磷灰石(U-Th)/He年龄准确度的影响因素

磷灰石(U-Th)/He体系因具有已知最低的放射性同位素体系封闭温度(70℃,约3km深度),而被广泛应用于浅地表构造变形及地貌演化研究,是近20a来发展较为迅速的1种热年代学方法。但由于定年原理、测试方法和~4He扩散特点等诸多因素的限制,该同位素年龄体系的准确度受到了一定程度的制约。文中归纳了现有文献中常见的10类磷灰石(U-Th)/He定年准确度的影响因素,即粒径、包裹体、α粒子射出效应、α粒子植入效应、U-Th成分环带、辐射损伤、磷灰石化学成分、钐含量、多期热事件和铀系不平衡等,并初步探讨了造成偏差的原因和解决方法,用以抛砖引玉,引起相关研究者的考虑和重视。     

磷灰石裂变径迹及(U-Th)/He分析技术在石油勘探中的应用

磷灰石裂变径迹及(U-Th)/He定年体系是近年来用于基础地质研究的一项新技术.该定年体系能有效恢复沉积盆地热历史,计算地层剥蚀量,推测盆地内热液活动的时间、温度以及时间与温度间的关系等信息,为油气勘探工作提供重要的科学依据.     

自然演化碎屑锆石(U-Th)/He封闭温度的研究

锆石(U-Th)/He热定年技术为沉积盆地深层较高温度热历史的重建提供一种有效的古温标,其中锆石He年龄和封闭温度是重要参数.文章通过渤海湾和塔里木盆地超深钻井的自然演化样品,建立了不同热背景下锆石He年龄与埋深的演化模式并据此探讨碎屑锆石He封闭温度.研究表明自然演化碎屑锆石He封闭温度为200℃,高于国际上广泛使用火成岩锆石样品进行热扩散实验得到的He封闭温度(183℃);获得锆石He部分保留带为140～200℃.正确理解锆石He封闭温度,从而为正确解释锆石He年龄包含的地质信息提供理论依据,对盆地深层烃源岩演化及其成烃成藏研究具有指导意义.     

青藏高原东北部龙首山晚新生代剥露历史:来自磷灰石(U-Th)/He的证据

龙首山位于阿拉善地块南缘,也是青藏高原东北部最外围的山脉之一。揭示龙首山新生代构造变形与隆升过程对于理解青藏高原东北部的隆升与向外扩展及其动力学机制具有重要意义。文中利用磷灰石(U-Th)/He方法,对青藏高原东北部龙首山南、北两侧岩石的侵蚀与隆升过程开展研究。采集自龙首山南缘的11个磷灰石的(U-Th)/He年龄结果显示,在其南缘断层的控制下,龙首山约于14Ma BP发生了强烈隆升或剥蚀,导致上部岩石快速冷却。而在龙首山北缘采集的3个样品的年龄较老(220～240Ma),但年龄非常相近,表明其北侧活动较弱,龙首山整体表现为掀斜模式。龙首山中中新世由南向北的掀斜式抬升不仅揭示了青藏高原东北部挤压应变可能由南向北扩展,同时也限定了青藏高原在中中新世已向NE扩展至阿拉善地块南缘,使龙首山成为高原东北部现今构造与地貌的边界。     

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.     

国际标样FiSh Canyon Tuff锆石的 (U-Th)/He年龄测定

锆石是(U-Th)/He测年体系中最常用的富含U、Th的副矿物之一。相对于磷灰石而言,锆石的He封闭温度较高(约190℃),在解决沉积盆地物源和热史恢复方面更具优势。但锆石晶体内的U、Th分带普遍发育,浓度差异明显,即使是国际普遍使用的(U-Th)/He测年标样FCT(Fish Canyon Tuff)的年龄值分散度也可约达10%。文中依托中国地震局地质研究所新建立的(U-Th)/He年代学实验室,利用配备的Alphachron He同位素质谱仪对一批FCT锆石单颗粒采用激光加热萃取后进行4He含量测定,并应用自动进样的安捷伦7900 ICP-MS和同位素稀释剂法测定母体同位素U、Th的含量,得到FCT锆石的年龄范围为26. 61～31. 91Ma,加权平均年龄为(28. 8±3. 1) Ma(2SD,n=10),该年龄值与国际上多个实验室所获得的平均年龄((28. 3±3. 1) Ma,2σ,n=127;(28. 29±2. 6)Ma,2σ外部误差,9. 3%,n=114)在误差范围内一致; Th/U比值范围是0. 52～0. 67,与国际报道值一致,说明本实验室所建立的锆石单颗粒(U-Th)/He测年实验流程可靠。     

(U-Th)/He年龄约束下的塔里木盆地早古生代构造-热演化

塔里木盆地早古生代碳酸盐岩沉积时期的热历史由于缺乏有效的古温标进行热史恢复,一直是困扰该区下古生界烃源岩演化研究的难题.磷灰石和锆石的(U-Th)/He热定年技术是近年来用于沉积盆地热史研究的新技术,可以用来揭示地层的构造抬升和热历史.本文利用塔里木盆地典型井中古生界层系的古温标来恢复古生代的热史.这些井在海西期长期隆升、遭受强烈的剥蚀、后期埋藏深度较小,因而古生界层系中的古温标可以保留原始热信息,从而反映古生代的温度状况.本文通过对这些钻井样品进行磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄测试,并结合磷灰石裂变径迹和等效镜质体反射率等古温标,综合模拟计算了塔里木盆地不同构造单元的KQ1和T1井早古生代的构造-热演化历史.模拟结果表明,塔里木盆地塔东北和巴楚隆起区古生代热演化存在差异.巴楚隆起区T1井在寒武纪末期的古地温梯度仅为28～30℃/km,奥陶纪的地温梯度增高至30～33℃/km之间,志留-泥盆纪地温梯度为31～34℃/km;塔东北的KQ1井区奥陶纪的地温梯度可达35℃/km,志留-泥盆纪地温梯度为32～35℃/km.因此,(U-Th)/He年龄结合其他古温标综合模拟的方法可以很好地揭示沉积盆地的热历史,特别是该方法为塔里木盆地早古生代的热史恢复提供了新的途径.     

中天山科克苏河地区隆升剥蚀历史——来自(U-Th)/He年龄的制约

天山是中亚造山带重要组成部分,其中-新生代构造热演化及隆升剥露史研究是认识中亚造山带构造变形过程与机制的关键.本文应用磷灰石（U-Th） /He技术重建中天山南缘科克苏河地区中-新生代构造热演化及隆升剥蚀过程.磷灰石（U-Th） /He数据综合解释及热演化史模拟表明该地区至少存在晚白垩世、早中新世、晚中新世3期快速隆升剥蚀事件,起始时间分别为～90 Ma、～13 Ma及～5 Ma,且这3期隆升剥蚀事件在整个天山地区具有广泛的可对比性.相对于磷灰石裂变径迹,磷灰石（U-Th）/He年龄记录了中天山南缘地质演化史中更新和更近的热信息,即中天山在晚中新世（～5 Ma）快速隆升剥蚀,其剥蚀速率为～0.47 mm·a-1,剥蚀厚度为～2300 m.总体上,中天山科克苏地区隆升剥蚀起始时间从天山造山带向昭苏盆地（由南向北）逐渐变老,表明了中天山南缘隆升剥蚀存在不均一性,并发生了多期揭顶剥蚀事件.     

塔里木柯坪塔格地区构造抬升的新证据——来自(U-Th)/He年龄的约束

柯坪塔格地区位于西南天山与塔里木盆地之间, 是塔里木地台的一部分, 其构造隆升与天山和塔里木盆地的演化密切相关. 本文首次将(U-Th)/He热定年技术应用于该地区构造抬升的研究, 对该区震旦系露头样品的磷灰石和锆石的(U-Th)/He进行了年龄测定和热史模拟, 结果表明柯坪塔格地区主要经历了4期构造抬升事件, 导致震旦系抬升至地表, 其中磷灰石(U-Th)/He年龄揭示了晚白垩世和中新世两期的构造抬升事件. 在早石炭世, 震旦系温度达到最大, 介于133~150°C之间, 结合沉积埋藏史得到当时的最大埋深是3400~3900 m. 在渐新世—中新世, 受印度—欧亚板块碰撞远程效应的影响, 柯坪塔格地区沿柯坪塔格—沙井子断裂向巴楚隆起上逆冲, 地层快速抬升遭受剥蚀. 在15~10 Ma时, 柯坪塔格地区震旦系已抬升至地表. 自早石炭世至今, 柯坪塔格地区总剥蚀量达6170 m. 柯坪塔格地区自中生代以来的构造-热演化史与塔里木盆地北缘是一致的, 但与天山及处于塔里木盆地内部的巴楚隆起的构造抬升过程存在差异. 中新世以后, 受喜山运动远程效应影响, 柯坪塔格和天山才同处于抬升状态; 而巴楚隆起在古近纪早期仍处于抬升剥蚀状态, 与柯坪塔格地区接受沉积相反. 本文利用(U-Th)/He热定年技术成功地揭示了柯坪塔格地区自震旦纪以来的构造-热演化史, 这些结果有利于人们对这一地区构造抬升的正确认识. 同时, 本研究对塔里木盆地的油气勘探及天山地区的构造研究具有指导意义.     

Modelling of low-temperature exhumation rate in Dabie Mountain based on (U-Th)/He and fission-track thermochronological data

While the high-temperature exhumation process in the Dabie Mountain has been well documented, the low-temperature exhumation of this area since Cretaceous, especially since Late Cretaceous, is relatively less studied. Low-temperature thermochronology provides one of the important approaches to solve this problem. Based on the data of fission track and (U-Th)/He analysis of apaptites and zircons from the granitoid and metamorphic rocks in the Dabie Mountain, this paper applies Mancktelow’s and Braun’s methods to estimating the exhumation rates and to drawing the regional differential exhumation pattern since Cretaceous, especially since Late Cretaceous by taking into consideration factors such as heat transport, heat advection, topography and heat production, which could influence geothermal field in the shallow crust. Since Cretaceous, the exhumation rate (0.08-0.10 km/Ma) in the region around Tiantangzhai and in the south of Tanlu fault zone is larger than the rate (0.04-0.07 km/Ma) in other areas of the Dabie Mountain. The regional differential exhumation pattern might be related to the push-up effect caused by differential strike-slip movement along NNE-trending faults.     

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.     

大巴山弧形构造带形成与两侧隆起的关系:FT和(U-Th)/He低温热年代约束

FT和(U-Th)/He低温热年代与区域冷却特性表明,南大巴山弧形带在153～100Ma时期以快速冷却抬升(1.44～1.90℃/Ma)为特征,这一构造期既不同于因秦岭晚造山挤压(J1+2)引发的盆地快速沉降,也不同于100～45Ma时期的缓慢冷却与构造抬升.这种快速冷却抬升与弧形带两侧的黄陵隆起(160～126Ma,冷却速率为2.22～3.17℃/Ma)、汉南-米仓山隆起(南部150～125Ma,冷却速率为4.91℃/Ma;北部150～105Ma,冷却速率为2.11℃/Ma)存在很好的区域一致性.综合弧形带与两侧隆起的差异冷却特性以及与北大巴武当地块冷却曲线的对比分析,本文认为南大巴山弧形构造带形成于153～100Ma,主要与扬子板块总体上主动向北西的推挤作用同时遭受汉南、黄陵两个基底隆起的阻挡促使秦岭造山带被动向南西低角度弧形逆冲推覆过程有关.南大巴山弧形带及其两侧隆起在约45Ma还经历了一次较为快速的抬升作用,这一构造抬升在时间上与青藏碰撞造山事件是一致的.     

(U-Th)/He技术约束下库车盆地北缘构造热演化——以吐孜2井为例

库车前陆盆地蕴藏着丰富的油气资源,然而盆地中新生代的构造热演化史一直缺乏有效的研究,制约了油气的勘探.本文测试了吐孜2井磷灰石、锆石（U-Th）/He年龄数据,建立了He年龄随现今温度/深度变化的关系,确定该区磷灰石（U-Th）/He体系封闭温度为89℃.综合利用（U-Th）/He及镜质体反射率（R_o）数据模拟恢复了库车盆地吐孜2井中新生代热演化史,结果表明库车盆地吐孜洛克背斜形成起始时间约为5 Ma,新生代抬升剥蚀量平均约为670 m,平均抬升剥蚀速率为0.133 mm/a.根据新生代吐孜洛克背斜的构造演化分析确定了气源断裂活动及圈闭形成的时期,揭示了吐孜洛克背斜天然气成藏时间为5 Ma以后,且烃源岩生排烃、断裂活动及圈闭形成的时间具有良好的匹配关系,这是吐孜洛克油气田形成的关键因素之一.本文应用（U-Th）/He技术研究沉积盆地构造热演化史,对库车盆地油气勘探具有重要的意义.     

(U-Th)/He技术约束下库车盆地北缘构造热演化——以吐孜2井为例

库车前陆盆地蕴藏着丰富的油气资源,然而盆地中新生代的构造热演化史一直缺乏有效的研究,制约了油气的勘探.本文测试了吐孜2井磷灰石、锆石（U-Th）/He年龄数据,建立了He年龄随现今温度/深度变化的关系,确定该区磷灰石（U-Th）/He体系封闭温度为89℃.综合利用（U-Th）/He及镜质体反射率（Ro）数据模拟恢复了库车盆地吐孜2井中新生代热演化史,结果表明库车盆地吐孜洛克背斜形成起始时间约为5 Ma,新生代抬升剥蚀量平均约为670 m,平均抬升剥蚀速率为0.133 mm/a.根据新生代吐孜洛克背斜的构造演化分析确定了气源断裂活动及圈闭形成的时期,揭示了吐孜洛克背斜天然气成藏时间为5 Ma以后,且烃源岩生排烃、断裂活动及圈闭形成的时间具有良好的匹配关系,这是吐孜洛克油气田形成的关键因素之一.本文应用（U-Th）/He技术研究沉积盆地构造热演化史,对库车盆地油气勘探具有重要的意义.     

南天山欧西达坂岩体热演化历史与隆升过程分析——来自Ar-Ar和(U-Th)/He热年代学的证据

天山造山带晚古生代以来的隆升剥露过程与带内矿床形成后的保存潜力密切相关.本文报道了新的角闪石/斜长石Ar-Ar年龄和锆石/磷灰石(U-Th)/He年龄,为重建南天山中段地区欧西达坂岩体完整的构造-热演化历史提供年代学基础,结合前人研究成果分析了冷却速率及剥蚀速率变化特征,对南天山中段晚古生代以来的热演化历史及隆升剥蚀历史进行了探讨.同位素定年结果显示,角闪石Ar-Ar坪年龄为(382.6±3.6)Ma,斜长石Ar-Ar加权平均年龄为(265.8±4.9)Ma,锆石与磷灰石(U-Th)/He年龄分别为(185.8±4.3)和(31.1±2.9)Ma.热演化历史及模拟结果表明,南天山中段地区晚古生代至今的构造-热演化历史可以大致分为5个阶段:(1)志留纪末至晚泥盆世岩体平均冷却速率约7.84℃/Myr;(2)晚泥盆世至中二叠世末期,岩体的平均冷却速率约2.07℃/Myr;(3)中二叠世末到始新世中期岩体平均冷却速率降至0.68℃/Myr,此期间总体地质运动较为平缓;(4)新生代始新世期间(约46~35Ma)南天山中段地区发生了一期快速隆升剥蚀事件,岩体冷却速率突升至5.00℃/Myr,剥蚀量达到1.83km,平均剥蚀速率0.17mm/a;(5)始新世中期(约35Ma)至今,平均冷却速率约为1.14℃/Myr,隆升速度仍然较快,剥蚀量约为1.33km,平均剥蚀速率约0.04mm/a.新生代以来天山的剧烈隆起抬升受控于印亚碰撞的远程效应,远程作用在天山的响应具有一定的滞后效应.     

(U-Th)/He年龄在沉积盆地构造-热演化研究中的应用——以塔里木盆地KQ1井为例

(U-Th)/He热定年技术是近年来用于沉积盆地热史研究的新技术,目前主要是利用磷灰石和锆石的He年龄来揭示地层的构造抬升和热历史.本文依据塔里木盆地钻井样品的实测磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄数据,初步得出了该地区磷灰石(U-Th)/He年龄的封闭温度为85℃,并建立了深度/温度－年龄演化模式;锆石则未达到其较高的封闭温度.综合利用本次实测的He年龄数据结合磷灰石裂变径迹和等效镜质组反射率等古温标,模拟计算了塔里木盆地孔雀1井（KQ1）自奥陶纪末期以来的热历史.模拟结果表明,孔雀1井区奥陶纪末期的地温梯度可达35.5℃/km,志留纪—泥盆纪时期的地温梯度为33.3～34.5℃/km,白垩纪末期地温梯度27.6℃/km左右.因此,(U-Th)/He年龄结合其他古温标综合模拟的方法可以很好地揭示沉积盆地的热历史.特别是该技术为缺乏常规古温标的塔里木盆地下古生界碳酸盐岩层系所经受热史的恢复提供了新的方法.     

Constraining exhumation pathway in an accretionary wedge by (U-Th)/He thermochronology—Case study on Meliatic nappes in the Western Carpathians

This study reconstructs the late stages in the exhumation history of a nappe derived from the Meliatic accretionary wedge in the Western Carpathians by means of zircon and apatite (U-Th)/He dating. The Meliatic accretionary wedge formed due to the closure of the Neotethyan Triassic–Jurassic Meliata–Hallstatt Ocean in the Late Jurassic. The studied fragments of the blueschist-bearing Meliatic Bôrka Nappe were metamorphosed at low-temperature and high- to medium-pressure conditions at ca. 160–150 Ma and included into the accretionary wedge. The time of the accretionary wedge formation constrains the beginning of the Bôrka Nappe northward thrusting over the Gemeric Unit of the evolving Central Western Carpathians (CWC) orogenic wedge. The zircon (U-Th)/He data on four samples recorded three evolutionary stages: (i) cooling through the ∼180 °C isotherm at 130–120 Ma related to starting collapse of the accretionary wedge, following exhumation of the high-pressure slices in the Meliatic accretionary wedge; (ii) postponed exhumation and cooling of some fragments through the ∼180 °C isotherm from 115 to 95 Ma due to ongoing collapse of this wedge; and (iii) cooling from 80 to 65 Ma, postdating the thrusting (∼100–80 Ma) of the Bôrka Nappe slices during the Late Cretaceous compression related to formation of the CWC orogenic wedge. The third stage already documents cooling of the Meliatic Bôrka Nappe slices in the CWC orogenic wedge. The apatite (U-Th)/He data may indicate cooling of a Bôrka Nappe slice to near-surface temperatures at ∼65 Ma. The younger AHe age clusters indicate that at least one, or possibly two, reheating events could have occurred in the longer interval from ∼40 to ∼10 Ma during the Oligocene–Miocene. These were related to sedimentary burial and/or the magmatism as documented in other parts of the CWC.     

南海北缘东沙隆起中生代以来的埋藏史和热史重建——来自LF35-1-1井(U-Th)/He和Ro的证据

沉积盆地埋藏史和热历史重建是了解盆地成因和油气形成条件的重要依据,而目前利用古温标手段研究珠江口盆地内东沙隆起热史和埋藏史的成果寥寥无几.本研究中,我们基于磷灰石与锆石(U-Th)/He年龄的反演结果给出了更多合理的约束条件,在此基础上对同一套镜质体反射率Ro数据进行了古热流法模拟计算,获得了钻井自中生代以来的地层温度史.反演结果显示LF35-1-1井区在早始新世-早渐新世发生了一期强烈的抬升剥蚀,地层剥蚀量为2000 m左右.拟合获得的埋藏史和热流史显示该井区在早始新世(~55Ma)经历了最高井底古热流(100 mW·m~(-2)),之后热流减小,持续至现今64.3 mW·m~(-2).最高古地温与隆升剥蚀在时间上的耦合体现了抬升事件对地温冷却的影响,但不足以排除基底热流下降因素.本次研究首次将(U-Th)/He技术用于南海北缘深水区盆地的热史研究,获得的热史结果更加符合现有的构造沉积大地构造方面的认识,展示了利用多种古温标手段进行盆地精细热史研究的良好效用.     

富钴结壳高分辨率定年:地球轨道周期印记法与~(230)Th_(ex)/~(232)Th测年法对比研究

由于海山富钴结壳的生长速率十分缓慢,长期以来,对其年代和生长速率的高分辨率准确测定一直是个难题.利用电子探针原位提取中太平洋海山富钴结壳(样品号:CB14)的元素含量变化剖面,运用功率谱分析方法识别结壳第一亚层(0～3mm)Al元素含量变化曲线中存在的显著周期,通过与米兰柯维奇周期的匹配,获得结壳的高分辨率生长速率.同时,利用数控微钻对该结壳的第一亚层以0.1mm为间隔进行高分辨率连续取样,并利用230Thex/232Th法对其进行测年.结果表明利用地球轨道周期印记法得到结壳的第一亚层生长速率为2.14mm/Ma,与利用230Thex/232Th测年法获得的结壳的生长速率(2.15mm·Ma?1)相吻合,同时得到结壳第一亚层(0～3mm)底界的年龄约为1.4Ma.认为地球轨道的周期性变化所引起的气候与环境效应在结壳的生长剖面上打下了烙印,利用地球轨道周期印记法确定富钴结壳的生长速率是一个有效而且可靠的新方法,可应用于为世界海域富钴结壳建立高分辨率长序列的年代框架.     

基岩就地~(14)C测年及古地震潜在应用

在陆地表面系统,~(14)C主要通过宇宙射线与大气和暴露岩石2个明显不同的介质发生核反应产生。在大气中生成的~(14)C,由此建立的~(14)C测年方法已广泛应用于考古学和古环境及地球各圈层的相互作用等方面的研究,推动了相关学科的发展;在基岩中产生的就地(in situ)~(14)C,随着加速器质谱计探测灵敏度的提升,就地~(14)C对地表过程的研究潜力开始得到广泛认可和关注,也已成为解决一些地球科学问题的重要方法。文中简要介绍了就地~(14)C的形成机制、产率值、实验方法的历史与现状以及使用宇宙成因核素研究基岩正断层活动性方面的最近进展。