孫非非 朱傳寶 袁萬明 張愛奎 馬忠元 郝娜娜 馮云磊（青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 西寧 8009）

2（中國地質(zhì)大學 北京 100083）

青海都蘭縣哈日扎多金屬礦區(qū)構(gòu)造活動的磷灰石裂變徑跡分析

孫非非1朱傳寶1袁萬明2張愛奎1馬忠元1郝娜娜2馮云磊21（青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 西寧 810029）

2（中國地質(zhì)大學 北京 100083）

通過采集哈日扎多金屬礦區(qū)不同礦帶不同巖性的樣品，進行磷灰石裂變徑跡年代學分析，探討礦區(qū)的構(gòu)造演化特征。磷灰石裂變徑跡年齡于120-60.2Ma變化，具體可分為120-93Ma、78Ma和66-60Ma三個年齡組，較好地體現(xiàn)了該地區(qū)經(jīng)歷不同構(gòu)造隆升剝蝕作用，120-93Ma和66-60Ma分別代表岡底斯地體、喜馬拉雅地體先后于早白堊世、晚白堊世時期向北俯沖并與北側(cè)地塊碰撞-匯聚的體現(xiàn)，78Ma是區(qū)域上低級變質(zhì)作用的反映。磷灰石裂變徑跡模擬結(jié)果顯示，不同樣品地質(zhì)熱歷史相似，分為三個階段：160-90Ma、90-20Ma、20Ma至今，三個階段分別隆升0.28km、1.40km、1.00km，總的隆升量為2.68km，第三階段代表青藏高原及周緣新生代重大隆升期，是印度板塊與歐亞板塊碰撞后持續(xù)擠壓和后期拉張環(huán)境下的整體強烈隆升。

裂變徑跡，構(gòu)造活動，磷灰石，東昆侖，青海省

哈日扎多金屬礦床是青海省近年來新發(fā)現(xiàn)的新型礦產(chǎn)勘查區(qū)，主要成礦類型為斑巖型和構(gòu)造蝕變巖型，以往主要進行基礎(chǔ)地質(zhì)和找礦勘查工作，探討了哈日扎斑巖型銅礦床特征、成巖成礦環(huán)境和找礦潛力[1-3]，獲得了含礦花崗閃長斑巖鋯石U-Pb年齡為(234.5±4.8)Ma[4-7]，通過鋯石裂變徑跡分析方法探討了區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動和成礦時代。不過，區(qū)內(nèi)晚白堊世以來構(gòu)造活動狀況尚不清晰，本文將通過礦區(qū)不同地質(zhì)體的磷灰石裂變徑跡年代學分析研究，討論構(gòu)造演化歷史。

1 地質(zhì)背景

參照青海省板塊構(gòu)造研究成果[8-10]，研究區(qū)（圖1）大地構(gòu)造位置屬東昆中多旋回巖漿弧帶，北接祁漫塔格-都蘭新元古代-中元古代縫合帶，南鄰東昆中新元古代-早古生代縫合帶。成礦區(qū)帶的劃分上屬伯喀里克-香日德印支期金-鉛、鋅（銅、稀有、稀土）成礦帶。區(qū)內(nèi)古老變質(zhì)巖系發(fā)育，華力西期、印支期構(gòu)造活動頻繁、強度大，構(gòu)造作用較復雜，成礦作用類型多樣。

區(qū)域上北西向斷裂構(gòu)造系廣泛發(fā)育，具有長期活動性；其次是北東向構(gòu)造，大致存在有晚古生代和中生代兩期構(gòu)造活動的特征。研究區(qū)出露的地層主要有古元古代白沙河巖組片麻巖、片巖及碳酸鹽巖。巖漿活動強烈，侵入巖主要出露早二疊世花崗閃長巖、（似斑狀）二長花崗巖，早侏羅世二長花崗斑巖、花崗閃長斑巖等。晚三疊世鄂拉山組晶屑凝灰熔巖、英安巖、含集塊凝灰熔巖、英安質(zhì)熔巖角礫巖等分布廣泛。

圖1 哈日扎多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖與樣品位置1-第四系，2-晚三疊世鄂拉山組晶屑凝灰?guī)r和英安巖，3-古元古代白沙河組片麻巖、片巖、砂巖和大理巖，4-早侏羅世花崗閃長斑巖，5-早侏羅世鉀長花崗巖，6-早二疊世二長花崗巖，7-早二疊世花崗閃長巖，8-礦化蝕變帶位置及編號，9-斷層，10-采樣位置及編號Fig.1 Geological map and sample locations in Harizha polymetallic ore district. 1- Cenozoic, 2- Late Triassic volcanic rocks in Elashan group, 3- Paleoproterozoic metamorphic rocks in Baishahe group, 4- Early Jurassic granodiorite, 5- Early Jurassic moyite, 6- Early Permian adamellite, 7- Early Permian granodiorite, 8- Location and number of the altered mineralizing zones, 9- Faults, 10- Sample location and number

哈日扎北區(qū)共圈定礦（化）帶4條，均受構(gòu)造控制。Ⅰ礦帶主要沿近南北向的平移斷層(F5)分布，礦化主要為黃銅礦化、黃鐵礦化和孔雀石化，其中黃銅礦化多呈細粒稀疏浸染狀不均勻分布于碎裂狀花崗閃長斑巖體中，地表斑巖體因黃鐵礦氧化淋濾呈現(xiàn)紅褐色火燒皮現(xiàn)象，為斑巖型。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ礦帶成因類型均屬構(gòu)造控制的熱液脈型。Ⅱ、Ⅲ礦帶位賦存于白沙河巖組片麻巖夾片巖巖段的黑云斜長

片麻巖中，嚴格受北東向斷裂控制，帶內(nèi)礦化蝕變主要為黃銅礦化、黃鐵礦化、孔雀石化、硅化等，主要沿片麻理裂隙及后期穿插充填的硅質(zhì)脈體分布，多呈薄膜狀、團塊狀。Ⅳ礦帶位于早二疊世花崗閃長巖與白沙河巖組碳酸鹽巖巖段的外接觸帶發(fā)育的北北西向構(gòu)造破碎帶內(nèi)，帶內(nèi)見蜂窩狀褐鐵礦化、黃鐵礦化、高嶺土化、孔雀石化及硅化等礦化蝕變。

2 樣品采集與分析方法

測試樣品采集于青海都蘭縣哈日扎多金屬礦區(qū)Ⅰ、Ⅲ及Ⅳ號蝕變礦化帶，樣品主要為銅鉬礦石及與成礦有關(guān)的蝕變巖、花崗斑巖、晶屑凝灰?guī)r及石英閃長巖。野外使用便攜式全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)記錄采樣點的坐標，單個樣品約5kg，樣品位置見圖1。

將野外采集的巖石樣品粉碎，并使粒徑與巖石中礦物粒度相適應，一般取60目左右大小的顆粒。經(jīng)傳統(tǒng)的搖床初選后，應用電磁選、重液選、介電選、靜電選等技術(shù)手段，對單礦物進行提純。

將挑選的礦物制備為實驗樣品。用環(huán)氧樹脂法，先將磷灰石置于玻璃片上，用環(huán)氧樹脂滴固，然后進行研磨和拋光，使礦物內(nèi)表面露出。在恒溫21°C的5.5 mol·L-1HNO3溶液中蝕刻20s，揭示其自發(fā)徑跡；將低鈾白云母外探測器與磷灰石樣片一并放入反應堆照射[11]，然后在25°C環(huán)境下用40%氫氟酸蝕刻，揭示誘發(fā)裂變徑跡；中子注射量選用CN5標準鈾玻璃標定。依據(jù)Green建議的程序測定，礦物的裂變徑跡在高精度光學顯微鏡下測量，注意裂變徑跡的正確識別非常關(guān)鍵[12-13]。選擇平行C軸的柱面，測量礦物自發(fā)裂變徑跡和誘發(fā)裂變徑跡密度、水平封閉徑跡長度[14]。依據(jù)國際地質(zhì)科學聯(lián)合會(International Union of Geological Sciences, IUGS)推薦的ξ常數(shù)法和標準裂變徑跡年齡方程[15]計算年齡值，本次試驗獲得的Zeta常數(shù)為392±18.7(σ)。

依據(jù)Green的方法計算誤差，利用χ2值評價所測單顆粒是否屬于同一年齡組[16-17]。χ2＜5%說明單顆粒年齡分布不均勻。如果發(fā)現(xiàn)年齡分散，則基于泊松變異的常規(guī)分析Green無效，而代之以“中心年齡”，中心年齡實質(zhì)上是權(quán)重平均年齡。

3 結(jié)果與分析

3.1 實驗結(jié)果

本次試驗共獲得8個磷灰石裂變徑跡分析結(jié)果見表1，磷灰石裂變徑跡年齡變化于(78±6)-(120±6)Ma之間，總體變化幅度較大。

表1 哈日扎地區(qū)磷灰石裂變徑跡分析結(jié)果Table1 Apatite fission track analysis results for Harizha ore district.

6個樣品(XN6-3、XN9-7、XN15、XN23-1、XN36、XN37)磷灰石裂變徑跡的χ2檢驗值均大于5%，樣品單顆粒年齡屬于同組年齡，其年齡值具有確切的地質(zhì)意義。同時單顆粒年齡直方圖呈現(xiàn)較為典型的單峰式形態(tài)分布（圖2），徑跡長度分布直方圖（圖3）亦呈單峰狀，符合受單一熱事件控制的特點，記錄了樣品經(jīng)歷的構(gòu)造熱事件作用。樣品XN8-1、XN9-8 χ2檢驗值小于5%，單顆粒年齡及長度配分形態(tài)以混合型為主，顯示出非典型的雙峰式特征，說明由非單一組分年齡組成，而是由多次熱事件疊加所致，其年齡分布較離散，應將其年齡分解，使用分解后的年齡進行相關(guān)地質(zhì)分析。使用

BINOMFIT軟件[18]對樣品XN8-1、XN9-8的磷灰石裂變徑跡年齡進行分解（圖4），樣品XN8-1分解為66 Ma、102 Ma兩組年齡，樣品XN9-8分解為60 Ma、112 Ma兩組年齡。

圖2 磷灰石裂變徑跡單顆粒年齡直方圖及其頻率曲線(a) XN6-3，(b) XN8-1，(c) XN9-7，(d) XN9-8，(e) XN15，(f) XN23-1，(g) XN36，(h) XN37Fig.2 Apatite single grain age histograms and frequency curves. (a) XN6-3, (b) XN8-1, (c) XN9-7, (d) XN9-8, (e) XN15, (f) XN23-1, (g) XN36, (h) XN37

圖3 磷灰石裂變徑跡長度分布直方圖 (a) XN6-3，(b) XN8-1，(c) XN9-7，(d) XN9-8，(e) XN15，(f) XN23-1，(g) XN37Fig.3 Histogram of the apatite fission track lengths. (a) XN6-3, (b) XN8-1, (c) XN9-7, (d) XN9-8, (e) XN15, (f) XN23-1, (g) XN37

本次工作測試樣品的磷灰石裂變徑跡平均長度為(12.3±1.9)-(13.2±2.0)μm，平均徑跡長度變化不大，但是，徑跡長度值相對較小，長度標準差較大，在長度分布直方圖上分布范圍較大（圖3），反映巖石形成后受到后期構(gòu)造熱事件的影響，使得巖石在磷灰石裂變徑跡部分退火帶滯留時間較長。同時，磷灰石裂變徑跡長度直方圖總體呈現(xiàn)單峰特征，表明受最后一次隆升冷卻作用控制明顯。

綜合χ2檢驗值大于5%和小于5%磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)（表1，圖4），年齡變化于60-120 Ma可分為如下三組：120-93 Ma、78 Ma、66-60 Ma，它們都較好地體現(xiàn)研究區(qū)所經(jīng)歷的構(gòu)造隆升剝蝕作用。磷灰石年齡120-93Ma是早白堊世岡底斯地體向北俯沖碰撞匯聚的響應，記錄了研究區(qū)在燕山晚期經(jīng)歷過抬升/冷卻事件，同時也是阿爾金斷裂的走滑隆升作用[19]的體現(xiàn)。磷灰石年齡78Ma記錄了區(qū)域上發(fā)生的一次低級變質(zhì)作用[20]。磷灰石年齡66-60Ma代表晚白堊世喜馬拉雅地體向北俯沖碰撞，屬于印度板塊與歐亞板塊碰撞事件對研究區(qū)的遠程效應[21]。

圖4 χ2檢驗值小于5%的樣品(XN8-1、XN9-8)磷灰石裂變徑跡年齡分組頻率圖(a、c)和雷達圖(b、d)Fig.4 Histogram (a, c) and radial plot (b, d) of the single grain ages for sample XN8-1 and XN9-8.

3.2 礦區(qū)地質(zhì)熱歷史

基于Ketcham等[22]的退火模型，應用AFTSolve軟件蒙特卡羅逼近法對磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)進行了模擬。根據(jù)實驗獲得的磷灰石裂變徑跡參數(shù)和巖石樣品的地質(zhì)背景與條件，諸如徑跡長度較短、長度標準差較大、樣品在退火帶滯留時間較長以及樣品單顆粒年齡特征，確定反演模擬的初始條件。模擬溫度從高于磷灰石裂變徑跡部分退火帶的-130°C到現(xiàn)今地表溫度（約15 °C），模擬時間根據(jù)不同樣品年齡特點分別從160Ma、130Ma、120Ma到現(xiàn)今。模擬結(jié)果見圖5，每個樣品均獲得了最佳的熱歷史路徑（圖5中黑色實線），中間深色區(qū)域代表反演模擬的較好擬合區(qū)，邊緣淺色區(qū)域代表可接受區(qū)。每個模擬圖左上角分別標出樣品代號、實測徑跡長度和模擬徑跡長度、實測Pooled年齡和模擬Pooled年齡以及K-S檢驗值和擬合優(yōu)度(Goodness of fit, GOF)年齡擬合參數(shù)。當K-S值和GOF值均大于0.5時，一般認為模擬結(jié)果較好[23]。

圖5 哈日扎地區(qū)地質(zhì)熱歷史模擬圖 (a) XN6-3，(b) XN8-1，(c) XN9-8，(d) XN37Fig.5 Modeling geological thermal evolution histories in Harizha area. (a) XN6-3, (b) XN8-1, (c) XN9-8, (d) XN37

熱歷史模擬結(jié)果顯示各樣品經(jīng)歷的熱歷史十分相似，具有整體隆升的特性，不同的是：(1) Ⅲ礦帶礦化蝕變巖樣品XN6-3裂變徑跡年齡為120Ma，為所有樣品中最大年齡，模擬結(jié)果顯示該樣品受熱事件作用時間較早，約160Ma便達到120°C；(2) Ⅳ礦帶兩個樣品(XN8-1、XN9-8) χ2檢驗值小于5%，經(jīng)歷多次構(gòu)造熱事件，說明Ⅳ礦帶構(gòu)造活動復雜；(3) 不同礦帶樣品經(jīng)歷構(gòu)造熱事件時間不同體現(xiàn)了礦區(qū)存在差異隆升的特點，與它們所處構(gòu)造區(qū)塊不同有關(guān)。

總體上屬于三階段演化歷史：(1) 160-90Ma，溫度較高，處于磷灰石裂變徑跡退火帶底部溫度，主體高于100°C；(2) 90-20Ma，緩慢冷卻，溫度由100°C降至50°C，冷卻速率為0.71 °C·Ma-1，為緩慢冷卻；(3) 從20Ma到現(xiàn)今，快速冷卻溫度由50°C降為現(xiàn)在地表溫度（平均15 °C），冷卻速率為1.75°C·Ma-1，為快速冷卻，該階段為青藏高原及周緣新生代重大隆升冷卻期，即印度板塊與歐亞板塊碰撞導致青藏高原整體強烈隆升[24-25]。此外第二階段又可細分為二：在90-80Ma有小的轉(zhuǎn)折，即此前降溫相對較快，這一熱事件與班公湖-怒江洋閉合到拉薩地塊和羌塘地塊的碰撞拼合過程[21]相符，是本次板塊構(gòu)造活動對東昆侖地區(qū)的遠程效應；此后則冷卻較慢，可視為一個較長的平靜期，區(qū)域上發(fā)生一次低級變質(zhì)作用[20]。

3.3 隆升速率與隆升幅度

3.3.1 年齡-封閉溫度法

年齡-封閉溫度法可以為直觀評價區(qū)域的平均隆升狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支持[26]。選取χ2檢驗值大于5%的樣品，其所測得磷灰石裂變徑跡年齡值即為樣品通過裂變徑跡封閉溫度至今的時間，取磷灰石裂變徑跡封閉溫度為110°C，地表溫度為15°C，造山帶平均地溫梯度為35°C·km-1[27]。計算隆升速率公式為：隆升速率×年齡值=（封閉溫度-地表溫度）/地溫梯度。

計算結(jié)果顯示，各個樣品的平均隆升速率分別為0.023 mm·a-1、0.027 mm·a-1、0.027 mm·a-1、0.029mm·a-1、0.027 mm·a-1、0.035mm·a-1，平均值為0.028mm·a-1。平均隆升量為2.71km。

3.3.2 冷卻曲線模擬法

取造山帶平均地溫梯度為35°C·km-1，根據(jù)磷灰石裂變徑跡對熱歷史模擬結(jié)果，可以計算不同時期的隆升速率和隆升幅度。三個階段具有的溫差和時間差分別為10 °C和70Ma、50°C和70Ma、35°C和20Ma，則三個階段的隆升速率和隆升幅度分別為：第一階段0.004mm·a-1和0.28km、第二階段0.020mm·a-1和1.40km、第三階段0.05mm·a-1和1.00km?？偟穆∩繛?.68km，與年齡-封閉溫度法計算的隆升量相符。第一階段的緩慢隆升代表了柴達木盆地周緣山地在燕山期經(jīng)歷過抬升/事件[28]；第二階段的隆升反映的是拉薩地塊與羌塘地塊碰撞拼合過程及其后發(fā)生的一次低級變質(zhì)作用[20-21]；第三階段反映了印度板塊與歐亞板塊碰撞后持續(xù)擠壓隆升和后期拉張環(huán)境下的整體強烈隆升[24-25]。

4 結(jié)語

應用磷灰石裂變徑跡分析技術(shù)，對青海省哈日扎多金屬礦區(qū)不同礦帶、不同類型巖礦石進行磷灰石裂變徑跡年齡測定并進行構(gòu)造事件反演，主要取得如下成果：

1) 獲得8個磷灰石樣品的裂變徑跡分析結(jié)果，磷灰石裂變徑跡年齡變化于120-60.2Ma，可分為120-93Ma、78Ma、65.9-60.2Ma三個年齡組。

2) 哈日扎地區(qū)具有三階段構(gòu)造熱演化歷史，即160-90Ma、90-20Ma、20Ma至今，三個階段分別隆升0.28km、1.40km、1km，總的隆升量為2.68km，第三階段為快速隆升期。

3) 熱歷史第二階段中相對快速隆升階段與班公湖-怒江洋閉合以及拉薩地塊與羌塘地塊碰撞拼合過程相符，是本次板塊構(gòu)造活動對東昆侖地區(qū)的遠程效應；緩慢冷卻階段則可視為一個較長的平靜期，伴生的是區(qū)域上一次低級變質(zhì)作用。第三階段代表青藏高原及周緣新生代強烈隆升期，即印度板塊與歐亞板塊碰撞后持續(xù)擠壓隆升和后期拉張環(huán)境下的整體強烈隆升。

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Apatite fission track analysis of tectonic activity in Harizha polymetallic ore district, Dulan county, Qinghai province

SUN Feifei1ZHU Chuanbao1YUAN Wanming1ZHANG Aikui2MA Zhongyuan1HAO Nana2FENG Yunlei21(Qinghai Third Geology and Mineral Exploration Institute, Xining 810029, China)
2(China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Background: Harizha polymetallic ore district is located in eastern section of east Kunlun mountains, Qinghai province and belongs to multicycle magmatic arc belt in middle of east Kunlun. A total of four large scale mineralizing zones have been discriminated in north area and mainly fall into tectonic alterated rock type. Purpose: The tectonic evolution characteristics of Harizha polymetallic ore district is discussed by analyzing the samples with different lithologies collected from different ore belts. Methods: The fission track age of apatite was used to calculate the absolute uplift rate of the plateau. Results: The apatite fission track ages range from 120 Ma to 60 Ma and could be divided into three units: 120-93 Ma, 78 Ma and 66-60 Ma, which reflected the various tectonic uplift denudation in this region. Units of 120-93 Ma and 66-60 Ma respectively represent the stages when Gangdise terrain and Himalayan terrain subducted to the north, collided and converged with the northern block in early cretaceous and late cretaceous successively. Age of 78 Ma shows the regional low-grade metamorphism. Conclusion: The simulation results of apatite fission track reveal that different samples have the similar geological thermal history, which is divided into three stages: 160-90 Ma, 90-20 Ma and 20-0 Ma. The amounts of uplift of these three stages are approximately 0.28 km, 1.40 km and 1.00 km, with 2.68 km as the total amount of uplifting. The stage of 20-0 Ma represents a major cenozoic uplifting in Tibetan plateau and its periphery, which is the result of continuous pressing after the collision between Indian plate and Eurasian plate and the strong uplift under the extension environment afterwards.

Fission track, Tectonic event, Apatite, Eastern Kunlun mountains, Qinghai province

SUN Feifei, female, born in 1986, graduated from Taishan University in 2009, master student, mainly engaged in geological and mineral prospecting work

TL99

10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.120501

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項目(No.2011-03-04-06)、國家自然科學基金(No.41172088、No.40872141)和青海省地質(zhì)調(diào)查局項目（青地調(diào)勘2013-103）資助

孫非非，女，1986年出生，2009年畢業(yè)于泰山學院，現(xiàn)碩士研究生，主要從事地質(zhì)與礦產(chǎn)勘查工作

Supported by China Geological Survey Project (No.2011-03-04-06), National Natural Science Foundation of China (No.41172088, No.40872141) and Geological Survey Project of Qinghai Provincial Bureau (Qinghai geological survey 2013-103)

2016-05-04，

2016-08-27