西秦岭中—新生代山体剥露隆升过程的裂变径迹热年代学研究

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青藏高原的形成演化历史一直是地学界研究的焦点和难点。越来越多的研究发现印度-欧亚大陆碰撞之前的构造地貌事件对现代高原地质地貌格局的奠定具重要贡献。高原各块体的继承性构造地貌活动的研究因此成为深刻认识青藏高原形成演化的关键。而西秦岭地处中国大陆地质地貌转换过渡的“十字中心”,是青藏高原东北向扩展的关键节点,被认为是准确揭示青藏高原隆升过程及相关环境变化的最理想地区。然而西秦岭隆起的时代和过程仍然存在极大的分歧和争议。该区夷平面分布广泛、保存完整,它们的形成或解体是内外营力作用于地表的最直观结果,可直接指示山地变形抬升和侵蚀。因此对西秦岭大地貌面发育其上的岩体记录进行解译,可为高原东北向扩展的时代和过程提供直接构造地貌证据。另一方面,裂变径迹热年代学由于封闭温度低,对地壳浅部的变化敏感,因此能够用于研究其它中高温热年代学方法所无法奏效的地表剥露过程和细节,已成为构造地貌领域的前沿和热门手段。基于上述分析,本研究选取夷平面发育典型但是研究薄弱的西秦岭腹地岷县-河南一带,进行系统的磷灰石裂变径迹测试分析,结合区域构造和地貌面解译,初步获得以下认识:(1)研究区内样品的基岩磷灰石裂变径迹中值年龄分布范围为14.6±1.7Ma-162.1±9.4 Ma,跨度大,区域的裂变径迹信号复杂。共获得27个样品的平均径迹长度,范围从12.92μm到16.36μm。其中22个样品的径迹长度大于14μm,分布呈单峰状,峰型窄,说明大部分样品未经历热重置作用。样品的平均Dpar值范围为0.90μm-1.90μm,大部分与标准样Durango磷灰石的Dpar值(约1.7-1.8μm)相近。样品整体的年龄海拔关系没有明显的规律,分布于岷县-舟曲附近的样品WQ14、WQ15、WQ16、WQ18年龄范围为14.6±1.7-41.9±4.4Ma,海拔范围为1473.8±1.3-1818.2±1.6 m,明显小于其他样品。(2)从宏观来看,样品分别聚集在岷县-舟曲、玛曲-迭部、碌曲-河南和贵德-同仁四个区域,因此本文分区域进一步数据解译。根据各区年龄-海拔关系,结合径迹长度-年龄、Dpar-年龄分析发现,岷县-舟曲一带岩体快速抬升剥露的时间为85.8 Ma和41.9 Ma,存在两级夷平面,分别形成于85.8 Ma之后和14.6 Ma之后;迭部-玛曲附近断层在109.6 Ma和78.4 Ma活跃,导致山体上下盘差异性剥露隆升,夷平面形成于78.4 Ma之后;碌曲-河南一带在116-73.4 Ma逐渐剥露,自73.4 Ma开始以极低的剥露速率发育。经历漫长的夷平作用之后,断裂才逆冲活跃,导致断裂西侧的块体抬升到现在状态;泽库-同仁一带地体在136-55 Ma期间逐渐剥露,该区夷平面发育时代不老于55 Ma。在114-91 Ma期间泽库-同仁断裂带东边受外力快速下切剥蚀。而样品的热史模拟结果显示:迭部-玛曲一带岩体在123-109 Ma期间快速剥露通过退火带;碌曲-河南一带岩体在130-113 Ma和98-78 Ma期间快速剥露;泽库-同仁岩体在146-55 Ma逐渐剥露。因此,年龄-海拔结果和样品热史模拟结果可相互验证。(3)综合上述分析,本论文揭示研究区岩体从146-15 Ma渐次剥露。大部分岩体的快速剥露事件主要聚集在130-113 Ma、98-74 Ma、42-15 Ma三个时段,而大地貌面潜在的发育时间为55-42 Ma和<15 Ma。结合前人成果,我们推断本研究获得的西秦岭最老期次剥露事件(130-113 Ma)可能跟新特提斯洋岩石圈向北俯冲或者西太平洋板块向西俯冲有关,具体那种动力过程为主控因素尚需更多证据。而揭示的区域晚白垩世(98-74 Ma)快速剥露事件可能为拉萨地体与羌塘地体碰撞的远程响应。西秦岭在42-15 Ma的渐次剥露事件指示新生代印度-欧亚板块碰撞的远程效应和高原在西秦岭的逐渐隆升。而本研究揭示的西秦岭55-42Ma和<15 Ma大地貌发育阶段可跟青藏高原和我国华北等广大区域的夷平面发育主要阶段对比,暗示大地貌发育在欧亚大陆具普遍性和代表性。(4)本研究揭示西秦岭隆升剥露和夷平具同步性和多期次性,该区山脉岩体的快速剥露期和缓慢剥露期分别对应于区域构造活跃的造山期和夷平期。而现代高原地质地貌格局的奠定对高原形成之前的构造地貌具继承性。因此,要深刻理解青藏高原的形成演化全过程,除了要继续研究印度-亚洲大陆碰撞之后的青藏高原各块体的构造地貌记录之外,对新生代之前山脉岩体的抬升剥露过程的定量重建研究成为今后重要研究路径。
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