|
| |
|
中国科学SCIENCE IN
CHINA2000 Vol.30 No.6 P.576-583 |
|
哀牢山-红河剪切带构造抬升和运动形式转换时间的新证据
李 齐，陈文寄，万景林，李大明
摘要 利用特定的 40Ar/39Ar
阶段加热程序和MDD模式处理得到的K-长石冷却曲线, 加之角闪石、黑云母、白云母和磷灰石的年龄测定结果,
研究了哀牢山-红河剪切带西北的鄂嘉(YN-2)至东南端金平(YN-18B和YN-19 )及河口附近(YN-20)长约390 km范围内3个地点的冷却历史. 结果表明,哀牢山-红河剪切带左行走滑运动的距离(至少在我国境内研究结果表明)不少于350
km, 左行走滑运动停止后至右行走滑运动开始之间,
剪切带整体为自东南向西北匀速扩展式的抬升.
关键词 哀牢山-红河剪切带 热历史 MDD模式
1 地质采样
采样位置见图1. 为了扩展已有研究范围 (图1, 从元阳至者龙(从A―F点), 距离约225
km[1, 2]), 采集了断裂带西侧鄂嘉东北约22
km处花岗闪长岩样品 (YN-2, 图1中G点) (24°35′N/101°15′E).
而用于进行对比研究的相邻两样品(YN-18B和YN-19, 图1中H点) 采自位于哀牢山-红河剪切带东南端,金平东北约5 km处(23°1′N/103°25′E). 花岗片麻岩样品(YN-20,
图1中I点)
则采自位于哀牢山-红河剪切带东南部东侧,
河口以北约10 km处(22°40′ N/103°50′E), 从而,使本研究包括了从鄂嘉东北至河口长约390
km的范围.
2 实验方法及结果
2.1 实验方法
采用常规磁选和重液法, 分别选取单矿物(K-长石、黑云母、白云母、角闪石和磷灰石),
其中K-长石、黑云母和白云母样品与标准监测样
(ZBH黑云母)一并送至中国原子能研究院反应堆进行快中子照射
(照射时间为72 h), 中子积分通量为1.1×1018 n/cm2 . 磷灰石样品送中国原子能研究院热中子反应堆进行照射.
利用MM-1200型质谱计进行40Ar/39Ar分析, 法拉第筒灵敏度为2×10-14 mol/mV, K-长石样品用量为100～150
mg. J值分别为0.010 46 (YN-18BK), 0.010 20 (YN-19K),
0.01028 (YN- 20K) 和0.010 32(YN-2K). 同位素校正系数(40/39)K,
(36/37)Ca和 (39/37)Ca分别为0.002
748, 0.000 251和 0.002 118. 采用Lovera提供的程序进行MDD模式处理.
利用外探测器法[3]进行了磷灰石裂变径迹年龄测定.
磷灰石径迹蚀刻条件为: 7% HNO3, 室温, 35 s, 外探测器(四川雅安白云母)蚀刻条件：40% HF,室温, 25 min. 径迹统计采用OLYMPUS光学显微镜, 在高倍(×1000)油浸镜下进行, 再根据自发径迹密度与诱发径迹密度的比值计算年龄.
采用国际标准样(墨西哥Durango的磷灰石)作为本实验室标样, 所得年龄以标准年龄对比法校正后所得结果误差为±0.2%[4].
磷灰石裂变径迹的封闭温度(Tc)采用110±10℃[5].
2.2 样品年龄及MDD模式处理结果
2.2.1 40Ar-39Ar实验流程的特点
为了进行MDD模式处理, 采用特定的40Ar-39Ar实验流程[6],
不同样品分别加热24～34个阶段(见表1); 其中对K-长石样品YN-18BK,
YN-19K和YN-2K在1100℃的加热时间分别长达19.2 h, 55.8 h和31.6
h, 直至≤1100℃时,3个样品的39Ar累积释放百分比已分别高达99.9%,
93.2%和88.7%. 最大限度地获得了样品中最大扩散域的扩散信息;
K-长石样品YN-20K在1100℃时的累积加热时间仅为30 min, 当≤1100℃时, 该样品的39Ar累积释放百分比仅为65.1%, 已部分地失去了最大扩散域的扩散信息,
使得MDD模式的拟合工作只限于≤65.1%的范围.
表1 样品年龄及MDD模式处理结果
| 样品号 |
测试
矿物 |
加热阶段
/个 |
40Ar/39Ar,
FT |
MDD模式处理结果 |
| 年龄及范围 |
活化能 |
扩散域 |
快速冷却起止 |
t/Ma |
E /
kJ.mol-1 |
数目 |
t / Ma |
V/℃.Ma-1 |
| |
K-长石 |
27 |
(26.0～44.2)a) |
177.65 |
8 |
18.0～17.5 |
180 |
YN-2 |
角闪石 |
|
22.8±1.1 |
- |
- |
- |
- |
| |
磷灰石 |
|
5.63±0.50 |
- |
- |
- |
- |
|
|
K-长石 |
27 |
7.3 ～44.3
(21.5～44.3)a) |
209.0 |
8 |
24.5～23.0 |
66.7 |
YN-18B |
黑云母 |
|
30.9±0.4 |
- |
- |
- |
- |
| |
白云母 |
|
32.7±1.1 |
- |
- |
- |
- |
| |
磷灰石 |
|
11.2±0.8 |
－ |
－ |
－ |
－ |
|
YN-19 |
K-长石 |
34 |
23.6～51.3
(25.6～51.3)a) |
167.2 |
8 |
23.6～23.5 |
400 |
| |
白云母 |
|
31.1±0.7 |
- |
- |
- |
- |
| |
磷灰石 |
|
13.5±0.7 |
－ |
－ |
－ |
－ |
YN-20 |
K-长石 |
24 |
5.3～66.1
(25.4～66.1)a) |
135.43 |
8 |
5.5～5.0 |
160
(190) |
a) 括号内为未经低温过剩Ar校正之实测年龄范围
2.2.2 活化能的选取 Harrison等人[7]曾对大小不同扩散域可能具有不同的活化能进行过研究, 但是, 实际应用表明,往往采用单一活化能的冷却曲线方能与共生矿物更好的拟合(Leloup等人[8]).
最近, Lovera等人[9]总结了近年来MDD模式研究的115个K-长石样品的活化能取值时发现, 当活化能取值相差4.18 kJ/mol时, 冷却历史温度就会相差10℃. 李齐也从MDD模式与共生矿物拟合情况分析中发现, 如果活化能取值相差4.18 kJ/mol的话,冷却曲线形状虽然相同,但温度会相差7～8℃. 由此可见, 合理的选取活化能是很重要的, 本文中所分析样品的活化能的选取及讨论详见李齐等人文[10].
2.2.3 低温过剩40Ar (40ArE)的扣除 本研究的4个K-长石的40Ar -39Ar年龄谱均显示了低温40Ar E的存在, 利用Harrison等人[11] 提出的40ArE与Cl的相关性, 对其中3个K-长石进行了校正, MDD模式对低温阶段校正后的年龄谱进行了拟合, 并得到了理想的拟合曲线(有关校正方法详见李齐等人文[12] ).
2.2.4 年龄及MDD模式处理结果 角闪石、黑云母和白云母的40Ar-39Ar年龄,磷灰石的FT年龄,以及K-长石的MDD模式处理结果见表1,图2.
3 讨论
3.1 快速冷却事件
3.1.1 YN-2 K-长石 K-长石的实测年龄范围为26.0～44.2 Ma, 由于低温数据不理想,未进行低温过剩Ar(40ArE)的校正,
但在模式拟合时考虑了这一影响 (图3(a)).
从实测的Arrhenius曲线得到的活化能
(E)为177.65 kJ/mol. 冷却曲线(图3(d))结果表明,自23.0～18.0
Ma, 有一段比较快速的冷却过程(冷却速度为60～20℃/Ma), 而自18.0Ma开始至17.5
Ma, 有一次短暂 (0.5 Ma)快速的冷却过程
(冷却速度高达180℃/Ma), 结合磷灰石的裂变径迹年龄(5.63±0.50
Ma)可知,自17.5 Ma以来至5.63
Ma为又一次比较缓慢的冷却过程 (冷却速度近似10～0.42℃/Ma).
3.1.2 YN-19 K-长石 K-长石的实测年龄范围为25.6～51.3
Ma, 经过低温过剩Ar(40ArE)校正后为23.6～51.3 Ma.从实测的Arrhenius曲线得到的活化能 (E)为167.2
kJ/mol (图4 (b)中E2). 冷却曲线(图4 (b))结果表明,自48.5～23.6 Ma有一段长达24.9 Ma的平缓冷却过程(冷却速度为5.3～0.1℃/Ma), 突出的特点是自23.6 Ma开始至23.5 Ma, 有一次短暂 (0.1 Ma)而快速的冷却过程 (冷却速度高达400℃/Ma), 结合磷灰石的裂变径迹年龄(13.5±0.7 Ma)可得到, 自23.5
Ma以来至13.50 Ma为又一次比较缓慢冷却过程
(冷却速度近似5.0℃/Ma).
3.1.3 YN-18B K-长石 K-长石实测的年龄范围为21.5～44.3Ma,
经过低温过剩Ar(40ArE)校正后为7.3～44.3Ma.从实测的Arrhenius曲线得到的活化能 (E)为209.0
kJ/mol (图4 (d)中E2).冷却曲线(图4 (d))结果表明,
自近似39～24.5 Ma有一段长达14.5
Ma的平缓冷却过程(冷却速度为0.14℃/Ma), 突出的特点是自24.5～23.0 Ma有一段比较快速冷却的过程 (冷却速度为66.7℃/Ma), 结合磷灰石的裂变径迹年龄(11.2±0.8 Ma)可知, 自23.0
Ma以来至11.0 Ma为又一次比较缓慢的冷却过程
(冷却速度近似7.1℃/Ma).
3.2 YN-20的冷却历史及可能的构造含义
花岗片麻岩样品 (YN-20)采自剪切带东侧,河口以北约10 km处(图1),K-长石的实测年龄范围为25.4～66.1 Ma(图5
(a)中右上角), 经过低温40ArE校正后的年龄范围则扩展为5.3～ 66.1 Ma (图5
(a)). 虽然,实验过程部分地失去了最大扩散域的扩散信息(39Ar累积释放百分比大于65.1% 部分无法拟合),
但也得到了一段长达55 Ma的比较缓慢的冷却过程(冷却速度为1.3℃/ Ma), 突出的特点是在5.5～5 Ma之间有一次快速冷却过程(冷却速度高达160℃/Ma, 图5 (b)).这是首次获得的位于剪切带东侧
(图1, 东南端的I点)的冷却曲线,结合Leloup等人[8]在本剪切带西北点苍山得到的结果,即本剪切带右行走滑运动的起始时间(4.7±0.1
Ma), 可否初步认为,从YN-20K所得到的快速冷却事件,反映了本剪切带东南端存在的右行走滑运动的起始时间(近似5 Ma)与点苍山大致相同(或略早), 诚然,这一认识需要进一步工作加以证明.
图1 采样位置示意图
1. 采样点, 2. 断裂, 3.糜棱岩, 4. 低级变质带
图2 单矿物39 Ar-40 Ar 年龄谱
3.3 运动形式转换时间及构造抬升模式的新证据
根据哀牢山-红河剪切带左行走滑运动顺时抬升的结果[1,2,13],
陈文寄等人[1]提出了两个可能的构造模式(同一时间段28～17
Ma), 其后, 陈文寄等人[2]又根据新增加的裂变径迹数据等,将其分别对应了不同时间段的构造模式,即正断走滑运动(28～17
Ma)和构造抬升匀速扩展(15.5～5 Ma)两个构造模式(图6和图7).陈文寄等人[1]的研究结果发现在以往利用MDD模式得到的18条冷却曲线均存在一次(或两次)快速冷却过程.而且第二次快速冷却时间是这一研究地区的主要快速冷却时间.本工作进一步表明,
从MDD模式同样得到了冷却曲线中均存在一次快速冷却过程的结果.
采自鄂嘉东北约22 km的YN-2(G点)距者龙(F点)约25 km快速冷却起始时间为18.0
Ma, 比F点的第一次快速冷却的起始时间19.2 Ma[1,2]略晚,
而与第二次快速冷却起始时间17.8 Ma十分一致；而剪切带东南端YN-18和YN-19距A点约60
km其冷却曲线所得的快速冷却起始时间分别为24.5 Ma和23.6 Ma, 比A点的第一次快速冷却的起始时间25.7
Ma[1, 2]略晚, 而与第二次快速冷却起始时间24.3 Ma大致相当.
图3 YN-2K K-长石的年龄谱(a), log (D/r 2
)-10000/ T(K)曲线(b), log(r/ro )曲线(c)和冷却曲线(d)
图(a), (b)中细线为实测曲线, 粗断线为模式曲线图(b)中黑圆点为实测值,
方块为模式值
图4 K-长石YN-19K,YN-18BK 的年龄谱(a),(c)和冷却曲线(b),
(d)
实线为实测曲线, 粗线为模式曲线, 虚线为Cl 校正曲线
图5 YN-20 K-长石的年龄谱((a)右上角)及低温部分校正年龄谱(a)和冷却曲线(b)
1. 实测曲线, 2. 模式曲线, 3. Cl 校正曲线
图6 正断走滑运动[2]
图7 构造抬升的匀速扩展[2]
以上结果可进一步证明陈文寄等人[1]的正断走滑运动的构造模式,
即所得最新结果仍符合快速冷却起始时间由东南向西北逐渐变新的趋势.陈文寄等人[1,12]在研究该剪切带225
km距离内运动时, 提出了34 mm/a的剪切带走滑速率.本工作将研究距离扩大到310
km, 利用快速冷却起始时间, 计算得到310 km距离内平均走滑速率为47.7 mm/a. 虽然,
东南端H点与相近的A点相距为60 km, 快速冷却起始时间却十分相近,
此时剪切带左行走滑速度会比平均速度快许多,
这可能是受到伴随块体顺时针旋转作用的影响.
从横穿剪切带的几个剖面所得的快速冷却起始时间的结果看,
均有从东向西, 由年轻向老的变化.
这也从一个侧面反映了剪切带在走滑过程中伴随有旋转的事实.上述规律表明了哀牢山-红河剪切带左行走滑运动的距离至少不会小于≈350
km(在我国境内).
磷灰石的裂变径迹年龄结果同样符合从东南(13.5Ma)向西北(5.63 Ma)逐渐下降的趋势,
这一结果进一步证实了构造抬升匀速扩展模式(图7)[2],即在剪切带东南端存在的非自由界面的阻力,导致了构造抬升自东南向西北的匀速扩展.
位于剪切带东侧的YN-20K所得到的快速冷却事件结果, 仅在5.5～5 Ma之间有一次快速冷却过程
(冷却速度高达160℃/Ma),这可能反映了哀牢山-红河剪切带的左行走滑运动主要为剪切带西盘向东南方向的滑动,东盘并无明显向西北方向的滑动和抬升过程;
而YN-20K的结果恰好反映了本剪切带存在的右行走滑运动的起始时间(≈5
Ma), 它与在点苍山所得结果(4.7±0.1 Ma)大致相同,诚然,这一认识需要进一步工作加以证明.
致谢 中国地震局地质研究所虢顺民研究员、计凤桔副研究员参加了野外考察及采样工作,
在此深表感谢.
李 齐(中国地震局地质研究所, 北京100029)
陈文寄(中国地震局地质研究所, 北京100029)
万景林(中国地震局地质研究所, 北京100029)
李大明(中国地震局地质研究所,
北京100029)
参 考 文 献
1，陈文寄, 李 齐, 汪一鹏. 哀牢山-红河左旋走滑剪切带中新世抬升的时间序列.
地质论评, 1996, 5: 385～390
2，Wenji Chen, Qi Li , Yipeng Wang. Diachronous uplift along the Ailao shan-Red River
left-lateral strike-slip shear zone in the Miocene and its tectonic implication, Yunnan,
China. In: Zheng et al. eds, Proc 30th Int’L Geol Congr, 1997, 14: 187～195
3，Hurford A J, Green P F. A users’ guide to fission track dating calibration. Earth
Planet Sci Letts, 1982, (59): 343～354
4，丁 林, 钟大赉, 潘裕生, 等.
东喜马拉雅构造上新世以来快速抬升的裂变径迹证据, 科学通报, 1995,
40(16): 1497～ 1500
5，Naeser C W, Dodge F C W. Fission-track ages of accessary minerals from granitic, 1969,
2201～2211
6，陈文寄, 李 齐, 郝 杰, 等.
冈底斯岩带结晶后的热演化史及其构造含义. 中国科学, D辑1999, 29(1):
9～15
7，Harrison T M, Lovera O M, Heizler MT. 40Ar/39Ar results for
alkali feldspar containing diffusion domains with differing activation energy.Geochim
Cosmochim Acta, 1991, 55: 1435～1448
8，Leloup P H, Harrison T M, Ryerson F J, et al. Strectural Petrologicaland
Thermalevolution of a Tertiary ductile strike-slip shear zone, Diancang shan, Yunnan. J
Geophys Res, 1993, 98(B4): 6715～6743
9，Lovera O M, Grove M, Harrison T M, et al. Systematic analysis of K-feldspar 40Ar/39Ar
step heating results: Ⅰ. Significance of activation energy determinations. Geoch et
Cosmochi Acta, 1997, 61(15): 3171～3192
10，李 齐, 陈文寄. MDD模式应用中若干问题的讨论II――活化能选取的重要性.
地震地质, 1999, 21(1): 48～50
11，Harrison T M, Heizler M T, Lovera O M, et al. A Chlorine disinfectant for excess
argon released from K-feldspar during step-heating. Earth Planet Sci Lett, 1994, 123: 95～104
12，李 齐, 陈文寄. MDD模式应用中若干问题的讨论Ⅰ. 低温过剩Ar的扣除.
科学通报, 1999, 44(4): 442～444
13，Harrison T M, Leloup P H, Ryerson F J, et al. Diachronous initiation of transtension
along the Aiao Shan- River shear zone, Yunnan and Vietnam. In: An Yin, Harrison T M eds.
The Tectonic Evolution of Asia. Cambridge: Cambridge Univ Press, 208
1999-02-11收稿 |
|
