基于LA-ICP-MS的磷灰石裂变径迹年龄测试方法及祁连山新生代扩展研究

论文摘要

磷灰石裂变径迹年代学方法以其极低的封闭温度,广泛用于上地壳剥露历史研究。同时,基于磷灰石矿物的多元素联合测试,为研究上地壳至地表的地质过程提供了有利的技术手段。然而,基于外探测器法的裂变径迹年代学受限于辐射反应堆,并存在周期长、中子热化不充分等问题。为了避免反应堆的约束、提高测试效率;同时,促进径迹退火动力学研究、同步获取物源信息,本论文建立了基于激光剥蚀等离子体电感耦合质谱分析技术的（LA-ICP-MS）的磷灰石裂变径迹年代学、稀土元素以及卤素元素的联合测试方法。本论文选用波长为193 nm的准分子激光和等离子体电感耦合质谱仪,对磷灰石标准样品Durango和FCT的裂变径迹年龄和稀土元素含量进行测试分析,获得了与标准值一致的结果。另一方面,通过测试不同卤素含量的标准样品,建立了信号强度与氯含量的校准曲线,通过外标法获得未知样品氯含量,克服了氯元素无法完全电离的问题。此外,本论文?采用高纯氩气作为载气,通过延长管线吹扫时间减小背景值;?提高激光输出能量密度、加大信号采集时间,从而提高了样品的信号强度,达到了增大信噪比、提高氯元素测试精度的目标。在完成方法改进的同时,本论文还进行了祁连山新生代扩展的研究。自印度和欧亚板块碰撞以来（约60-50 Ma）,青藏高原经历了强烈的隆升和扩展,使其成为“世界屋脊”。青藏高原的形成影响或造就了欧亚大陆现今的构造格局和地形地貌,同时对亚洲乃至全球气候和环境格局产生了巨大影响。前人对青藏高原的变形模式提出了多种假设,并对青藏高原东北缘变形的时间序列给出了预测。为了更为深入地了解青藏高原形变过程及其机制,本论文选取青藏高原东北缘祁连山地区为研究对象,通过磷灰石裂变径迹热年代学方法,获得祁连山山脉隆升历史以及青藏高原东北缘变形过程的时间序列,为青藏高原变形动力学机制研究提供约束。前人通过热年代学和磁性地层学研究获得了祁连山北缘在17-2 Ma期间不断向北扩展的变形模式,但是,对于祁连山中部和南部变形时间的研究较为缺乏,阻碍了研究者对于祁连山新生代以来变形模式的全面认识。因此,本论文将主要工作集中于祁连山中部及南缘地区。托莱山位于祁连山中北部,呈NW-SE向展布。其构造活动时代可以限定祁连山中部变形的起始时间。本论文于托莱山东南端跨海原断裂采集的裂变径迹结果显示断裂南侧样品于17-15Ma发生了快速剥露,表明托莱山于17-15 Ma开始加速隆升。此次加速隆升可能是由“古海原断裂”的逆冲活动所导致,而这一时期的逆冲正是对青藏高原不断向北扩展的响应。因此,结合前人关于祁连山和河西走廊地区地质学、沉积学以及热年代学研究结果,本论文认为自中中新世以来祁连山经历了由中部逐渐向北-北东方向生长的变形过程。宗务隆山位于祁连山南缘的最前缘,其磷灰石裂变径迹的热史模拟结果表明,该岩体于18-11 Ma开始快速冷却,这可能代表了祁连山南缘开始快速剥露的起始时间。结合我们之前在柴达木盆地怀头他拉的碎屑裂变径迹结果:碎屑裂变径迹峰值年龄在7±2 Ma前,呈现随地层年龄的年轻逐渐减小的趋势,而后,该趋势发生突变,裂变径迹峰值年龄随地层年龄变年轻开始变老,而这一突变正是代表柴达木盆地北缘的隆起。因此,本论文认为,祁连山南缘在新近纪期间开始变形并逐渐向南扩展。构造活动是影响地质体剥露速率变化的最主要因素,因此获得整个祁连山剥露速率的研究历史可以为我们提供一个宏观的视角来评估青藏高原东北缘的变形过程。综合197个低温热年代学数据（锆石U-Th/He、磷灰石裂变径迹、和磷灰石U-Th/He）,通过Glide软件模拟,获得了整个祁连山新生代以来的剥露速率。结果显示,祁连山快速剥露始于中中新世,两阶段快速剥露分别发生在中中新世和晚中新世,且主要沿祁连山周缘分布。这一结果反映了现今祁连山的地形地貌于中中新世开始形成,同时,也验证了本论文对青藏高原东北缘变形模式的研究结论。综上所述,本论文的研究结果表明祁连山南北缘在新近纪发生了两阶段（18-11 Ma,7±2 Ma）南缘向南、北缘向北的同步向外扩展。这种南北同步扩展的变形模式由地幔对流剥离所触发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 基于LA-ICP-MS的磷灰石裂变径迹年龄测试方法研究
•     1.1.1 选题依据
•     1.1.2 研究现状
•     1.1.3 研究内容及技术路线
•   1.2 祁连山新生代扩展研究
•     1.2.1 选题依据
•     1.2.2 研究现状
•     1.2.3 研究内容和技术路线
•   1.3 主要工作量
• 第二章 磷灰石多年代学、多元素的联合测试研究
•   2.1 简介
•   2.2 U-Th/He
•   2.3 裂变径迹
•   2.4 U-Pb
•   2.5 REE和 Cl元素
•   2.6 磷灰石多年代学、多元素联合测试的地质应用前景
•     2.6.1 沉积盆地的物源分析
•     2.6.2 新生代山体构造隆升时间和速率
• 第三章 基于LA-ICP-MS的磷灰石裂变径迹年龄、稀土元素、氯元素含量联合测试研究
•   3.1 前言
•   3.2 实验方法
•     3.2.1 样品制备
•     3.2.2 自发裂变径迹的统计
•     3.2.3 U和 REE含量测量
•     3.2.4 Cl含量测量
•     3.2.5 数据处理
•   3.3 结果
•     3.3.1 FT年龄
•     3.3.2 REE元素含量
•     3.3.3 Cl元素含量
•   3.4 讨论
•   3.5 结论
• 第四章 祁连山新生代以来的扩展研究
•   4.1 裂变径迹原理及实验方法
•     4.1.1 裂变径迹热年代学原理
•     4.1.2 实验方法
•   4.2 祁连山中部新生代剥露历史
•     4.2.1 祁连山中部（祁连盆地）的地质概况
•     4.2.2 样品采集
•     4.2.3 实验结果
•     4.2.4 讨论
•     4.2.5 小结
•   4.3 祁连山南缘新生代扩展历史
•     4.3.1 祁连山南缘的地质概况
•     4.3.2 实验方法和样品采集
•     4.3.3 实验结果
•     4.3.4 讨论
•     4.3.5 小结
•   4.4 祁连山新生代以来的剥露历史研究
•     4.4.1 剥露速率获取方法
•     4.4.2 结果
•     4.4.3 讨论
•     4.4.4 小结
•   4.5 祁连山新生代以来的扩展模式研究
•     4.5.1 祁连山早第三纪的构造平静期
•     4.5.2 祁连山早-中中新世的整体隆升
•     4.5.3 祁连山晚中新世以来的向外扩展变形
•     4.5.4 祁连山新生代以来的变形模式
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• Brief Introduction to the Author
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间承担或参加的科研项目

文章来源

类型: 博士论文

作者: 庞建章

导师: 郑德文

关键词: 青藏高原东北缘,祁连山,磷灰石裂变径迹,低温热年代学,稀土元素,激光电感耦合等离子质谱,构造运动,隆升,剥露,新生代扩展

来源: 中国地震局地质研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学,地质学

单位: 中国地震局地质研究所

基金: 国家自然科学基金（41272215,41603054）,中国地震局地质研究所基本科研业务专项（IGCEA1509）

分类号: P597.3;P578.922

DOI: 10.27489/d.cnki.gzdds.2019.000018

总页数: 122

文件大小: 6371K

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