利用低温热年代学数据计算剥露速率的基本方法

 利用低温热年代学数据定量反演岩体的剥露速率及其演化历史已经在地质学相关领域内得到了广泛应用。本文系统介绍了低温热年代学技术记录岩石冷却年龄和反演热史的原理方法,概述了区域地温场函数及其在热年龄解释和剥露速率反演过程中的重要作用,阐述了多种常用的剥露速率计算方法,包括：① 利用矿物的冷却年龄和其所对应封闭温度关系的年龄-封闭温度法;② 基于径迹退火或元素热扩散机制的热史模拟方法;③ 使用多种不同封闭温度的测年体系分析同一样品的矿物对法;④ 应用在近垂直采样剖面获得的样品年龄值和高程关系计算剥露速率的年龄-高程法。在阐述以上基本方法的原理和应用的基础上,提出了应用低温热年学技术反演岩体剥露作用的主要挑战和发展方向。     

青藏高原东南缘中甸地区上新世快速隆升的磷灰石裂变径迹证据

运用裂变径迹年代学方法对青藏高原东南缘中甸地区三叠系的5件磷灰石样品的低温热年代学特征进行分析,获得样品的热演化史,并约束研究区的构造隆升剥露过程。样品的热史模拟结果表明,磷灰石样品基本反映了相同的低温段热演化史。所有样品在沉积后所经历的埋藏温度曾经高于最大退火温度,表明所有样品在记录径迹前都曾完全退火。磷灰石裂变径迹温度-时间轨迹表明,研究区的构造隆升主要集中在2个时间段,即10.2~5.2 Ma B.P.和5.2 Ma B.P.至今。5.2 Ma B.P.以来的构造隆升事件对整个研究区剥露过程的影响相当广泛,表明研究区在上新世时期曾经历区域性的快速构造隆升事件;所有样品在上新世(5.2 Ma B.P.左右)都经历了一次快速的隆升,表明研究区在上新世经历了一次快速构造隆升剥露过程。     

龙门山冲断带分段-分带性构造格局及其差异变形特征

龙门山冲断带地处青藏高原东缘,介于松潘-甘孜褶皱带与四川盆地之间,由一系列走向北东、倾向北西的逆冲断层及其所夹的岩片组成.分段一分带性构造格局是龙门山冲断带的基本特点和重要特色.龙门山自西向东发育有4条主干断裂:茂县-汶川断裂、北川-映秀-五龙断裂、安县-都江堰(原称"灌县")-双石断裂和广元-大邑-雅安(隐伏)断裂.由这些主干断裂分隔,龙门山冲断带沿倾向表现出明显的分带性变形特征,以其典型构造特征自西向东称为弧形韧性变形带、基底冲断-同劈理褶皱带、同心褶皱-叠瓦冲断带、前陆扩展变形带和前陆坳陷带,它们自西向东显示层次渐浅、韧性递减、脆性渐强的变形特点.龙门山冲断带沿走向以北川-安县与卧龙-怀远-线为界可三分为北段、中段和南段,北段以出露轿子顶基底杂岩和唐王寨向斜及其前缘叠瓦冲断系为主要特征,中段以出露彭灌基底杂岩及其前缘发育飞来蜂为典型特征,南段以出露五龙、宝兴基底杂岩及其前缘发育飞来蜂为典型特征.自北东向南西,龙门山冲断带沿走向具有构造起始和定型时期渐晓、脆性渐强、前陆卷入变形的程度渐强、新生代隆升渐快和活动性增强的变化趋势.     

韧性基底层黏度对褶皱-冲断带变形特征的影响——来自物理模拟的启示

目的 系统研究韧性基底层黏度对褶皱一冲断带变形特征的影响.方法 采用不同韧性基底层黏度砂箱模型进行系列实验.结果 韧性基底层在黏度较高的情况下,褶皱-冲断带以前冲断层为主导,并以前展方式扩展.随着韧性基底层黏度的降低,后冲断层逐渐占主导,形成双冲向、且比较典型的隔槽式褶皱-冲断带.结论 韧性基底层黏度对褶皱-冲断带变形演化具有十分显著的影响,宽阔低锥度的双冲向褶皱-冲断带的形成可能与其下伏存在的软弱基底层有关.韧性基底层的存在是形成隔槽式褶皱-冲断构造样式的重要因素.     

福建省侏罗纪-白垩纪花岗岩角闪石-斜长石矿物温压计的地质意义

应用电子探针分析和角闪石-斜长石温压计,得出闽西南构造带出露于地表不同时期花岗岩的结晶压力分别为早侏罗世花岗岩431.3 MPa、晚侏罗世花岗岩187.2MPa、早白垩世花岗岩108.3 MPa,对应的花岗岩结晶深度分别为16 km,7 km,4 km;闽东构造带出露于地表的不同时期花岗岩结晶压力分别为晚侏罗世花岗岩186.8 MPa、早白垩世花岗岩89.5MPa,对应的花岗岩结晶深度分别为7 km,3 km.结果表明,闽东构造带与闽西南构造带侏罗纪以来的差异隆升作用不明显;同时得出研究区中晚侏罗世(175.6～ 145.5 Ma)的隆升剥露幅度约为9 km,对应的地壳隆升速率约为300 m/Ma;早白垩世(145.5～99.6 Ma)的隆升剥露幅度约为3～4 km,对应的地壳隆升速率约为65～87 m/Ma;晚白垩世以来(99.6 ～0Ma)的隆升剥露幅度约为3～4 km,对应的地壳隆升速率约为30 ～40 m/Ma,显示侏罗纪以来地壳隆升剥露幅度和隆升速率逐渐减小的规律,这对东南沿海中新生代构造演化研究提供了重要新资料.     

准噶尔南缘磷灰石裂变径迹定年及其构造意义

目的 确定准噶尔南缘伊林哈比尔尕山的隆升时限.方法 测定磷灰石样品的裂变径迹年龄,并进行热史模拟.结果 磷灰石的裂变径迹中心年龄变化于78～51 Ma之间,记录了构造隆升活动的时间.结论 伊连哈比尔尕山自白垩纪以来经历了3期冷却剥露,分别是晚白垩世(97.1～68.8 Ma),视隆升速率为0.062 mm·a-1;新生代早中期(59～30 Ma),视隆升速率为0.023 mm·a1;新生代晚期(13～5 Ma)为山体隆升的峰期,其隆升速率为0.127 mm·a1.白垩纪以来的北天山变形作用与亚洲南缘多期的地体碰撞增生有关.     

断层相关褶皱的磁组构与有限应变：川西岷江冲断构造的实例分析

在龙门山褶皱冲断构造的前锋带上,选取了一条典型的断层相关褶皱构造剖面进行磁组构研究．沿着剖面在不同构造部位的23个采样点中钻取了224个定向岩芯样品,所有样品均采自上三叠统须家河组地层中．通过磁组构研究,在断层相关褶皱中鉴别出6种特征的磁组构类型: (1)沉积磁组构;(2)初始变形磁组构;(3)铅笔构造磁组构;(4)弱劈理磁组构;(5)强劈理磁组构和(6)拉伸线理磁组构．研究表明,大多数磁组构显示出弱应变特征,属于褶皱前夕的平行层缩短(LPS)的纯剪变形结果;在断层弯曲褶皱中的磁组构基本上都是弱应变的初始变形组构,背斜前翼比后翼应变略强,断层下盘没有显示出有限应变．断层扩展褶皱的三角剪切带是有限应变最为集中的地区,其中的磁组构特征大致符合运动学模拟的预测结果．磁组构所指示的构造应力场在整个剖面上基本是一致的,主要为NW-SE向的挤压缩短,这与龙门山褶皱冲断带的区域挤压应力方向是相同的．     

祁连山北缘老君庙冲断带构造几何学特征及演化

基于老君庙构造带三维地震资料, 结合以往研究成果, 分析祁连山北缘西段老君庙带的构造几何特征及构造演化。得到以下认识: 老君庙冲断带具有双层结构, 包括浅部的三角剪切型褶皱-冲断构造以及冲断带层下盘隐伏的逆冲构造楔体; 该冲断带自东向西与北东?南西走向的 134 断裂链接, 形成统一的“134-老君庙弯曲断裂”体系, 其后缘为134 走滑兼逆冲性质的调节断裂, 前锋为庙北三角剪切型褶皱-冲断系; “134-老君庙-青头山”断裂围限的上盘逆冲岩片向前陆方向扩张, 导致平行冲断带近东西向的挤压调节变形, 引起浅部新生代地层发生近南北走向的褶皱变形。     

阿尔金断裂走滑运动对柴达木盆地的侧向效应

阿尔金断裂因其巨大的规模及走滑量而被许多学者认为具有显著的侧向效应,并将柴达木盆地西北部反S型褶皱-冲断带的形成机制归结于此,然而这种推测的观点缺乏有力依据.构造物理模拟是研究构造变形机制的有效方法,笔者通过3组三维模型研究阿尔金断裂走滑运动对柴达木盆地构造变形影响的范围和方式,其结果表明:①不论阿尔金断裂平移走滑还是挤压型走滑,都对柴达木盆地产生挤压作用,但挤压应力作用范围及地体运动速率有差异:平移走滑影响范围的前缘边界为弧形,地体运动速率递减较慢,而挤压型走滑的前缘边界为直线形,地体运动速率快速减小;②柴达木盆地近南北向挤压收缩强度远大于阿尔金断裂左行走滑引起的变形,使得紧邻断裂的地体因走滑牵引而发生的运动方向被盆地近南北向的收缩变形所改变;③阿尔金断裂左行走滑对柴达木盆地构造变形的影响集中于盆地西南部,与反S型褶皱-冲断带发育位置不符,不支持反S型褶皱-冲断带的形成受阿尔金断裂控制的观点.     

青藏高原东缘中生代若尔盖古高原的发现及其地质意义

40 Ma B.P."原青藏高原"的提出使得青藏高原的早期隆升历史受到越来越多的关注,但其向东的延伸情况不明。青藏高原东缘若尔盖高原、龙门山冲断带和四川盆地有机地构建了一个完整的原-山-盆体系,成为揭示青藏高原隆升和生长的理想场所,而位于高原内部若尔盖地块的红参1井更为此提供了宝贵素材。基于红参1井的构造恢复和低温热年代学研究结果,结合区域上已有的低温热年代学和古高程数据,提出青藏高原东缘在早新生代印-亚大陆碰撞之前就已形成了高原,称之为若尔盖古高原,并从基底构造属性、构造变形、地壳缩短与增厚、沉积记录等方面对其进行了论证。红参1井钻井剖面构造恢复结果揭示所钻遇7 000余米的三叠系复理石层系实际上有46%的厚度是由构造重复所致,连同广泛发育的晚三叠世埃达克质花岗岩以及利用中性岩浆岩Sr/Y比值估算的地壳厚度,共同表明青藏高原东部松潘-甘孜地区在晚三叠世就已发生了实质性的地壳加厚。红参1井多重低温热年代学[锆石(U-Th)/He,磷灰石裂变径迹和(U-Th)/He]测试结果揭示若尔盖地块分别在白垩纪中期(约120 Ma B.P.和约80 Ma B.P.)经历了2次快速的冷却事件,累计剥蚀厚度达5 km,之后转入极其缓慢的冷却过程,暗示其已进入高原化阶段;而在整个新生代期间处于近乎"零"剥蚀的状态而被动地抬升到现今高度(不同于常见的山脉隆升,地块隆升代表了一定范围的区域整体抬升)。因此,青藏高原东部若尔盖地块最晚在白垩纪末期就已形成高原,即若尔盖古高原,其范围可能包括三叠系复理石层系覆盖的大部分松潘-甘孜地区,并可能向西与羌塘古高原相连,构成羌塘-若尔盖古高原。若尔盖古高原的形成不仅造成四川盆地西缘在白垩纪中期出现了重要的物源转变,更重要的是加剧了青藏高原东缘白垩纪气候干旱化,出现了大量沙漠沉积和膏盐沉积。若尔盖古高原的发现不仅有助于深化对青藏高原隆升和生长过程的理解,也将引发对青藏高原形成机制的重新思考以及对其气候-环境-资源效应的关注。     

龙门山前缘的芦山地震与逆冲-滑脱褶皱作用

龙门山式构造以推覆作用和滑脱作用为主要特征,近5年来地震活动性显著,在2008年和2013年分别发生了汶川(Ms 8.0)地震和芦山(Ms 7.0)地震。根据已公开发布的芦山地震的震源机制解、破裂过程、地震烈度、地表变形特征、余震分布规律等方面的研究成果,结合本次对龙门山南段活动断裂和芦山地震构造变形与地表响应的野外实地调查等方面的科研成果,作者将龙门山南段和前缘地区划分为龙门山冲断带和前缘扩展变形带2个构造变形带,对比了它们在构造变形样式、活动断裂、历史地震的差异性,提出了以推覆-滑脱岩片为特点的龙门山冲断带地震构造模式和以逆冲断层-滑脱褶皱为特点的龙门山前缘扩展变形带地震构造模式。在此基础上,分析了龙门山前缘扩展变形带的逆冲-滑脱作用与芦山地震的发震断层模式与成因机制,认为芦山地震形成于龙门山前缘扩展变形带的逆断层-滑脱褶皱带,其发震断裂为大邑断层,该断层倾向北西,呈铲状向下并汇交于滑脱面。该滑脱面就是芦山地震的震源层。     

太行山北段晚太古宙变质杂岩伸展变形带的初步研究

太行山北段太古宙的变质岩系自下而上分为阜平片麻杂岩、南营片麻岩和湾子层状岩系。阜平片麻杂岩和湾子层状岩系之间发育一条大规模低角度伸展变形带,沿该变形带南营片麻岩侵位。主变形带内部岩石发生强烈片理化,发育A型褶皱、鞘褶皱和眼球状岩块构造等韧性变形构造。其中矿物拉伸线理近 EW 向,剪切标志指示上盘(湾子岩系)向西,下盘(阜平片麻杂岩)向东的运动学特征。下盘发育平行于主变形带的小型韧性剪切带,上盘发育一系列铲形脆韧性断裂系。上、下两盘的PTt轨迹均为顺时针型,显示了地壳由褶皱增厚到拉伸减薄的隆升演化过程。     

龙门山造山带-川西前陆盆地系统构造事件研究

通过对构造事件形成的产物 (岩浆岩、各种矿物等 )进行氩 -氩年龄测定、裂变径迹年龄测定、ESR年龄测定和计算机模拟 ,得出龙门山造山带 -川西前陆盆地系统自印支期以来 ,共发生了 7次构造事件 :(1)卡尼期末的构造事件 (D1 ) ,形成 S1 和 F1 ,并有区域低温动热变质作用 ;(2 )诺利期末的构造事件 (安县运动 ,D2 ) ,产生川西前陆盆地上三叠统须四段与下伏地层不整合接触和须四段砾岩的分布 ,并有较强的岩浆作用 ;(3)燕山期 (12 0～ 130 Ma,D3) ,有较强的岩浆作用和变质作用 ;(4 )喜马拉雅期 6 0 Ma左右的构造事件 (D4) ;(5 )喜马拉雅期 30～ 40Ma的构造事件 (D5 ) ;(6 )喜马拉雅期 2 0～ 2 5 Ma的构造事件 (D6 ) ;(7)喜马拉雅期 10 Ma的构造事件 (D7)。后 4次构造事件使龙门山造山带 -川西前陆盆地系统发生强烈的冲断作用和隆升作用     

龙门山中段川西前陆盆地初始盆山边界及其变迁

通过对龙门山中段造山带、前陆盆地、飞来蜂的构造变形和构造演化研究,结合前陆盆地物源分析.确定了盆山转换时期川西前陆盆地初始盆山边界,重塑了盆山边界的变迁过程.研究表明,盆山转换初期川西前陆盆地盆山初始边界断裂为茂汶断裂,现今分布于冲断带内的飞来蜂均来自于茂县-汶川断裂与北川-映秀断裂之间的区域.印支-燕山期造山带向南东挤出,使位于茂县-汶川断裂带与映秀-北川断裂带问的地层发生交形和冲断隆升,形成北东向构造.作为前陆盆地基底的海相碳酸盐岩地层逐渐被抬升剥露,成为飞来蜂的源.随着造山带不断地冲断隆升,前陆冲断带向南东扩展,盆山边界由初始的茂县-汶川断裂依次向南东迁移至北川-映秀断裂、彭-灌断裂和关口-彰明断裂以东.     

新型超高强度Ti-20Zr-6.5Al-4V合金热变形行为及热加工图

采用Gleeble 3500热模拟实验机对Ti-20Zr-6.5Al-4V合金进行等温热压缩实验,研究该合金在变形温度为750～1 050℃和变形速率为10~0～10~(-3)s~(-1)条件下的热变形行为和热加工图。研究结果表明:在β单相区,低温高应变速率时,变形初期流变曲线会产生一个显著的应力降现象,随变形温度升高和应变速率降低,应力降现象逐渐消失;高温低应变速率时,流变曲线呈现出典型的动态再结晶特征;在α+β相区,高应变速率时,变形初期流变曲线也会产生一个显著的应力降;随着应变速率降低,应力降现象逐渐消失,流变曲线呈现出连续的流变软化现象;随着应变增大,Ti-20Zr-6.5Al-4V合金在α+β双相区的热变形激活能从414.2 k J/mol降到173.8 kJ/mol,而在β单相区的热变形激活能从123.5 kJ/mol降到95.2 kJ/mol;Ti-20Zr-6.5Al-4V合金最优热加工参数范围分别为750～830℃和10~(-3)～10~(-2) s~(-1)以及925～1 020℃和5.6×10~(-3)～1.2×10~(-1)s~(-1),最优热加工工艺参数组合为750oC和10~(-3)s~(-1)以及950oC,10~(-2)s~(-1)。     

内蒙古大青山晚中生代以来的隆升-剥露过程

对大青山东段4件基岩样品进行磷灰石裂变径迹研究,获得该区晚中生代以来的隆升?剥露历史,并探讨大青山现代地貌的形成。样品的磷灰石裂变径迹年龄为57.7±3.8~50.4±3.3 Ma,封闭径迹长度分布在10.7±0.4~9.9±0.1μm之间。热历史模拟结果表明,大青山地区存在晚白垩世(约100~90 Ma)和中?晚中新世(13.5~7 Ma)以来两个快速抬升冷却阶段,13.5~7 Ma以来是本区剥露最快的时期,这一阶段的隆升造就现今大青山的地貌格局。     

断弯褶皱和断展褶皱中的油气运移聚集行为

断弯褶皱和断展褶皱是前陆冲断带中的两种典型构造形式.运用有关断层中流体运移和封堵理论及方法,结合塔里木盆地库车前陆冲断带的油气勘探实例,对断弯褶皱和断展褶皱中油气运移和聚集行为进行分析讨论.初步认为断展褶皱中的油气运移与聚集能力优于断弯褶皱。具体特征表现在断弯褶皱中是:1)台阶状逆断层具有较强的封堵能力,使得其上、下盘构造被隔离为两个不同的油气运移与聚集体系;2)上盘背斜圈闭中的油气主要来自于褶皱后翼的向斜凹陷;3)背斜圈闭中的储层有可能被轴面变形条带分隔为3个隔离油气舱;在断展褶皱中其特征是1)断层端点的扩展作用过程,就是在断层阀机制作用下,油气沿断层带从下部地层向上部背斜核部运移输送的过程.2)断层上、下盘及背斜两翼可以构成一个统一的油气运移聚集体系.3)背斜储层中的油气往往处于异常流体压力状态.     

龙门山茂汶─汶川变质带构造特征研究

龙门山中段茂汶─汶川韧性剪切带中可见到绿片岩相到角闪岩相的古生界。该地的巴罗型中压变质相相当于松潘—甘孜褶皱带中地壳的绿泥石带，构成了北东—南西向的茂汶—汶川变质带。雪隆包花岗岩体正位于该变质带的中心部位。三次韧性变形作用（Ｄ１～Ｄ３）造就了印支褶皱带，并在三叠纪末末形成了松潘—甘孜褶皱带。Ｄ１变形作用为北东—南西向的挤压作用和冲断作用，形成了大型的等斜褶皱，使古生界缩短和加厚。在持续的Ｄ２北京—南西向挤压作用下，松潘—甘孜褶皱带和稳定的扬子克拉通之间的差异应变由茂汶—汶川剪切带中非同轴左旋剪切作用所容纳。雪隆包花岗岩体是在Ｄ２变形作用的晚期侵入到剪切带的。产生蓝晶石的变质条件也是在Ｄ２或Ｄ２变形作用后出现的。Ｄ３变形作用为北西—南东向挤压，在局部地方形成糜棱岩状的道冲剪切带。这些特征与绿泥石退变质作用有关，揭示出在Ｄ３变形期间茂汶—汶川变质带有较大幅度的隆升。尽管雪隆包岩体在空间上与茂汶—汶川变质带有关，但作者认为其变质作用是岩层加厚引起的热作用重新达到平衡的产物，而不是由侵入作用引起的热接触变质作用。然而，与岩浆作用伴生的高温和活动性流体仍是产生Ｄ３局部变形和雪隆包岩体隆升的原因，这也是局部出现角闪告相     

生长褶皱发育模式

根据褶皱形成的运动学特征,对膝折带迁移、翼部旋转和混合生长3种模式的沉积与抬升关系进行探讨,并针对3种褶皱发育模式提出利用生长地层厚度推测褶皱抬升速率与褶皱过程的方法.研究表明:以膝折带迁移为变形机制的褶皱,发育过程中翼部倾角不变,褶皱顶部与翼部的抬升速率相同,形成翼部平行状生长地层;以翼部旋转为变形机制的褶皱,发育过程中翼部长度不变,沿翼部各点的抬升速率呈线性变化,形成翼部楔状的生长地层;以混合生长为变形机制的褶皱,发育过程中翼长和翼部倾角都发生变化,部分生长地层呈平行状,反映了膝折带迁移的特征,部分生长地层呈楔状,各点的抬升速率仍呈线性变化,反映了翼部旋转的特征.     

柴达木盆地中新世中期以来构造的运动学模型

柴达木盆地是位于青藏高原内部的山间盆地,盆地新生代的变形受到两侧山体隆升的主导.通过贯穿盆地地震剖面的精细构造解释和分析,依据生长地层的结构,我们认为自中新世中期以来昆仑山前冲断楔体以平均4.7 mm/a的速度向盆地逆冲,导致盆地南斜坡向昆仑山方向仰冲;这为东昆仑山北麓出露的倾向北向南逆冲的多条断层和盆地南部向南逆冲的断层控制的断层相关褶皱作用所证实.盆地北部祁连山前冲断楔体向盆地方向逆冲,导致盆地北部向北逆冲的断层在地表形成北翼陡、南翼缓的断层相关褶皱背斜,向北逆冲的断层在盆地东部局部位置出露地表.昆仑山前冲断楔体和祁连山前冲断楔体的楔顶已经相向冲断至盆地中部,并造成第四系的变形.