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．     

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.     

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.     

磷灰石裂变径迹分析新进展

综述了近十几年来磷灰石裂变径迹(AFT)分析在基础理论上的进展:AFT退火动力学的影响因素;AFT多元退火模型的建立;LA-ICP-MS裂变径迹定年及AFT分析自动化.总结了一些尚存分歧的研究问题:围压对AFT退火过程的影响,AFT年龄与磷灰石(U-Th)/He年龄的异常;特殊地质环境下AFT退火资料对退火模型的制约.最后展望了AFT分析的发展方向.     

(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.     

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。     

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.     

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。     

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（140~100 Ma）、始新世期间（55~30 Ma）、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.

     

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.     

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.     

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（20~35 km²/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15 Ma以来的剥蚀总量为8 km,四川盆地中部80 Ma以来剥蚀总量为约3 km、东部约5 km.

     

MDD法和裂变径迹法相结合模拟样品的低温热历史——以柴达木盆地北缘赛什腾山中新生代构造演化为例

MDD法和裂变径迹法是2种最常用的低温热年代学方法.通过对它们的测试结果的模拟,揭示出样品经历的热历史,可以有效地延伸这2种方法的研究范围.但是由于模拟的多解性,使得如何制约模拟过程,获得合理的模拟结果显得尤为重要.通过柴达木盆地北缘的模拟过程,展示了模拟中可能存在的问题及提高模拟结果的方法.同时揭示了柴达木盆地北缘中...