第53卷第4期
2010年4月
地球物理学报
CHINESE joURNAI OF GEOPHYSICS
Vo1.53,No,4
Apr.,2010
田云涛,朱传庆,徐 明等.白垩纪以来米仓山 汉南穹窿剥蚀过程及其构造意义:磷灰石裂变径迹的证据.地球物理学报,
2010,53(4):92O~930,DOI:10.3969/j.issn.0001—5733.2010.04。017
Tian Y T,Zhu C Q,Xu M,et a1.Exhumation history of the Micangshan-Hannan Dome since Cretaceous and its tectonic
significance:evidences from Apatite Fission Track analysis.Chinese J.Geophys.(in Chinese),2010,53(4):92O~930,DOI:
10.3969/j.issn.0001—5733.2010.04.017
白垩纪以来米仓山一汉南穹窿剥蚀过程及其
构造意义:磷灰石裂变径迹的证据
田云涛 ,朱传庆 ,徐 明 ,饶 松 ,Barry P.Kohn ,胡圣标
1中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京 100029
2澳大利亚墨尔本大学地球科学学院,维多利亚 3010
摘要报道了米仓山汉南穹窿一带磷灰石裂变径迹分析结果,以制约该区白垩纪以来的剥蚀一演化历史.露头
样品磷灰石裂变径迹年龄分布显示从汉南穹窿南部的核部地区向南至四川I盆地北部裂变径迹的年龄逐渐变新,这
与米仓山地区逆冲断裂以背驮式扩展的构造样式从汉南穹窿向南经米仓山褶皱一逆冲带发育到四JIl盆地北缘的构
造模式相吻合.热模拟的结果显示米仓山 汉南穹窿经历了两期快速的剥蚀,其分别发生在白垩纪(约90 Ma之
前)和15 Ma以来.研究区白垩纪的快速剥蚀反映_『秦岭一大别造山带白垩纪的区域性剥蚀事件,这可能是对临区
诸多构造事件(如西伯利亚__蒙古一中朝板块的碰撞,拉萨一羌塘一思茅 印支块体的碰撞,太平洋板块向欧亚板
块的俯冲及其相关的岩浆活动)远场效应的响应;约15 Ma以来的快速剥蚀是对青藏高原隆升向东北方向传递的
响应.
关键词米仓tl1褶皱逆冲带,汉南穹窿,青藏高原,秦岭,裂变径迹
【)()I:10.3969/j.issn.0001 5733.2010.04.017 中图分类号P541 收稿日期2009—09—30,2010-02—22收修定稿
Exhumation history of the Micangshan—Hannan Dome since Cretaceous and
i ts tectonic significance:evidences from Apati te Fission Track analysis
TIAN Yun-Tao ,ZHU Chuan-Qing ,XU Ming ,RAO Song ,Barry P.Kohn ,HU Sheng-Biao
1 State Key Lab of Lithosphere E olution.Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China
2 School of Earth Sciences,The University of Melbourne,Victoria 3010,Australia
Abstract Apatite Fission Track(AFT)data of the Micangshan—Hannan Dome region is reported
in this work.It is shown that AFT ages decrease gradually from the inner part of the
Micangshan—Hannan Dome to North Sichuan Basin,which is consistent with the piggyback
propagation model of thrusting in the region proposed by previous works based on seismic survey
profiles.Thermal history modeling of the AFT data shows that the Micangshan—Hannan Dome
experienced two episodes of rapid cooling occurred in Cretaceous(before~90Ma)and Late
Cenozoic(since about 1 5Ma)respectively.The Cretaceous rapid cooling of this region is coeval
with the regional cooling event in Qinling—Dabie Orogen,which is possibly resulted from the far—
field effects of tectonic events in the nearby regions(eg.Siberia—Mongolia—Sino—Korean and
基金项目 国家自然科学基金项目(40672197)和国家重点基础研究发展规划(973)项目(2005CB422101)联合资助.
作者简介 田云涛,男,l 984年生,硕士,从事构造热年代学和盆地与造山带热演化的学习和研究.E mail:yttian@gmail.corn
表1南江剖面磷灰石裂变径迹分析结果
Table 1 Results of apatite fission track analysis of Nar0iang section
注:用于磷灰石裂变径迹年龄计算的zeta常数为389.5±5;G为磷灰石裂变径迹年龄计算所统计的颗粒数目;P。为铀标准玻璃对应外探测器的诱发径迹密度(×10 cm一 );Na为铀标准玻璃的诱发径迹;P。为磷灰石
中自发径迹密度;N 为自发径迹数; 为诱发径迹密度;Ni为诱发径迹数;P(Z )表示是检验所有单颗粒年龄正态分布置信度的量值[ ];N为所测量的封闭径迹长度数目;se为标准误差.a为252Cf一照射而得到的
长度.
4期 田云涛等:白垩纪以来米仓山一汉南穹窿剥蚀过程及其构造意义:磷灰石裂变径迹的证据 925
图4南江剖面的样品单颗粒裂变径迹年龄辐射图(a)剖面及其样品分布(b),
裂变径迹年龄、长度及D 沿着剖面的分布(c)
Fig.4 Radial plots of single grains AFT ages(a),sample location along the Nanjiang section(b),and age,length
and D plotting of the samples(c).It is clear that from north(Hannan Dome)to south(North Sichuan Basin),the
AFT age and length decrease slightly,and the average Dp。 of the samples are quite similar with each other,ranging
from 1.60/2m to 1.87 m.For location of the Nanjiang section see Fig.1.
模拟结果(图5)表明除了NJ12T之外,其余样
品的冷却历史较为相近:在约90 Ma左右均冷却到
部分退火带(60 ̄120℃)之上,即在约90 Ma之前,
样品在60~120℃范围内发生了快速的冷却(冷却
速度约1.5℃/Ma);在约90 Ma和约15 Ma期间样
品缓慢持续冷却(冷却速度约0.3℃/Ma);约15 Ma
以来,样品再次经历了快速的冷却(冷却速度约
1.6℃/Ma).NJ12T位于米仓山褶皱逆冲带的南缘,其
热历史模拟的结果与其他样品不同,表现为在约15 Ma
以前较为快速的冷却(冷却速度约为0.7℃/Ma);
约15 Ma以来发生了快速的冷却(冷却速度约为
2℃/Ma).NJ12T独特的热历史特征可能与其所处
的构造部位有关(详见下文分析).
5讨论
通过对裂变径迹数据的反演模拟揭示了自
150 Ma以来研究区经历了较为显著的冷却过程.结
合研究区的实际地质情况和野外观察本文认为这一
冷却过程应是区域剥蚀的结果,主要原因如下:(1)研
究区自白垩纪以来没有显著岩浆活动_1妇;(2)大规
模的流体活动在研究区也没有发育L1 .结合研究区
的地质背景,将讨论研究区冷却历史的构造意义.
5.1 逆冲断裂背驮式向南拓展
对米仓山褶皱一逆冲带至四川盆地北部的地震
剖面、地表地质及沉积学研究认为米仓山一带逆冲
4期 田云涛等:白垩纪以来米仓山一汉南穹窿剥蚀过程及其构造意义:磷灰石裂变径迹的证据 927
断裂以背驮式扩展的构造样式从汉南穹窿向南发
育,其开始于三叠纪末期,并持续到白垩纪_2 。。 .
从构造活动的时间上来看,这一模式得到了本文热
历史模拟结果的印证:在约90 Ma以前米仓山一汉
南穹窿地区发生了显著的冷却一剥蚀作用,这一剥蚀
作用很可能是对当时构造活动的响应.
从构造样式上来看,地震剖面和地表地质所识
别的逆冲断裂背驮式拓展的模式(图3)也得到了热
历史模拟结果的印证.首先,从汉南穹窿至四川盆地
北部磷灰石裂变径迹年龄逐渐变年轻(图4);其次,
汉南穹窿分布地区在约90 Ma和约15 Ma期间冷
却较为缓慢(冷却速度约0.3℃/Ma),然而在前缘
断裂附近的NJ12T所揭示的热历史表明,在约9O
Ma和15 Ma期间米仓山褶皱逆冲带的南缘仍在发
生着较为快速的冷却(冷却速度约为0.7 ̄C/Ma).
以上两点说明在约90 Ma和15 Ma期间南北方向
上存在显著的差异剥蚀:在北部汉南穹窿分布区剥
蚀量小,而在南部米仓山褶皱逆冲带的南缘剥蚀量
相对较大.对这一差异剥蚀现象可以用两种模式来
解释:首先,构造活动由北向南传播模式可以很好的
解释这一现象.其次,由于这些样品高差较大(近
1000 m),因此在同一次构造活动中,如果南部前缘
剥蚀量大而北部剥蚀量小,这样即便不存在向南的
构造传播,也可以导致上述的年龄和热历史差异.然
而,地震平衡剖面的分析认为自中生代以来汉南穹
窿自北向南逐渐缩短,甚至在新生代仍有一定量的
构造缩短[2 ].因此,结合这一认识笔者更倾向于从
汉南穹窿至四川盆地北部的差异剥蚀现象是构造活
动向南推进这一结果.
5.2 白垩纪秦岭一大别造山带区域性的剥蚀作用
华北板块与扬子板块沿着秦岭一大别造山带完
全碰撞造山之后,秦岭一大别造山带进入了陆内变
形的阶段.前人通过低温热年代学等方法对秦岭一
大别造山带的剥蚀过程的研究认为秦岭在白垩纪发
生了显著的剥蚀.大量的热年代学证据表明大别造
山带在白垩纪发生了区域性的快速的剥蚀,如
如Ar一 Ar证据 ,裂变径迹与(U—Th)/He的证
据L9 14,15].Ratschbacher等 报道的角闪石、黑
云母、白云母及钾长石 Ar一明Ar数据显示秦岭的诸
多地区在白垩纪均发生了显著的剥蚀.Enkelmann
等_6 对秦岭磷灰石裂变径迹的研究认为该区在
110 ̄70 Ma发生了较为显著的剥蚀.Hu等r1 对武
当山等区域的研究认为lO0~60 Ma秦岭发生了显
著的剥蚀.本文的工作也表明在约90 Ma之前位于
秦岭南缘的汉南穹窿发生了快速的冷却(冷却速度
约1.5℃/Ma).对白垩纪秦岭一大别造山带区域性
的剥蚀作用的构造解释认为这一期的剥蚀是对临区
侏罗纪一白垩纪诸多构造作用(如西伯利亚一蒙
古一中朝板块的碰撞,拉萨一羌塘一塔里木一思茅
块体的碰撞,太平洋板块向欧亚板块的俯冲及其相
关的岩浆活动)的远场效应的响应[4 ].
5.3青藏高原隆升向东北方向的传递
新生代以来欧亚大陆上最为显著的构造作用当
属印度板块与欧亚板块的碰撞及其所诱发的青藏高
原的隆升.诸多研究认为青藏高原的隆升有着向外
逐渐传递的趋势_6 ’35 ̄37](图6).在青藏高原的东
北缘,一些研究认为由于青藏高原下地壳向外塑性
流动E竭 。=或者扬子古板块沿着大型走滑断裂侧向
脆性挤出[41,423,晚新生代以来青藏高原的隆升在向
东北方向扩展_6 .诸多研究通过低温热年代学
的方法讨论了不同地区晚新生代以来的剥蚀历史对
这一构造事件的响应:磷灰石、锆石裂变径迹,磷
灰石、锆石(U—Th)/He,钾长石、黑云母、白云母
∞Ar一 。Ar等的研究表明龙门山南段和中段及岷江
地区的快速剥蚀开始于12 Ma左右_8 ;龙门山北段
开始于约20Ma_7 ;东昆仑地区的快速剥蚀开始于
约20 Mal4。 ;六盘山地区开始于约8 MaI4 ;秦岭
开始于4~9 Ma_6 ;大巴山地区开始于10~
6 Ma[1 ;本文的工作认为米仓山一汉南穹窿开始于
约15 Ma.对比可见米仓山一汉南穹窿分布区的新
生代剥蚀开启的时间与西边龙门山北段、东昆仑相
近,早于以北的秦岭和以东的大巴山褶皱逆冲带.因
此,平面上看这一快速剥蚀开始的时间向北和向东
逐渐变新,反映了青藏高原隆升向东北方向的传递.
6 结论
本文通过对米仓山一汉南穹窿的裂变径迹分析
制约了该区白垩纪以来的冷却剥蚀过程.研究结果
取得以下认识:从汉南穹窿南部的核部地区向南至
四川盆地北部裂变径迹的年龄逐渐变新,这可能印
证了米仓山地区逆冲断裂以背驮式扩展的构造样式
从汉南穹窿向南经米仓山褶皱一逆冲带发育到四川
盆地北缘的构造模式.根据磷灰石裂变径迹数据对
热历史的反演揭示了在米仓山一汉南穹窿经历了两
次快速的剥蚀,其分别发生在白垩纪(约90 Ma之
前)和约15 Ma以来.约90 Ma之前的剥蚀事件与
周缘地区的研究相一致,反映了秦岭一大别造山带
4期 田云涛等:白垩纪以来米仓山一汉南穹窿剥蚀过程及其构造意义:磷灰石裂变径迹的证据 929
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(本文编辑汪海英)
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