张广才岭西南八宝罗斯岭地区隆升剥露研究史【字数：7571】
前 言
1、研究背景
八宝罗斯岭从山脉类属看，是张广才岭一部分，具体来说又是东北东部山地北边部分山段的中轴区，此处大部分在黑龙江省范围内，并以具有显著区分标识的蛟河盆地为分界点分成东西两支，以西部分叫西老爷岭，以东部分叫威虎岭，这些山段构成东北地区主要山脉之一。若以造山带视角展开观察，其位于兴蒙造山带中段，具体来说是松嫩—张广才岭地块东端，伊通—依兰断裂附近，东以嘉荫—牡丹江断裂与佳木斯地块相连。该区域包含多片小型地块，主要有松嫩张广才岭地块、佳木斯地块等。既往研究中认为该区域中兴安地块与松嫩地块之间产生的地质拼合出现时间在早石炭纪，并且此时已经趋于晚期，而测定显示佳木斯地块与松嫩地块之间的地质拼合出现时间在早古生代，且此时也已趋向晚期，之后在中生代早期又出现了地块分离裂解随即又经历了地块闭合。
当前对黑龙江东部地质情况探查研究中通过低温热年代学方式来展开并不多，但该地区具有较为显著的研究价值，其中盆地期次较为突出，承受过的改造和破坏频率较多程度也较严重，构造面貌呈现出复杂态势，且该地区位于大陆东缘处附近，因此对于研究中国东北地质构造演进历程及此地区较为显著研究价值较高的新生代构造变化历程有着十分重要的意义。
裂变径迹热年代学方法是20世纪60年代开始发展起来的一种新的同位素年代学方法。裂变径迹法的应用实现方式是通过其中的时间-温度路径来实现的，其具有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面。
综上所述，裂变径迹年代法具有多方面的研究优势，现场实验设备相对较为简单，矿物样本要求低，较少分量即可完成实验，同时测定年代宽泛，能够对诸多不同样本对象进行相应的测定，尤其是年代较近的那一部分矿物样本具有更高适用性，大部分地质科研、生产单位都能进行这方面的工作而得到了迅速的发展。当下，裂变径迹分析已经由应用场景狭窄且技术相对不稳定的一种地质年代法，在诸多学者努力下变成了一种在地质热演进方面具有广阔应用场景且具有较高经济价值的一种成熟年代技术。
2、研究意义
首先，张广才岭地区的研究内容大多都为盆地内部的沉积特征及沉积相，通过沉积序列来判断盆地的发育时代，以及构造演化过程,缺少低温热年代学研究，但裂变径迹这种测年方法在国际上是研究很多的，在有影响力的刊物上每年也有许多文章。而国内的裂变径迹热年代学研究的很少，本论文能增加国内这方面的研究资料。
本论文的主要目的是利用裂变径迹法对这个地区进行热年代学研究，这种实验方法需求的实验设备较为简单，矿物用量少，测定的年龄范围宽，可测定的对象多，也较为合适本科生的知识水平。通过本论文，最后我们可以得到八宝罗斯岭地区的地热演化史。
摘 要
八宝罗斯岭从山脉类属看，是张广才岭一部分，具体来说又是东北东部山地北边部分山段的中轴区，此处大部分在黑龙江省范围内，这些山段构成东北地区主要山脉之一。若以造山带视角展开观察，其位于兴蒙造山带中段，具体来说是松嫩—张广才岭地块东端，伊通—依兰断裂附近，东以嘉荫—牡丹江断裂与佳木斯地块相连。
本文在资料搜集和文献查阅的基础上，通过裂变径迹年代学和热史模拟等研究方法，对八宝罗斯岭的隆升剥露进行更加全面、准确的分析。磷灰石裂变径迹可以记录岩石时间-温度演化的热历史，反映从地表到下地壳的多种地质过程的关键信息。利用裂变径迹对其进行分析，获取4个样本的径迹年龄及长度，基于这些数据利用专业软件展开多次热历史恢复和模拟，从而对不同山岭所发生的剥露冷却其具体地质年代进行较为有效的评断，并分析这些构造隆起所具备的机制和规律。
将张广才岭地区西南部的构造演化历史和八宝罗斯岭进程放在同一分析框架，对不同构造演化阶段所展现出来的具有显著差异性的几何学和运动学特征进行一定的探讨，并对其中所涉及到的剥露冷却特征进行一些归纳；进行区域构造活动比对，综合研究张广才岭地区西南部盆-岭体系的演化过程，进而探讨张广才岭地区西南部构造演化机制和规律。
张广才岭地区的磷灰石裂变径迹年龄区间处于90-50Ma之间，主要为晚白垩世时期的样品。通过磷灰石裂变径迹反演曲线可知，研究区在中生代以来存在两期隆升过程，时间分别为120-70Ma，20-0Ma；一期沉降过程，时间为70-20Ma。
通过对郯庐断裂带和太平洋板块的运动情况分析得出，张广才岭研究区第一期隆升是早中白垩世期间郯庐断裂发生第三期左旋走滑运动的同时，太平洋板块低角度俯冲导致的；70-20Ma的沉降是晚白垩时期伊泽纳琦板块逆时针旋转，转为斜向俯冲导致的；20Ma以来的隆升可能是由太平洋板块加速运动，弧后扩张的形成产生对东北地区西向的挤压力导致的。
关键词：裂变径迹；八宝罗斯岭；隆升-剥露
第一章 绪论
第一节 研究背景和选题依据
张广才岭位于中国东北地区东部山地北段的中轴部位，大部分在黑龙江省境内，一部分向南伸入到吉林省的敦化市北部，分东西两支，蛟河盆地以西为西老爷岭，蛟河盆地以东为威虎岭，是中国东北地区主要山脉之一。大地构造位置为兴蒙造山带中部，位于松嫩—张广才岭地块东缘，伊通—依兰断裂附近，东以嘉荫—牡丹江断裂与佳木斯地块相连。该区域包含多片小型地块，主要有松嫩张广才岭地块、佳木斯地块等。既往研究中认为该区域中兴安地块与松嫩地块之间产生的地质拼合出现时间在早石炭纪，并且此时已经趋于晚期，而测定显示佳木斯地块与松嫩地块之间的地质拼合出现时间在早古生代，且此时也已趋向晚期，之后在中生代早期又出现了地块分离裂解随即又经历了地块闭合。
当前对黑龙江东部地质情况探查研究中通过低温热年代学方式来展开并不多，但该地区具有较为显著的研究价值，其中盆地期次较为突出，承受过的改造和破坏频率较多程度也较严重，构造面貌呈现出复杂态势，且该地区位于大陆东缘处附近，因此对于研究中国东北地质构造演进历程及此地区较为显著研究价值较高的新生代构造变化历程有着十分重要的意义。
裂变径迹法的应用实现方式是通过其中的时间-温度路径来实现的，其具有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面。
上个世纪五十年代末，在对白云母的观察和研究过程中，Silk和Barnes等发现了较为明显的潜径迹，由此打开了一道新的地质年代学大门(Silk ECH.Barnes RS，1959.），之后有更多研究者加入该课题中，到了1962年，发现可以通过有效利用蚀刻这种手段，让裂变径迹变得更具观测性，同时也赋予其更高的实用价值(FleischerRL,Price PB,Walker RM, 1965），之后在研究者努力下，将该种方法实践应用于地质学领域。1965年首次通过该种方法得到了有效的研究成果，对矿物年龄进行了准确的测定，从这一研究过程中提炼出了裂变径迹测年法。之后迈入70年代，在对磷灰石的研究中发现了其中存在着径迹退伙这一显著性现象，由此也就让低温热历史进行了新篇章。直到80年代，地质学界在研究中对于裂变径迹的应用还存在着较大局限性，大多只用在测定年代这一用途(Lutzet al, 1991)。为了能够更为标准化和规范化进行裂变径迹应用和研究，学界认为有必要构建一套标准化刻度，出现了多种不同实现途径，前有绝对法，后又后起之秀Zeta法等。之前主要应用绝对法，但该种办法具有天然的不足，让裂变径迹测年结果非常不稳定，不同实验现场及不同操作人员都会让同一研究出现显著结果偏差，另外热中子通量测定的效果也并不令人满意等。此种情况下，Zeta法恰好能够弥补这些不足，Zeta法具有更高的测定精确度，具体实现路径是通过对标样进行多次测定，与此同时还对标准铀玻璃也进行与前者类似操作，从而得到最终年龄结果，这种方法目前在地质学中使用率极高。随后进程迈入80年代中期，该年代法的应用场景进一步扩展，在沉积盆地等的构造热历史中也有了用武之地。学界也逐渐将目光转向径迹长度方向的分析，能够从中得到热演进的讯息，之后的研究中经常把裂变径迹研究中得到的年龄结果及裂变径迹中获得的长度分布进行综合考量，从而得到地质热演进的较为准确的描述，其中涉及到多个领域的热演进研究，包括油气盆地、造山带等，且都取得较好成果。
由于岩石圈中存在着大量的磷灰石，因此实验获取样本较为简便，同时该种岩石退火温较为适宜展开研究，同时升温反应显著，蕴含着较高的铀，与此同时也呈现出显著光学特性，以上种种让其具有了良好的裂变径迹痕迹留存，完整度较好，因此在裂变径迹研究中得到了更广泛的使用，占比愈发地高，而且
磷灰石径迹相关的技术也在持续进步，当前在造山带隆升剥露这一课题方向中已经深度应用。
另外，近年来也出现了一种新裂变径迹年代法，该方法也具有多种显著优点，LA-ICPMS法在应用过程中能够省去热中心辐射这一较为耗费较大的步骤，从而具有了更强的便捷性，去掉其中一些人为因素，也让最终结果精度更高（李天义等，2013）。
上个世纪六十年代随着同位素理论和相关技术的发展，裂变径迹法也涌现台前，作为同位素年代法中的一个新兴成员，该方法中的时间-温度路径就有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面[乔建新,2012]。
综上所述，裂变径迹年代法具有多方面的研究优势，现场实验设备相对较为简单，矿物样本要求低，较少分量即可完成实验，同时测定年代宽泛，能够对诸多不同样本对象进行相应的测定，尤其是年代较近的那一部分矿物样本具有更高适用性，大部分地质科研、生产单位都能进行这方面的工作而得到了迅速的发展。当下，裂变径迹分析已经由应用场景狭窄且技术相对不稳定的一种地质年代法，在诸多学者努力下变成了一种在地质热演进方面具有广阔应用场景且具有较高经济价值的一种成熟年代技术。
张广才岭地区的研究内容大多都为盆地内部的沉积特征及沉积相，通过沉积序列来判断盆地的发育时代，以及构造演化过程,缺少低温热年代学研究，但裂变径迹这种测年方法在国际上是研究很多的，在有影响力的刊物上每年也有许多文章，而国内的裂变径迹热年代学研究的很少。
本论文以张广才岭西南八宝罗斯岭地区为主要研究对象，充分利用野外地质调查资料和裂变径迹法对这个地区进行热年代学研究，最终得到该地区盆地地热演化史。
第二节 研究现状
在70年代到80年代初,我国一些单位也进行了裂变径迹热年代学的研究，但是坚持下来的几乎没有。[李小明，2000]仅有寥寥数家科研单位在进行相关领域的工作。其中因素复杂多样，主要局限在于实验技术难度和困境。目前涉及到裂变径迹相关方向的成果和文章都不少，从国际看，一些较有影响的刊物，每年便是有50篇左右的文章，但其中涉及到具体实验手段阐述的非常少，同时内容中包括实验技术的就更稀少了，普通文章大多浮空掠影般提及一两句，虽然也有囊括部分裂变径迹研究内容的专著，但对实验技术阐述时侧重点各有不同，具体内容也参差不齐，近些年，有关该方面的实验技术也有一些新突破和新进展，但同时也出现部分不足。
上个世纪六十年代随着同位素理论和相关技术的发展，裂变径迹法也涌现台前，作为同位素年代法中的一个新兴成员，该方法中的时间-温度路径就有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面[乔建新,2012]。
上个世纪五十年代末，哈威尔原子能组织中两位杰出的专家在其研究中首先发现裂变径迹，随后若干年，学界对此一现象展开多方面研究， P.B.Price让该发现具备了可用性，在1962年把化学蚀刻用在该课题研究中，实现径迹放大操作，并且其放大程度达到了一般性能的光学显微镜能够直接进行研究的程度。到了1965年，已经把该发现应用到了实际研究工作中，Walker 等人就用其进行了矿物年龄测定并证明了有效性，基于成果提炼并向外界公开裂变径迹年代法。并且该年代法在时代和技术进步下，还发展出了多种不同的检测手段和方式，如外推法、热史反演法等[杜丁丁，2014]。在既往对裂变径迹应用实践和模拟实验中，已经显示其对磷灰石热史能够发挥显著效用，借此可以测定碎屑岩的年代范围。目前该种方法已经被用于解决和测定多种地质问题，主要涉及到对沉积物进行源头探索、对沉积盆地进行形成过程的热历史模拟等等方向和内容。
裂变径迹测年方法主要是基于238U的自发裂变(衰变常数λf=8.5×10-17a-1)(Chew and Spikings，2015)。铀系同位素能够进行自发裂变，也正是基于这一特性给予了人们的利用空间。倘若对元素丰度展开衡量，与此同时还囊括进衰变常数，那么存在于自然中的自然进行的裂变其中主要来源还是238U，其他类型占比极少。原子核在经过裂变后会形成一些子体，而这些子体间又存在着斥力，导致出现反方向高速运动，如果此时运动路径中有介质存在，此处介质通常是指的晶体，那么就会产生穿透现象，进而呈现显著损伤痕迹，而这些痕迹也就是本文研究的重点对象裂变径迹。
现在简单介绍下裂变径迹在地学中的几个应用。
在物源研究的应用：在地质研究中发现，岩石侵蚀是多数情况下沉积物来源，基于此，其中岩石类型构成中就能够找到一些裂变径迹，如锆石颗粒等，其中就很可能发现原始烃源岩径迹留存。由于风化和侵蚀这些地质作用都不会对裂变径迹造成影响，但保存物源却会受到其他因素的影响，主要涉及到侵蚀源区所可能承受过的地质温度变化，另外，沉积物也会随着地形地势演进而发生着相应的变化如盆地地质变化等。从观测来看，锆石所处地质环境，倘若埋深范围在2Km以下地层，同时盆地温度区间范围在60到70℃，此时就具备了高温稳定性，与此同时还表现出了对物理输运的一定程度抗性，也让锆石在这一研究领域具有更高的有用性和实用性。在物源研究中，经常用到的研究方法是外部探测法，这主要是因为可以借助该种方法从单矿物就可以得到一些裂变径迹结果，如果有足够多的单矿物样本，那么就可以基于此进行沉积物年龄构成分析，并且还可以与源区进行结合分析。在前面的过程中如果实现对不同来源的准确鉴别和判定，立足于此剥蚀速率的估测也可以同步展开，与此同时剥蚀方向这一课题也可以得到部分推详。但需要注意的是，为了能够具有统计上的有效性，应该尽量获得足够的样本颗粒，从而让最终结果具有更好的信服力和精确性。
在沉积盆地热历史分析中的应用：通常来说裂变径迹中所得到的相关数据都可以充分反映样本源地的温度和时间情况，是一种高敏度指标，基于此，该种技术在盆地地质热演进研究中具有非常高的价值。裂变径迹法中最常用到的分析样本磷灰石，其在该方法中所得到的温度数据存在着与油气范围的一致性，温度数据具体表现是( ± 50 ℃ ~ ± 130 ℃)。1986年，首次公布了基于磷灰石退火实验所得到的大量数据而构建了对应的动力学模型，此一成果让裂变径迹开始普遍应用于盆地热演进研究领域
裂变径迹数据是温度、时间的敏感指标，这种认识也使得这种技术在沉积盆地热历史分析中得以应用。磷灰石这个矿物裂变径迹系统的温度范围( ± 50 ℃ ~ ± 130 ℃)与油气生成的范围相吻合。而于1986年，澳大利亚墨尔本大学的研究人员在大量退火实验的基础上，首次提出了磷灰石退火的动力学模型: 平行线模型和扇形模型，磷灰石裂变径迹才逐渐开始应用于研究沉积盆地热演化史，并进行相关的演进恢复[Ｒaymond A.Donelick,2005]。
在造山带的应用：通过对造山带进行的深入而细致的地质勘察和研究，发现其中出现的辐合情况时由多种地质作用造成，包括地壳增厚、剥蚀作用等[李亚男，2018]。另外还有部分学者在其研究中认为，同位素在不同地质环境中会出现对照性的裂变径迹，可以据此展开对山体岩石隆升方面的研究，并且可以根据温度和时间等数据和指标，实现对隆升速率较为有效的估测[张世平，2018]。如今，研究者早已经广泛利用裂变径迹展开对山体的研究，并且已经可以实现对隆升速率的有效估测，如对喜马拉雅山的估测数据显示其依然在持续生长。
目前，地质学家已经在东北及相邻地区开始进行较为广泛而深入的低温热年代学分析，当前主要研究焦点放在松辽盆地及其附近区域。对松辽盆地进行地质考察，在其中的中央坳陷进行了相关的矿物样本采集工作，并在之后展开磷灰石裂变径迹分析表明，该盆地在白垩纪末达到最大埋深，与此同时也正是在此一地质时代达到最高古温，进行热演进模拟(杨峰平等，1995)，得到结果表明该区域在白垩纪末出现了显著的持续性的地层抬升及对应的剥蚀现象。而对松辽盆地近北方向的钻井进行地质勘察，并得到相应的样本矿物，也选取了适用性最强的磷灰石来开展相应的裂变径迹分析，对该区域的抬升剥蚀进行了更为详尽的论证，发现主要是晚白垩纪后期进入活动期，并且这一地质变化一直维持到始新世晚期，且构造活动的迁移方向特征明显，呈现为由东向西，并且抬升剥蚀首先发生的区域是在盆地东部(向才富等，2007)。另外对东辽盆地西侧方向上的大兴安岭，以及对于其北侧方向上大兴安岭都分别进行矿物样本取样，并分别进行了裂变径迹分析，前者显示该区域内花岗岩的冷却时间出现在距今90到57Ma这个
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