, and the Tibetan plateau has expanded northeastward to the southern margin of the Alxa block as early as Mid-Miocene, making Longshou Shan the current structural and geomorphic boundary of the northeastern plateau.