青川鷹咀山花崗巖體侵位與山脈隆升

白富正

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青川鷹咀山花崗巖體侵位與山脈隆升

白富正

（四川省地質礦產勘查開發局川西北地質隊，四川綿陽 621000）

運用磷灰石裂變徑跡法對鷹咀山花崗巖進行了分析，所取樣品的裂變徑跡年齡位于50.6～69.6Ma之間，小于其地層時代或侵入年齡，表明摩天嶺推覆構造帶的隆升開始于晚白堊世，用磷灰石裂變徑跡年齡來計算可知:研究區內花崗巖50.6Ma以來的冷卻速率和剝蝕速率分別為2.08℃/Ma和0.063mm/a，50.6～69.6Ma之間的相對抬升與剝蝕速率為0.013mm/a，因此說明摩天嶺推覆構造帶從晚白堊世以來一直處于持續隆升冷卻的過程。

構造隆升；裂變徑跡定年；推覆構造帶；摩天嶺

摩天嶺推覆構造帶現今位于揚子地塊的西北緣，是最重要的碰撞造山帶之一，而其構造隆升的年代學研究對于探討其抬升機制及大陸動力學背景是非常有必要的，裂變徑跡測年是重要的低溫熱年代學方法之一，許多學者運用裂變徑跡方法在喜馬拉雅造山帶和龍門山造山中進行過測試研究，有許多成功的例子，然而對于摩天嶺推覆構造帶及其鄰區的年代學證據卻鮮有人報道，因此，在開展1∶25萬廣元幅區域地質調查時，選擇鷹咀山花崗巖體為研究對象，通過鋯石SHRIMP測年和磷灰石裂變徑跡年齡，對鷹咀山花崗巖的熱年代學進行了研究，探討了鷹咀山的隆升過程。

1 地質背景及巖石特征

摩天嶺推覆構造帶分別以勉略縫合帶、青川—陽平關斷裂、虎牙斷裂與西秦嶺造山帶、龍門山構造帶以及松潘—甘孜造山帶相接，呈長三角形塊體，向東構造尖滅。摩天嶺推覆構造帶的地層由碧口群和上覆的震旦紀以及古生代沉積巖組成，在摩天嶺推覆構造帶內侵入有較多的印支期花崗巖類。

鷹咀山巖體位于四川省青川縣北部姚渡鎮一帶，巖體呈渾圓形，分布面積約55km2（圖1）。巖性為灰白色中細粒二長花崗巖。巖石呈灰白色，中細粒-細粒花崗結構，塊狀構造。主要礦物組成為石英，他形粒狀，含量約30%；斜長石，自形柱狀，含量34%±；鉀長石，不規則板狀，含量20%±；暗色礦物以黑云母為主，半自形片狀，具多色性，含量5%±。角閃石少見。副礦物以榍石和磷灰石為主，其次為鋯石、榍石、磁鐵礦等。巖體呈饅頭狀侵于中新元古代碧口群變沉積火山巖系中，接觸面清晰，總的看呈波狀、鋸齒狀侵入圍巖中[1]，圍巖主要巖性為石英片巖，在巖體邊部有寬約100m的接觸角巖帶。

2 實驗原理、條件與方法

裂變徑跡測年法（Fission Track Dating）縮寫為FTD，它是基于對礦物晶體內所含238U發生重核裂變，與其裂變半衰期函數關系的研究來完成測年的一種經典同位素測年手段，函數關系中子體、母體的獲得是透過統計鈾原子裂變產物在晶格內高速運動所形成的電離損傷，即所謂的徑跡數來完成。自然界的238U衰變速率遠比235U衰變速率大約17倍，并且235U/238U為0.7/99.3，故子體量的獲得只考慮來源于238U自發裂變的電離損傷，其它忽略不計，稱為自發徑跡數；母體量的獲得是透過235U經熱中子幅照激發后生成的電離損傷，即誘發徑跡數的統計，然后換算而得，測試流程采用外探測器法及Zeta法完成。

磷灰石裂變徑跡年齡用外部探測器法（Gleadow，1981）以Zeta（Zeta=352.4±29）標準化計算的方法獲得，Zeta標定選用國際標準樣Durango磷灰石（31.4±0.5Ma），國家校準局校準微量元素玻璃SRM 612用來作為放射量測定器測定在照射期間的中子流量，磷灰石中自發裂變徑跡在20℃的條件下用5N的硝酸蝕刻20s，在照射期間，低U白云母外部探測器蓋住磷灰石樣品和玻璃放射量測定器，誘發裂變徑跡后，溫度為室溫的條件下，用40%的HF蝕刻40min，裂變徑跡和徑跡長度測量在放大1 000倍油浸的條件下在OLYMPUS顯微鏡下進行。

1-第四系全新統；2-白堊系第三系；3-志留系茂縣群第三組；4-志留系茂縣群第一組；5-志留系中下統羅惹坪組；6-志留系下統新灘組；7-奧陶系上統陳家壩組；8-寒武系下統磨刀埡組；9-寒武系下統長江溝組；10-震旦-寒武系邱家河組；11-震旦-寒武系燈影組 12-南華系南沱組；13-震旦系上統水晶組；14-震旦系下統蜈蚣口組；15-薊縣-青白口系陰平組；16-薊縣系桂花橋溝組；17-薊縣系大沙壩組；18-晚三疊世二長花崗巖；19-晚三疊世花崗閃長巖；20-中元古代英云閃長巖；21-中元古代石英閃長巖；22-中元古代閃長巖；23-接觸變質帶；24-實測正斷層及產狀；25-實、推測正斷層；26-實測、推測性質不明斷層；27-平移斷層；28-裂變徑跡采樣位置及編號

3 采樣與實驗結果

在在開展25萬廣元幅區域地質調查修測時，于鷹咀山采集了裂變徑跡年齡樣品2件，樣品的高程數據以手持GPS測定，同時還應用1∶100 000 地形圖進行了校正。樣品為弱過鋁質的淡色花崗巖，挑選出磷灰石后送到中國地震局地質研究所裂變徑跡實驗室進行裂變徑跡實驗，其實驗結果見表1，其單顆粒年齡直方圖、徑跡長度直方圖、放射圖見圖2、3。

表1 裂變徑跡實驗結果

注:d為鈾標準玻璃對應外探測器的徑跡密度， Nd為徑跡數；ρs為自發徑跡密度，Ns為自發徑跡數；ρi為誘發徑跡密度，Ni為誘發徑跡數，P（x2） 為自由度（n-1） x2值的幾率P為檢驗參數，n為所測樣品顆粒數，r為單個顆粒徑跡之間的相關系數；Nj為測量的徑跡條數

從表中可看出：磷灰石的徑跡年齡為50.6±3.4～69.6±4.9Ma，本次于巖體中采集鋯石SHRIMP測年1件送北京離子探針中心測試，其值為846.9±8.8Ma，徑跡年齡晚于侵入年齡，這表明巖體曾經歷過退火冷卻過程，并在低溫封閉的磷灰石晶格中保存下來了由238U放射母體衰變幅射而成的裂變徑跡記錄。裂變徑跡的P（X2）均遠大于5%，表明所分析樣品的單顆粒年齡差異屬于統計誤差，并且樣品的磷灰石裂變徑跡年齡為單一的年齡，沒有多組年齡現象[2]。磷灰石的裂變徑跡長度分布主要為單峰式的分布，說明這些樣品所經歷的熱歷史為簡單的冷卻過程[3]。也表明了摩天嶺地區至少自晚白堊世末（69.6±4.9Ma）以來一直處于持續隆升冷卻的過程。

4 磷灰石裂變徑跡揭示的隆升幅度和隆升速率

由于磷灰石的裂變徑跡保留的較低的封閉溫度（110±10）℃[4、5]，因而被廣泛用于挽近地質時期山脈的冷卻隆升和剝露歷史，利用磷灰石裂變徑跡計算隆升速率主要有三種方法：①高程法：主要是根據同一個巖體的徑跡年齡一般是隨高度的增加而增加，這是因為當巖體抬升和侵蝕的過程中巖體的不同部位會先后通過封閉溫度在冷卻速度不變的情況下早期抬升即現今高程大的部分的徑跡年齡較大；②礦物對法：即利用磷灰石裂變徑跡年齡與其他具更高封閉溫度礦物（如鋯石）年齡組成礦物對，結合古地溫梯度、古地表溫度和不同同位素體系測年計算隆升速率；③跡長度特征法：雖然徑跡的長度初始是一致的，但自發裂變徑跡生成的時間不同，經歷不同的熱歷史階段，高溫階段消失，中溫階段因退火縮短，密度降低，低溫階段保持較完整長度等特征，都反映了不同的熱侵位隆升歷史，主要是通過磷灰石裂變徑跡長度的分布特征，如：裂變徑跡平均長度、長度偏差、徑跡長度集中分布區等并結合徑跡年齡、溫度來更精確地制約隆升和剝蝕冷卻歷史，恢復隆升和剝蝕量，從而可以計算隆升與剝蝕速率。

Gleadow A.J.W（1986）[6]認為裂變徑跡的理想長度為20μm，但由于后期退火作用影響，實際地質體內標準徑跡長度為16.3μm。鷹咀山花崗巖的平均徑跡長度介于13.98～14.18μm 之間，屬相對較長徑跡，長度偏差為1.07μm，變化幅度不大，說明后期受到構造熱事件的影響很小，處于退火帶溫度（通常為60～120℃）時間短所致。由此表明受隆升冷卻作用控制明顯，在巖體隆升和冷卻到磷灰石封閉溫度（≈100℃）以來，由母體放射性同位素衰變而成的裂變徑跡保存較好，未遭受明顯的熱擾破壞，因而磷灰石的裂變徑跡年齡具有較高的可信度。磷灰石裂變徑跡退火帶溫度通常為60～120℃，高于120℃（退火帶下部）時裂變徑跡將發生全退火，年齡歸零；低于60℃（退火帶上部）則沒有退火作用發生，裂變徑跡不斷形成和累積，從而年齡逐漸變大；在退火帶內既有徑跡退火又有新徑跡生成，年齡具有混合特性。隨著隆升與冷卻作用的進行，位于相對上部的樣品較早地抬高到脫離退火帶的部位，故較早地開始計時，以致年齡較大；而位于下部的樣品則相對較晚地抬升到脫離退火帶的地段，開始計時時間較晚，故年齡較小。

4.1 徑跡年齡－地形高差法計算的視隆升速率

利用磷灰石徑跡年齡計算隆升速率的通用方法是“徑跡年齡－地形高差法”。即以不同高程的兩個樣品的高程差除以徑跡年齡之差，作為相應時間段內的隆升速率，其計算結果見表2，由表2可看出：50.6～69.6Ma間的高程差為252m，相對抬升與剝蝕速率為0.013mm/a。

表2 鷹咀山花崗巖根據高差法計算的視隆升速率

4.2 徑跡年齡外推法計算的隆升速率

外推法的原理是把一定海拔高度磷灰石裂變徑跡年齡外推到其年齡為零的位置，選定或通過其他方法給出一個地溫梯度，用采樣點的海拔高度和年齡為零時的深度之差除以裂變徑跡年齡就可以得到隆升速率。由前可知，磷灰石裂變徑跡退火帶溫度通常為60～120℃，高于120℃（退火帶下部）時裂變徑跡將發生全退火，年齡歸零；低于60℃（退火帶上部）則沒有退火作用發生，裂變徑跡不斷形成和累積，從而年齡逐漸變大。

依據古造山帶的地溫梯度為35℃/km，現今的平均地表溫度為15℃，用磷灰石來計算，可以估算從120℃的古地溫冷卻到15℃的現今平均地表溫度，研究區內花崗巖冷卻了約105℃，這個冷卻量意味著約3km的剝蝕量，50.6Ma以來的的冷卻速率為2.08℃/Ma。再根據磷灰石的裂變徑跡年齡以及取樣高程，計算的視隆升速率見表3。從表3可看出：鷹咀山巖體的隆升速率為0.063～0.082mm/a，平均約0.072mm/a。

表3 鷹咀山花崗巖根據外推法計算的視隆升速率

5 討論

前人于松潘—甘孜褶皺帶孟通溝燕山期花崗巖體3個巖樣中測定的磷灰石裂變徑跡年齡分別為：6.6±2.0Ma、7.3±1.4Ma和3.9±1.2Ma；老君溝巖體裂變徑跡年齡為4.0±3.2Ma[7]；于龍門山北段北川斷裂上盤的3件古生界砂巖樣品，其表觀年齡分別為36±3.0Ma、32±4Ma、43±4Ma；北川斷裂下盤的1件上三疊統樣品測得43±5Ma的表觀年齡；四川盆地邊緣的4個樣品其表觀年齡為91～76Ma；龍門山中段北川斷裂上盤兩個古生界砂巖樣品測得l8～14 Ma的表觀年齡；龍門山南段共6個樣品經測試獲得43～3.9 Ma的表觀年齡[8]；米倉山－漢南穹窿的徑跡年齡為60.8～123.5Ma[9]?？傮w上龍門山北段和米倉山－漢南穹窿的徑跡年齡以晚中生代和早新生代年齡為主，明顯老于中段和南段以晚新生代為主的年齡。

龍門山無論是北段、中段還是南段的樣品熱歷史顯示，龍門山的隆升總體上經歷了中生代至早新生代的緩慢冷卻（0.2～1.8℃／Ma）和晚新生代快速冷卻（3.5～23℃／Ma）2個階段，AFT熱史模擬表明，龍門山北段快速剝露開始于14 Ma，其冷卻速率為3.6～5℃／Ma，剝蝕速率為0.14～0.2 mm／a；龍門山中段快速剝露開始于9 Ma，其冷卻速率為7.2℃／Ma，剝蝕速率為0.28 mm／a；龍門山南段快速剝露開始于14 Ma，其冷卻速率為3.9～7.2℃／Ma，剝蝕速率為0.16～0.92mm／a[8]；米倉山－漢南穹窿在90Ma發生了快速冷卻，其冷卻速率為1.5℃／Ma，剝蝕速率為0.04～0.05mm／a；90～15Ma緩慢持續冷卻，其冷卻速率為0.3℃／Ma，剝蝕速率為0.04～0.06mm／a，約15Ma以來，再次經歷了快速冷卻，其冷卻速率為1.6℃／Ma[9]。

由此表明：摩天嶺推覆構造帶所屬的鷹咀山巖體的快速抬升明顯早于龍門山區而晚于米倉山－漢南穹窿一帶，其冷卻速率和隆升速率亦小于龍門山區，而較米倉山－漢南穹窿一帶大。

6 結論

1）通過磷灰石裂變徑跡成果的研究，獲得了鷹咀山花崗巖體的裂變徑跡年齡為50.6Ma～69.6Ma，早于龍門山區而晚于米倉山－漢南穹窿一帶。

2）鷹咀山花崗巖的熱年代學研究，揭示了鷹咀山花崗巖體至少自晚白堊世末以來一直處于持續隆升冷卻的過程，其冷卻速率為2.08℃/Ma，隆升速率為0.063～0.082mm/a，平均約0.072mm/a，其冷卻速率和隆升速率亦小于龍門山區，而較米倉山－漢南穹窿一帶大。

[1] 謝啟興、白富正, 等，1：25萬廣元幅區域調查工作總結，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] 劉樹根, 等，龍門山沖斷帶的隆升和川西前陸盆地的沉降[J]. 地質學報，1995：205～214.

[8] 李智武, 等，龍門山沖斷隆升及其走向差異的裂變徑跡證據[J]. 地質科學，2010：944～968.

[9] 田云濤, 等，白堊紀以來米倉山-漢南穹窿剝蝕過程及構造意義:磷灰石裂變徑跡的證據[J]. 地球物理學報，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，高級工程師，長期從事區域地質調查和礦產勘查