磷灰石(U-Th)/He定年方法综述

磷灰石He封闭温度是目前已知定年体系中最低的,能够反映低温价段(40～90℃)的热历史信息,该方法现已成为低温热年代学领域研究的重要手段.本文概述了磷灰石(U-Th)/He定年方法的原理、校正、实验流程、应用以及存在的问题.其中,重点介绍了近几年国内外(U-Th)/He定年中辐射损伤研究的进展,主要包括以下几个方面:①辐射损伤的原理:捕获模型的提出及应用;②辐射损伤对磷灰石(U-Th)/He定年的影响;③新模型的提出:辐射损伤累积-退火模型;④辐射损伤的实际应用.     

磷灰石(U-Th)/He定年技术影响因素研究

磷灰石(U-Th)/He定年作为一种有效的低温热年代学定年技术,现已被广泛应用于地质研究的各个领域,而该技术测定的样品年龄会受到多方面因素的影响,其中磷灰石性状的影响尤为突出。通过归纳总结目前国内外磷灰石(U-Th)/He定年研究中,样品性状和成分、磷灰石颗粒尺寸及形貌、包裹体、147Sm含量、辐射损伤、U和Th不均匀分布等性状因素影响的研究进展,研究这些因素对测定年龄的影响及降低影响的方法。     

苏鲁造山带东段新生代两阶段剥露事件的磷灰石(U-Th)/He热年代学证据

苏鲁造山带位于华北和华南板块之间,是中国东部最显著的陆内造山带之一,约束其新生代剥露过程对于理解中国东部盆山格局分布及其动力学机制具有重要意义.低温热年代学方法由于封闭温度较低,能更准确地约束上地壳地质体的剥露过程.利用磷灰石(U-Th)/He方法,对苏鲁造山带东部的多福山和锯齿山开展研究.磷灰石(U-Th)/He年龄...     

（U-Th）/He定年——低温热年代学研究的一种新技术

近年来（U-Th）/He定年方法在技术和低温热年代学应用上的优势吸引人们以此开展构造、地形地貌演化等的研究；与裂变径迹、K Ar、Ar Ar等定年方法的比较，该方法是有效的；人们研究了温度及矿物粒径对He扩散的影响，确定了校正方法。（U-Th）/He的封闭温度低于其它体系（磷灰石的仅为75℃±）；有质谱仪只需数十毫克样品就能获得 U、Th、He含量；有较裂变径迹法快速、省样、省力的优点；该技术虽还有待完善，但仍不失为开展低温热年代学和低温热演化研究的潜在有效方法。     

磷灰石低温热年代学技术及在塔里木盆地演化研究中的应用

随着磷灰石低温热年代学技术理论研究的不断完善和发展,它已被广泛用于地质体定年、构造-热演化、地形地貌演化等研究领域。该文首先对磷灰石裂变径迹和(U-Th)/He热定年技术近几年的研究进展进行了综述,在此基础上阐述了低温热年代学方法在塔里木盆地构造-热历史和物源分析领域的应用效果。多组分动力学退火模型的建立、激光剥蚀ICP-MS方法的提出及裂变径迹自动测试仪的开发极大地推动了磷灰石裂变径迹技术的发展。对于磷灰石(U-Th)/He热定年技术,FT-等效圆校正模型极大地降低了He年龄校正过程中产生的误差;辐射损伤捕获扩散模型首次揭示了晶格缺陷对4 He扩散的影响模式;辐射损伤积累和退火模型有效地解释了克拉通盆地部分磷灰石样品裂变径迹年龄小于He年龄的现象。塔里木盆地巴楚隆起的低温热年代学数据和热史模拟结果揭示出巴楚隆起自中生代以来曾经历过185~140Ma、140~100Ma、75~50 Ma等三期快速隆升事件,主要是由羌塘地体、拉萨地体、印度板块与欧亚板块南缘碰撞引起的。塔北隆起钻孔内浅部样品的磷灰石裂变径迹年龄和(U-Th)/He年龄都大于相应的地层年龄,记录的是物源区南天山的热信息;其热史模拟结果揭示出南天山曾经历过晚中新世—早上新世(15~5 Ma)一期快速隆升事件,并以此构建了塔里木盆地北部与南天山晚中新世—上新世构造-沉积耦合演化模式。     

磷灰石低温热年代学在地学中的应用

磷灰石裂变径迹(AFT)和(U-Th)/He(AHe)是目前研究地壳表层(<5 km)中构造演化与气候驱动相互作用且记录超过1 Ma热历史最有效的手段之一。AFT和AHe这两种方法对低温(40 ℃~120 ℃)敏感, 能够较精确地获得地下1~4 km处的构造-热演化信息, 可用于解决地质体定年、盆地热历史、造山带演化、热液矿床及含油气盆地中生排烃与运移时限等诸多地质问题。本文系统归纳了这两种方法的原理、定年影响因素、年龄-高程法及应用中容易混淆的概念等内容, 并以北美西部大盆地卡林型金矿床、美国阿第伦达克山脉东部马西山、塔里木盆地早古生代的热历史演化为例, 详细阐述了它们的应用过程。为有效、合理地将磷灰石低温年代学应用于地学, 在具体的应用过程须注意以下问题: 充分把握研究区的构造背景, 根据研究目的合理设计采用剖面, 综合使用多种测年方法, 以及采用合理的数据处理、分析方法解释磷灰石低温年代学年龄数据。     

念扎金矿床热历史:锆石U-Pb、(U-Th)/He及磷灰石裂变径迹年代学的制约

念扎金矿床是近年来最新发现的位于雅鲁藏布江缝合带南侧仁布构造混杂岩带与蚀变闪长岩接触带的大型造山型金矿床.为约束念扎矿床的冷却及剥露历史,利用锆石的U-Pb、(U-Th)/He及磷灰石裂变径迹定年对新鲜及矿化闪长岩年龄进行测定.结果表明,新鲜闪长岩锆石U-Pb年龄为(46.32±0.53)Ma,(U-Th)/He年龄介于(7.14±0.24)Ma到(9.80±0.27)Ma,矿化闪长岩锆石(U-Th)/He年龄介于(8.38±0.24)Ma到(11.19±0.31)Ma之间,两件矿化闪长岩磷灰石裂变径迹年龄分别为(5.9±0.5)Ma和(5.3±1.0)Ma.念扎金矿床自闪长岩固结以来经历了两次快速冷却过程:第一次是从46.3 Ma开始持续到43.6 Ma,温度从750℃降至350℃,冷却速率高达约148℃/Ma;第二次为8.5~2.0 Ma,温度从约200℃降至30℃,冷却速率为26℃/Ma.念扎矿床成矿深度为9.7 km;在8.5 Ma时,矿床被抬升至4.6 km处;从8.5~5.6 Ma,矿床抬升至2.8 km;从5.6~2.0 Ma,念扎矿床被剥露至地表.     

U-Th/He热年代学原理、测试及应用

U-Th/He年代学方法已经被广泛地应用于地质学研究。特别是由于磷灰石中氦的低封闭温度,该方法对于晚新生代构造、河流和冰川等地表过程非常敏感,具有其他同位素年代学方法无法比拟的优越性。本文回顾了U-Th/He法的发展历史,介绍了U-Th/He法的基本原理、测试方法、α-校正以及U-Th/He法面临的问题,总结了U-Th/He法在新生代构造变形、河流地貌演化、气候变迁和源区示踪4个方面的应用,最后探讨了U-Th/He法未来的研究方向。     

国际标样Durango磷灰石(U-Th)/He年龄测定

人们认识到可以用放射性成因4He对矿物进行定年已经有一百年的历史,但是利用富含U、Th的矿物进行(U-Th)/He定年是近三十年来快速发展的一种低温(热)年代学方法。由于U-Th-He同位素体系的封闭温度低(磷灰石4He的封闭温度为~75℃),该方法极大的拓展了中低温热年代学研究(如40Ar/39Ar,裂变径迹等)的温度范围下限,已经被广泛应用于浅表地质过程的研究中。Durango磷灰石是国际上广泛使用的磷灰石(U-Th)/He定年的标准样品,准确测定其年龄可以对实验方法及流程的可靠性进行验证。中国科学院地质与地球物理研究所(U-Th)/He定年实验室建立于2013年,经过一年多的实验与摸索,我们建立了完整、可行的化学分析流程和仪器测试流程,并采用Durango国际标样进行了流程验证。重复测定了4批共40个Durango磷灰石颗粒,40个年龄结果分布在28.95~34.11Ma之间,全部年龄的概率分布峰值为31.61±2.7Ma,与国际标定值在误差范围内一致;Th/U比范围为16.43~23.72,与国际报道值一致,表明我们所建立的实验流程准确可行,实验室已经可以稳定运行。     

Fish Canyon Tuff 榍石 He 扩散及(U-Th)/He年代学研究

榍石富含U和Th,是(U-Th)/He定年的理想矿物之一。本文以Fish Canyon Tuff榍石为例,开展了榍石He扩散行为和榍石(U-Th)/He定年实验方法研究。榍石分步加热扩散实验结果表明He扩散系数ln(D/a²)与温度倒数呈负相关,与期望的热活化扩散过程一致。测试Fish Canyon Tuff榍石(U-Th)/He年龄分布在28.3～24.6 Ma之间,平均值为26.7±1.2 Ma (1σ),Th/U分布在4.6～5.5之间,平均值为5.2±0.2,在误差范围内与国际上已出版数据一致,表明建立的榍石(U-Th)/He定年实验方法可靠。本次测试15粒榍石碎片外表层(～20μm)存在不同程度的磨蚀(即不完整晶体),且榍石表层磨蚀厚度随着等效半径的增加而增大。榍石碎片(U-Th)/He年龄介于完整晶体(U-Th)/He年龄和真实(U-Th)/He年龄之间,且随着榍石等效半径及表层磨蚀厚度(<20μm)的增大,(U-Th)/He年龄更接近真实年龄,这表明榍石(U-Th)/He年龄不确定度与等效半径大小和表层磨蚀厚度有关。     

(U-Th)/He年代学及其地质应用

U Th He年代学是近十余年来发展起来的一种新的高精度低温热年代学定年技术。本文在简单介绍这一技术的基本原理、实验室测试方法的基础上 ,介绍了这一方法在古地形演变、造山带抬升剥露时代和速率及年轻样品高精度年龄等方面的几个研究实例。     

锆石(U-Th)/He定年技术研究

锆石(U-Th)/He定年是同位素热年代学体系中重要的定年手段,是记录地质体完整热历史重要的实验方法之一,在火山岩定年、造山带演化、地貌演化、沉积盆地热演化及限定矿床热液活动时代等应用方面发挥着重要的作用。中国地质科学院地质研究所同位素热年代学实验室成功建立了锆石(U-Th)/He定年的实验方法,实验主要包括三个独立的过程:样品前处理、He含量分析和U、Th含量分析。氦同位素质谱仪对锆石样品的氦同位素比值分析精度约为0.1%左右;ICP-MS对锆石的U、Th同位素比值分析精度通常情况下优于1%。对国际上普遍使用的FCT锆石和斯里兰卡锆石标样进行(U-Th)/He年龄测定。测试结果显示27粒FCT锆石(U-Th)/He年龄分布在25.81~30.72Ma之间,加权平均年龄为28.18±0.51Ma(1σ)(参考值为28.3±2.6Ma);20粒斯里兰卡锆石碎片(U-Th)/He年龄分布在445.5~489.5Ma之间,排除异常值后加权平均值为479.0±8.0Ma(1σ)(参考值为470±11Ma)。所测两个标准物质的年龄均与参考值一致,表明本实验室的实验流程准确可靠。本实验方法的建立填补了我国锆石(U-Th)/He定年实验方法的空白,为我国热年代学的发展提供了新的技术支撑。     

Evidence of Thermal Evolution History of Northeast Sichuan Basin--（U-Th）/He Low Temperature Thermochronometry of Apatite and Zircon

(U-Th)/He dating is a newly developed low temperature thermochronometry,and it elaborately reflects cooling history of geologic body under low temperature.It can be applied to analyze thermal evolution of the sedimentary basin,combining with vitrinite reflectance and fission track.(U-Th)/He dating of apatite and zircon from drilling cores in Puguang (普光)-Maoba (毛坝) area and outcrops in Tongjiang (通江) area indicates that the Northeast Sichuan (四川) basin underwent great uplift and denudation during the Tertiary and the Quaternary.During the period,denudation rates changed from 74.8 to 172.5 m/Ma and denudation thickness was between 2 800 and 3 000 m,geotemperature gradually declined into the current temperature,passing through helium closure temperature of apatite.The uplift and denudation relate to new tectonic movement response in the Sichuan basin aroused by the Qinghai (青海)-Tibet plateau.Drilling samples above 4 000 m did not undergo closure temperature of zircon,but the samples nearly 4 000 m might approach closure temperature of zircon and all the samples underwent closure temperature of apatite.According to (U-Th)/He ages of zircon,it is concluded that the Northeast Sichuan basin began to uplift in the Late Jurassic.From the Late Jurassic to the Paleogene,Northeast Sichuan basin was in slow uplift and denudation,but the denudation of Puguang-Maoba area was earlier than that of Tongjiang area.(U-Th)/He ages of zircon indicate the denudation time of provenance areas.On the basis of paleodrainage characteristics,provenance transport and other related data,provenance areas of the clastic rocks are decided,which is worthy to be investigated further.     

川东北地区构造-热演化探讨——来自（U-Th）／He年龄和Ro的约束

利用镜质组反射率和磷灰石与锆石的(U-Th)/He年龄一起模拟了川东北地区三叠纪以来的构造-热演化特征。结果表明早三叠世的热流值在51～66mW/m2,自晚三叠世至白垩纪随盆地性质由前陆盆地演化为陆内坳陷盆地,热流缓慢降低直至现今的44.5mW/m2。但在晚白垩世—古新世时期受燕山晚期构造运动的影响,热流有一个微弱增高的现象。同时,磷灰石和锆石的He年龄揭示了川东北地区大致在晚白垩世期间开始隆升且抬升剥蚀量较大。因此,磷灰石和锆石的(U-Th)/He年龄可以揭示后期详细的冷却历史。     

新疆东天山红云滩地区构造-热演化探讨:来自Ar-Ar和(U-Th)/He热年代学的约束

红云滩岩体位于东天山觉罗塔格西部,对其进行热演化历史研究对于揭示觉罗塔格地区乃至整个东天山地区的构造-热演化历史具有重要意义。本文对红云滩岩体进行黑云母Ar-Ar、锆石(U-Th)/He和磷灰石(U-Th)/He测年,并结合前人的锆石U-Pb测年结果,精细刻画出该岩体自形成以后经历的热演化过程,并据此识别出东天山红云滩地区发生过多期快速抬升冷却事件。黑云母阶段升温Ar-Ar法同位素定年得到的坪年龄为316.9±1.8Ma,单颗粒锆石和磷灰石(U-Th)/He同位素定年得到的平均年龄分别为213.7±9.6Ma和65.5±1.3Ma。热年代学数据及模拟结果表明东天山红云滩地区自晚古生代以来经历了3个快速冷却阶段,分别为:晚石炭世至早二叠世(ca.330~296Ma)、晚三叠世(222~220Ma)、晚白垩世(91~77Ma)。其中,晚石炭世至早二叠世的快速冷却作用是岩体侵位后与围岩热传导冷却及伴随天山造山隆升冷却综合作用的结果,晚三叠世和晚白垩世的两期快速冷却事件分别与羌塘-欧亚板块、Kohistan-Dras岛弧-拉萨地块碰撞的远程效应造成的东天山地区隆升作用有关。新生代以来,红云滩岩体所在的阿奇山-雅满苏地区构造活动相对较弱,未发生较为明显的隆升作用,与天山西段新生代的构造活动有着明显的差异。     

氦素定年技术、氦热年代学及其在地质中的应用

本文介绍了氦同位素定年技术和氦热年代学,说明了该方法的理论基础和技术要求,以及其在较小幅度剥露作用研究、古地貌研究和年轻地质体定年等方面的应用情况和前景.