三江特提斯南段构造活动时限——磷灰石裂变径迹年龄新证据

袁二军，袁万明，冯小伟，冯子睿，朱传宝，丛殿阁,6，王延伦

(1.青海大学 地质工程系，青海 西宁 810016； 2.中国地质大学(北京) 科学研究院，北京 100083； 3.内蒙古众兴煤炭集团有限责任公司，内蒙古 包头 014030； 4.包头市北斗地质勘查有限责任公司，内蒙古 包头 014000； 5.青海省第三地质矿产勘察院，青海 西宁 810029； 6.青海省地质调查院 青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海 西宁 810012)

三江特提斯构造域是贯穿欧亚大陆的巨型特提斯构造带，由多个微地块汇聚而成，呈中腰聚拢、两侧散开的独特构造形态，涵盖滇西、川西、藏东等地[1]。三江特提斯经历了陆块裂解和弧盆汇聚增生造山作用，同时也遭受了印度板块和欧亚板块碰撞和构造转换造山作用，构造边界模糊不清，岩石记录不全，是国际构造动力学研究的热点地区。近年来构造演化时限研究成果丰硕[2-6]，但在热年代学，特别是低温热年代学方面的研究甚少。裂变径迹年代学作为新兴热年代学技术方法，可有效记录地质体演化过程，将时间、温度联系在一起研究地质体演化历史[7-8]，为区域热事件活动时限和演化过程提供证据。

本文拟在前人研究基础上，通过磷灰石裂变径迹年代学，研究三江特提斯南段热演化历史和年代学制约，为深入认识三江特提斯南段构造演变提供新佐证，提高研究区找矿潜力。

1 地质背景

西南三江特提斯构造带位于青藏高原东南段，属于全球特提斯构造域的东段，地处印度板块和欧亚板块碰撞结合部的东侧，在空间上有两大板块特征，属于东特提斯构造带南部巨型弯转地带。西南三江特提斯主要经历了原、古、中、新特提斯洋闭合引发的增生造山作用和印度-欧亚板块汇聚造山作用[1]。侯增谦等[9]对印度-欧亚大陆碰撞造山带时空演化进行了系统分析，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阶段地质演化模式。青藏高原主碰撞时期，印度-欧亚板块碰撞造成三江地区处于陆内挤压汇聚构造环境[9]。在挤压作用下以及刚性块体的阻挡作用下，该地区形成逆冲推覆为主的薄皮板块构造[10]。三江地区受边界条件制约，地壳缩短尚不能抵消挤压应力，致使部分物质和块体向东南方向挤出，呈现大型走滑断裂系，即青藏高原晚碰撞期[11]。25 Ma以来，三江地区在大规模走滑运动影响下，地壳处于伸展环境，形成新生代断陷盆地、拉伸盆地、走滑拉分盆地等[12]，与此同时形成大量基性、中性、酸性、碱性侵入岩石。目前该造山带仍处于活动状态，同时也是全球最典型的大陆碰撞造山带。

2 方法

2.1 样品采集

本文样品采集主要集中在中咱地块的中甸县纳帕海-桥头两侧(图1)。区内构造挤压强烈，增加了实验室测试难度。实验获得14件磷灰石裂变径迹测试结果，样品YN15取自下泥盆统何元寨组(D1h)，岩性是斜长角闪岩；其余样品采于震旦系巨甸岩群(Pt3J)，岩性是片岩(表1)。视样品岩性不同，采样质量在2～5 kg，确保分选出的磷灰石单矿物样品满足裂变径迹测试分析要求。

2.2 实验方法

按照实验要求对所选样品进行粉碎，并采用常规摇床进行分选、磁选、重液分离、介电分离等，分选磷灰石单矿物。将分选好的磷灰石单矿物颗粒制成环氧树脂片，经研磨和抛光后，用7%HNO3在25 ℃下蚀刻20 s，揭示其自发径迹。利用反应堆辐射样品和低铀白云母片，然后用40%HF在25 ℃下蚀刻20 s，揭示其诱发径迹。利用CN5铀玻璃对磷灰石中子通量进行标定[13]，与此同时对自发径迹、诱发径迹密度进行测量，并统计裂变径迹条数。裂变径迹中心年龄应用IUGS[14]推荐的加权平均Zeta常数标定法计算。本实验获得的磷灰石样品Zeta常数为(410.0±10.7) a/cm2。

3 结果与讨论

本文获得的14件磷灰石样品裂变径迹分析结果列于表2，磷灰石样品单颗粒年龄直方图及其频率曲线示于图2，年龄-高程相关性示于图3。表2中Ns为自发径迹数、Ni为诱发径迹数、Nd为标准铀玻璃的外探测器白云母记录的径迹数；ρs、ρi、ρd分别为Ns、Ni、Nd对应的径迹密度；P(χ2)为χ2检验值；N为径迹条数。由表2可见，所有样品的表观年龄变化均较小，在(13±2)—(36±4) Ma之间。由图2可见，单颗粒年龄分布频率曲线峰值较为集中，除YN16呈双峰分布外，其余全是单峰状分布。图3显示研究区年龄与高程较分散，相关性较差，表明区域受构造活动影响较大。

图1 三江特提斯地质简图及采样位置图(据邓军等[1])Fig.1 Simplified geological map of Sanjiang Tethys and sample location (Deng et al.[1])

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

续表1

表2 磷灰石裂变径迹分析结果Table 2 Fission track analysis result of apatite sample

磷灰石水平封闭径迹长度依据Green等[15]建议的程序测定，通过χ2检验评价所测样品各单颗粒是否属于同组年龄。P(χ2)>5%表明单颗粒矿物年龄属于同组年龄，P(χ2)<5%表明单颗粒矿物年龄不均匀分布，代表混合年龄或多期热事件，需进行年龄分解。由表2可知，样品YN16的P(χ2)<5%，表明属于混合年龄，经历了多期地质热事件。其他样品的P(χ2)>5%，说明这些样品单一颗粒年龄都是同组年龄，代表最近一次地质热事件。应用Binomfit软件[16]将YN16样品进行年龄分解，结果示于图4。由图4可得YN16样品的拟合年龄为19.4、35.4 Ma，即样品经历了2次热事件。

磷灰石裂变径迹长度为(10.4±2.2)～(13.1±2.3) μm，整体径迹属于中等长度，部分样品没有获得径迹长度数据，主要原因是径迹条数太少，只有足够多的径迹条数才能测出径迹长度。年龄与径迹长度的相关性示于图5。图5表明，研究区样品年龄与径迹长度呈现负相关，年龄越大径迹长度越小，表明年龄大的磷灰石在退火带停留时间较长。

图2 磷灰石样品单颗粒年龄直方图及其频率曲线Fig.2 Single particle age histogram and frequency curve of apatite sample

图3 年龄-高程相关性Fig.3 Correlation between age and elevation

4 地质热历史与隆升速率

4.1 地质热历史

基于Ketcham等[17]的退火模型，确定模拟初始条件：磷灰石裂变径迹封闭温度为110 ℃、退火温度带为60～120 ℃，通过磷灰石单颗粒径迹长度、年龄、退火带温度等参数进行热历史模拟，反映区域地质热事件。应用HeFTy软件进行模拟，结合磷灰石单颗粒年龄和区域构造热事件可知，区域上较近一次热事件是45 Ma发生的印度-欧亚陆陆硬碰撞，该事件对研究区影响较大，因此模拟年龄从45 Ma开始，温度为从高于退火带底部温度130 ℃到现今地表温度15 ℃范围。模拟过程中不断修正模拟区间，从而获得最符合区域构造演化的最佳热历史模拟路径[18]。采用拟合参数(GOF)对模拟结果进行检验，GOF>0.05时模拟结果可接受，GOF>0.5时模拟结果良好[17]。因样品YN15的径迹年龄在36 Ma，因此参照样品单颗粒最大年龄45 Ma作为热历史模拟的起始年龄，对样品YN07、YN12、YN15、YN16、YN17、YN19、YN20、YN22进行热历史模拟，结果示于图6，图6中只有样品YN07、YN15、YN16的热历史模拟结果，样品YN12、YN17、YN19、YN20、YN22没有模拟结果，可能是由于径迹条数较少。

a——概率密度图解；b——雷达图解图4 P(χ2)<5%样品的磷灰石裂变径迹年龄分解图Fig.4 P(χ2) Apatite fission track age breakdown of <5% sample

图5 年龄-径迹长度相关性Fig.5 Correlation between age and track length

依据磷灰石单颗粒径迹长度和径迹年龄，应用Green描述的磷灰石退火特征，可较好地解释磷灰石裂变径迹年龄数据[19]。由图6可知，研究区经历了3阶段热历史过程：第1阶段为45—30 Ma，温度从130 ℃降至80 ℃，主体温度较高，平均冷却速率为3.33 ℃/Ma，表现为快速冷却过程；第2阶段为30—8 Ma，温度从80 ℃降至70 ℃，平均冷却速率为0.46 ℃/Ma，表现为缓慢降温过程；第3阶段为8 Ma以来，温度从70 ℃降至15 ℃，平均冷却速率为6.88 ℃/Ma，表现为快速冷却过程。综上所述，研究区地质构造呈快速冷却、缓慢降温、快速冷却3阶段演化过程。

4.2 隆升速率

岩石隆升是指相对于古海平面岩石隆升变化的程度，本文主要参照袁万明等[20]对黄山山体隆升的计算方法，其关系式为：

U=D+ΔH+Δs.L

(1)

式中：U为隆升量；D为剥蚀量；ΔH为现今地表高程与古地表海拔之差；Δs.L为海平面变化幅度[21]。

三江特提斯中段样品古地表高程为1 000 m，D+Δs.L为磷灰石径迹封闭温度对应的埋藏深度，取磷灰石裂变径迹封闭温度110 ℃，若取地温梯度为35 ℃/km[20]，则其埋深为3 143 m，即D+Δs.L=3 143 m，相当于剥蚀的部分，因此有：

U=ΔH+3 143

(2)

隆升速率=隆升量/时间，冷却速率=温差/时间。结合热历史模拟将中咱地块隆升量分为3个阶段：第1阶段为45—30 Ma，平均隆升速率为0.10 mm/a，隆升量为1.50 km，是快速隆升阶段；第2阶段为30—8 Ma，平均隆升速率为0.01 mm/a，隆升量为0.27 km，是缓慢冷却阶段，并无大规模构造运动所产生的地表隆升，经历了相对平缓的隆升过程；第3阶段为8 Ma以来，平均隆升速率为0.20 mm/a，隆升量为1.60 km，经历了快速隆升过程。

图6 地质热演化历史模拟结果及径迹长度分布直方图Fig.6 Simulation result of geothermal evolution history and histogram of track length distribution

5 地质意义

本文获得14件磷灰石裂变径迹年龄，记录了区域构造热事件，结合区域始新世以来年代学数据(表3)，通过磷灰石裂变径迹模拟热演化历史，将研究区演化过程分为3阶段，如图7所示。

表3 三江特提斯南段年代学数据Table 3 Chronological data of southern section of Sanjiang Tethys

ASSZ——哀牢山剪切带；CSZ——崇山剪切带；DBPF——奠边府断裂；GLSZ——高黎贡山剪切带； JLF——嘉黎断裂；NTF——南汀河断裂；SGSZ——实皆断裂；WDF——畹町断裂；Ⅱ——甘孜-理塘缝合带； Ⅳ1——金沙江缝合带；Ⅳ2——哀牢山缝合带；Ⅶ1——龙木措-双湖缝合带； Ⅶ2——昌宁-孟连缝合带；Ⅹ——潞西裂谷；SB——掸邦断裂图7 三江特提斯大陆碰撞造山作用的构造演化(据邓军等[1]修改)Fig.7 Tectonic evolution of continental collision orogenesis in Sanjiang Tethys (Modified according to Deng Jun et al.[1])

第1阶段：始新世—渐新世快速隆升阶段(45—30 Ma)。在此阶段，印度-欧亚陆陆硬碰撞，金沙江-哀牢山缝合带以及周围岩石圈加厚，岩石圈地幔发生拆沉作用，致使软流圈物质上涌以及壳幔物质强烈混染，金沙江-哀牢山缝合带附近地壳物质部分熔融，有大规模钾质岩浆岩带和超钾质岩浆岩分布。从热历史模拟结果可看出在45—30 Ma之间，经历了1次快速隆升过程，受此构造活动事件影响，区域上有多处响应。

由于印度-欧亚陆陆硬碰撞及金沙江-哀牢山缝合带加厚岩石圈发生拆沉作用，形成了大量钾质岩浆岩，年龄集中在36.9—32.5 Ma之间，是此阶段构造事件年代学证据[32]。伴随着印度-欧亚大陆碰撞，在陆内转换造山以及逆冲推覆构造体系影响下，形成了玉龙超大型铜矿，其中，辉钼矿Re-Os等时线年龄为(40.1±1.8) Ma[33]，马拉松多、多霞松多铜矿辉钼矿Re-Os模式年龄为35.8—36.0 Ma[34]，马厂箐铜钼矿床辉钼矿Re-Os等时线年龄为(35.8±1.6) Ma[35]，上述成矿年龄记录了该构造活动。与此同时，金沙江-哀牢山缝合带和甘孜-理塘缝合带的挤压作用致使中咱地块处于陆内挤压构造环境，发生了大规模快速隆升作用。磷灰石裂变径迹年龄为36—30 Ma，记录了该构造事件在中咱地块响应的时限范围。

第2阶段：渐新世—中新世缓慢隆升阶段(30—8 Ma)。此阶段，在新生代三江特提斯承接岩石圈拆沉作用下，印度大陆向拉萨地块、西缅地块俯冲，华南板块向印支地块俯冲。在碰撞挤压构造环境下，印支板块逃逸，发生了大规模剪切活动，以走滑变形为主，受华南板块向印支地块俯冲作用的影响，三江地区各微地块发生顺时针旋转以及东南向逃逸，形成高黎贡山、崇山、雪峰山-点苍山-哀牢山三大剪切带。热历史模拟结果显示，在30—8 Ma发生了缓慢隆升过程，受此构造活动事件影响，区域上有多处响应。镇沅Au、金厂Au、大坪Au、长安Au矿床形成时代在27—21 Ma[21-22]。金顶Pb-Zn、白秧坪Pb-Zn-Cu矿床形成时代约在29 Ma[23]。在研究区获得了26、23—17、13—12 Ma磷灰石裂变径迹年龄组，记录了区域的3次构造热事件。

26 Ma为高黎贡山、崇山、雪峰山-点苍山-哀牢山剪切带走滑运动在中咱地块的远程响应。三大剪切带在31—32 Ma左右开始滑移，高黎贡山在13 Ma结束运动，崇山剪切带在17 Ma结束运动。雪峰山-点苍山-哀牢山在20 Ma结束运动[1]。中咱地块处于三大剪切带东北方向，区域断裂普遍存在，此次获得的中咱地块磷灰石裂变径迹年龄为26 Ma，应力消减致使在中咱地块对此构造事件响应要晚。综上所述，中咱地块受三大剪切带滑移运动影响，处于陆内拉伸环境，热历史模拟结果显示其呈缓慢隆升过程，磷灰石裂变径迹年龄(26 Ma)记录了三大剪切带开始滑移事件在中咱地块的响应。

23—17 Ma为青藏高原后碰撞岩浆作用的响应。后碰撞形成钾质-超钾质火山岩为特征，集中发育于冈底斯构造-岩浆带和西藏南部地区。在雄巴产出超钾质火山岩同位素40Ar/39Ar年龄介于25—17 Ma[27]，记录了该构造活动。中咱地块磷灰石裂变径迹年龄(23—17 Ma)，记录了青藏高原后碰撞构造-岩浆岩事件。

13—12 Ma为青藏高原NS裂谷正断层形成。Coleman等[28]和Blisniuk等[29]认为NS裂谷正断层发育于13.5—14 Ma之前，此次获得的中咱地块磷灰石裂变径迹年龄为13—12 Ma，是青藏高原NS裂谷正断层活动时限的响应。

第3阶段：晚中新世至今快速隆升阶段(8 Ma至今)。继印度大陆俯冲后，地块物质发生顺时针旋扭以及伸展减薄，软流圈物质上涌，拉伸作用引起三江地区裂陷，物质顺时针旋钮，受到刚性岩体阻挡作用，中咱地块处于陆内挤压构造环境，发生快速隆升作用。热历史模拟结果显示，在8 Ma附近有转折，此年龄记录了三江地区以走滑为主的运动形式逐渐向伸展旋钮运动转换，三江特提斯南段处于伸展环境，引起三江地区裂陷，物质顺时针旋钮，受到刚性岩体阻挡作用，引发区域快速隆升。受青藏高原后碰撞晚期影响，形成藏南正断层的活动年龄(8 Ma)是此阶段构造事件的响应。袁万明等[30]对冈底斯地块南木林和尼木地区进行了磷灰石裂变径迹年龄测定，结果为9.6—5.2 Ma，张丽婷等[31]测得的甘孜-理塘带嘎拉矿区磷灰石裂变径迹年龄为8.1 Ma，均是青藏高原陆陆侧向碰撞构造活动事件的响应。

6 结论

本研究应用磷灰石裂变径迹年代学探讨三江特提斯南段构造演化，获得了构造演化时限新证据。

1) 研究区获得了14个磷灰石裂变径迹年龄分析结果，其中13个样品属于单一年龄，为(13±2)—(36±4) Ma，平均径迹长度为(10.4±2.2)～(13.1±2.3) μm，呈单峰式分布，是最近一次构造事件的响应。YN16属于混合年龄，由19.4 Ma和35.4 Ma两组年龄组成，反映了两期构造事件。

2) 三江特提斯南段热历史模拟分为3个阶段：第1阶段为45—30 Ma，冷却速率为3.33 ℃/Ma，隆升速率为0.10 mm/a，隆升量为1.50 km，是快速隆升阶段；第2阶段为30—8 Ma，冷却速率为0.46 ℃/Ma，隆升速率为0.01 mm/a，隆升量为0.27 km，是缓慢隆升阶段；第3阶段为8 Ma至今，冷却速率为6.88 ℃/Ma，隆升速率为0.20 mm/a，隆升量为1.60 km，是快速隆升阶段。

3) 研究区显示出3阶段构造演化过程：第1阶段为始新世—渐新世快速隆升阶段(45—30 Ma)，印度-欧亚陆陆硬碰撞，致使金沙江-哀牢山缝合带附近地壳物质部分熔融，大规模钾质岩浆岩带和超钾质岩浆岩形成；第2阶段为渐新世—中新世缓慢隆升阶段(30—8 Ma)，新生代三江特提斯承接岩石圈拆沉作用，印度大陆向拉萨地块、西缅地块俯冲，华南板块向印支地块俯冲运动致使研究区发生缓慢抬升；第3阶段为晚中新世至今快速隆升阶段(8 Ma至今)，继印度大陆俯冲运动，引起三江地区裂陷，物质顺时针旋钮，受到刚性岩体阻挡作用，中咱地块处于陆内挤压构造环境，发生快速隆升作用。

对中国地质大学(北京)邓军教授为本研究提供的支持表示衷心感谢。