东昆仑东段那日马拉黑南地区构造活动的磷灰石裂变径迹新证据

2022-12-16袁二军史立群袁万明冯子睿田朋飞朱传宝丛殿阁王延伦

原子能科学技术 2022年12期

袁二军，史立群，袁万明，金鹏，冯子睿，田朋飞，朱传宝，丛殿阁，王延伦

(1.青海大学地质工程系，青海西宁 810016；2.青海九零六工程勘察设计院有限责任公司，青海西宁 810007；3.中国地质大学(北京)科学研究院，北京 100083;4.青海省地质调查局，青海西宁 810007；5.山西工程技术学院地球科学与工程学院，山西阳泉 045000；6.青海省第三地质矿产勘察院，青海西宁 810029；7.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)

东昆仑造山带横跨古亚洲构造域、特提斯构造域以及华南、华北两个板块，是横贯中国大陆巨型构造带[1]，也是中国重要多金属成矿带之一[2]。东昆仑造山带构造演化、地质热历史、成矿规律等一直以来都是众多学者研究的热点问题[1,3-7]。那日马拉黑南铜矿床地处东昆仑东段都兰地区，区内矿产资源丰富，尽管前人对东昆仑进行了深入研究，取得了突破性成果，但对那日马拉黑南铜矿床的研究程度尚浅，有关裂变径迹年代学研究更是鲜见报道。近年来，磷灰石裂变径迹年代学是揭示地质构造演化的重要手段之一，并取得了重要进展[8-14]。本文拟以那日马拉黑南铜矿床为研究对象，应用磷灰石裂变径迹年代学方法探讨区内不同阶段构造活动热年代学制约，定量计算隆升速率、隆升量，并取得新认识。

1 地质背景

研究区地处东昆仑造山带东段(图1a)，大地构造位置属于昆中基底隆起花岗岩带，成矿区带属于祁漫塔格-都兰华力西期铁、钴、铜、铅、锌、锡成矿带。区域上以近东西向、近南北向、北西-南东向、北东向断裂为主[15]。中生代早期，区域因造山带断陷引发火山喷发，形成北西向区域主构造线和火山盆地。新生代时期北西、北北西向断陷继承了中生代早期的构造线，这些构造在新生代多次复活，形成新的狭长断陷盆地[16]。区内岩浆活动较频繁，活动时代为加里东晚期、华力西晚期、印支期和燕山期等4个岩浆旋回，其中印支期岩浆活动规模最大。岩浆岩占整个区域的5%左右，岩型以基性、中酸性、酸性岩浆为主，侵入岩以中酸性、酸性为主，喷出岩以中酸性岩为主。

1——第四系；2——新近系油砂山组；3——上三叠统鄂拉山组；4——早侏罗世侵入岩；5——二长花岗岩；6——花岗闪长岩；7——钾长花岗斑岩；8——采样点；9——断裂；10——铜矿体

那日马拉黑南地区地层不甚发育，仅出露少量上三叠统鄂拉山组(T3e)、新近系油砂山组(N2y)，山间盆地及沟谷内分布第四纪(Q)。区内晚三叠世火山活动具有造山带陆相火山岩特征，主要岩性为晶屑凝灰熔岩。区内岩浆侵入活动强烈，形成时代主要集中在4个时间段：加里东期、华力西期、印支期、燕山期，以印支期为主，多发育花岗闪长岩、二长花岗岩、钾长花岗斑岩等(图1b)。研究区矿体主要有北西、北东向展布，矿体出露在花岗闪长岩和二长花岗岩内。

2 样品测试分析及结果

2.1 样品采集及处理

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

按照实验要求将岩石样品粉碎，采用常规摇床分选、磁选、重液分离、介电分离等方法分选磷灰石单矿物。将分选好的磷灰石单矿物颗粒制成环氧树脂片(样片)，并对其进行研磨和抛光。

2.2 裂变径迹测试及结果

将研磨抛光后的样片在25 ℃下用7%的HNO3下蚀刻20 s揭示自发径迹。将低铀白云母外探测器与所测样片一起放入反应堆进行辐照。然后在相同温度下用40% HF蚀刻20 s揭示诱发径迹，利用CN5铀玻璃对磷灰石中子通量进行标定[18]。采用高精度光学显微镜识别裂变径迹并测量。自发径迹和诱发径迹密度的测量选择在平行于c轴的矿物柱面上进行。

采用IUGS推荐的加权平均Zeta常数标定法计算裂变径迹中心年龄[19]。本文获得的磷灰石样品的Zeta常数为(410.0±4.7) a/cm2。

6件样品的裂变径迹测试结果列于表2，其中：Ns、Ni和Nd分别为自发、诱发和标准径迹数；ρs、ρi和ρd分别为自发、诱发和标准径迹的密度。通过P(χ2)检验样品是否是为同组年龄：P(χ2)>5%判定为同组年龄，表示单一构造事件；P(χ2)<5%判定为混合年龄，代表多期构造事件。本文所测6件样品的P(χ2)值均大于5%，属于同组年龄，记录了最近一次构造热事件，年龄在(51±4)～(64±4) Ma之间。年龄与高程的相关性示于图2a。由图2a可见，年龄与高程呈现正相关性，年龄越大高程越高，表明区域受到整体抬升。

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

样品的径迹长度在(10.6±1.9)～(12.3±1.7) μm之间，变化幅度窄，峰值在11.5 μm左右，径迹长度大。样品年龄与径迹长度的相关性示于图2b。图2b显示，样品年龄与径迹长度呈现正相关，年龄越大径迹长度越大，表明年龄大的磷灰石样品在退火带停留时间较短，受后期热事件影响较小。

图2 年龄与高程和径迹长度的相关性Fig.2 Correlations between age and elevation and track length

样品单颗粒年龄-频率曲线示于图3。由图3可见单颗粒年龄频率曲线呈单峰式分布，表明受单一构造热事件影响，该结果与P(χ2)检验结果一致。

图3 单颗粒磷灰石裂变径迹年龄-频率曲线Fig.3 Fission track age-frequency curve of single particle apatite

3 热历史模拟

基于Ketcham 等[20]的退火模型，应用罗特卡罗逼近法模型，参考区域地质背景、径迹长度和密度，进行热历史演化初始值确定。采用HeFTy软件进行模拟，模拟年龄根据印度板块与欧亚板块碰撞事件对研究区的远程响应，同时考虑到单颗粒年龄值，将起始时间设为80 Ma，退火带底部温度设为130 ℃，终止温度为现今地表温度15 ℃，模拟过程中不断修正从而获得最佳热历史路径，模拟结果由GOF值检验：GOF>0.05时表明结果可接受；GOF>0.5时表明模拟结果良好[21]。

热历史模拟结果如图4所示，其中红色粗实线代表最佳拟合曲线，红色区域是较好拟合范围，绿色区域代表可接受范围。由图4可见，6件样品的演化趋势具有一致性，整体上显示出3阶段演化过程。第1阶段：温度从130 ℃开始降至80 ℃，时间从80 Ma持续到65 Ma，平均冷却速率为3.33 ℃/Ma，表现为快速冷却过程。第2阶段：温度从80 ℃降到65 ℃，时间从65 Ma持续到15 Ma，平均冷却速率为0.30 ℃/Ma，表现为缓慢降温过程；第3阶段：温度从65 ℃降至地表温度15 ℃，时间从15 Ma持续到今，平均冷却速率为3.3 ℃/Ma，表现为快速冷却过程。综上可知，那日玛拉黑南地区整体上呈快速冷却、缓慢降温、快速冷却3阶段演化过程。

整体总结而言，2018年家电业上市公司普遍面临业绩下行的压力，行业整体表现不佳。除格力、美的、海尔三大白电企业因空调、冰箱、洗衣机市场集中度较高而逆势增长外，其它传统品类增速下滑，彩电、厨电、显示面板企业的业绩多数同比降减；专业品牌和品类单一的企业受到的销售压力更大，新兴产品表现也不及预期，尤其与地产关系接近的厨电、燃热、洗碗机等品牌表现更为逊色些。

图4 磷灰石裂变径迹地质热演化历史模拟结果Fig.4 Thermal history simulation result of apatite fission track dating

4 岩石隆升

岩石隆升是指相对海平面的变化幅度，本文主要通过年龄-封闭温度法和冷却曲线模拟法对区内隆升速率、隆升量进行定量评价。

4.1 年龄-封闭温度法

参照袁万明等[22]对黄山山体隆升计算方法计算隆升量：

U=D+ΔH+Δs.L

(1)

式中：U为隆升量；D为剥蚀量；ΔH为古地表和现今地表高度差；Δs.L为海平面变化幅度[23]。那日马拉黑南铜矿区古海拔高程选取3 600 m，D+Δs.L为磷灰石裂变径迹封闭温度对应埋藏深度。通常选取磷灰石裂变径迹封闭温度100 ℃、地温梯度35 ℃/km，即D+Δs.L=2 860 m，则其埋深为2 860 m，代表剥蚀的部分，则有：

U=ΔH+2 860

(2)

隆升速率=隆升量/时间，冷却速率=温度差值/时间，样品隆升计算结果列于表3。由表3可知，研究区各样品的冷却速率、隆升速率存在差异。

表3 那日马拉黑南矿区隆升计算结果Table 3 Uplifting situation result of Narimalaheinan ore deposit

样品年龄高程与隆升幅度的关系示于图5。由图5可见，高程越大隆升量越大，隆升量与高程呈现正相关，表明区域整体发生了隆升。

图5 高程与隆升量相关性Fig.5 Correlation between elevation and uplift

4.2 冷却曲线模拟法

基于上文那日玛拉黑南地区磷灰石裂变径迹热历史的3阶段演化过程，地温梯度选35 ℃/km，采用冷却曲线模拟法定量计算不同阶段隆升速率、隆升量。结果显示，第1阶段为80～65 Ma，温度从130 ℃降至80 ℃，平均隆升速率为0.095 mm/a，平均隆升量为1 429 m。第2阶段为65～15 Ma，温度从80 ℃降至70 ℃，平均隆升速率为0.006 mm/a，平均隆升量为285 m。第3阶段为15 Ma至今，温度从70 ℃降至15 ℃，平均隆升速率为0.105 mm/a，平均隆升量为1 571 m。

比较年龄-封闭温度法和冷却曲线模拟法结果可见，两种同方法的计算结果一致性较好，区域平均隆升量为3 285 m。

5 地质意义

本文获得的6件磷灰石裂变径迹年龄数据，记录了区域热历史演化过程，结合区域白垩纪以来年代学数据(表4)，显示白垩纪期间雅鲁藏布洋开始闭合，印度-亚洲大陆开始碰撞致使那日马拉黑南地区白垩纪以来的构造演化分为3个阶段：白垩纪—古新世、古新世—中新世、中新世至今(图6)。

表4 东昆仑地区年代学数据Table 4 Chronological data of East Kunlun region

a——白垩纪(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 白垩纪—古新世构造活动

80—65 Ma，HeFTy软件的热历史模拟结果显示，区域隆升速率为0.095 mm/a、隆升量为1 429 m，此阶段发生了快速隆升事件，记录了雅鲁藏布洋开始闭合，印度-亚洲大陆开始碰撞事件。莫宣学等[24]认为晚白垩世喜马拉雅地体向北俯冲碰撞，70—65 Ma雅鲁藏布江闭合致使印度板块与欧亚板块开始碰撞。受此构造事件影响，区域上有多处响应，如孙菲菲等[25]的研究结果显示，东昆仑哈日扎矿区磷灰石裂变径迹年龄为78 Ma；陈雪等[26]的研究结果显示，东昆仑东山根磷灰石裂变径迹年龄为74—67 Ma。以上研究均记录了此构造热事件，即其演化过程为雅鲁藏布洋的闭合、印度-亚洲大陆开始碰撞、东昆仑地区80—65 Ma受欧亚地块碰撞的远程响应发生快速隆升事件，本文采用HeFTy软件进行的地质热历史模拟也记录了这一演化过程(图6a)。

5.2 古新世—中新世构造活动

65—15 Ma，HeFTy软件的热历史模拟结果显示，区域隆升速率为0.006 mm/a、隆升量为285 m，此阶段发生缓慢抬升作用，记录了印度板块和欧亚板块同碰撞事件。南支雅鲁藏布洋闭合较晚，在白垩纪/古近纪之交(65/70 Ma左右)印度大陆开始与拉萨地块(即欧亚大陆南缘)碰撞，用了约20 Ma的时间(即到40/45 Ma)完成碰撞过程[26]。通过对横跨整个冈底斯带超过1 000 km长区域性不整合进行研究，对林子宗火山岩底部的40Ar/39Ar或K-Ar年龄进行初步限定：由东向西，在林周盆地为64.47 Ma、在尼玛地区为58.55 Ma、在阿里地区为60.68 Ma，这些年龄数据是印度-亚洲大陆起始碰撞的时间证据[27]。印度-亚洲大陆碰撞致使东昆仑边缘发生变形[28]，左行走滑的昆仑断裂吸收印度板块和欧亚板块汇聚造成的北东向挤压缩短变形(图6b)，此阶段发生平缓的抬升作用。热历史模拟显示，在65 Ma左右发生转折，可能是受左行走滑的昆仑断裂吸收碰撞应力的影响，致使那日玛拉黑矿区发生平缓抬升过程。

5.3 中新世至今构造活动

15 Ma至今，HeFTy软件的热历史模拟结果显示，隆升速率为0.105 mm/a、隆升量为1 571 m，此阶段发生快速隆升事件，可能受印度板块和欧亚板块后碰撞挤压作用。东昆仑山新生代逆冲断层作用结束的时间约为10.0 Ma，昆仑断裂开始左行走滑作用的时间为(10±2) Ma，昆仑断裂的左行走滑运动是东昆仑山逆冲断层系进一步发育的结果[29]。侯增谦等[27]认为，青藏高原后碰撞造山作用致使青藏高原发生快速隆升，但由于地块在碰撞期间存在自吸收，故在早期并未发生明显的隆升作用，而呈相对平稳的抬升，本文的热历史模拟也很好记录了这一过程。东昆仑的主体山脉AFT模拟数据显示，新近纪可可西里盆地和柴达木盆地才开始完全分裂[30]，热历史模拟图也印证了在约15 Ma发生过快速隆升，与本文模拟结果一致，东昆仑快速隆升事件发生在15 Ma，直接动力来源于东昆仑逆冲推覆构造和左行走滑运动(图7c)。

那日玛拉黑南地区地处昆中基地隆起花岗岩带，是青海省重要的成矿带之一。磷灰石裂变径迹年龄记录了3阶段地质演化过程，并提供了不同块体隆升速率、剥蚀速率，可通过对比研究隆升量和剥蚀量，为后续矿产勘查及矿床的保存变化提供科学数据。