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。     

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。     

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。     

低温热年代对黄陵隆起中新生代古地形的约束

低温热年代技术已经广泛应用于造山带的剥露作用和古地形演化的研究。本文对黄陵隆起进行了裂变径迹和(U-Th)/He热年代学研究,分析计算其隆升剥露速率和厚度,恢复黄陵隆起中新生代古地形。依据岩石样品冷却历史计算出的剥露速率以及剥露厚度结果,综合黄陵隆起现今地形起伏,均衡回弹作用以及古海平面变化情况,获得了黄陵隆起早侏罗世、早白垩世、晚白垩世、晚始新世以及现今5个时期的古地形变化情况。结果表明黄陵隆起地形表现为持续降低的趋势,并存在两期剧烈的隆升剥露阶段。分析认为,白垩纪(140~80 Ma±),黄陵隆起的快速隆升剥露作用与秦岭大别造山带大规模的挤压作用密切相关,晚始新世以来(40~0 Ma)黄陵隆起的快速抬升剥露作用则是对喜山期构造运动的响应。     

祁连山北缘晚新生代构造活动的低温热年代学证据

晚新生代祁连山开始隆升的时间是制约青藏高原隆升动力学以及高原隆升与气候变化之间相互关系的重要参数。本文通过磷灰石裂变径迹和（u—Th）／He低温热年代学方法研究,获得祁连山北缘开始隆升的时间为约95Ma,隆升的速率为（0.5±0.1）mm／a,晚新生代以来与祁连山北缘断裂相关的缩短速率为（1.4±0.2）mm／a。本文得到的祁连山隆升的时间与“下地壳流动模型”和“地幔对流剥离模型”预测的高原向东北方向扩展时间基本一致,也与中国大陆北方季风加强的时间基本一致。支持高原与约5～12Ma隆升并向周边扩展,引起西北季风加强的假说,但是不支持“陆陆斜向深俯冲消减模型”预测的祁连山南缘约11Ma隆升,北缘隆升时间晚于5Ma的预测。     

（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。     

地质热年代学及其应用

本文简单介绍地质热年代学的含义、应用和进展，并重点介绍了裂变径迹与40Ar/39Ar热年代学     

热年代学基本原理、重要概念及地质应用

岩石和矿物的同位素年龄从根本上取决于它们的综合热历史,而热年代学是一种能够分析其热历史的技术。岩石中一些矿物核衰变会生成子产物(同位素或矿物晶格的结构损伤),而热活化会使这些子产物逸失,热年代学主要分析子产物累积和逸失之间的相互关系。由于温度随地球岩石圈深度增加而升高,因此可以将温度信息转换为热年代学数据;应用热年代学可以分析岩石在给定时间内停留在地表以下的深度,从而获得地表到下地壳的多种地质过程的关键信息,其分析原理在于其同位素封闭系统。同位素系统在高温下均会表现为开放系统,即子产物通过扩散比核衰变逃逸更快;在低温下则表现为封闭系统,即子产物逃逸速率非常慢,以致在百万年为单位的地质时间都可以保留在原岩石和矿物中。从开放系统到封闭系统的切换不是瞬间完成,而是在离散的温度区间内进行的,这个区间称为部分保留区。封闭温度位于这个温度区间内,可以定义为热年代学系统中与其表观年龄相对应的温度。本文介绍了封闭温度≤350～400℃,(40)~Ar-(39)~Ar、裂变径迹和(U—Th)/He的测年原理、发展历史和样品选择;详细分析了封闭温度,部分退火区与部分保留区,裂变径迹年龄类型,滞后时间等重要概念;说明了岩体垂直运动、温度历史和其子产物积累之间所代表的年龄—海拔关系;进一步阐述了抬升、剥露和剥蚀定义,以及是否考虑均衡回弹情况下的关系。热年代学与其它年代学应用案例包括:约束地层和矿产年龄、隆升剥蚀、盆地演化、构造演化、矿床热历史演化与保存变化等方面。地球科学研究不断深化,综合热年代学有助于其更深入研究,可以带来更多丰硕成果。     

矿床保存变化研究的热年代学技术方法

成矿后矿床的保存与变化是矿床地质研究的重要组成部分,但研究程度不高,至今仍属于薄弱环节。矿床的保存与其隆升剥露密切相关,深入细致研究恢复矿区矿床的隆升和剥露历史,是揭示矿床保存变化的一种重要途径。本文重点论述研究矿床保存变化的技术方法,通过综合应用裂变径迹、（U-Th）/He、40Ar-39Ar年代学以及La-ICP-MS、锆石U-Pb定年等多种技术手段,研究成矿期次、构造活动期次以及二者间的联系,定量计算不同矿区、不同矿体、不同部位、不同时间的冷却隆升速率、隆升幅度、剥蚀速率和剥蚀量,探讨矿床保存深度与剥蚀量间的关系,总结不同时代、不同矿区矿床保存-变化过程,建立新的矿床地质-保存环境模型,完善矿床预测的综合示踪标志,最终预测不同矿区、不同地段隐伏矿床可能的产出深度,给出矿床可能已经被剥蚀殆尽的区段或地段,为深部找矿和区域成矿潜力评价提供依据。本文可为地质工作者的相关应用提供借鉴和手段。     

热年代学方法、技术手段及其在矿床地质中的研究进展

同位素地质年代学是一门传统的定年学科,广泛应用于地质各个领域研究中.随着同位素地质年代学理论创新与技术进步,现在逐步发展成为地质热年代学,即将地质年代数据赋予相应封闭温度属性,使之不仅揭示地质事件年龄,而且反映该事件发生的温度条件.不同定年方法以及测试样品的不同,其对应的封闭温度不同,从而可以揭示地质体在更大温度或年龄范围的形成演化过程,定量研究矿区或矿体的隆升与剥露,评价矿床形成后的保存与变化状况,提高找矿预测效果.主要总结和论述诸如40Ar-39Ar、裂变径迹和（U-Th）/He等中-低温热年代学技术方法及其在矿床地质中的应用研究状况,分析热年代学技术与应用发展趋势,以期为成矿作用研究提供新的应用技术手段.      

碎屑矿物热年代学研究进展

碎屑矿物热年代学是以沉积物中未遭受热重置的碎屑矿物颗粒为研究对象,将造山带抬升、剥露和盆地沉积联系起来的年代学方法。在物源分析、源区构造热历史、古地形恢复和约束地层年龄等方面有广泛的应用。在概述其基本原理的基础上,从造山带剥露历史分析、物源分析中多种技术的联合运用和现代汇水区侵蚀速率计算3个方面介绍了这一方法近年来的研究进展。     

贵州西南部滥木厂式铊(汞)矿床研究

本文扼要总结了作者１０余年来对贵州西南滥木厂式铊（汞）矿床的研究成果,依据地层岩相,控矿构造、主要矿物组合,铊矿石类型、微量元素、氢氧硫同位素、赋矿地层中成矿元素的分布特点等方面的资料,讨论了滥木厂式铊（汞）矿床的成矿物质来源和地质地球化学特征,归纳出一个两期四阶段模式,在总结该类型铊（汞）矿床找矿条件和找矿标志的基础上,指出了该类型矿床的找矿远景及主攻方向,并对滥木厂铊矿床成为大型乃至超大型铊矿     

流体研究与找矿预测

论述了流体研究现状，流体活动与矿床形成的关系，提出地壳不同深度层次分布有形成于不同时代，并以不同形式存在的流体库，强调汇率板块构造边界是流体活动和成矿的最有利构造环境，讨论了将热液型矿床和大型蚀变带作为古老流体系统活动“化石”记录研究的对象和方法，指出流体排放系统是矿质沉积的最有利部位，通过流体研究指导成矿预测要研究流体产生，聚集，运移，萃取成矿物质，循环释放卸载成矿的全部过程，再造古流体系统，恢     

锆石裂变径迹(ZFT)年代学:进展与应用

裂变径迹技术是解决各种与时间-温度相关的地质问题的一种低温年代学手段.与磷灰石相比,锆石裂变径迹具有较高的封闭温度和退火区间,有其特定的地质意义和应用.自20世纪90年代以来,开展了大量锆石裂变径迹退火的研究,包括退火特性、径迹测量、退火模型,以及来自露头和钻孔样品的退火研究.首先介绍了锆石裂变径迹的分析程序、测量标准...     

沉积盆地中的流体活动及其成矿作用

盆地流体是指在沉积盆地演化过程中活动并参与了沉积物的各种成岩－后生变化的复杂流体相，包括来自盆地内部沉积物压实和相变所释放出的流体，以及主要由盆地边缘大陆隆起区补给的下渗大气降水。流体的流动机制主要有重力驱动流和压实驱动流两种。各种沉积有机质的广泛参与，乃是盆地流体区别于其它地壳流体的最基本特征。这对流－岩反应、对盆地流体及其周围环境的物理化学参数、对成矿金属迁移的形式和能力以及对成矿金属的沉淀就位等过程都有着十分重要的影响。盆地流体具典型的低温热液地球化学特性，流体的同位素组成和流体中的溶解组份与沉积物的特征以及沉积体系的空间分布密切相关。盆地流体广泛参与了沉积物的成岩、后生、成油、成气和成矿过程。沉积体系的空间分布（不均匀介质）、同沉积断裂体系、欠压实异常高压地层以及古地形联合控制着盆地流体的流动迁移和汇聚成矿。有关的矿床类型主要包括：沉积喷流型（ｓｅｄｅｘ型）矿床、密西西比式（ＭＶＴ）铅锌矿床、大陆砂页岩型矿床以及沉积岩容矿的微细浸染型金矿床等。我国南秦岭泥盆纪地层中的沉积喷流型铅锌矿床和滇黔桂金三角二叠纪－三叠纪地层中的微细浸染型金矿床都是盆地流体成矿的典型实例     

论多因复成矿床的形成机理

结合现代大陆动力学与地球动力学最新理论与研究和应用进展,以及国内几个典型矿床的成矿实例分析,本文重新审视了地台活化区(即地洼区)多因复成矿床的形成机理。作者认为,陈国达先生所研究的地台活化区应特指中国东部或全球类似地区大地构造发展至中生代时期因发生强烈构造–岩浆活动和相关成矿作用而在大陆地壳的表现。由于成矿作用与大地构造发展和/或地球动力学事件具有密切的成因联系,以及由于地壳演化及其大地构造发展阶段还具有独特性或存在某些差异,成矿作用从而表现出多旋回性、特殊性或叠加改造和富化特点;特别是,地台活化区往往包含多大地构造发展阶段,并发生大规模构造变形、岩浆活动和变质作用等构造–岩浆–热(流体)事件,因而这种活化构造区内的成矿作用往往具有多因复成成矿特征,并形成了具有经济意义的、大而富的矿床。实质上,多因复成矿床是多地质过程包括沉积作用、构造变形、岩浆作用和变质作用及伴生的大规模流体事件等耦合的产物,其动力学机制可能来源于(多期或幕式)地幔(柱)对流和上涌及壳?幔相互作用或地幔柱–岩石圈板块相互作用。作者最后指出,多因复成矿床今后的研究重点仍应关注其成矿动力学机制与过程。     

湘西—鄂西地区铅锌矿的大范围低温流体成矿作用研究

对湘西—鄂西地区狮子山、李梅、耐子堡、茶田、打狗洞、董家河、唐家寨、冰洞山、凹子岗等典型铅锌矿床中闪 锌矿、方解石、白云石及石英等矿物进行了流体包裹体均一温度、盐度、流体包裹体气相成分、流体包裹体群体液相成分 测定,结果表明:成矿流体温度主要分布在 80~230 °C,总盐度一般>15%,密度多>1g/cm3,成矿压力为 223×105~777× 105 Pa,是以钠和钙氯化物为主的高浓度溶液,属于低温度、高盐度、高密度的地下热卤水性质的含矿热水溶液。成矿流体 阳离子成分主要为 Cl-, Na+, Ca2+, K+, Mg2+,流体包裹体氢氧同位素组成表明成矿流体来源与建造水有关,后期可能有雨水和 少量变质水的渗入。矿物流体包裹体中含有机质,流体包裹体气相成分中 CH4 普遍存在,表明成矿与有机质相关,处在控 矿构造内容矿层中的有机质使矿床中的硫酸盐硫还原为还原硫,促使成矿流体中的铅、锌沉淀形成矿床。相邻的低温成矿 域川滇黔地区典型铅锌矿床成矿温度约为 90~280°C,湘西—鄂西地区铅锌矿与川滇黔铅锌矿相比,具有相同的低温成矿特 征,矿床类型均为 MVT 型,两者可能受控于相同的动力学背景。     

金矿床中“绿化”──含铬绢云母化及其找矿意义

详细研究了胶东金矿中含铬绢云母的颜色、粒径、形态、化学成分、晶体结构、光性等标型特征，提出了“红化”与“绿化”相结合的金矿找矿方法。探讨了含铬绢云母的形成机理，利用Ｃｒ元素的示踪性，揭示了胶东金矿成矿作用与成岩作用乃至矿源层的继承关系。     

Apatite Fission Track Thermochronology of Granite from the Xiazhuang Uranium Ore Field, South China: Implications for Exhumation History and Ore Preservation

Xiazhuang uranium ore field, located in the southern part of the Nanling Metallogenic Belt, is considered one of the largest granite-related U regions in South China. In this paper, we contribute new apatite fission track data and thermal history modeling to constrain the exhumation history and evaluate preservation potential of the Xiazhuang Uranium ore field. Nine Triassic outcrop granite samples collected from different locations of Xiazhuang Uranium ore field yield AFT ages ranging from 43 to 24 Ma with similar mean confined fission track lengths ranging from 11.8 ± 2.0 to 12.9 ± 1.9 μm and Dpar values between 1.01 and 1.51 μm. The robustness time-temperature reconstructions of samples from the hanging wall of Huangpi fault show that the Xiazhuang Uranium ore field experienced a time of monotonous and slow cooling starting from middle Paleocene to middle Miocene (~60–10 Ma), followed by relatively rapid exhumation in the late Miocene (~10–5 Ma) and nearly thermal stability in the Pliocene–Quaternary (~5–0 Ma). The amount of exhumation after U mineralization since the Middle Paleogene was estimated as ~4.3 ± 1.8 km according to the integrated thermal history model. Previous studies indicate that the ore-forming ages of U deposits in the Xiazhuang ore field are mainly before Middle Paleocene and the mineralization depths are more than 4.4 ± 1.2 km. Therefore, the exhumation history since middle Paleocene plays important roles in the preservation of the Xiazhuang Uranium ore field.