磷灰石裂变径迹热年代学研究的进展与展望

综述了磷灰石裂变径迹热年代学研究在退火模型及模拟方法、造山带及造山后剥露历史、构造热成像及地形演变和成矿作用等方面的一些理论和应用成果,分析了目前在磷灰石裂变径迹退火机理、数据解释和应用等方面研究中存在的主要问题,指出了磷灰石裂变径迹热年代学研究今后会朝着深层次退火机理、新的应用领域、自动化技术和可操作性等方向发展.     

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.     

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。     

晚三叠世-早侏罗世祁连山东部隆升的裂变径迹年代学证据及地质意义

祁连山东北部为青藏高原隆升和东扩的前锋带,新生代以来经历了快速隆升和强烈剥露改造过程,致使前新生代地层面目全非,中生代陆内构造演化事件研究仍较薄弱,缺乏年代学的约束.为揭示和分析祁连山东部中生代构造隆升时限与过程,进而探讨秦祁造山带中生代陆内构造演化特点及区域动力学环境.主要采用物源分析、碎屑沉积物及基岩磷灰石裂变径迹定年,并结合裂变径迹热史反演模拟技术开展研究.研究表明,研究区侏罗系龙凤山组为近源的断陷盆地沉积,物源主要来自其周邻前中生代地层;其碎屑磷灰石裂变径迹未发生重置,年龄、径迹长度特征表明其源区在晚三叠世（±215 Ma）出现了快速冷却事件,同时东北部基岩裂变径迹热史模拟结果亦显示其较好地记录了该期事件,这与前人利用40Ar-39Ar年代学所揭示的西秦岭地区中晚三叠世快速抬升事件具时空统一性.分析表明研究区晚三叠世-早侏罗世发生了快速抬升事件,并认为该构造隆升事件是对中晚三叠世勉略洋闭合、秦岭最终碰撞造山过程的响应.      

磷灰石裂变径迹(AFT)研究进展

磷灰石裂变径迹是一种揭示岩石低温热年代学的有力工具。通过对国内外相关文献的广泛阅读,综述了磷灰石裂变径迹分析方法的原理、研究进展和地质意义及其在相关地质领域的应用。总结了影响磷灰石裂变径迹退火行为的主要影响因素,包括:①磷灰石的主要元素及238U的富集。②α衰变亏损。③压力及应力,以及实验观察时需要注意的问题。简要介绍了关于磷灰石裂变径迹退火过程的多元退火模型的建立及控制因素。对于目前的退火模型应用情况,结合前人研究总结了目前该方法的独特性及现行退火模型的不足之处。并对磷灰石裂变径迹在关于盆地热演化史、断层研究和造山带隆升分析(主要针对青藏高原隆升分析)中的应用做了简单、概要的剖析。     

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。     

天山乌-库公路剖面中、新生代埋藏、隆升及剥露史研究

为了解天山中新生代再造山过程的历史演化,沿横穿天山的乌鲁木齐—库尔勒公路采集了沉积岩、变质岩、花岗岩等7个样品,用作天山山体隆升和热历史演化研究.通过对样品中磷灰石裂变径迹的测年,获得7个样品的裂变径迹中心年龄,范围为(78.0±4.5)~(31.8±2.5)Ma;继之,在计算机上对磷灰石裂变径迹测定数据进行了热历史模拟,获得了隆升-冷却演化过程的新认识.裂变径迹的年龄数据和热模拟结果表明:天山造山带的中、新生代造山活动并非是整体统一抬升的过程.表现为中新世之前山体北侧先隆升、南侧后隆升的演化规律,山体隆升从北向南逐渐推进.到中新世晚期,才表现为整体抬升过程.通过磷灰石-锆石矿物对计算以及热模拟的结果,获得了各隆升阶段的视隆升速率,发现自晚白垩世晚期以来,视隆升速率有逐渐增加的趋势.     

云南中甸地区晚白垩世斑岩型Mo-Cu矿床磷灰石、锆石裂变径迹年代学研究

云南中甸地区位于西南三江铜钼铅锌金多金属矿集区的南端,是一个独具特色的Cu-Mo多金属复合叠加成矿带.本文采用裂变径迹低温热年代学技术对区内晚白垩世铜厂沟、休瓦促、热林成矿斑岩体,进行了锆石、磷灰石裂变径迹分析测试,开展了晚白垩世以来的构造热史演化模拟,揭示了区内构造-岩浆成矿事件及热史演化过程.研究表明,锆石裂变径迹年龄值变化于52±2～96±5 Ma;磷灰石裂变径迹的年龄值变化于15±1～48±3 Ma,总体变化幅度不大,中心年龄与池年龄在误差范围也基本一致.通过锆石、磷灰石的裂变径迹分析,揭示出云南中甸地区自晚白垩世以来主要经历了三个阶段的构造热事件.第一阶段(96～60 Ma),主要为岩浆侵位后快速降温的热史演化阶段;第二阶段(52～39 Ma),为缓慢的降温作用过程;第三阶段(16～15 Ma),揭示了受中新世以来青藏高原隆升造山作用的影响,该区经历了快速降温的地质演化过程.综合锆石裂变径迹、磷灰石裂变径迹的热史反演结果,表明区内晚白垩世典型成矿斑岩体具有相似的隆升过程和剥蚀历史,并获得了剥蚀量与剥蚀速率的定量计算结果,为区内矿床的资源潜力评价及勘查工作提供了科学参考.     

准噶尔盆地周缘造山带裂变径迹研究及其地质意义

通过对准噶尔盆地东西两侧造山带地质剖面观察、系统裂变径迹测年与热演化模拟结果分析,并结合前人研究结果,准噶尔盆地周缘造山带中,主要经历了中生代晚期构造热事件。通过裂变径迹分析对比,准噶尔盆地两侧造山带具有不同的隆升历史,盆地西北缘早于东部隆升,隆升速率亦大于东部。准噶尔盆地西北缘自白垩纪以来经历了由准噶尔盆地边缘向扎伊尔山先后依次隆升事件,表明了准噶尔西北缘逆冲断裂系向盆内后展式逆冲推覆。准噶尔盆地东西两侧造山带岩石裂变径迹数据均反映了白垩纪以来的冷却隆升事件,充分证实了燕山晚期构造运动在准噶尔地区的普遍存在,为详细研究燕山期新疆北部陆内构造活动提供了证据。     

裂变径迹热年代学方法、应用及其研究展望

裂变径迹热年代学方法是基于铀裂变辐射损伤效应的一种同位素热年代学方法.在分析裂变径迹定年的原理和方法、常用年龄值及裂变径迹退火作用等基础上,综述了目前裂变径迹热年代学方法在造山带隆升-冷却、沉积盆地分析、盆山耦合关系、断裂活动时限及热液成矿作用等方面的相关理论和应用,并结合国内外研究现状指出了裂变径迹热年代学今后的发展方向.     

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。     

Uplift and cooling pathways derived from fission track analysis and mica dating: a review

Definition of time and temperature pathways for episodes of lithospheric movement provides not simply a chronological framework for crustal dynamism but also permits estimation of rates of crustal cooling and uplift. Important aspects of such pathways are the constraints provided for timing of both plate collision and lithospheric extension. Classically Rb-Sr and K-Ar mica ages have been used to delineate rates of cooling and exhumation in the Central Alps, by comparison of the measured ages with estimates of temperatures for the retention of daughter isotopes. Similar use of fission track apatite and zircon ages has provided data for lower temperature intervals (～ 100 and ～ 200°C respectively). Recent detailed studies of the annealing kinetics of fission tracks in apatite yield more precise estimates of cooling rate and permit predictive modelling of age and length parameters for given T,t pathways. In continental collision zones, fast episodic uplift in the western Alps can be contrasted with contemporaneous monotonic uplift in the Central Alps. Additional examples may be seen in the Tibet-Himalayan orogenic belt, in the southern Alps of New Zealand and in the Bolivian Andes. In divergent teceonic regimes, the record of uplift associated with rifting has been recorded by fission track ages in the southeastern Australian margin and around the Red Sea. In an intra-plate tectonic setting, our current fission track reconnaissance study in the British Isles is revealing a hitherto unrecognised thermal history for crystalline and sediment alike.     

中、新生代天山隆升过程及其与准噶尔、阿尔泰山比较研究

根据穿越天山地质剖面观察、系统裂变径迹(FT)测年年龄与热演化模拟结果分析,并综合前人研究结果,天山陆内造山带中、新生代主要经历2次明显的隆升事件,分别为晚侏罗世—早白垩世和中新世以来(25~0Ma)。从天山地区磷灰石FT年龄结果来看,主要记录了早期隆升年龄,但热演化模拟结果显示普遍经历了中新世以来的快速隆升。在天山北缘从盆山边缘的近25Ma开始隆升到前缘带的现今活动,表明天山陆内造山带在隆升的同时还逐渐“增生”扩展。系统研究和分析表明,东西准噶尔和阿尔泰地区则主要记录了晚中生代以来的持续隆升过程,新生代构造活动不明显或强度相对天山要弱。上述事实表明,天山及其中亚地区新生代的陆内活动是受喜马拉雅碰撞与青藏高原隆升的影响,具有向北渐弱的特征。     

新疆库鲁克塔格地区盆山构造热演化史

利用磷灰石构造热年代学年龄、有机质成熟度指标、磷灰石裂变径迹热史模拟和单井EASY%Ro反演等方法,对新疆库鲁克塔格地区盆山系统开展盆山构造热演化史研究。结果表明,磷灰石年龄记录了早白垩世（99~1244 Ma）、晚白垩世（66~87 Ma）和古近纪（284~63 Ma）3次抬升过程;有机质成熟度指标和磷灰石裂变径迹热史模拟反映出海西期构造抬升过程。单井热史模拟表明,孔雀河斜坡下古生界烃源岩在志留纪末-早泥盆世到达最大热演化程度,模拟最大古地温梯度为356 ℃/100 m,侏罗纪末古地温梯度为31 ℃/100 m,焉耆盆地南部凹陷侏罗纪晚期模拟最大古地温梯度达415 ℃/100 m。海西期剧烈的造山运动使孔雀河斜坡由沉积转入剥蚀演化阶段,对油气成藏具有重要意义,晚白垩世隆升使孔雀河斜坡及焉耆盆地侏罗纪烃源岩热演化停止。     

大别造山带与毗邻沉积盆地间剥蚀沉积关系的裂变径迹热史模拟定量对比

通过利用裂变径迹热史模拟来探讨山盆之间剥蚀沉积关系为定量对比山盆之间剥蚀沉积关系提供了一种可能的途径。其原理主要是通过裂变径迹热史曲线,求取造山带区域平均剥露速率,再将其与毗邻盆地沉积速率对比,进而判断山盆之间剥蚀沉积比例关系。通过计算可以得到大别造山带65~25 Ma区域体积平均剥露速率为1189.67 km3/Ma(当古地温梯度为25℃/km时)、1487.08 km3/Ma(当古地温梯度为20℃/km时)。其剥蚀速率至少占到了毗邻盆地古近纪平均总沉积速率的一半以上。其原理主要是通过裂变径迹热史曲线,求取造山带区域平均剥露速率,再将其与毗邻盆地沉积速率对比,进而判断山盆之间剥蚀沉积比例关系。     

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。     

Fission Track Thermochronology Evidence for the Cretaceous and Paleogene Tectonic Event of Nyainrong Microcontinent, Tibet

Fission track dating was applied to analyze the 20 samples from Nyainrong microcontinent, and we obtained 20 apatite and 15 zircon fission track ages. The results show single population grain ages with a single mean age and associated central ages mainly ranging from 108±7Ma to 35±4Ma.Their mean track lengths are 12.2–13.9 μm with a single peak. Zircon fission track age range from 78±3 Ma to 117±4 Ma. The results represented the two tectonic uplift events in the study area, namely the Cretaceous and Paleogene periods. According to thermal history modeling results, uplifting rates of two tectonic events is 0.31–0.1 mm/a and 0.07–0.04 mm/a respectively. Combined with field condition and study results, it is suggested that the Cretaceous tectonic uplift event was related to the closure ocean basin caused by Qaingtang–Lhasa collision, and the Paleogene tectonic uplift event was related to the south to thrust system caused by Indo–Asian collision.     

北大巴山凤凰山基底隆起晚中生代构造隆升历史

对采自于北大巴山凤凰山基底隆起8个样品的磷灰石裂变径迹年代学分析和热历史模拟表明,凤凰山基底隆起陆内造山运动结束后的隆升历史大致可以划分为2个阶段：早白垩世中晚期（135±5～95±5 Ma）缓慢隆升,晚白垩世（95±5～65±5 Ma）快速隆升。大巴山北缘韧性剪切带黑云母40Ar/39Ar坪年龄证实大巴山北缘中晚侏罗世（165.7±1.9 Ma～161.2 Ma）存在快速隆升剥蚀,其与大巴山强烈陆内造山作用阶段有关; 早白垩世中晚期缓慢隆升代表了陆内造山结束后的稳定阶段; 晚白垩世快速隆升为一次区域性隆升事件,在秦岭、大别和武当等地区均有反映,隆升过程中伴随着强烈的伸展垮塌作用,沿秦岭造山带发育一系列伸展断陷盆地。区域对比分析表明,凤凰山基底隆起隆升历史与黄陵、汉南地块接近,但与武当地块存在明显区别,反映了秦岭造山带的不均一隆升过程。南大巴山前陆带1个样品的热史模拟结果显示,南大巴山前陆带自早白垩世以来与凤凰山基底隆起经历了一致的隆升过程。     

伊通盆地渐新世以来构造活动历史的裂变径迹分析

运用裂变径迹分析方法,针对岔路河断陷与鹿乡断陷5个样品的磷灰石进行裂变径迹分析并结合盆地模拟研究表明,伊通盆地岔路河断陷自渐新世以来曾经历两期构造热事件,发生的时间约为24．9Ma～19．1Ma和6．9Ma～4．9Ma;鹿乡断陷自渐新世以来也经历了两期构造热事件,发生的时间约为30Ma～27．8Ma和22．6Ma～11．1Ma。伊通盆地在渐新世以来发生的二次抬升剥蚀均是从中部迁移至北部。岔路河断陷和鹿乡断陷磷灰石裂变径迹与样品高程均具正相关性,其中岔路河断陷21．8Ma以来的平均隆升剥露速率为7．034×10^-2mm／y,鹿乡断陷18．9Ma以来的平均隆升剥露速率为6．033×10^-2mm／y。上述热年代学认识同时得到了盆地地球动力学背景、地层划分与对比及火山活动等方面证据的支持,说明应用磷灰石裂变径迹技术可有效地分析伊通走滑-伸展盆地的构造活动历史。