青川鹰咀山花岗岩体侵位与山脉隆升

白富正



青川鹰咀山花岗岩体侵位与山脉隆升

白富正

（四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，四川绵阳 621000）

运用磷灰石裂变径迹法对鹰咀山花岗岩进行了分析，所取样品的裂变径迹年龄位于50.6～69.6Ma之间，小于其地层时代或侵入年龄，表明摩天岭推覆构造带的隆升开始于晚白垩世，用磷灰石裂变径迹年龄来计算可知:研究区内花岗岩50.6Ma以来的冷却速率和剥蚀速率分别为2.08℃/Ma和0.063mm/a，50.6～69.6Ma之间的相对抬升与剥蚀速率为0.013mm/a，因此说明摩天岭推覆构造带从晚白垩世以来一直处于持续隆升冷却的过程。

构造隆升；裂变径迹定年；推覆构造带；摩天岭

摩天岭推覆构造带现今位于扬子地块的西北缘，是最重要的碰撞造山带之一，而其构造隆升的年代学研究对于探讨其抬升机制及大陆动力学背景是非常有必要的，裂变径迹测年是重要的低温热年代学方法之一，许多学者运用裂变径迹方法在喜马拉雅造山带和龙门山造山中进行过测试研究，有许多成功的例子，然而对于摩天岭推覆构造带及其邻区的年代学证据却鲜有人报道，因此，在开展1∶25万广元幅区域地质调查时，选择鹰咀山花岗岩体为研究对象，通过锆石SHRIMP测年和磷灰石裂变径迹年龄，对鹰咀山花岗岩的热年代学进行了研究，探讨了鹰咀山的隆升过程。

1 地质背景及岩石特征

摩天岭推覆构造带分别以勉略缝合带、青川—阳平关断裂、虎牙断裂与西秦岭造山带、龙门山构造带以及松潘—甘孜造山带相接，呈长三角形块体，向东构造尖灭。摩天岭推覆构造带的地层由碧口群和上覆的震旦纪以及古生代沉积岩组成，在摩天岭推覆构造带内侵入有较多的印支期花岗岩类。

鹰咀山岩体位于四川省青川县北部姚渡镇一带，岩体呈浑圆形，分布面积约55km2（图1）。岩性为灰白色中细粒二长花岗岩。岩石呈灰白色，中细粒-细粒花岗结构，块状构造。主要矿物组成为石英，他形粒状，含量约30%；斜长石，自形柱状，含量34%±；钾长石，不规则板状，含量20%±；暗色矿物以黑云母为主，半自形片状，具多色性，含量5%±。角闪石少见。副矿物以榍石和磷灰石为主，其次为锆石、榍石、磁铁矿等。岩体呈馒头状侵于中新元古代碧口群变沉积火山岩系中，接触面清晰，总的看呈波状、锯齿状侵入围岩中[1]，围岩主要岩性为石英片岩，在岩体边部有宽约100m的接触角岩带。

2 实验原理、条件与方法

裂变径迹测年法（Fission Track Dating）缩写为FTD，它是基于对矿物晶体内所含238U发生重核裂变，与其裂变半衰期函数关系的研究来完成测年的一种经典同位素测年手段，函数关系中子体、母体的获得是透过统计铀原子裂变产物在晶格内高速运动所形成的电离损伤，即所谓的径迹数来完成。自然界的238U衰变速率远比235U衰变速率大约17倍，并且235U/238U为0.7/99.3，故子体量的获得只考虑来源于238U自发裂变的电离损伤，其它忽略不计，称为自发径迹数；母体量的获得是透过235U经热中子幅照激发后生成的电离损伤，即诱发径迹数的统计，然后换算而得，测试流程采用外探测器法及Zeta法完成。

磷灰石裂变径迹年龄用外部探测器法（Gleadow，1981）以Zeta（Zeta=352.4±29）标准化计算的方法获得，Zeta标定选用国际标准样Durango磷灰石（31.4±0.5Ma），国家校准局校准微量元素玻璃SRM 612用来作为放射量测定器测定在照射期间的中子流量，磷灰石中自发裂变径迹在20℃的条件下用5N的硝酸蚀刻20s，在照射期间，低U白云母外部探测器盖住磷灰石样品和玻璃放射量测定器，诱发裂变径迹后，温度为室温的条件下，用40%的HF蚀刻40min，裂变径迹和径迹长度测量在放大1 000倍油浸的条件下在OLYMPUS显微镜下进行。

1-第四系全新统；2-白垩系第三系；3-志留系茂县群第三组；4-志留系茂县群第一组；5-志留系中下统罗惹坪组；6-志留系下统新滩组；7-奥陶系上统陈家坝组；8-寒武系下统磨刀垭组；9-寒武系下统长江沟组；10-震旦-寒武系邱家河组；11-震旦-寒武系灯影组 12-南华系南沱组；13-震旦系上统水晶组；14-震旦系下统蜈蚣口组；15-蓟县-青白口系阴平组；16-蓟县系桂花桥沟组；17-蓟县系大沙坝组；18-晚三叠世二长花岗岩；19-晚三叠世花岗闪长岩；20-中元古代英云闪长岩；21-中元古代石英闪长岩；22-中元古代闪长岩；23-接触变质带；24-实测正断层及产状；25-实、推测正断层；26-实测、推测性质不明断层；27-平移断层；28-裂变径迹采样位置及编号

3 采样与实验结果

在在开展25万广元幅区域地质调查修测时，于鹰咀山采集了裂变径迹年龄样品2件，样品的高程数据以手持GPS测定，同时还应用1∶100 000 地形图进行了校正。样品为弱过铝质的淡色花岗岩，挑选出磷灰石后送到中国地震局地质研究所裂变径迹实验室进行裂变径迹实验，其实验结果见表1，其单颗粒年龄直方图、径迹长度直方图、放射图见图2、3。

表1 裂变径迹实验结果

注:d为铀标准玻璃对应外探测器的径迹密度， Nd为径迹数；ρs为自发径迹密度，Ns为自发径迹数；ρi为诱发径迹密度，Ni为诱发径迹数，P（x2） 为自由度（n-1） x2值的几率P为检验参数，n为所测样品颗粒数，r为单个颗粒径迹之间的相关系数；Nj为测量的径迹条数

从表中可看出：磷灰石的径迹年龄为50.6±3.4～69.6±4.9Ma，本次于岩体中采集锆石SHRIMP测年1件送北京离子探针中心测试，其值为846.9±8.8Ma，径迹年龄晚于侵入年龄，这表明岩体曾经历过退火冷却过程，并在低温封闭的磷灰石晶格中保存下来了由238U放射母体衰变幅射而成的裂变径迹记录。裂变径迹的P（X2）均远大于5%，表明所分析样品的单颗粒年龄差异属于统计误差，并且样品的磷灰石裂变径迹年龄为单一的年龄，没有多组年龄现象[2]。磷灰石的裂变径迹长度分布主要为单峰式的分布，说明这些样品所经历的热历史为简单的冷却过程[3]。也表明了摩天岭地区至少自晚白垩世末（69.6±4.9Ma）以来一直处于持续隆升冷却的过程。

4 磷灰石裂变径迹揭示的隆升幅度和隆升速率

由于磷灰石的裂变径迹保留的较低的封闭温度（110±10）℃[4、5]，因而被广泛用于挽近地质时期山脉的冷却隆升和剥露历史，利用磷灰石裂变径迹计算隆升速率主要有三种方法：①高程法：主要是根据同一个岩体的径迹年龄一般是随高度的增加而增加，这是因为当岩体抬升和侵蚀的过程中岩体的不同部位会先后通过封闭温度在冷却速度不变的情况下早期抬升即现今高程大的部分的径迹年龄较大；②矿物对法：即利用磷灰石裂变径迹年龄与其他具更高封闭温度矿物（如锆石）年龄组成矿物对，结合古地温梯度、古地表温度和不同同位素体系测年计算隆升速率；③迹长度特征法：虽然径迹的长度初始是一致的，但自发裂变径迹生成的时间不同，经历不同的热历史阶段，高温阶段消失，中温阶段因退火缩短，密度降低，低温阶段保持较完整长度等特征，都反映了不同的热侵位隆升历史，主要是通过磷灰石裂变径迹长度的分布特征，如：裂变径迹平均长度、长度偏差、径迹长度集中分布区等并结合径迹年龄、温度来更精确地制约隆升和剥蚀冷却历史，恢复隆升和剥蚀量，从而可以计算隆升与剥蚀速率。

Gleadow A.J.W（1986）[6]认为裂变径迹的理想长度为20μm，但由于后期退火作用影响，实际地质体内标准径迹长度为16.3μm。鹰咀山花岗岩的平均径迹长度介于13.98～14.18μm 之间，属相对较长径迹，长度偏差为1.07μm，变化幅度不大，说明后期受到构造热事件的影响很小，处于退火带温度（通常为60～120℃）时间短所致。由此表明受隆升冷却作用控制明显，在岩体隆升和冷却到磷灰石封闭温度（≈100℃）以来，由母体放射性同位素衰变而成的裂变径迹保存较好，未遭受明显的热扰破坏，因而磷灰石的裂变径迹年龄具有较高的可信度。磷灰石裂变径迹退火带温度通常为60～120℃，高于120℃（退火带下部）时裂变径迹将发生全退火，年龄归零；低于60℃（退火带上部）则没有退火作用发生，裂变径迹不断形成和累积，从而年龄逐渐变大；在退火带内既有径迹退火又有新径迹生成，年龄具有混合特性。随着隆升与冷却作用的进行，位于相对上部的样品较早地抬高到脱离退火带的部位，故较早地开始计时，以致年龄较大；而位于下部的样品则相对较晚地抬升到脱离退火带的地段，开始计时时间较晚，故年龄较小。

4.1 径迹年龄－地形高差法计算的视隆升速率

利用磷灰石径迹年龄计算隆升速率的通用方法是“径迹年龄－地形高差法”。即以不同高程的两个样品的高程差除以径迹年龄之差，作为相应时间段内的隆升速率，其计算结果见表2，由表2可看出：50.6～69.6Ma间的高程差为252m，相对抬升与剥蚀速率为0.013mm/a。

表2 鹰咀山花岗岩根据高差法计算的视隆升速率

4.2 径迹年龄外推法计算的隆升速率

外推法的原理是把一定海拔高度磷灰石裂变径迹年龄外推到其年龄为零的位置，选定或通过其他方法给出一个地温梯度，用采样点的海拔高度和年龄为零时的深度之差除以裂变径迹年龄就可以得到隆升速率。由前可知，磷灰石裂变径迹退火带温度通常为60～120℃，高于120℃（退火带下部）时裂变径迹将发生全退火，年龄归零；低于60℃（退火带上部）则没有退火作用发生，裂变径迹不断形成和累积，从而年龄逐渐变大。

依据古造山带的地温梯度为35℃/km，现今的平均地表温度为15℃，用磷灰石来计算，可以估算从120℃的古地温冷却到15℃的现今平均地表温度，研究区内花岗岩冷却了约105℃，这个冷却量意味着约3km的剥蚀量，50.6Ma以来的的冷却速率为2.08℃/Ma。再根据磷灰石的裂变径迹年龄以及取样高程，计算的视隆升速率见表3。从表3可看出：鹰咀山岩体的隆升速率为0.063～0.082mm/a，平均约0.072mm/a。

表3 鹰咀山花岗岩根据外推法计算的视隆升速率

5 讨论

前人于松潘—甘孜褶皱带孟通沟燕山期花岗岩体3个岩样中测定的磷灰石裂变径迹年龄分别为：6.6±2.0Ma、7.3±1.4Ma和3.9±1.2Ma；老君沟岩体裂变径迹年龄为4.0±3.2Ma[7]；于龙门山北段北川断裂上盘的3件古生界砂岩样品，其表观年龄分别为36±3.0Ma、32±4Ma、43±4Ma；北川断裂下盘的1件上三叠统样品测得43±5Ma的表观年龄；四川盆地边缘的4个样品其表观年龄为91～76Ma；龙门山中段北川断裂上盘两个古生界砂岩样品测得l8～14 Ma的表观年龄；龙门山南段共6个样品经测试获得43～3.9 Ma的表观年龄[8]；米仓山－汉南穹窿的径迹年龄为60.8～123.5Ma[9]。总体上龙门山北段和米仓山－汉南穹窿的径迹年龄以晚中生代和早新生代年龄为主，明显老于中段和南段以晚新生代为主的年龄。

龙门山无论是北段、中段还是南段的样品热历史显示，龙门山的隆升总体上经历了中生代至早新生代的缓慢冷却（0.2～1.8℃／Ma）和晚新生代快速冷却（3.5～23℃／Ma）2个阶段，AFT热史模拟表明，龙门山北段快速剥露开始于14 Ma，其冷却速率为3.6～5℃／Ma，剥蚀速率为0.14～0.2 mm／a；龙门山中段快速剥露开始于9 Ma，其冷却速率为7.2℃／Ma，剥蚀速率为0.28 mm／a；龙门山南段快速剥露开始于14 Ma，其冷却速率为3.9～7.2℃／Ma，剥蚀速率为0.16～0.92mm／a[8]；米仓山－汉南穹窿在90Ma发生了快速冷却，其冷却速率为1.5℃／Ma，剥蚀速率为0.04～0.05mm／a；90～15Ma缓慢持续冷却，其冷却速率为0.3℃／Ma，剥蚀速率为0.04～0.06mm／a，约15Ma以来，再次经历了快速冷却，其冷却速率为1.6℃／Ma[9]。

由此表明：摩天岭推覆构造带所属的鹰咀山岩体的快速抬升明显早于龙门山区而晚于米仓山－汉南穹窿一带，其冷却速率和隆升速率亦小于龙门山区，而较米仓山－汉南穹窿一带大。

6 结论

1）通过磷灰石裂变径迹成果的研究，获得了鹰咀山花岗岩体的裂变径迹年龄为50.6Ma～69.6Ma，早于龙门山区而晚于米仓山－汉南穹窿一带。

2）鹰咀山花岗岩的热年代学研究，揭示了鹰咀山花岗岩体至少自晚白垩世末以来一直处于持续隆升冷却的过程，其冷却速率为2.08℃/Ma，隆升速率为0.063～0.082mm/a，平均约0.072mm/a，其冷却速率和隆升速率亦小于龙门山区，而较米仓山－汉南穹窿一带大。

[1] 谢启兴、白富正, 等，1：25万广元幅区域调查工作总结，2012年

[2] Galbraith R F. On statistical estimation in fission track dating. Math.Geol.,1984,16:653～669

[3] Gleadow A J W ,Duddy I R,Green P F,et al. Fission track analysis;a new tool for the evaluation of thermal histories and hydrocarbon potential .Australian Petroleum Exploration Association Journal,1983,23:93～102

[4] Wagner G A. Apatite fission-track geochrono-thennometer to 60℃:Projected length studies. Chemical Geology （Isotope Geoscience Section），1988, 72: 145～153.

[5] Wagner G A. Fission tracks dating of apatites. Earth Planet Sci Lett, 1980, 14: 411

[6] Gleadow A.J.W,1986,Geochronology and thermal history of the coast plutonic complex nesr Prince Rupert,British Columbia. Can. J. Earth Sci.,11:320～327.

[7] 刘树根, 等，龙门山冲断带的隆升和川西前陆盆地的沉降[J]. 地质学报，1995：205～214.

[8] 李智武, 等，龙门山冲断隆升及其走向差异的裂变径迹证据[J]. 地质科学，2010：944～968.

[9] 田云涛, 等，白垩纪以来米仓山-汉南穹窿剥蚀过程及构造意义:磷灰石裂变径迹的证据[J]. 地球物理学报，2010：920～930.

Emplacement of the Yingzuishan Granite Rock Mass and Uplift of the Siguniang Peak

BAI Fu-zheng

（Northwest Sichuan Geological Party, BGEEMRSP, Mianyang, Sichuan, 621000）

Fission-track age for apatite from the Yingzuishan granite varies from 50.6 Ma to 69.6 Ma, indicating uplift of the Siguniang Peak in the Late Cretaceous. The calculation based on the fission-track age for the apatite shows that the cooling rate and denudation rate of the granite are 2.08 ℃ /Ma and 0.063 mm/a, respectively with the rate of the relative uplift and denudation of 0.013mm/a during 50.6-69.6Ma.

fission-track dating; tectonic uplift; Late Cretaceous; nappe tectonic belt; Motianling

[P511.4]

A

1006-0995（2015）01-0003-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.001

2013-08-23

白富正（1964－），四川巴中人，高级工程师，长期从事区域地质调查和矿产勘查