袁二軍，袁萬明，馮小偉，馮子睿，朱傳寶，叢殿閣,6，王延倫

(1.青海大學 地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016； 2.中國地質(zhì)大學(北京) 科學研究院，北京 100083； 3.內(nèi)蒙古眾興煤炭集團有限責任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030； 4.包頭市北斗地質(zhì)勘查有限責任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000； 5.青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，青海 西寧 810029； 6.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)資源重點實驗室，青海 西寧 810012)

三江特提斯構(gòu)造域是貫穿歐亞大陸的巨型特提斯構(gòu)造帶，由多個微地塊匯聚而成，呈中腰聚攏、兩側(cè)散開的獨特構(gòu)造形態(tài)，涵蓋滇西、川西、藏東等地[1]。三江特提斯經(jīng)歷了陸塊裂解和弧盆匯聚增生造山作用，同時也遭受了印度板塊和歐亞板塊碰撞和構(gòu)造轉(zhuǎn)換造山作用，構(gòu)造邊界模糊不清，巖石記錄不全，是國際構(gòu)造動力學研究的熱點地區(qū)。近年來構(gòu)造演化時限研究成果豐碩[2-6]，但在熱年代學，特別是低溫熱年代學方面的研究甚少。裂變徑跡年代學作為新興熱年代學技術(shù)方法，可有效記錄地質(zhì)體演化過程，將時間、溫度聯(lián)系在一起研究地質(zhì)體演化歷史[7-8]，為區(qū)域熱事件活動時限和演化過程提供證據(jù)。

本文擬在前人研究基礎上，通過磷灰石裂變徑跡年代學，研究三江特提斯南段熱演化歷史和年代學制約，為深入認識三江特提斯南段構(gòu)造演變提供新佐證，提高研究區(qū)找礦潛力。

1 地質(zhì)背景

西南三江特提斯構(gòu)造帶位于青藏高原東南段，屬于全球特提斯構(gòu)造域的東段，地處印度板塊和歐亞板塊碰撞結(jié)合部的東側(cè)，在空間上有兩大板塊特征，屬于東特提斯構(gòu)造帶南部巨型彎轉(zhuǎn)地帶。西南三江特提斯主要經(jīng)歷了原、古、中、新特提斯洋閉合引發(fā)的增生造山作用和印度-歐亞板塊匯聚造山作用[1]。侯增謙等[9]對印度-歐亞大陸碰撞造山帶時空演化進行了系統(tǒng)分析，建立了青藏高原主碰撞(65—41 Ma)、晚碰撞(40—26 Ma)、后碰撞(25—0 Ma) 3階段地質(zhì)演化模式。青藏高原主碰撞時期，印度-歐亞板塊碰撞造成三江地區(qū)處于陸內(nèi)擠壓匯聚構(gòu)造環(huán)境[9]。在擠壓作用下以及剛性塊體的阻擋作用下，該地區(qū)形成逆沖推覆為主的薄皮板塊構(gòu)造[10]。三江地區(qū)受邊界條件制約，地殼縮短尚不能抵消擠壓應力，致使部分物質(zhì)和塊體向東南方向擠出，呈現(xiàn)大型走滑斷裂系，即青藏高原晚碰撞期[11]。25 Ma以來，三江地區(qū)在大規(guī)模走滑運動影響下，地殼處于伸展環(huán)境，形成新生代斷陷盆地、拉伸盆地、走滑拉分盆地等[12]，與此同時形成大量基性、中性、酸性、堿性侵入巖石。目前該造山帶仍處于活動狀態(tài)，同時也是全球最典型的大陸碰撞造山帶。

2 方法

2.1 樣品采集

本文樣品采集主要集中在中咱地塊的中甸縣納帕海-橋頭兩側(cè)(圖1)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造擠壓強烈，增加了實驗室測試難度。實驗獲得14件磷灰石裂變徑跡測試結(jié)果，樣品YN15取自下泥盆統(tǒng)何元寨組(D1h)，巖性是斜長角閃巖；其余樣品采于震旦系巨甸巖群(Pt3J)，巖性是片巖(表1)。視樣品巖性不同，采樣質(zhì)量在2～5 kg，確保分選出的磷灰石單礦物樣品滿足裂變徑跡測試分析要求。

2.2 實驗方法

按照實驗要求對所選樣品進行粉碎，并采用常規(guī)搖床進行分選、磁選、重液分離、介電分離等，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，經(jīng)研磨和拋光后，用7%HNO3在25 ℃下蝕刻20 s，揭示其自發(fā)徑跡。利用反應堆輻射樣品和低鈾白云母片，然后用40%HF在25 ℃下蝕刻20 s，揭示其誘發(fā)徑跡。利用CN5鈾玻璃對磷灰石中子通量進行標定[13]，與此同時對自發(fā)徑跡、誘發(fā)徑跡密度進行測量，并統(tǒng)計裂變徑跡條數(shù)。裂變徑跡中心年齡應用IUGS[14]推薦的加權(quán)平均Zeta常數(shù)標定法計算。本實驗獲得的磷灰石樣品Zeta常數(shù)為(410.0±10.7) a/cm2。

3 結(jié)果與討論

本文獲得的14件磷灰石樣品裂變徑跡分析結(jié)果列于表2，磷灰石樣品單顆粒年齡直方圖及其頻率曲線示于圖2，年齡-高程相關(guān)性示于圖3。表2中Ns為自發(fā)徑跡數(shù)、Ni為誘發(fā)徑跡數(shù)、Nd為標準鈾玻璃的外探測器白云母記錄的徑跡數(shù)；ρs、ρi、ρd分別為Ns、Ni、Nd對應的徑跡密度；P(χ2)為χ2檢驗值；N為徑跡條數(shù)。由表2可見，所有樣品的表觀年齡變化均較小，在(13±2)—(36±4) Ma之間。由圖2可見，單顆粒年齡分布頻率曲線峰值較為集中，除YN16呈雙峰分布外，其余全是單峰狀分布。圖3顯示研究區(qū)年齡與高程較分散，相關(guān)性較差，表明區(qū)域受構(gòu)造活動影響較大。

圖1 三江特提斯地質(zhì)簡圖及采樣位置圖(據(jù)鄧軍等[1])Fig.1 Simplified geological map of Sanjiang Tethys and sample location (Deng et al.[1])

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

續(xù)表1

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

磷灰石水平封閉徑跡長度依據(jù)Green等[15]建議的程序測定，通過χ2檢驗評價所測樣品各單顆粒是否屬于同組年齡。P(χ2)>5%表明單顆粒礦物年齡屬于同組年齡，P(χ2)<5%表明單顆粒礦物年齡不均勻分布，代表混合年齡或多期熱事件，需進行年齡分解。由表2可知，樣品YN16的P(χ2)<5%，表明屬于混合年齡，經(jīng)歷了多期地質(zhì)熱事件。其他樣品的P(χ2)>5%，說明這些樣品單一顆粒年齡都是同組年齡，代表最近一次地質(zhì)熱事件。應用Binomfit軟件[16]將YN16樣品進行年齡分解，結(jié)果示于圖4。由圖4可得YN16樣品的擬合年齡為19.4、35.4 Ma，即樣品經(jīng)歷了2次熱事件。

磷灰石裂變徑跡長度為(10.4±2.2)～(13.1±2.3) μm，整體徑跡屬于中等長度，部分樣品沒有獲得徑跡長度數(shù)據(jù)，主要原因是徑跡條數(shù)太少，只有足夠多的徑跡條數(shù)才能測出徑跡長度。年齡與徑跡長度的相關(guān)性示于圖5。圖5表明，研究區(qū)樣品年齡與徑跡長度呈現(xiàn)負相關(guān)，年齡越大徑跡長度越小，表明年齡大的磷灰石在退火帶停留時間較長。

圖2 磷灰石樣品單顆粒年齡直方圖及其頻率曲線Fig.2 Single particle age histogram and frequency curve of apatite sample

圖3 年齡-高程相關(guān)性Fig.3 Correlation between age and elevation

4 地質(zhì)熱歷史與隆升速率

4.1 地質(zhì)熱歷史

基于Ketcham等[17]的退火模型，確定模擬初始條件：磷灰石裂變徑跡封閉溫度為110 ℃、退火溫度帶為60～120 ℃，通過磷灰石單顆粒徑跡長度、年齡、退火帶溫度等參數(shù)進行熱歷史模擬，反映區(qū)域地質(zhì)熱事件。應用HeFTy軟件進行模擬，結(jié)合磷灰石單顆粒年齡和區(qū)域構(gòu)造熱事件可知，區(qū)域上較近一次熱事件是45 Ma發(fā)生的印度-歐亞陸陸硬碰撞，該事件對研究區(qū)影響較大，因此模擬年齡從45 Ma開始，溫度為從高于退火帶底部溫度130 ℃到現(xiàn)今地表溫度15 ℃范圍。模擬過程中不斷修正模擬區(qū)間，從而獲得最符合區(qū)域構(gòu)造演化的最佳熱歷史模擬路徑[18]。采用擬合參數(shù)(GOF)對模擬結(jié)果進行檢驗，GOF>0.05時模擬結(jié)果可接受，GOF>0.5時模擬結(jié)果良好[17]。因樣品YN15的徑跡年齡在36 Ma，因此參照樣品單顆粒最大年齡45 Ma作為熱歷史模擬的起始年齡，對樣品YN07、YN12、YN15、YN16、YN17、YN19、YN20、YN22進行熱歷史模擬，結(jié)果示于圖6，圖6中只有樣品YN07、YN15、YN16的熱歷史模擬結(jié)果，樣品YN12、YN17、YN19、YN20、YN22沒有模擬結(jié)果，可能是由于徑跡條數(shù)較少。

a——概率密度圖解；b——雷達圖解圖4 P(χ2)<5%樣品的磷灰石裂變徑跡年齡分解圖Fig.4 P(χ2) Apatite fission track age breakdown of <5% sample

圖5 年齡-徑跡長度相關(guān)性Fig.5 Correlation between age and track length

依據(jù)磷灰石單顆粒徑跡長度和徑跡年齡，應用Green描述的磷灰石退火特征，可較好地解釋磷灰石裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)[19]。由圖6可知，研究區(qū)經(jīng)歷了3階段熱歷史過程：第1階段為45—30 Ma，溫度從130 ℃降至80 ℃，主體溫度較高，平均冷卻速率為3.33 ℃/Ma，表現(xiàn)為快速冷卻過程；第2階段為30—8 Ma，溫度從80 ℃降至70 ℃，平均冷卻速率為0.46 ℃/Ma，表現(xiàn)為緩慢降溫過程；第3階段為8 Ma以來，溫度從70 ℃降至15 ℃，平均冷卻速率為6.88 ℃/Ma，表現(xiàn)為快速冷卻過程。綜上所述，研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造呈快速冷卻、緩慢降溫、快速冷卻3階段演化過程。

4.2 隆升速率

巖石隆升是指相對于古海平面巖石隆升變化的程度，本文主要參照袁萬明等[20]對黃山山體隆升的計算方法，其關(guān)系式為：

U=D+ΔH+Δs.L

(1)

式中：U為隆升量；D為剝蝕量；ΔH為現(xiàn)今地表高程與古地表海拔之差；Δs.L為海平面變化幅度[21]。

三江特提斯中段樣品古地表高程為1 000 m，D+Δs.L為磷灰石徑跡封閉溫度對應的埋藏深度，取磷灰石裂變徑跡封閉溫度110 ℃，若取地溫梯度為35 ℃/km[20]，則其埋深為3 143 m，即D+Δs.L=3 143 m，相當于剝蝕的部分，因此有：

U=ΔH+3 143

(2)

隆升速率=隆升量/時間，冷卻速率=溫差/時間。結(jié)合熱歷史模擬將中咱地塊隆升量分為3個階段：第1階段為45—30 Ma，平均隆升速率為0.10 mm/a，隆升量為1.50 km，是快速隆升階段；第2階段為30—8 Ma，平均隆升速率為0.01 mm/a，隆升量為0.27 km，是緩慢冷卻階段，并無大規(guī)模構(gòu)造運動所產(chǎn)生的地表隆升，經(jīng)歷了相對平緩的隆升過程；第3階段為8 Ma以來，平均隆升速率為0.20 mm/a，隆升量為1.60 km，經(jīng)歷了快速隆升過程。

圖6 地質(zhì)熱演化歷史模擬結(jié)果及徑跡長度分布直方圖Fig.6 Simulation result of geothermal evolution history and histogram of track length distribution

5 地質(zhì)意義

本文獲得14件磷灰石裂變徑跡年齡，記錄了區(qū)域構(gòu)造熱事件，結(jié)合區(qū)域始新世以來年代學數(shù)據(jù)(表3)，通過磷灰石裂變徑跡模擬熱演化歷史，將研究區(qū)演化過程分為3階段，如圖7所示。

表3 三江特提斯南段年代學數(shù)據(jù)Table 3 Chronological data of southern section of Sanjiang Tethys

ASSZ——哀牢山剪切帶；CSZ——崇山剪切帶；DBPF——奠邊府斷裂；GLSZ——高黎貢山剪切帶； JLF——嘉黎斷裂；NTF——南汀河斷裂；SGSZ——實皆斷裂；WDF——畹町斷裂；Ⅱ——甘孜-理塘縫合帶； Ⅳ1——金沙江縫合帶；Ⅳ2——哀牢山縫合帶；Ⅶ1——龍木措-雙湖縫合帶； Ⅶ2——昌寧-孟連縫合帶；Ⅹ——潞西裂谷；SB——撣邦斷裂圖7 三江特提斯大陸碰撞造山作用的構(gòu)造演化(據(jù)鄧軍等[1]修改)Fig.7 Tectonic evolution of continental collision orogenesis in Sanjiang Tethys (Modified according to Deng Jun et al.[1])

第1階段：始新世—漸新世快速隆升階段(45—30 Ma)。在此階段，印度-歐亞陸陸硬碰撞，金沙江-哀牢山縫合帶以及周圍巖石圈加厚，巖石圈地幔發(fā)生拆沉作用，致使軟流圈物質(zhì)上涌以及殼幔物質(zhì)強烈混染，金沙江-哀牢山縫合帶附近地殼物質(zhì)部分熔融，有大規(guī)模鉀質(zhì)巖漿巖帶和超鉀質(zhì)巖漿巖分布。從熱歷史模擬結(jié)果可看出在45—30 Ma之間，經(jīng)歷了1次快速隆升過程，受此構(gòu)造活動事件影響，區(qū)域上有多處響應。

由于印度-歐亞陸陸硬碰撞及金沙江-哀牢山縫合帶加厚巖石圈發(fā)生拆沉作用，形成了大量鉀質(zhì)巖漿巖，年齡集中在36.9—32.5 Ma之間，是此階段構(gòu)造事件年代學證據(jù)[32]。伴隨著印度-歐亞大陸碰撞，在陸內(nèi)轉(zhuǎn)換造山以及逆沖推覆構(gòu)造體系影響下，形成了玉龍超大型銅礦，其中，輝鉬礦Re-Os等時線年齡為(40.1±1.8) Ma[33]，馬拉松多、多霞松多銅礦輝鉬礦Re-Os模式年齡為35.8—36.0 Ma[34]，馬廠箐銅鉬礦床輝鉬礦Re-Os等時線年齡為(35.8±1.6) Ma[35]，上述成礦年齡記錄了該構(gòu)造活動。與此同時，金沙江-哀牢山縫合帶和甘孜-理塘縫合帶的擠壓作用致使中咱地塊處于陸內(nèi)擠壓構(gòu)造環(huán)境，發(fā)生了大規(guī)模快速隆升作用。磷灰石裂變徑跡年齡為36—30 Ma，記錄了該構(gòu)造事件在中咱地塊響應的時限范圍。

第2階段：漸新世—中新世緩慢隆升階段(30—8 Ma)。此階段，在新生代三江特提斯承接巖石圈拆沉作用下，印度大陸向拉薩地塊、西緬地塊俯沖，華南板塊向印支地塊俯沖。在碰撞擠壓構(gòu)造環(huán)境下，印支板塊逃逸，發(fā)生了大規(guī)模剪切活動，以走滑變形為主，受華南板塊向印支地塊俯沖作用的影響，三江地區(qū)各微地塊發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)以及東南向逃逸，形成高黎貢山、崇山、雪峰山-點蒼山-哀牢山三大剪切帶。熱歷史模擬結(jié)果顯示，在30—8 Ma發(fā)生了緩慢隆升過程，受此構(gòu)造活動事件影響，區(qū)域上有多處響應。鎮(zhèn)沅Au、金廠Au、大坪Au、長安Au礦床形成時代在27—21 Ma[21-22]。金頂Pb-Zn、白秧坪Pb-Zn-Cu礦床形成時代約在29 Ma[23]。在研究區(qū)獲得了26、23—17、13—12 Ma磷灰石裂變徑跡年齡組，記錄了區(qū)域的3次構(gòu)造熱事件。

26 Ma為高黎貢山、崇山、雪峰山-點蒼山-哀牢山剪切帶走滑運動在中咱地塊的遠程響應。三大剪切帶在31—32 Ma左右開始滑移，高黎貢山在13 Ma結(jié)束運動，崇山剪切帶在17 Ma結(jié)束運動。雪峰山-點蒼山-哀牢山在20 Ma結(jié)束運動[1]。中咱地塊處于三大剪切帶東北方向，區(qū)域斷裂普遍存在，此次獲得的中咱地塊磷灰石裂變徑跡年齡為26 Ma，應力消減致使在中咱地塊對此構(gòu)造事件響應要晚。綜上所述，中咱地塊受三大剪切帶滑移運動影響，處于陸內(nèi)拉伸環(huán)境，熱歷史模擬結(jié)果顯示其呈緩慢隆升過程，磷灰石裂變徑跡年齡(26 Ma)記錄了三大剪切帶開始滑移事件在中咱地塊的響應。

23—17 Ma為青藏高原后碰撞巖漿作用的響應。后碰撞形成鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)火山巖為特征，集中發(fā)育于岡底斯構(gòu)造-巖漿帶和西藏南部地區(qū)。在雄巴產(chǎn)出超鉀質(zhì)火山巖同位素40Ar/39Ar年齡介于25—17 Ma[27]，記錄了該構(gòu)造活動。中咱地塊磷灰石裂變徑跡年齡(23—17 Ma)，記錄了青藏高原后碰撞構(gòu)造-巖漿巖事件。

13—12 Ma為青藏高原NS裂谷正斷層形成。Coleman等[28]和Blisniuk等[29]認為NS裂谷正斷層發(fā)育于13.5—14 Ma之前，此次獲得的中咱地塊磷灰石裂變徑跡年齡為13—12 Ma，是青藏高原NS裂谷正斷層活動時限的響應。

第3階段：晚中新世至今快速隆升階段(8 Ma至今)。繼印度大陸俯沖后，地塊物質(zhì)發(fā)生順時針旋扭以及伸展減薄，軟流圈物質(zhì)上涌，拉伸作用引起三江地區(qū)裂陷，物質(zhì)順時針旋鈕，受到剛性巖體阻擋作用，中咱地塊處于陸內(nèi)擠壓構(gòu)造環(huán)境，發(fā)生快速隆升作用。熱歷史模擬結(jié)果顯示，在8 Ma附近有轉(zhuǎn)折，此年齡記錄了三江地區(qū)以走滑為主的運動形式逐漸向伸展旋鈕運動轉(zhuǎn)換，三江特提斯南段處于伸展環(huán)境，引起三江地區(qū)裂陷，物質(zhì)順時針旋鈕，受到剛性巖體阻擋作用，引發(fā)區(qū)域快速隆升。受青藏高原后碰撞晚期影響，形成藏南正斷層的活動年齡(8 Ma)是此階段構(gòu)造事件的響應。袁萬明等[30]對岡底斯地塊南木林和尼木地區(qū)進行了磷灰石裂變徑跡年齡測定，結(jié)果為9.6—5.2 Ma，張麗婷等[31]測得的甘孜-理塘帶嘎拉礦區(qū)磷灰石裂變徑跡年齡為8.1 Ma，均是青藏高原陸陸側(cè)向碰撞構(gòu)造活動事件的響應。

6 結(jié)論

本研究應用磷灰石裂變徑跡年代學探討三江特提斯南段構(gòu)造演化，獲得了構(gòu)造演化時限新證據(jù)。

1) 研究區(qū)獲得了14個磷灰石裂變徑跡年齡分析結(jié)果，其中13個樣品屬于單一年齡，為(13±2)—(36±4) Ma，平均徑跡長度為(10.4±2.2)～(13.1±2.3) μm，呈單峰式分布，是最近一次構(gòu)造事件的響應。YN16屬于混合年齡，由19.4 Ma和35.4 Ma兩組年齡組成，反映了兩期構(gòu)造事件。

2) 三江特提斯南段熱歷史模擬分為3個階段：第1階段為45—30 Ma，冷卻速率為3.33 ℃/Ma，隆升速率為0.10 mm/a，隆升量為1.50 km，是快速隆升階段；第2階段為30—8 Ma，冷卻速率為0.46 ℃/Ma，隆升速率為0.01 mm/a，隆升量為0.27 km，是緩慢隆升階段；第3階段為8 Ma至今，冷卻速率為6.88 ℃/Ma，隆升速率為0.20 mm/a，隆升量為1.60 km，是快速隆升階段。

3) 研究區(qū)顯示出3階段構(gòu)造演化過程：第1階段為始新世—漸新世快速隆升階段(45—30 Ma)，印度-歐亞陸陸硬碰撞，致使金沙江-哀牢山縫合帶附近地殼物質(zhì)部分熔融，大規(guī)模鉀質(zhì)巖漿巖帶和超鉀質(zhì)巖漿巖形成；第2階段為漸新世—中新世緩慢隆升階段(30—8 Ma)，新生代三江特提斯承接巖石圈拆沉作用，印度大陸向拉薩地塊、西緬地塊俯沖，華南板塊向印支地塊俯沖運動致使研究區(qū)發(fā)生緩慢抬升；第3階段為晚中新世至今快速隆升階段(8 Ma至今)，繼印度大陸俯沖運動，引起三江地區(qū)裂陷，物質(zhì)順時針旋鈕，受到剛性巖體阻擋作用，中咱地塊處于陸內(nèi)擠壓構(gòu)造環(huán)境，發(fā)生快速隆升作用。

對中國地質(zhì)大學(北京)鄧軍教授為本研究提供的支持表示衷心感謝。