東昆侖南部帶上二疊統(tǒng)地層磷灰石裂變徑跡特征

東昆侖南部帶上二疊統(tǒng)地層磷灰石裂變徑跡特征

東昆侖是青藏高原的北部一部分。北部是柴達(dá)木盆地，南部與巴彥卡拉盆地接壤。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡以斷裂為主,區(qū)域性構(gòu)造方向近東西向,自北而南分別有昆北斷裂帶、昆中斷裂帶和昆南斷裂帶,它們向北傾斜,屬于超殼深大斷裂帶,亦是板塊縫合帶。以昆中和昆南二條斷裂帶為界所分割的地域,自北向南本文分別稱之為昆北地塊,昆中地塊和昆南地塊(見圖1)。本文研究區(qū)屬于昆南地塊的東段,區(qū)內(nèi)主要為上二疊統(tǒng)砂板巖,在昆南斷裂帶南側(cè)多被第四系覆蓋?，斈崽卮渭墧嗔演^為發(fā)育,它與昆南深大斷裂近乎平行分布。華力西期昆中地塊沿昆中斷裂帶發(fā)生一次完整的擴(kuò)張→俯沖作用(C1-P1);與之相對應(yīng),昆南地塊亦由擴(kuò)張→俯沖(C2末-T3初),但時(shí)間略為滯后;印支期晚三疊世昆南地塊和昆中地塊分別沿昆南斷裂帶和昆中斷裂帶發(fā)生完整的陸內(nèi)俯沖作用(T3)。但是,研究區(qū)進(jìn)入陸內(nèi)演化以來的地質(zhì)熱演化歷史目前依然不明,而這卻又是隆升剝蝕、地質(zhì)地貌變化的關(guān)鍵時(shí)期。本文試圖應(yīng)用磷灰石裂變徑跡分析技術(shù)探討該區(qū)的地質(zhì)熱演化歷史。1低鈾白云母的裂變徑跡檢測研究樣品采自昆南地塊的瑪尼特?cái)嗔涯蟼?cè),已經(jīng)獲得磷灰石裂變徑跡分析結(jié)果的樣品計(jì)4件,樣品均為上二疊統(tǒng)砂巖,自北向南分別為XT41、XT40、XT38和XT36?，斈崽?cái)嗔驯眰?cè)由于第四系覆蓋而沒能采集裂變徑跡樣品。每個(gè)樣經(jīng)常規(guī)方法盡可能分離出足夠測試需要的磷灰石單礦物。將若干磷灰石顆粒放在聚四氟乙烯板上,滴調(diào)配好的環(huán)氧樹脂,然后烘干固化。在恒溫25℃的6.6%HNO3溶液中蝕刻30s。采用外探測器法定年,將低鈾白云母緊貼在光薄片上,與CN5標(biāo)準(zhǔn)鈾玻璃一起構(gòu)成定年組件。樣品均置于反應(yīng)堆內(nèi)輻照,照射的中子注量為1×1016cm–2。反應(yīng)堆照射后將云母外探測器置于25℃的HF酸中蝕刻35min,揭示誘發(fā)裂變徑跡,應(yīng)用澳洲進(jìn)口的裂變徑跡自動測量裝置測量徑跡密度和徑跡長度,徑跡長度是礦物內(nèi)部完全的封閉徑跡長度。年齡計(jì)算采用Zeta常數(shù)法,本文獲得的Zeta常數(shù)為322.1±3.6(1σ)。2裂變徑跡的年代學(xué)特征實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。自北向南,樣品XT41、XT40、XT38和XT36的磷灰石裂變徑跡年齡分別為(48±3)、(57±3)、(89±5)和(72±5)Ma,年齡雷達(dá)圖見圖2。XT40和XT36兩個(gè)樣的徑跡長度為(10.7±2.3)μm和(10.8±2.2)μm,圖3為徑跡長度分布直方圖。各樣品所測年齡均遠(yuǎn)小于其地層時(shí)代,表明它們已經(jīng)經(jīng)歷后期熱事件的退火改造,使得年齡變小,實(shí)際上是燕山期以來陸內(nèi)造山作用的體現(xiàn)。除樣品XT38之外,其余3個(gè)樣品χ2檢驗(yàn)值P(χ2)均大于5%,屬于同一年齡組。所以,各樣品年齡具有確定的地質(zhì)熱事件意義,即記錄了(48±3)、(57±3)和(72±5)Ma發(fā)生的構(gòu)造熱事件作用,具體與沿深大斷裂帶發(fā)生逆沖作用及其相關(guān)的巖漿活動有關(guān)。對于樣品XT38,應(yīng)屬于混合年齡,是兩次以上熱事件疊加的結(jié)果。在單顆粒年齡雷達(dá)圖(圖2)上,樣品XT41、XT40和XT36年齡點(diǎn)分布范圍較為集中,而樣品XT38顯示有2個(gè)集中區(qū),其峰值年齡分別為55Ma和107Ma。樣品XT38峰值55Ma與其他3個(gè)樣基本一致,反映相似的構(gòu)造熱事件作用。另一峰值107Ma應(yīng)該代表較早次的構(gòu)造熱事件作用。拉薩地塊和羌塘地塊約120Ma的碰撞活動使得整個(gè)昆侖-祁連縫合帶活化,在昆南斷裂帶和昆南地塊表現(xiàn)為強(qiáng)烈的逆沖以及東-西大灘斷裂帶的左行走滑。樣品XT38記錄的為大約為107Ma熱事件,應(yīng)該是這次構(gòu)造活動略為滯后的響應(yīng)。裂變徑跡的理想長度為20μm,但是,由于后期退火作用影響,實(shí)際地質(zhì)體內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)徑跡長度為16.3μm。與之相比,本文所獲得2個(gè)樣品的平均徑跡長度為(10.7±2.3)μm和(10.8±2.2)μm,應(yīng)屬相對較短,長度標(biāo)準(zhǔn)差較大,即長度變化較大,在長度分布直方圖上體現(xiàn)為分布范圍較大(見圖3)。這樣的特點(diǎn),可能是由于樣品在后期受到構(gòu)造熱事件的影響,使得長時(shí)間處于退火帶溫度(通常為60—120℃)所致。同時(shí),長度分布直方圖總體呈現(xiàn)單峰特征,表明受隆升冷卻作用控制明顯。磷灰石裂變徑跡年齡與樣品高程具有正相關(guān)關(guān)系(見圖4,圖中直線為樣點(diǎn)回歸直線,反映樣品裂變徑跡年齡與高程具有一定相關(guān)性),高程大的樣品其年齡亦大。這主要與樣品脫離退火帶的時(shí)間有關(guān)。磷灰石裂變徑跡退火帶溫度通常為60—120℃,高于120℃(退火帶下部)時(shí)裂變徑跡將發(fā)生全退火,年齡歸零;低于60℃(退火帶上部)則沒有退火作用發(fā)生,裂變徑跡不斷形成和累積,從而年齡逐漸變大;在退火帶內(nèi)既有徑跡退火又有新徑跡生成,年齡具有混合特性。隨著隆升與冷卻作用的進(jìn)行,位于相對上部的樣品較早地抬高到脫離退火帶的部位,故較早地開始計(jì)時(shí),以致年齡較大;而位于下部的樣品則相對較晚地抬升到脫離退火帶的地段,開始計(jì)時(shí)時(shí)間較晚,故年齡較小。圖5(圖中直線為樣點(diǎn)回歸直線,反映樣品裂變徑跡年齡與分布距離具有相關(guān)性)顯示磷灰石裂變徑跡年齡與樣品相對昆南斷裂地距離具有相關(guān)性,即靠近昆南斷裂地的樣品年齡大,而遠(yuǎn)離昆南斷裂的樣品年齡較小。靠近斷裂帶的樣品年齡較小,應(yīng)與斷裂帶附近熱作用較為強(qiáng)烈有關(guān),因?yàn)橄鄬?qiáng)的熱源可延遲樣品脫離退火帶溫度的時(shí)間,進(jìn)而導(dǎo)致較小的年齡;遠(yuǎn)離斷裂帶的樣品年齡較大,是因?yàn)殡x熱源較遠(yuǎn),樣品較快地脫離退火帶溫度,故樣品具有較大的年齡。因此,斷裂帶可能是熱源地,斷裂帶發(fā)生地構(gòu)造熱事件應(yīng)是熱源形成的主要因素。然而,昆南斷裂帶在陸內(nèi)演化時(shí)期,主體斷裂面依然是向北傾,并以逆沖活動為主,所以,受昆南斷裂活動控制的熱源應(yīng)主要分布在斷裂帶及其北側(cè)(上盤)地區(qū),并且從斷裂帶向北,熱源強(qiáng)度漸弱,可能難以造成其對南側(cè)廣大地域較強(qiáng)的熱影響。本文研究樣品所在的區(qū)域,除受昆南斷裂帶的熱影響外,我們認(rèn)為還可能與昆南斷裂南側(cè)約6km的瑪尼特?cái)嗔?圖1)有關(guān)。作為區(qū)域次級斷裂,瑪尼特?cái)嗔严蚰蟽A,其構(gòu)造活動所產(chǎn)生的熱,主要是沿?cái)嗔衙娣植?從斷裂面向上(盤),熱強(qiáng)度減小。這樣,就地表而言,從瑪尼特?cái)嗔严蚰?熱強(qiáng)度逐漸變小。這種特征與圖5顯示的變化趨勢一致。3熱演化的歷史基于裂變徑跡相關(guān)參數(shù)和基本地質(zhì)特征,對于已獲得徑跡長度的2個(gè)樣品,進(jìn)行地質(zhì)熱歷史模擬,采用Ketcham退火模型和蒙特卡羅法。模擬溫度從高于裂變徑跡退火帶的～130℃到現(xiàn)今地表溫度?？紤]到徑跡長度較短、長度標(biāo)準(zhǔn)差較大,樣品在退火帶滯留時(shí)間較長,同時(shí)結(jié)合單顆粒年齡特征,取模擬時(shí)間從100Ma到現(xiàn)今。模擬結(jié)果見圖6,兩個(gè)樣均獲得了最佳的熱歷史路徑(見圖中粗線),虛線區(qū)代表反演模擬的較好擬合區(qū)。每個(gè)圖右上角標(biāo)出樣品代號、實(shí)測徑跡長度和模擬徑跡長度,實(shí)測Pooled年齡和模擬Pooled年齡,以及K-S檢驗(yàn)和GOF年齡擬合參數(shù)。當(dāng)K-S值和GOF值均大于0.5時(shí),一般認(rèn)為模擬結(jié)果較好。兩個(gè)樣品的模擬結(jié)果基本一致,總體上呈現(xiàn)4階段熱演化歷史:(1)冷卻期:從>100Ma至88—77Ma,溫度從約90℃降為65℃,屬于較為快速的冷卻,冷卻速率為1.3—2.1℃/Ma,其中南部地區(qū)快于北部。如果考慮50℃/km的地溫梯度,則相當(dāng)于26—42m/Ma的隆升速率。這一熱事件與前所述約107Ma對應(yīng)的區(qū)內(nèi)大規(guī)模逆沖作用相符;(2)緩慢加熱期:從88—77Ma至46—51Ma,溫度由約65℃升為77至83℃,加熱速率為0.3—0.6℃,加熱速率非常緩慢。樣品XT40的緩慢冷卻期比樣品XT36更為明顯,可能由于XT40距瑪尼特?cái)嗔演^近,更易受到斷裂活動的熱影響所致;(3)穩(wěn)定期:從46—51Ma至約6—12Ma,溫度基本沒有變化,大致恒定在74—78℃左右。值得注意的是,雖然屬于穩(wěn)定期,但溫度比較高,表明實(shí)際上并非“穩(wěn)定”,而是印度-亞洲碰撞(India-Asiacollision)事件的體現(xiàn);(4)快速冷卻期:6—12Ma至今,從74—78℃快速冷卻至現(xiàn)今地表溫度(約15℃),冷卻速率為5.3—9.8℃/Ma。若取相同的地溫梯度,則隆升速率為106—196m/Ma或者0.11—0.20mm/a,依然是南部地區(qū)比北部快。徑跡長度分布直方圖呈現(xiàn)單峰特征,正是這次冷卻事件的體現(xiàn)。由于緩慢加熱期加熱輻度小,總體上是在退火帶內(nèi)變化,所以,可以將緩慢冷卻期和穩(wěn)定期視為同一平靜期。這樣,認(rèn)為本區(qū)在兩個(gè)冷卻期之間存在一個(gè)時(shí)間較長的平靜期。4區(qū)域構(gòu)造背景及構(gòu)造演化史東昆侖昆南區(qū)上二疊統(tǒng)南北剖面中4個(gè)砂巖樣品的磷灰石裂變徑跡年齡為(48±3)—(89±8)Ma,徑跡長度為(10.7±2.3)—(10.8±2.2)μm,較好地記錄了本區(qū)陸內(nèi)演化特別是新生代以來地構(gòu)造熱演化史。裂變