地质科技情报GEOLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION1999年 第18卷 第4期 Vol.18 No.4 1999

造山带中、新生代隆升作用构造年代学研究新进展^①

杨巍然　王国灿　李长安

摘　要　造山带中、新生代隆升作用构造年代学研究在内容上强调隆 升的细致过程和机制的研究；在方法上有4点值得重视：利用宇宙核素测定年龄；利用MDD模式定量研究山体隆升过程；利用磷灰石裂变径迹定年方法研究山脉的隆升与剥露；利用地貌有关参数判断抬升机制。对大别造山带中、新生代隆升作用的构造年代学进行剖析后，得到一些规律性认识：隆升构造复杂多样，可划分4类6型隆升构造；隆升作用在时间上显示缓慢和强烈隆升相间的节律性，空间上具断块差异隆升的特点；不同阶段隆升机制有差别。
关键词　造山带　中、新生代　隆升作用　大别山
分类号　P542⁺.1　P597⁺³　

PROGRESSES OF THE STUDY ON THE TECTONO-CHRONOLOGY OF THE MESOZOIC-CENOZOIC UPLIFTING IN OROGENIC BELT

Yang Weiran　Wang Guocan　Li Chang'an
(Faculty of Earth Sciences,China University of Geosciences,Wuhan,430074)

Abstract　The study of the tectono-chronology of the Mesozoic-Cenozoic uplifting of orogenic belt has become a Pop topic.In the study,the uplift,processes and dynamics are emphasized.Many new research methods are developed and adapted.Four kinds of remarkable research methods are introduced in the paper:①estimating the surface erosion rates and surface uplifting rates of mountains by measuring in situ-produced cosmicgenic nuclide;②determining the uplifting p rocesses by using MDD dating method;③studying the uplift and exhumation history of rocks and surface of mountains by studying the apatite fission-track and ④ judging the uplift mechanism by using concerned morphologic parameters.In this paper,the Mesozoic-Cenozoic uplifting in the Dabie mountians is anatomi zed and the following conclusions are drawn:①the uplift structure is diversified and can be divided into six types;②the evolution of the uplifting s hows rhythm of slow and intensive uplift;③the uplift of the fault-block horsts and grabens shows intensive difference in different areas;and ④ the uplift mec hanism is also different in different stages.
Key words　orogenic belt,Mesozoic-Cenozoic,uplifting,Dabie mountains

　　70～80年代，国外有些学者根据封闭温度理论，对一些构造-热事件进行了年代研究，从而出现了构造-热年代学(tectonic-thermochronology)。90年代由于构造理论、概念和方法的更新，伴随着测年技术的突飞猛进及测年方法日益增多和完善，使构造-热年代学扩展为构造年代学(tectonic chronology)，并成为构造地质学中一个重要的分支学科^〔1，2〕。构造年代学是围绕重大的构造事件，运用各种测年手段，进行精确的年代学限定，对各类构造事件的时代及其持续的时间得出定量的数据，从而恢复构造事件的全过程，建立构造年代的时空格局，并提供探讨构造形成机制的珍贵信息。

1　研究现状

　　90年代开始，固体地球科学将大陆动力学作为跨世纪的研究目标，代表岩石圈热学和力学变化最强烈的造山带自然成为研究的重点。世界上所有年轻的造山带和一些古老的造山带在中 、新生代均有强烈的隆升。其研究意义不仅可以直接提供许多大陆动力学的信息，而且有助于了解隆升对资源、环境和人类活动的影响，所以造山带中、新生代隆升作用的研究成为近 年地学界一个前沿和热门的课题。据“GeoRef Disc 5”的统计，从1997～1998年10月这段 时期有关“新生代隆升”的论文就有400多篇，其中主要是造山带新生代隆升。
　　造山带中、新生代隆升作用研究的关键问题是隆升的过程和隆升的机制。年代学成果将是恢 复隆升过程的基础，也为探讨隆升机制提供宝贵资料。目前造山带中、新生代隆升构造年代 学研究的热门地区有安第斯造山带^〔3，4〕和阿尔卑斯造山带^〔5，6〕，更为 集中的是青藏高原^〔7～13〕。目前造山带中、新生代隆升作用的构造年代学研究方 法有4点值得重视^〔14〕。
1.1　利用宇宙核素测定年龄
　　宇宙核素的产生是宇宙射线轰击地表或接近地表岩石矿物中的原子核的结果。目前，人们已经在岩石中发现一系列宇宙核素，如³⁶Cl，²¹Ne，³He，¹⁰Be，¹⁴C，²⁶Al，³⁹Ar等，可利用它们来研究地表暴露时间和剥蚀速率等。目前应用最多的是³⁶Cl，¹⁰Be和²⁶Al，它们在自然界分布广泛且稳定，并具相对较长的半衰期(依次为0.301,1.500，0.705 Ma)。这项研究早在50年代就已提出，但由于当时测试设备和技术水平的限制，一直到80年代中期才被有效地应用^{〔15，16〕}。Nishiizumi等^〔17〕和Granger等^〔18〕利用¹⁰Be和²⁶Al，Liu等^〔19〕和Briner等^〔20〕利用³⁶Cl均取得了较好的成果。中国原子能科学研究院引进的HI-13型串列式加速器，它的端电压为13 MV，正适合开展³⁶Cl,²⁶Al等单原子的测定。刘存富等^〔21〕及中国原子能研究所等在国家自然科学基金资助下，已突破了³⁶Cl制样和仪器测试关，取得了良好效果,使我国成为世界上能够用加速器质谱仪测定³⁶Cl的先进国家之一，因而我国也具备了开展利用宇宙核素测年的条件，只是目前尚无人将其运用到地表岩石暴露年代和剥蚀速率等研究中。宇宙核素在隆升研究中的作用具体可归纳为3方面。
　　(1)岩石表面暴露时间的测定　其原理是地下核反应产生的³⁶Cl，¹⁰Be等放射性明显低于宇宙成因，且有方法将两种成因的放射性分开。而宇宙核素随岩石暴露时间增加，并成一特定的线性关系，这样通过测试和计算可确定岩石表面的暴露时间，如果我们用夷平面和河流侵蚀基座阶地面的样品测试，就可直接测得其年龄，这是山脉隆升最可靠的标志。
　　(2)山体表面剥蚀速率的估算　宇宙射线穿过地表进入岩石内部发生核反应和电离损耗，导致不同核素产生率随深度发生明显变化，其产生率随深度呈指数减少。由此，地表以下矿物颗粒中所聚集的宇宙核素量(或矿物中宇宙核素的含量)就记录了矿物剥露地表的速率，缓慢的剥蚀速率意味着较长的剥蚀时间和较长的宇宙核幅射，因而，矿物相应具 有较高的宇宙核素积累。
　　(3)山体表面剥蚀速率和表面抬升速率的估算　岩石表面宇宙核素产生率随海拔增高而增大，Lal等^〔15〕假定在地表抬升速度和剥蚀速率恒定的情况下，推导出二者之间的数学关系式，据此可从理论上获得抬升速率，进而可分析海拔高程的变化。但这种研究仍处于探索阶段。
1.2　利用MDD模式定量地研究山体隆升过程
　　近几年来，由Lovera O M，Harrison T M和Richter F M共同合作提出了一个新模式(multiple-diffusion domain model)，简称MDD模式。这个新模式实质上是多德森(Dodson)模式的扩展。多德森模式是建立在单一扩散域的封闭理论基础上，实际上样品中存在着不同扩散域。进一步研究表明，多重扩散域是钾长石样品的一种固有特性，以此而导致的MDD模式分析，可以从一个钾长石样品分析中，得到温度在350～150°C之间的一条连续的冷却曲线。许多情况证实冷却曲线是不均匀的，往往存在快速冷却时间段和缓慢冷却时间段，可分段求得冷却速率。但多德森模式是根据不同封闭温度的矿物所测得的几个年龄，故其冷却曲线仅为几个点的连线，其冷却速率不可能分段求取，而是一个平均冷却速率^〔22〕。由此可见，利用MDD模式求得的冷却曲线或隆升过程要比多德森模式精细、精确得多，因而具有广阔的应用前景。陈文寄等^{〔23，24〕}利用MDD模式，对我国一些造山带进行了专门研究，取得了不少新成果，陈文寄等自1996年以来，将MDD模式实验流程和模式处理系统，在中国地震局地质研究所实验室正式建立。因而，我国已完全具备了开展MDD模式研究的条件。
1.3　利用磷灰石裂变径迹定年方法研究山脉地区的隆升与剥露
　　裂变径迹定年方法是利用²³⁸U的自发裂变现象进行定年的。由于磷灰石的裂变径迹具有低的封闭温度(70～120°C)，因而80年代以来广泛应用于揭示山脉地区的隆升剥露历史。一般结合其它具更高封闭温度的矿物定年方法来研究岩石冷却历史，当高差很大时，则可在不同高度进行磷灰石裂变径迹定年，可得到有关隆升冷却的直接量度。Cervery等^〔25〕对怀俄明Wind River地区的研究堪称这一方法应用的典范。Seward等^〔26〕通过对山脉或不同构造部位进行裂变径迹研究以了解差异隆升冷却特点。Hejl^〔27〕根据磷灰石裂变径迹年龄资料分析揭示了东阿尔卑斯某些山脉的地貌演化历史。
　　近年来，随着对磷灰石退火特征的进一步研究，有关磷灰石裂变径迹定年方法在山脉隆升剥露史研究方面的应用又有新的进展。Wagner^〔28〕建立了新的投影裂变径迹长度分布-温度-时间之间的联系，使之对抬升剥露冷却历史的制约更为精确。运用该方法Plafker等^〔29〕对北美最高峰麦金利(Mckinley)山、Kral等^〔30〕对欧洲最高峰厄尔布鲁斯(Elbrus)山进行了研究，均取得了非常有意义的成果。我国学者丁林^〔31〕、钟大赉等^〔32〕、陈江峰等^〔33〕在运用裂变径迹定年方法研究造山带隆升方面也取得了较好效果。
1.4　利用地貌有关参数判断抬升机制
　　抬升作用据其应力状态可分为构造抬升与均衡抬升。前者发生在挤压应力状态，后者主要为引张应力背景，当岩石圈上部(剥蚀或拉开)或下部(拆沉)卸载时，均会导致均衡抬升。Molnar等^〔34〕根据均衡原理计算，在快速剥蚀ΔT的地层后，引起岩石的均衡抬升幅度(相对海平面)约5ΔT/6，而地表平均下降ΔT(ρ_m-ρ_c)/ρ_m≈ΔT/6(ρ_m为地幔岩石圈密度；ρ_c为地壳密度)。然而，一些研究表明，在受强烈切割的山脉地区，尽管平均海拔高程下降，但局部山峰或脊峰的海拔却会绝对上升，Molnar等^〔34〕认为受侵蚀切割的山区的最高峰可以比侵蚀前现存的地形面平均海拔高出两倍多。Gilchrist等^〔35〕则用地貌形态参数(最小高程、平均高程、最大高程、平均切割深度、最大切割深度等)判断均衡抬升和构造抬升在山脉形成中的相对贡献，判断欧洲阿尔卑斯山脉轴部最高峰响应，因侵蚀而引起的均衡抬升幅 度不超过1 km，而喜马拉雅山不超过2 km，并推断造山带最高峰的高海拔主要是构造过程的 产物，而并非简单的因侵蚀而引起的均衡抬升。

2　大别造山带中、新生代隆升作用的新认识

　　笔者通过对大别造山带中、新生代隆升作用构造年代学的剖析，在研究方法和隆升规律方面 均取得了一些新成果^{〔36～38〕}。
　　(1)大别造山带中、新生代隆升构造复杂多样，运用区域构造分析法、构造回剥法与构造解 析方法相结合，鉴别划分出4类6型主要隆升构造(表1)。

①国家自然科学基金资助项目(49772147,49572146)部分成果
第一作者简介：杨巍然，男，1933年7月生，教授，主要从事区域地质和大地构造研究工作
作者单位：中国地质大学地球科学学院，武汉，430074

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