裂变径迹热年代学

裂变径迹热年代学(Fission Track Thermochronology)是近十年发展起来的一门新的地质学分支学科,其研究对象是沉积盆地及其周缘地区的热作用事件,目的在于了解特定范围的生烃史及大地的造演化,为油气勘探和基础地质研究服务。 裂变径迹本来是同位素地质学的一个概念。矿物或岩石中的铀原子(~(238)U)在地质年代中会不断自发产生核裂变,一般可形成两块碎片,朝相反方向辐射,总能量可达162Mev。这种带电的高能质点在快速穿过矿物晶格时,会使邻近原子电离化。这种电离化的正离子在库仑排斥力的作用下,挤向两边的晶格,从而在晶格中留下了线状连续缺损。这就是裂变径迹。60年代中期,裂变径迹技术开始应用于地质年代测定和地球化学研究中,并且很快在铀矿床成因、矿石和岩石形成年代及地热等领域取得了令人满意的效果。     

裂变径迹技术及其地质应用

裂变径迹技术以样品用量少、封闭温度低以及测年范围广等优势,被广泛应用于地质学研究中。完全退火或部分退火样品可有效记录岩体的冷却-剥露历史,限制构造活动起始时间,探讨上覆岩石的风化剥蚀历史与矿床保存变化之间的关系,定量化矿床隆升剥蚀量,实现找矿预测; 锆石裂变径迹封闭温度对应天然气生成温度区间,可运用于油气勘探研究计算中; 近年来结合元素含量分析的裂变径迹技术还可进行物源分析,LA-ICP-MS技术的引进为测量低U含量矿物的径迹带来了曙光。系统总结了磷灰石与锆石裂变径迹退火特性的研究成果,以及温度、化学成分、结晶各向异性及D_par值等因素对磷灰石径迹退火特性数据解释可能产生的影响,锆石径迹热稳定性的降低主要受制于辐射损伤效应。实验室退火特性研究为了解繁杂的径迹退火化学动力机制提供了重要的理论参考,但在实际的数据解释中需结合地质背景,以获得更为清晰的地质热事件演化研究时间格架。结合径迹测年在矿床、山体隆升剥蚀、盆地热史等研究的典型案例分析,以期为裂变径迹应用的相关研究提供参考。     

磷灰石裂变径迹数据的热史反演及其局限性

应用一种局部优化方法——模拟退火法对磷灰石裂变径迹长度分布及径迹年龄进行热史的反演。反演中采取了Laslet等(1987)的扇型径迹退火模型。通过对理论热史模型及实测资料的反演,结果表明应用磷灰石裂变径迹数据提取热史信息是有效的。但是,由于径迹的退火主要受温度的控制,因此以前记录在径迹中的热史信息有可能被后期高温改造而难以反映。指出磷灰石径迹资料在冷却盆地的应用可以获取较精确的热史信息,而在有复杂演化史的盆地中精度较差。     

新疆阿尔泰造山带构造活动的磷灰石裂变径迹证据

从对新疆阿尔泰造山带西部构造活动的研究中获得一批较为系统的磷灰石裂变径迹分析结果。 32个磷灰石裂变径迹年龄为 (16 3.0± 6 .4 )～ (4 6 .9± 7.2 )Ma ,平均径迹长度为 (14 .5± 0 .1)～(11.3± 0 .4 ) μm ,长度标准差为 1.4～ 2 .7μm。区内具有 3阶段热历史 :约 110Ma之前处于约 10 0～12 0℃较高温稳定阶段 ,然后在约 110～ 4 0Ma期间发生快速冷却与隆升事件 ,从约 4 0Ma开始发生另一较为缓慢的冷却事件。总体上自北而南 ,剥蚀速率和冷却速率均逐渐变小。文中裂变径迹资料表明 ,阿尔泰山西段主要断裂带现在向南倾斜 ,区内构造演化亦主要受Tesbahan、Kulti和Basei三条断裂带逆冲热事件的控制。     

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。     

广西十万大山盆地中生代地层的裂变径迹研究及其地质意义

对采自中国南方十万大山盆地中生代地层的11个磷灰石样品和6个锆石样品进行了裂变径迹分析,所有磷灰石样品以及锆石样品SS-5、SW033、SW055的裂变径迹年龄数据均小于样品的地层年龄,表明这些样品在沉积后所经历的埋藏温度曾经大于最大退火温度。样品Shw-1、SW027、SW025的锆石裂变径迹年龄大于样品的地层年龄,反映的是源区的锆石年龄。根据磷灰石裂变径迹年龄数据进行的时间一温度历史模拟表明,十万大山地区的磷灰石样品基本反映了相同的低温段热演化史。各个样品在41～85Ma之间分别达到最大古地温值(介于98～175℃之间),此后各个样品的热演化史总体上呈冷却的趋势。自晚白垩世以来,盆地各地普遍遭受了抬升剥蚀过程,估算的地层剥蚀量在2281～4484m之间。     

磷灰石裂变径迹与结晶C轴的夹角对模拟热历史的影响

磷灰石裂变径迹退火行为是磷灰石裂变径迹技术模拟热历史的基础,退火程度的不同会导致径迹的长度不同,其中退火的各向异性（与结晶C轴夹角不同退火行为不同）是导致长度差异的重要因素。首先利用C轴投影模型将任意夹角的径迹转化成与C轴平行的径迹,以此消除分布方位的影响,进而探讨实际测量长度相同而分布方位不同的径迹模拟的热历史之间的差异。研究结果表明,磷灰石裂变径迹与结晶 C轴夹角不同揭示的最高古地温之间最大差异为15℃,用来研究剥蚀量和年轻造山带冷却抬升速率引起的最大差异可分别达到430 m及1.5℃/Ma,揭示构造抬升事件的初始抬升时间最大可相差2Ma。因此,在实际模拟热历史时应注意该参数的影响,准确测量磷灰石裂变径迹与结晶C轴的夹角将有助于提高模拟热历史的精度。     

鄂尔多斯盆地钻井样品的锆石裂变径迹年龄及意义

鄂尔多斯盆地钻井样品的锆石裂变径迹年龄测定结果，证实了该盆地在中生代晚期发生过温度达210℃左右的热事件。不同构造单元样品的锆石裂变径迹数据存在明显差别，这是因中生代晚期盆地构造运动强度不同所致。     

准噶尔盆地北部燕山期构造热事件的裂变径迹年龄纪录

运用裂变径迹(FT)分析的构造热年代学研究方法,系统建立了准噶尔盆地北缘燕山期构造热事件的FT年龄分布与峰值年龄事件。研究表明,锆石裂变径迹(ZFT)年龄主要分布在200~120Ma的燕山期,且峰值年龄集中分布在约160Ma;磷灰石裂变径迹(AFT)年龄主要分布在130~60Ma的燕山中晚期,且峰值年龄主要分布在约130Ma和90Ma。裂变径迹峰值年龄的确定不仅从定量热年代学角度为盆地构造热演化提供了可靠的证据,同时也表明了燕山运动在中国西部具有响应,为一区域构造运动事件。     

压力对磷灰石裂变径迹退火的影响初步探讨

磷灰石裂变径迹分析技术是确定岩石低温热历史的一种有效方法,其退火后径迹长度受多种因素影响,如温度、压力、磷灰石的化学成分、径迹与结晶C轴的夹角、蚀象直径（Dpar）以及年龄等,但压力的影响很少有文章论述.在调研大量国内外资料的基础上,通过将统计后的数据作图来阐明压力对径迹退火的影响.研究结果表明压力对径迹的退火具有重要影响,压力越大,退火后得到的径迹长度越短,且随着压力的增大,径迹变短的程度也在增大.当压力小于150 MPa时,压力的影响可以忽略,这时径迹退火主要受温度影响.压力和温度在磷灰石裂变径迹退火时起到相互弥补的作用,即高压、低温与低压、高温都能达到相同的退火程度.     

Apatite Fission Track Evidence of Uplift Cooling in the Qiangtang Basin and Constraints on the Tibetan Plateau Uplift

The Qiangtang basin is located in the central Tibetan Plateau. This basin has an important structural position,and further study of its tectonic and thermal histories has great significance for understanding the evolution of the Tibetan Plateau and the hydrocarbon potential of marine carbonates in the basin. This study focuses on low temperature thermochronology and in particular conducted apatite fission track analysis. Under constraints provided by the geological background,the thermal history in different tectonic units is characterized by the degree of annealing of samples,and the timing of major(uplift-erosion related) cooling episodes is inferred. The cooling history in the Qiangtang basin can be divided into two distinct episodes. The first stage is mainly from the late Early Cretaceous to the Late Cretaceous(69.8 Ma to 108.7 Ma),while the second is mainly from the MiddleLate Eocene to the late Miocene(10.3 Ma to 44.4 Ma). The first cooling episode records the uplift of strata in the central Qiangtang basin caused by continued convergent extrusion after the BangongNujiang ocean closed. The second episode can be further divided into three periods,which are respectively 10.3 Ma,22.6–26.1 Ma and 30.8–44.4 Ma. The late Oligocene-early Miocene(22.6–26.1 Ma) is the main cooling period. The distribution and times of the earlier uplift-related cooling show that the effect of extrusion after the collision between Eurasian plate and India plate obviously influenced the Qiangtang basin at 44.4 Ma. The Qiangtang basin underwent compression and started to be uplifted from the middle-late Eocene to the early Oligocene(45.0–30.8 Ma). Subsequently,a large-scale and intensive uplift process occurred during the late Oligocene to early Miocene(26.1–22.6 Ma) and the basin continued to undergo compression and uplift up to the late Miocene(10.3 Ma). Thus,uplift-erosion in the Qiangtang basin was intensive from 44.5 Ma to about 10 Ma. The timing of cooling in the second episode shows that the uplift of the Qiangtang basin was caused by the strong compression after the collision of the Indian plate and Eurasian plate. On the whole,the new apatite fission-track data from the Qiangtang basin show that the Tibetan Plateau started to extrude and uplift during 45–30.8 Ma. The main period of uplift and formation of the Tibetan Plateau took place about 22.6–26.1 Ma,and uplift and extrusion continued until the late Miocene(10.3 Ma).     

鄂尔多斯盆地东北部构造热演化史的磷灰石裂变径迹分析

运用磷灰石裂变径迹(AFT)分析的构造热年代学研究方法,系统探讨鄂尔多斯盆地东北部不同区段中新生代以来的热演化历史,为盆地东北部石油和天然气等多种沉积能源矿产的勘探预测提供新的约束条件。模拟结果表明:盆地东北部经历了250~150 Ma缓慢埋藏增温过程,平均增温速率为0.9℃/Ma;150~120 Ma为快速增温阶段,平均增温速率高达2.1℃/Ma,地层温度达到最高,且均大于130℃。之后不同区段经历差异降温过程:北缘露头区经历了120~65 Ma快速降温,平均冷却速率约1.3℃/Ma;65~10 Ma缓慢降温,平均冷却速率约为0.4℃/Ma。南缘露头区及盆地沉降区则经历了120~30 Ma缓慢降温,平均冷却速率约为0.9℃/Ma;30~10 Ma快速降温,平均冷却速率约为1.5℃/Ma。10 Ma以来,盆地东北部整体抬升冷却,平均冷却速率约6.5℃/Ma。分析结果认为燕山中期构造热事件之最高热增温作用的关键时刻为(120±10)Ma,促成鄂尔多斯盆地东北部主要烃源岩层系的成熟生烃和大规模油气成藏。在后期的差异抬升冷却过程中,北缘露头区在65 Ma±通过了110℃等温面,南缘露头区及盆地的沉降区在30 Ma±通过了110℃等温面,有利于相邻地区原生油气藏的积聚和保存,古近纪晚期(30 Ma)尤其是新近纪晚期近10 Ma以来的强烈构造抬升作用有可能是引发原生油气藏调整—改造和次生成藏的关键因素。     

花海拗陷的热演化和生烃期的磷灰石裂变径迹证据

利用裂变径迹分析方法测量了取自花海拗陷的钻井磷灰石样品的裂变径迹年龄和长度。结果表明,随井深增加年龄减小,平均径迹长度亦变短。取自白垩纪地层的磷灰石样品的裂变径迹年龄都比地层年龄年轻得多,表明沉积后曾长时间处于磷灰石裂变径迹退火带中,沉积前的径迹记录已部分消失,古地温高于今地温。利用蒙特卡罗随机取样的热史模拟方法对裂变径迹数据进行了分析,结果表明白垩纪地层沉积后曾经历过超过110 ℃的加热,达到最高古地温的地质时代是早白垩世晚期—晚白垩世末,为主要生烃期。新生代以来盆地变冷,生油岩的成熟度主要受古地温控制     

磷灰石裂变径迹在确定造山带隆升速率中的应用

矿物裂变径迹技术是一种低温热史及年代学测定技术,广泛应用于含油气盆地热史分析、沉积物来源、造山带隆升剥蚀、地质年代学测定等方面的研究。近年来,磷灰石裂变径迹在研究造山带构造隆升速率方面取得了大量成果。笔者在结合前人研究成果基础上,分别介绍了利用裂变径迹反演热史、裂变年龄和矿物对-封闭温度法确定构造隆升速率的原理、方法和应用,并分析其优缺点,指出应用磷灰石裂变径迹研究构造隆升速率时应该注意的问题。     

柴达木盆地北缘中新生代热演化及其对铀成矿的意义

文章在阐述柴达木盆地北缘砂岩型铀矿成矿地质特征的基础上,以磷灰石裂变径迹特征分析为依据,系统研究了该地区中新生代热演化及其与砂岩型铀矿成矿作用的关系。资料显示,区内中侏罗统具备较好的铀成矿条件,成矿类型以层间氧化带型和潜水氧化带型为主。磷灰石裂变径迹分析结果表明,样品的平均径迹长度为(11.71±0.17)μm±1σ~(12.58±0.18)μm±1σ,说明均经历过退火作用;样品的表观年龄为64.4~85Ma,说明区内构造活动具有多期、多阶段特点;基于裂变径迹的t-T曲线模拟结果表明,自120Ma以来,该地区的构造演化可以分为挤压隆升、断陷沉降、快速抬升3个阶段。因此,认为区内砂岩型铀矿主体应是早白垩世早期-古新世早期挤压隆升阶段形成的古矿体。现今的找矿方向,应是在活动强度相对较弱的构造活化区中寻找残留铀矿体,同时注重深部找矿。     

裂变径迹年龄多成分分离技术及其在沉积盆地物源分析中的应用

在沉积岩样品的单颗粒裂变径迹年龄测试中,常常出现同一个样品的径迹年龄可能由多个不同年龄组分构成的情况。当样品的年龄未能通过 χ2检验时,就必须对样品的年龄进行进一步的多成分分析。本文介绍的最大似然估计方法就是一种有效的年龄成分分离技术。应用这一技术,我们对苏北盆地JSG井的 3个岩心样品 (JSG1、JSG2、JSG3)的 144个磷灰石单颗粒矿物年龄进行了多成分分离,表明上述三个样品实际上是由年龄值分别为 70Ma和 16 7Ma左右的两个成分组成的。这两组年龄的存在表明沉积时存在两个不同的物源区,两组径迹年龄反映的则是磷灰石碎屑颗粒在物源区最后一次达到完全退火温度 (大于 12 0°C)的时间。     

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.     

Mineralization Ages of Gold-Hydrothermal Deposits in Northern Zone of Eastern Kunlun Mountains based on Fission Track Analysis

MINERALIZATION AGES OF GOLD-HYDROTHERMAL DEPOSITS IN NORTHERN ZONE OF EASTERN KUNLUN MOUNTAINS BASED ON FISSION TRACK ANALYSIStheOpenLaboratoryofNuclearAnalysisTechniques;;ChineseAcademyofSciences