東昆侖東段那日馬拉黑南地區(qū)構(gòu)造活動的磷灰石裂變徑跡新證據(jù)

袁二軍，史立群，袁萬明，金 鵬，馮子睿，田朋飛，朱傳寶，叢殿閣，王延倫

(1.青海大學(xué) 地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016；2.青海九零六工程勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，青海 西寧 810007；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院，北京 100083;4.青海省地質(zhì)調(diào)查局，青海 西寧 810007；5.山西工程技術(shù)學(xué)院 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山西 陽泉 045000；6.青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，青海 西寧 810029；7.青海省地質(zhì)調(diào)查院 青藏高原北部地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810012)

東昆侖造山帶橫跨古亞洲構(gòu)造域、特提斯構(gòu)造域以及華南、華北兩個板塊，是橫貫中國大陸巨型構(gòu)造帶[1]，也是中國重要多金屬成礦帶之一[2]。東昆侖造山帶構(gòu)造演化、地質(zhì)熱歷史、成礦規(guī)律等一直以來都是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題[1,3-7]。那日馬拉黑南銅礦床地處東昆侖東段都蘭地區(qū)，區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，盡管前人對東昆侖進(jìn)行了深入研究，取得了突破性成果，但對那日馬拉黑南銅礦床的研究程度尚淺，有關(guān)裂變徑跡年代學(xué)研究更是鮮見報(bào)道。近年來，磷灰石裂變徑跡年代學(xué)是揭示地質(zhì)構(gòu)造演化的重要手段之一，并取得了重要進(jìn)展[8-14]。本文擬以那日馬拉黑南銅礦床為研究對象，應(yīng)用磷灰石裂變徑跡年代學(xué)方法探討區(qū)內(nèi)不同階段構(gòu)造活動熱年代學(xué)制約，定量計(jì)算隆升速率、隆升量，并取得新認(rèn)識。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)地處東昆侖造山帶東段(圖1a)，大地構(gòu)造位置屬于昆中基底隆起花崗巖帶，成礦區(qū)帶屬于祁漫塔格-都蘭華力西期鐵、鈷、銅、鉛、鋅、錫成礦帶。區(qū)域上以近東西向、近南北向、北西-南東向、北東向斷裂為主[15]。中生代早期，區(qū)域因造山帶斷陷引發(fā)火山噴發(fā)，形成北西向區(qū)域主構(gòu)造線和火山盆地。新生代時期北西、北北西向斷陷繼承了中生代早期的構(gòu)造線，這些構(gòu)造在新生代多次復(fù)活，形成新的狹長斷陷盆地[16]。區(qū)內(nèi)巖漿活動較頻繁，活動時代為加里東晚期、華力西晚期、印支期和燕山期等4個巖漿旋回，其中印支期巖漿活動規(guī)模最大。巖漿巖占整個區(qū)域的5%左右，巖型以基性、中酸性、酸性巖漿為主，侵入巖以中酸性、酸性為主，噴出巖以中酸性巖為主。

1——第四系；2——新近系油砂山組；3——上三疊統(tǒng)鄂拉山組；4——早侏羅世侵入巖；5——二長花崗巖；6——花崗閃長巖；7——鉀長花崗斑巖；8——采樣點(diǎn)；9——斷裂；10——銅礦體

那日馬拉黑南地區(qū)地層不甚發(fā)育，僅出露少量上三疊統(tǒng)鄂拉山組(T3e)、新近系油砂山組(N2y)，山間盆地及溝谷內(nèi)分布第四紀(jì)(Q)。區(qū)內(nèi)晚三疊世火山活動具有造山帶陸相火山巖特征，主要巖性為晶屑凝灰熔巖。區(qū)內(nèi)巖漿侵入活動強(qiáng)烈，形成時代主要集中在4個時間段：加里東期、華力西期、印支期、燕山期，以印支期為主，多發(fā)育花崗閃長巖、二長花崗巖、鉀長花崗斑巖等(圖1b)。研究區(qū)礦體主要有北西、北東向展布，礦體出露在花崗閃長巖和二長花崗巖內(nèi)。

2 樣品測試分析及結(jié)果

2.1 樣品采集及處理

表1 樣品采集信息Table 1 Sample collection information

按照實(shí)驗(yàn)要求將巖石樣品粉碎，采用常規(guī)搖床分選、磁選、重液分離、介電分離等方法分選磷灰石單礦物。將分選好的磷灰石單礦物顆粒制成環(huán)氧樹脂片(樣片)，并對其進(jìn)行研磨和拋光。

2.2 裂變徑跡測試及結(jié)果

將研磨拋光后的樣片在25 ℃下用7%的HNO3下蝕刻20 s揭示自發(fā)徑跡。將低鈾白云母外探測器與所測樣片一起放入反應(yīng)堆進(jìn)行輻照。然后在相同溫度下用40% HF蝕刻20 s揭示誘發(fā)徑跡，利用CN5鈾玻璃對磷灰石中子通量進(jìn)行標(biāo)定[18]。采用高精度光學(xué)顯微鏡識別裂變徑跡并測量。自發(fā)徑跡和誘發(fā)徑跡密度的測量選擇在平行于c軸的礦物柱面上進(jìn)行。

采用IUGS推薦的加權(quán)平均Zeta常數(shù)標(biāo)定法計(jì)算裂變徑跡中心年齡[19]。本文獲得的磷灰石樣品的Zeta常數(shù)為(410.0±4.7) a/cm2。

6件樣品的裂變徑跡測試結(jié)果列于表2，其中：Ns、Ni和Nd分別為自發(fā)、誘發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)徑跡數(shù)；ρs、ρi和ρd分別為自發(fā)、誘發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)徑跡的密度。通過P(χ2)檢驗(yàn)樣品是否是為同組年齡：P(χ2)>5%判定為同組年齡，表示單一構(gòu)造事件；P(χ2)<5%判定為混合年齡，代表多期構(gòu)造事件。本文所測6件樣品的P(χ2)值均大于5%，屬于同組年齡，記錄了最近一次構(gòu)造熱事件，年齡在(51±4)～(64±4) Ma之間。年齡與高程的相關(guān)性示于圖2a。由圖2a可見，年齡與高程呈現(xiàn)正相關(guān)性，年齡越大高程越高，表明區(qū)域受到整體抬升。

表2 磷灰石裂變徑跡分析結(jié)果Table 2 Result of fission track analysis of apatite sample

樣品的徑跡長度在(10.6±1.9)～(12.3±1.7) μm之間，變化幅度窄，峰值在11.5 μm左右，徑跡長度大。樣品年齡與徑跡長度的相關(guān)性示于圖2b。圖2b顯示，樣品年齡與徑跡長度呈現(xiàn)正相關(guān)，年齡越大徑跡長度越大，表明年齡大的磷灰石樣品在退火帶停留時間較短，受后期熱事件影響較小。

圖2 年齡與高程和徑跡長度的相關(guān)性Fig.2 Correlations between age and elevation and track length

樣品單顆粒年齡-頻率曲線示于圖3。由圖3可見單顆粒年齡頻率曲線呈單峰式分布，表明受單一構(gòu)造熱事件影響，該結(jié)果與P(χ2)檢驗(yàn)結(jié)果一致。

圖3 單顆粒磷灰石裂變徑跡年齡-頻率曲線Fig.3 Fission track age-frequency curve of single particle apatite

3 熱歷史模擬

基于Ketcham 等[20]的退火模型，應(yīng)用羅特卡羅逼近法模型，參考區(qū)域地質(zhì)背景、徑跡長度和密度，進(jìn)行熱歷史演化初始值確定。采用HeFTy軟件進(jìn)行模擬，模擬年齡根據(jù)印度板塊與歐亞板塊碰撞事件對研究區(qū)的遠(yuǎn)程響應(yīng)，同時考慮到單顆粒年齡值，將起始時間設(shè)為80 Ma，退火帶底部溫度設(shè)為130 ℃，終止溫度為現(xiàn)今地表溫度15 ℃，模擬過程中不斷修正從而獲得最佳熱歷史路徑，模擬結(jié)果由GOF值檢驗(yàn)：GOF>0.05時表明結(jié)果可接受；GOF>0.5時表明模擬結(jié)果良好[21]。

熱歷史模擬結(jié)果如圖4所示，其中紅色粗實(shí)線代表最佳擬合曲線，紅色區(qū)域是較好擬合范圍，綠色區(qū)域代表可接受范圍。由圖4可見，6件樣品的演化趨勢具有一致性，整體上顯示出3階段演化過程。第1階段：溫度從130 ℃開始降至80 ℃，時間從80 Ma持續(xù)到65 Ma，平均冷卻速率為3.33 ℃/Ma，表現(xiàn)為快速冷卻過程。第2階段：溫度從80 ℃降到65 ℃，時間從65 Ma持續(xù)到15 Ma，平均冷卻速率為0.30 ℃/Ma，表現(xiàn)為緩慢降溫過程；第3階段：溫度從65 ℃降至地表溫度15 ℃，時間從15 Ma持續(xù)到今，平均冷卻速率為3.3 ℃/Ma，表現(xiàn)為快速冷卻過程。綜上可知，那日瑪拉黑南地區(qū)整體上呈快速冷卻、緩慢降溫、快速冷卻3階段演化過程。

整體總結(jié)而言，2018年家電業(yè)上市公司普遍面臨業(yè)績下行的壓力，行業(yè)整體表現(xiàn)不佳。除格力、美的、海爾三大白電企業(yè)因空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)市場集中度較高而逆勢增長外，其它傳統(tǒng)品類增速下滑，彩電、廚電、顯示面板企業(yè)的業(yè)績多數(shù)同比降減；專業(yè)品牌和品類單一的企業(yè)受到的銷售壓力更大，新興產(chǎn)品表現(xiàn)也不及預(yù)期，尤其與地產(chǎn)關(guān)系接近的廚電、燃熱、洗碗機(jī)等品牌表現(xiàn)更為遜色些。

圖4 磷灰石裂變徑跡地質(zhì)熱演化歷史模擬結(jié)果Fig.4 Thermal history simulation result of apatite fission track dating

4 巖石隆升

巖石隆升是指相對海平面的變化幅度，本文主要通過年齡-封閉溫度法和冷卻曲線模擬法對區(qū)內(nèi)隆升速率、隆升量進(jìn)行定量評價。

4.1 年齡-封閉溫度法

參照袁萬明等[22]對黃山山體隆升計(jì)算方法計(jì)算隆升量：

U=D+ΔH+Δs.L

(1)

式中：U為隆升量；D為剝蝕量；ΔH為古地表和現(xiàn)今地表高度差；Δs.L為海平面變化幅度[23]。那日馬拉黑南銅礦區(qū)古海拔高程選取3 600 m，D+Δs.L為磷灰石裂變徑跡封閉溫度對應(yīng)埋藏深度。通常選取磷灰石裂變徑跡封閉溫度100 ℃、地溫梯度35 ℃/km，即D+Δs.L=2 860 m，則其埋深為2 860 m，代表剝蝕的部分，則有：

U=ΔH+2 860

(2)

隆升速率=隆升量/時間，冷卻速率=溫度差值/時間，樣品隆升計(jì)算結(jié)果列于表3。由表3可知，研究區(qū)各樣品的冷卻速率、隆升速率存在差異。

表3 那日馬拉黑南礦區(qū)隆升計(jì)算結(jié)果Table 3 Uplifting situation result of Narimalaheinan ore deposit

樣品年齡高程與隆升幅度的關(guān)系示于圖5。由圖5可見，高程越大隆升量越大，隆升量與高程呈現(xiàn)正相關(guān)，表明區(qū)域整體發(fā)生了隆升。

圖5 高程與隆升量相關(guān)性Fig.5 Correlation between elevation and uplift

4.2 冷卻曲線模擬法

基于上文那日瑪拉黑南地區(qū)磷灰石裂變徑跡熱歷史的3階段演化過程，地溫梯度選35 ℃/km，采用冷卻曲線模擬法定量計(jì)算不同階段隆升速率、隆升量。結(jié)果顯示，第1階段為80～65 Ma，溫度從130 ℃降至80 ℃，平均隆升速率為0.095 mm/a，平均隆升量為1 429 m。第2階段為65～15 Ma，溫度從80 ℃降至70 ℃，平均隆升速率為0.006 mm/a，平均隆升量為285 m。第3階段為15 Ma至今，溫度從70 ℃降至15 ℃，平均隆升速率為0.105 mm/a，平均隆升量為1 571 m。

比較年齡-封閉溫度法和冷卻曲線模擬法結(jié)果可見，兩種同方法的計(jì)算結(jié)果一致性較好，區(qū)域平均隆升量為3 285 m。

5 地質(zhì)意義

本文獲得的6件磷灰石裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)，記錄了區(qū)域熱歷史演化過程，結(jié)合區(qū)域白堊紀(jì)以來年代學(xué)數(shù)據(jù)(表4)，顯示白堊紀(jì)期間雅魯藏布洋開始閉合，印度-亞洲大陸開始碰撞致使那日馬拉黑南地區(qū)白堊紀(jì)以來的構(gòu)造演化分為3個階段：白堊紀(jì)—古新世、古新世—中新世、中新世至今(圖6)。

表4 東昆侖地區(qū)年代學(xué)數(shù)據(jù)Table 4 Chronological data of East Kunlun region

a——白堊紀(jì)(80—65 Ma)；b——古新世—中新世(65—15 Ma)；c——中新世至今(18 Ma至今)

5.1 白堊紀(jì)—古新世構(gòu)造活動

80—65 Ma，HeFTy軟件的熱歷史模擬結(jié)果顯示，區(qū)域隆升速率為0.095 mm/a、隆升量為1 429 m，此階段發(fā)生了快速隆升事件，記錄了雅魯藏布洋開始閉合，印度-亞洲大陸開始碰撞事件。莫宣學(xué)等[24]認(rèn)為晚白堊世喜馬拉雅地體向北俯沖碰撞，70—65 Ma雅魯藏布江閉合致使印度板塊與歐亞板塊開始碰撞。受此構(gòu)造事件影響，區(qū)域上有多處響應(yīng)，如孫菲菲等[25]的研究結(jié)果顯示，東昆侖哈日扎礦區(qū)磷灰石裂變徑跡年齡為78 Ma；陳雪等[26]的研究結(jié)果顯示，東昆侖東山根磷灰石裂變徑跡年齡為74—67 Ma。以上研究均記錄了此構(gòu)造熱事件，即其演化過程為雅魯藏布洋的閉合、印度-亞洲大陸開始碰撞、東昆侖地區(qū)80—65 Ma受歐亞地塊碰撞的遠(yuǎn)程響應(yīng)發(fā)生快速隆升事件，本文采用HeFTy軟件進(jìn)行的地質(zhì)熱歷史模擬也記錄了這一演化過程(圖6a)。

5.2 古新世—中新世構(gòu)造活動

65—15 Ma，HeFTy軟件的熱歷史模擬結(jié)果顯示，區(qū)域隆升速率為0.006 mm/a、隆升量為285 m，此階段發(fā)生緩慢抬升作用，記錄了印度板塊和歐亞板塊同碰撞事件。南支雅魯藏布洋閉合較晚，在白堊紀(jì)/古近紀(jì)之交(65/70 Ma左右)印度大陸開始與拉薩地塊(即歐亞大陸南緣)碰撞，用了約20 Ma的時間(即到40/45 Ma)完成碰撞過程[26]。通過對橫跨整個岡底斯帶超過1 000 km長區(qū)域性不整合進(jìn)行研究，對林子宗火山巖底部的40Ar/39Ar或K-Ar年齡進(jìn)行初步限定：由東向西，在林周盆地為64.47 Ma、在尼瑪?shù)貐^(qū)為58.55 Ma、在阿里地區(qū)為60.68 Ma，這些年齡數(shù)據(jù)是印度-亞洲大陸起始碰撞的時間證據(jù)[27]。印度-亞洲大陸碰撞致使東昆侖邊緣發(fā)生變形[28]，左行走滑的昆侖斷裂吸收印度板塊和歐亞板塊匯聚造成的北東向擠壓縮短變形(圖6b)，此階段發(fā)生平緩的抬升作用。熱歷史模擬顯示，在65 Ma左右發(fā)生轉(zhuǎn)折，可能是受左行走滑的昆侖斷裂吸收碰撞應(yīng)力的影響，致使那日瑪拉黑礦區(qū)發(fā)生平緩抬升過程。

5.3 中新世至今構(gòu)造活動

15 Ma至今，HeFTy軟件的熱歷史模擬結(jié)果顯示，隆升速率為0.105 mm/a、隆升量為1 571 m，此階段發(fā)生快速隆升事件，可能受印度板塊和歐亞板塊后碰撞擠壓作用。東昆侖山新生代逆沖斷層作用結(jié)束的時間約為10.0 Ma，昆侖斷裂開始左行走滑作用的時間為(10±2) Ma，昆侖斷裂的左行走滑運(yùn)動是東昆侖山逆沖斷層系進(jìn)一步發(fā)育的結(jié)果[29]。侯增謙等[27]認(rèn)為，青藏高原后碰撞造山作用致使青藏高原發(fā)生快速隆升，但由于地塊在碰撞期間存在自吸收，故在早期并未發(fā)生明顯的隆升作用，而呈相對平穩(wěn)的抬升，本文的熱歷史模擬也很好記錄了這一過程。東昆侖的主體山脈AFT模擬數(shù)據(jù)顯示，新近紀(jì)可可西里盆地和柴達(dá)木盆地才開始完全分裂[30]，熱歷史模擬圖也印證了在約15 Ma發(fā)生過快速隆升，與本文模擬結(jié)果一致，東昆侖快速隆升事件發(fā)生在15 Ma，直接動力來源于東昆侖逆沖推覆構(gòu)造和左行走滑運(yùn)動(圖7c)。

那日瑪拉黑南地區(qū)地處昆中基地隆起花崗巖帶，是青海省重要的成礦帶之一。磷灰石裂變徑跡年齡記錄了3階段地質(zhì)演化過程，并提供了不同塊體隆升速率、剝蝕速率，可通過對比研究隆升量和剝蝕量，為后續(xù)礦產(chǎn)勘查及礦床的保存變化提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

6 結(jié)論

本文通過對那日馬拉黑南地區(qū)6件磷灰石樣品進(jìn)行裂變徑跡年代學(xué)研究，探討區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動及熱歷史演化過程，得到以下結(jié)論。

1) 6件磷灰石裂變徑跡年齡為(64±4)、(59±3)、(54±4)、(57±4)、(51±4)、(57±4) Ma，P(χ2)>5%，單顆粒年齡頻率曲線呈單峰式分布，結(jié)果與P(χ2)檢驗(yàn)結(jié)果具有一致性，是單一熱事件反應(yīng)，記錄了該地區(qū)發(fā)生的構(gòu)造活動。

2) 徑跡長度在(10.6±1.9)～(12.3±1.7) μm之間，徑跡長度較大，樣品年齡與徑跡長度呈現(xiàn)正相關(guān)，表明年齡大的磷灰石樣品在退火帶停留時間較短，受后期熱事件影響較小。徑跡年齡與高程呈現(xiàn)正相關(guān)，表明區(qū)域受到整體抬升。

3) 通過HeFTy軟件模擬的熱歷史過程為：快速隆升-緩慢抬升-快速隆升3階段，區(qū)內(nèi)對應(yīng)的隆升量分別為1 429、285、1 571 m。

4) 那日馬拉黑南地區(qū)白堊紀(jì)以來構(gòu)造演化分為80—65、65—15、15 Ma至今3個演化階段，分別記錄了雅魯藏布洋開始閉合、印度-亞洲大陸開始碰撞事件、印度板塊和歐亞板塊同碰撞事件、印度板塊和歐亞板塊后碰撞事件。

野外、室內(nèi)研究中得到張愛奎博士、劉向東博士的大力幫助，在此表示衷心感謝！