张广才岭西南八宝罗斯岭地区隆升剥露研究史

前 言

1、研究背景

八宝罗斯岭从山脉类属看，是张广才岭一部分，具体来说又是东北东部山地北边部分山段的中轴区，此处大部分在黑龙江省范围内，并以具有显著区分标识的蛟河盆地为分界点分成东西两支，以西部分叫西老爷岭，以东部分叫威虎岭，这些山段构成东北地区主要山脉之一。若以造山带视角展开观察，其位于兴蒙造山带中段，具体来说是松嫩—张广才岭地块东端，伊通—依兰断裂附近，东以嘉荫—牡丹江断裂与佳木斯地块相连。该区域包含多片小型地块，主要有松嫩张广才岭地块、佳木斯地块等。既往研究中认为该区域中兴安地块与松嫩地块之间产生的地质拼合出现时间在早石炭纪，并且此时已经趋于晚期，而测定显示佳木斯地块与松嫩地块之间的地质拼合出现时间在早古生代，且此时也已趋向晚期，之后在中生代早期又出现了地块分离裂解随即又经历了地块闭合。

当前对黑龙江东部地质情况探查研究中通过低温热年代学方式来展开并不多，但该地区具有较为显著的研究价值，其中盆地期次较为突出，承受过的改造和破坏频率较多程度也较严重，构造面貌呈现出复杂态势，且该地区位于大陆东缘处附近，因此对于研究中国东北地质构造演进历程及此地区较为显著研究价值较高的新生代构造变化历程有着十分重要的意义。

裂变径迹热年代学方法是20世纪60年代开始发展起来的一种新的同位素年代学方法。裂变径迹法的应用实现方式是通过其中的时间-温度路径来实现的，其具有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面。

综上所述，裂变径迹年代法具有多方面的研究优势，现场实验设备相对较为简单，矿物样本要求低，较少分量即可完成实验，同时测定年代宽泛，能够对诸多不同样本对象进行相应的测定，尤其是年代较近的那一部分矿物样本具有更高适用性，大部分地质科研、生产单位都能进行这方面的工作而得到了迅速的发展。当下，裂变径迹分析已经由应用场景狭窄且技术相对不稳定的一种地质年代法，在诸多学者努力下变成了一种在地质热演进方面具有广阔应用场景且具有较高经济价值的一种成熟年代技术。

2、研究意义

首先，张广才岭地区的研究内容大多都为盆地内部的沉积特征及沉积相，通过沉积序列来判断盆地的发育时代，以及构造演化过程,缺少低温热年代学研究，但裂变径迹这种测年方法在国际上是研究很多的，在有影响力的刊物上每年也有许多文章。而国内的裂变径迹热年代学研究的很少，本论文能增加国内这方面的研究资料。

本论文的主要目的是利用裂变径迹法对这个地区进行热年代学研究，这种实验方法需求的实验设备较为简单，矿物用量少，测定的年龄范围宽，可测定的对象多，也较为合适本科生的知识水平。通过本论文，最后我们可以得到八宝罗斯岭地区的地热演化史。

摘 要

八宝罗斯岭从山脉类属看，是张广才岭一部分，具体来说又是东北东部山地北边部分山段的中轴区，此处大部分在黑龙江省范围内，这些山段构成东北地区主要山脉之一。若以造山带视角展开观察，其位于兴蒙造山带中段，具体来说是松嫩—张广才岭地块东端，伊通—依兰断裂附近，东以嘉荫—牡丹江断裂与佳木斯地块相连。

本文在资料搜集和文献查阅的基础上，通过裂变径迹年代学和热史模拟等研究方法，对八宝罗斯岭的隆升剥露进行更加全面、准确的分析。磷灰石裂变径迹可以记录岩石时间-温度演化的热历史，反映从地表到下地壳的多种地质过程的关键信息。利用裂变径迹对其进行分析，获取4个样本的径迹年龄及长度，基于这些数据利用专业软件展开多次热历史恢复和模拟，从而对不同山岭所发生的剥露冷却其具体地质年代进行较为有效的评断，并分析这些构造隆起所具备的机制和规律。

将张广才岭地区西南部的构造演化历史和八宝罗斯岭进程放在同一分析框架，对不同构造演化阶段所展现出来的具有显著差异性的几何学和运动学特征进行一定的探讨，并对其中所涉及到的剥露冷却特征进行一些归纳；进行区域构造活动比对，综合研究张广才岭地区西南部盆­岭体系的演化过程，进而探讨张广才岭地区西南部构造演化机制和规律。

张广才岭地区的磷灰石裂变径迹年龄区间处于90-50Ma之间，主要为晚白垩世时期的样品。通过磷灰石裂变径迹反演曲线可知，研究区在中生代以来存在两期隆升过程，时间分别为120-70Ma，20-0Ma；一期沉降过程，时间为70-20Ma。

通过对郯庐断裂带和太平洋板块的运动情况分析得出，张广才岭研究区第一期隆升是早中白垩世期间郯庐断裂发生第三期左旋走滑运动的同时，太平洋板块低角度俯冲导致的；70-20Ma的沉降是晚白垩时期伊泽纳琦板块逆时针旋转，转为斜向俯冲导致的；20Ma以来的隆升可能是由太平洋板块加速运动，弧后扩张的形成产生对东北地区西向的挤压力导致的。

关键词：裂变径迹；八宝罗斯岭；隆升-剥露

第一章 绪论

第一节 研究背景和选题依据

张广才岭位于中国东北地区东部山地北段的中轴部位，大部分在黑龙江省境内，一部分向南伸入到吉林省的敦化市北部，分东西两支，蛟河盆地以西为西老爷岭，蛟河盆地以东为威虎岭，是中国东北地区主要山脉之一。大地构造位置为兴蒙造山带中部，位于松嫩—张广才岭地块东缘，伊通—依兰断裂附近，东以嘉荫—牡丹江断裂与佳木斯地块相连。该区域包含多片小型地块，主要有松嫩张广才岭地块、佳木斯地块等。既往研究中认为该区域中兴安地块与松嫩地块之间产生的地质拼合出现时间在早石炭纪，并且此时已经趋于晚期，而测定显示佳木斯地块与松嫩地块之间的地质拼合出现时间在早古生代，且此时也已趋向晚期，之后在中生代早期又出现了地块分离裂解随即又经历了地块闭合。

当前对黑龙江东部地质情况探查研究中通过低温热年代学方式来展开并不多，但该地区具有较为显著的研究价值，其中盆地期次较为突出，承受过的改造和破坏频率较多程度也较严重，构造面貌呈现出复杂态势，且该地区位于大陆东缘处附近，因此对于研究中国东北地质构造演进历程及此地区较为显著研究价值较高的新生代构造变化历程有着十分重要的意义。

裂变径迹法的应用实现方式是通过其中的时间-温度路径来实现的，其具有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面。

上个世纪五十年代末，在对白云母的观察和研究过程中，Silk和Barnes等发现了较为明显的潜径迹，由此打开了一道新的地质年代学大门(Silk ECH.Barnes RS，1959.），之后有更多研究者加入该课题中，到了1962年，发现可以通过有效利用蚀刻这种手段，让裂变径迹变得更具观测性，同时也赋予其更高的实用价值(FleischerRL,Price PB,Walker RM, 1965），之后在研究者努力下，将该种方法实践应用于地质学领域。1965年首次通过该种方法得到了有效的研究成果，对矿物年龄进行了准确的测定，从这一研究过程中提炼出了裂变径迹测年法。之后迈入70年代，在对磷灰石的研究中发现了其中存在着径迹退伙这一显著性现象，由此也就让低温热历史进行了新篇章。直到80年代，地质学界在研究中对于裂变径迹的应用还存在着较大局限性，大多只用在测定年代这一用途(Lutzet al, 1991)。为了能够更为标准化和规范化进行裂变径迹应用和研究，学界认为有必要构建一套标准化刻度，出现了多种不同实现途径，前有绝对法，后又后起之秀Zeta法等。之前主要应用绝对法，但该种办法具有天然的不足，让裂变径迹测年结果非常不稳定，不同实验现场及不同操作人员都会让同一研究出现显著结果偏差，另外热中子通量测定的效果也并不令人满意等。此种情况下，Zeta法恰好能够弥补这些不足，Zeta法具有更高的测定精确度，具体实现路径是通过对标样进行多次测定，与此同时还对标准铀玻璃也进行与前者类似操作，从而得到最终年龄结果，这种方法目前在地质学中使用率极高。随后进程迈入80年代中期，该年代法的应用场景进一步扩展，在沉积盆地等的构造热历史中也有了用武之地。学界也逐渐将目光转向径迹长度方向的分析，能够从中得到热演进的讯息，之后的研究中经常把裂变径迹研究中得到的年龄结果及裂变径迹中获得的长度分布进行综合考量，从而得到地质热演进的较为准确的描述，其中涉及到多个领域的热演进研究，包括油气盆地、造山带等，且都取得较好成果。

由于岩石圈中存在着大量的磷灰石，因此实验获取样本较为简便，同时该种岩石退火温较为适宜展开研究，同时升温反应显著，蕴含着较高的铀，与此同时也呈现出显著光学特性，以上种种让其具有了良好的裂变径迹痕迹留存，完整度较好，因此在裂变径迹研究中得到了更广泛的使用，占比愈发地高，而且磷灰石径迹相关的技术也在持续进步，当前在造山带隆升剥露这一课题方向中已经深度应用。

另外，近年来也出现了一种新裂变径迹年代法，该方法也具有多种显著优点，LA-ICPMS法在应用过程中能够省去热中心辐射这一较为耗费较大的步骤，从而具有了更强的便捷性，去掉其中一些人为因素，也让最终结果精度更高（李天义等，2013）。

上个世纪六十年代随着同位素理论和相关技术的发展，裂变径迹法也涌现台前，作为同位素年代法中的一个新兴成员，该方法中的时间-温度路径就有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面[乔建新,2012]。

综上所述，裂变径迹年代法具有多方面的研究优势，现场实验设备相对较为简单，矿物样本要求低，较少分量即可完成实验，同时测定年代宽泛，能够对诸多不同样本对象进行相应的测定，尤其是年代较近的那一部分矿物样本具有更高适用性，大部分地质科研、生产单位都能进行这方面的工作而得到了迅速的发展。当下，裂变径迹分析已经由应用场景狭窄且技术相对不稳定的一种地质年代法，在诸多学者努力下变成了一种在地质热演进方面具有广阔应用场景且具有较高经济价值的一种成熟年代技术。

张广才岭地区的研究内容大多都为盆地内部的沉积特征及沉积相，通过沉积序列来判断盆地的发育时代，以及构造演化过程,缺少低温热年代学研究，但裂变径迹这种测年方法在国际上是研究很多的，在有影响力的刊物上每年也有许多文章，而国内的裂变径迹热年代学研究的很少。

本论文以张广才岭西南八宝罗斯岭地区为主要研究对象，充分利用野外地质调查资料和裂变径迹法对这个地区进行热年代学研究，最终得到该地区盆地地热演化史。

第二节 研究现状

在70年代到80年代初,我国一些单位也进行了裂变径迹热年代学的研究，但是坚持下来的几乎没有。[李小明，2000]仅有寥寥数家科研单位在进行相关领域的工作。其中因素复杂多样，主要局限在于实验技术难度和困境。目前涉及到裂变径迹相关方向的成果和文章都不少，从国际看，一些较有影响的刊物，每年便是有50篇左右的文章，但其中涉及到具体实验手段阐述的非常少，同时内容中包括实验技术的就更稀少了，普通文章大多浮空掠影般提及一两句，虽然也有囊括部分裂变径迹研究内容的专著，但对实验技术阐述时侧重点各有不同，具体内容也参差不齐，近些年，有关该方面的实验技术也有一些新突破和新进展，但同时也出现部分不足。

上个世纪六十年代随着同位素理论和相关技术的发展，裂变径迹法也涌现台前，作为同位素年代法中的一个新兴成员，该方法中的时间-温度路径就有多方面表现和效用，一方面该类型是基于地壳动力学的，由此提供了一个特定测定方向的年代法，另一方面对地壳冷却年代进行精确评估和测量时，有了更具有效性的定量指标，与此同时对于剥蚀作用进行较为精准年代评估和测量时，也有相同功用。与此同时，裂变径迹法还能提供多种不同研究方向的地质参数，如对于地壳碰撞所发生的年代区间，以及之后出现的地壳抬升活动所涉及的年代范围，另外对于地壳侵蚀作用等，另外，该年代法还能为剥蚀型式的构建和确定提供一些较为有用的证据。目前该年代法已经许多研究场景中得到广泛应用，对诸多地质问题分析和解决提供了可靠途径，如在岩体热历史、地热研究领域、对活动断层的估测研究中、剥蚀作用计算等等方面[乔建新,2012]。

上个世纪五十年代末，哈威尔原子能组织中两位杰出的专家在其研究中首先发现裂变径迹，随后若干年，学界对此一现象展开多方面研究， P.B.Price让该发现具备了可用性，在1962年把化学蚀刻用在该课题研究中，实现径迹放大操作，并且其放大程度达到了一般性能的光学显微镜能够直接进行研究的程度。到了1965年，已经把该发现应用到了实际研究工作中，Walker 等人就用其进行了矿物年龄测定并证明了有效性，基于成果提炼并向外界公开裂变径迹年代法。并且该年代法在时代和技术进步下，还发展出了多种不同的检测手段和方式，如外推法、热史反演法等[杜丁丁，2014]。在既往对裂变径迹应用实践和模拟实验中，已经显示其对磷灰石热史能够发挥显著效用，借此可以测定碎屑岩的年代范围。目前该种方法已经被用于解决和测定多种地质问题，主要涉及到对沉积物进行源头探索、对沉积盆地进行形成过程的热历史模拟等等方向和内容。

裂变径迹测年方法主要是基于238U的自发裂变(衰变常数λf=8.5×10-17a-1)(Chew and Spikings，2015)。铀系同位素能够进行自发裂变，也正是基于这一特性给予了人们的利用空间。倘若对元素丰度展开衡量，与此同时还囊括进衰变常数，那么存在于自然中的自然进行的裂变其中主要来源还是238U，其他类型占比极少。原子核在经过裂变后会形成一些子体，而这些子体间又存在着斥力，导致出现反方向高速运动，如果此时运动路径中有介质存在，此处介质通常是指的晶体，那么就会产生穿透现象，进而呈现显著损伤痕迹，而这些痕迹也就是本文研究的重点对象裂变径迹。

现在简单介绍下裂变径迹在地学中的几个应用。

在物源研究的应用：在地质研究中发现，岩石侵蚀是多数情况下沉积物来源，基于此，其中岩石类型构成中就能够找到一些裂变径迹，如锆石颗粒等，其中就很可能发现原始烃源岩径迹留存。由于风化和侵蚀这些地质作用都不会对裂变径迹造成影响，但保存物源却会受到其他因素的影响，主要涉及到侵蚀源区所可能承受过的地质温度变化，另外，沉积物也会随着地形地势演进而发生着相应的变化如盆地地质变化等。从观测来看，锆石所处地质环境，倘若埋深范围在2Km以下地层，同时盆地温度区间范围在60到70℃，此时就具备了高温稳定性，与此同时还表现出了对物理输运的一定程度抗性，也让锆石在这一研究领域具有更高的有用性和实用性。在物源研究中，经常用到的研究方法是外部探测法，这主要是因为可以借助该种方法从单矿物就可以得到一些裂变径迹结果，如果有足够多的单矿物样本，那么就可以基于此进行沉积物年龄构成分析，并且还可以与源区进行结合分析。在前面的过程中如果实现对不同来源的准确鉴别和判定，立足于此剥蚀速率的估测也可以同步展开，与此同时剥蚀方向这一课题也可以得到部分推详。但需要注意的是，为了能够具有统计上的有效性，应该尽量获得足够的样本颗粒，从而让最终结果具有更好的信服力和精确性。

在沉积盆地热历史分析中的应用：通常来说裂变径迹中所得到的相关数据都可以充分反映样本源地的温度和时间情况，是一种高敏度指标，基于此，该种技术在盆地地质热演进研究中具有非常高的价值。裂变径迹法中最常用到的分析样本磷灰石，其在该方法中所得到的温度数据存在着与油气范围的一致性，温度数据具体表现是( ± 50 ℃ ~ ± 130 ℃)。1986年，首次公布了基于磷灰石退火实验所得到的大量数据而构建了对应的动力学模型，此一成果让裂变径迹开始普遍应用于盆地热演进研究领域

裂变径迹数据是温度、时间的敏感指标，这种认识也使得这种技术在沉积盆地热历史分析中得以应用。磷灰石这个矿物裂变径迹系统的温度范围( ± 50 ℃ ~ ± 130 ℃)与油气生成的范围相吻合。而于1986年，澳大利亚墨尔本大学的研究人员在大量退火实验的基础上，首次提出了磷灰石退火的动力学模型: 平行线模型和扇形模型，磷灰石裂变径迹才逐渐开始应用于研究沉积盆地热演化史，并进行相关的演进恢复[Ｒaymond A.Donelick,2005]。

在造山带的应用：通过对造山带进行的深入而细致的地质勘察和研究，发现其中出现的辐合情况时由多种地质作用造成，包括地壳增厚、剥蚀作用等[李亚男，2018]。另外还有部分学者在其研究中认为，同位素在不同地质环境中会出现对照性的裂变径迹，可以据此展开对山体岩石隆升方面的研究，并且可以根据温度和时间等数据和指标，实现对隆升速率较为有效的估测[张世平，2018]。如今，研究者早已经广泛利用裂变径迹展开对山体的研究，并且已经可以实现对隆升速率的有效估测，如对喜马拉雅山的估测数据显示其依然在持续生长。

目前，地质学家已经在东北及相邻地区开始进行较为广泛而深入的低温热年代学分析，当前主要研究焦点放在松辽盆地及其附近区域。对松辽盆地进行地质考察，在其中的中央坳陷进行了相关的矿物样本采集工作，并在之后展开磷灰石裂变径迹分析表明，该盆地在白垩纪末达到最大埋深，与此同时也正是在此一地质时代达到最高古温，进行热演进模拟(杨峰平等，1995)，得到结果表明该区域在白垩纪末出现了显著的持续性的地层抬升及对应的剥蚀现象。而对松辽盆地近北方向的钻井进行地质勘察，并得到相应的样本矿物，也选取了适用性最强的磷灰石来开展相应的裂变径迹分析，对该区域的抬升剥蚀进行了更为详尽的论证，发现主要是晚白垩纪后期进入活动期，并且这一地质变化一直维持到始新世晚期，且构造活动的迁移方向特征明显，呈现为由东向西，并且抬升剥蚀首先发生的区域是在盆地东部(向才富等，2007)。另外对东辽盆地西侧方向上的大兴安岭，以及对于其北侧方向上大兴安岭都分别进行矿物样本取样，并分别进行了裂变径迹分析，前者显示该区域内花岗岩的冷却时间出现在距今90到57Ma这个地质时期内，而后者显示该区域花岗岩的冷却时间出现在距今95到65Ma这个地质时期内。

当前对黑龙江东部地质情况探查研究中通过低温热年代学方式来展开并不多，但该地区具有较为显著的研究价值，其中盆地期次较为突出，承受过的改造和破坏频率较多程度也较严重，构造面貌呈现出复杂态势，且该地区位于大陆东缘处附近，因此对于研究中国东北地质构造演进历程及此地区较为显著研究价值较高的新生代构造变化历程有着十分重要的意义。

在黑龙江东部进行地层建造剖析，并建立相应的低温年代学剖面，对该区域内的主要山岭岩体进行地质勘察并得到相应的矿物样本，之后进行裂变径迹分析，从而得到其东小兴安岭、三江盆地富集隆起、张广才岭等多处的裂变径迹数据，之后利用这些数据展开热演进恢复，并得到模拟结果，从而对这些地区的剥露隆升地层历史情况，进而对其中的规律进行一定总结（陈东旭，2016）。

既往对于牡丹江断裂东侧进行的相关地质研究中，发现其次地层构成是黑龙江群，目前学界对于该群已经有着一致共识，认为是由地块发生碰撞时伴随而来的地层拼贴活动所造成的，此处主要涉及到佳木斯地块及松辽地块，其中岩性构成是一种杂岩，其中主要存在蛇绿岩及蓝片岩。早期根据黑龙江群的蓝片岩、硅质岩、蛇绿岩等多种不同岩石类型研究，认为这两个地块产生碰撞的地质时间范围是早古生代，但随着该区域内诸多变质岩的发现，诸多学者的观点已经两个地块之间的碰撞很可能不止一次，在早中生代又一次发生。近期有学者在对依兰地区进行地质考验(Zhu et a1.,2015)，对其中的蓝片岩进行了锆石U-Pb分析，确定其中的具体地质年代范围是141Ma，上下浮动是1Ma，据此认为处在两个地块中间的牡丹江洋区域地层的闭合地质时代是距今141Ma。综上所述，既往研究中从黑龙江群的岩层特性展开地质考察，进而想要对此地两个地块碰撞具体的地质时代进行较为准确的判断，但对高压变质带存在诸多不同看法和意见，无法达成一致因此此一地质问题依然存在较大讨论空间。

在对牡丹江断裂西侧进行详细地质勘察时发现，该地区地下约35Km处存在着显著的楔形体，而且一般认为这是一类型的洋壳残留体，具体来源是牡丹江洋曾经由于地质活动造成的向张广才岭方向出现的向下俯冲活动残留，而在这个过程中牡丹江洋形成了闭合(张贻侠等，1998)。也正是因为前述研究，因此从该区域的早中生代岩体出发，进行相应的热演进模拟，同时对整个山岭岩体的地质年代中发生过的剥露抬升进行溯回推演，借此可以站在松辽地块这个基点对两个地块的碰撞历史进行观察，进而推导出相应的碰撞时间。低温热年代学数据的热史模拟结果表明牡丹江断裂西侧的晚三叠末—早侏罗世岩体在~200-170Ma时期发生了快速冷却事件，与此同时数据也表明~160-140Ma期间所出现的冷却剥露其进展极其缓慢，详细计算后得出，小兴安岭到张广才岭区域内的剥露速率具体数据范围是0.066到0.086 km/Ma这一区间内，且地质年代是属于早侏罗世。

综上所述，张广才岭与小兴安岭在山岭岩体活动中出现显著造山隆升情况的地质时间段已经得到基本明确，那就是距今200到170Ma，换言之也就是早侏罗世，这一研究结果和黑龙江地层群在三叠末—早侏罗发生高压变质的观点一致；与此同时，两个山岭发生缓慢隆起的地质时间段也已经基本可以确定，那就是早白垩世，基于此，认为两个地块之间的碰撞及后续的拼贴活动一直延续到早白垩世这一点观点无法得到支持。

第三节 主要研究内容及技术路线

一、主要研究内容

本文建立在详实的有关研究区域的地质研究资料整理和收集基础之上，在研究方法上使用了具有显著精确度和实用性优势的裂变径迹年代法，与此同时还展开了关于热演进恢复等模拟论证办法，试图对八宝罗斯岭这一区域的山岭岩石隆升剥露展开较为细致而深入的论述。

在张广才岭西南八宝罗斯岭地区展开相应的地质勘察活动，并获得有效矿物样本，主要涉及矿物为磷灰石，之后在实验中利用裂变径迹进行观察的测定，得到相应径迹年龄及相应的痕迹长度，随着利用这些数据展开热历史模拟，从而有效揭示八宝罗斯岭这一区域曾经的隆升剥露历史，并探讨这一历史过程的形成机制。

本文在八宝罗斯岭地区取了4个磷灰石样本，随后对这四个样本中的裂变径迹进行观察和分析，探求其中的年龄和长度，并基于这些数据通过专业的软件展开相应的热历史恢复和模拟，让剥露冷却过程得到有效呈现和揭示，从而对该地区的隆升规律进行总结和提炼，对其中的剥露隆升机制进行一定探索。

二、技术路线

本论文的技术路线如图1.1所示；

　　1.1论文研究技术路线

　　第四节 研究目标

具体的研究思路如下：

1.利用LA­ICP­MS方法精确测定研究区的时代，结合前人古生物资料和碎屑锆石年代学结果。

2.基于磷灰石裂变径迹的优势特征，其能够较为明确反映研究区域的热历史，主要建立在岩石时间和温度这两个高敏指标的数据获取之上，从而对该区域内的地质过程进行较为详尽而全面的了解，尤其是其中的关键信息。本文针对张广才岭地区西南部的八宝罗斯山岭展开有目的的地质勘察，并在其中隆起处进行了相应的矿物样本采集，得到12个样本，其中有4个磷灰石样本，利用裂变径迹对其进行分析，获取这4个样本的径迹年龄及长度，基于这些数据利用专业软件展开多次热历史恢复和模拟，从而对不同山岭所发生的剥露冷却其具体地质年代进行较为有效的评断，并分析这些构造隆起所具备的机制和规律。

3.将张广才岭地区西南部的构造演化历史和八宝罗斯岭的隆升剥露进程放在同一分析框架，对不同构造演化阶段所展现出来的具有显著差异性的几何学和运动学特征进行一定的探讨，并对其中所涉及到的剥露冷却特征进行一些归纳；进行区域构造活动比对，综合研究张广才岭地区西南部盆­岭体系的演化过程，进而探讨张广才岭地区西南部构造演化与区域大地构造过程的地球动力学机制。

第五节 论文工作量

本论文于2020年9月开始进入写作流程，共计有以下事项和工作：

1.文献阅读：阅读国内外期刊论文，国内外专著，油田科研项目报告。

2.野外工作：为了得到第一手资料，累计共进行了大约半个月的野外地质调查活动，对调查区域进行了地质剖面绘图；进行野外矿物样本获取，共得到12个；另外为了能够展开年代学分析，获得相关样本4个。

3.毕业设计图；通过Arcgis提取流域数据，运用ICPMSDatCal软件处理原始数据，用isplot成图。所需的图有面积高程积分图、地貌形态分布图、样点分布图、研究区典型样品镜下形态图、磷灰石裂变径迹年龄测试结果图、张广才岭地区热演化史模拟图。

4.实验测试：利用LA­ICP­MS方法精确测定八宝罗斯岭等区域的岩体裂变径迹，并得到相应的年龄和长度数据，基于这些数据利用软件进行了相应的热演进恢复和模拟，让剥露冷却过程得到有效呈现和揭示，从而对这些地区的隆升规律进行总结和提炼，对其中的剥露隆升机制进行一定探索。

第二章 区域地质概况

第一节 区域概况

八宝罗斯岭从山脉类属看，是张广才岭一部分，具体来说又是东北东部山地北边部分山段的中轴区，此处大部分在黑龙江省范围内，并以具有显著区分标识的蛟河盆地为分界点分成东西两支，以西部分叫西老爷岭，以东部分叫威虎岭，这些山段构成东北地区主要山脉之一。张广才岭的主脉脊梁南部起接点是吉林省敦化市，而北部起接点是小兴安岭南麓，对整体山脉走势和高度进行观察，均海拔是800多米，最高峰将近1700米。张广才岭地区位于黑龙江省中南部和吉林省东部部分地区。

　　图2.1 张广才岭位置及走向示意图

　　第二节 区域构造

本区域属于兴蒙造山带，且位于其间的中部区块，具体来说就是松嫩—张广才岭地块东缘，伊通—依兰断裂附近，东以嘉荫—牡丹江断裂与佳木斯地块相连。从具体组成来看，具有多个不同微路块，如兴安地块等。既往研究认为在该区域中发生的地块拼合活动较为频繁，其中兴安和松嫩的地块碰撞拼合经过相关地质调研和分析后认定是早石炭世晚期，与此同时，松嫩和佳木斯的地块碰撞拼合经过相关地质研究后认定是早古生代晚期，这并非该区域地质活动的结束，随后又经历了裂解分离又再次发生了较为剧烈的闭合运动，具体地质年代是中生代早起。兴蒙造山带地处华北板块与西伯利亚板块之间，位于中亚—蒙古巨型造山带的东段，是一个古生代到中生代以来由多个微陆块拼合形成的构造堆叠区，也是具有重要地质价值的巨型造山带，其显著特征在于进程最为漫长，同时构造岩浆活动也呈现出最为激烈和复杂的一面。松嫩—张广才岭区域由多个构造带组成，主要涉及到张广才岭构造带，以及位于中部具有重要科考价值的松辽盆地构造带，与此同时还包括北部方向的小兴安岭构造带。

　　图2.2兴蒙造山带构造单元划分

　　第三节 区域地层特征

一、前寒武纪

既往研究成果多指出研究区即张广才岭存在变质火山沉积层，并且具有较大规模，地质时代范围主要集中在元古宙（黑龙江省地质矿产局，1993，1997），但是随着技术手段进步，用锆石U-Pb年代学对研究区内地层展开更为精准的测量，这些原本被认为是前寒武纪的地层出现了新的测量结果，显示其主体形成的地质时代应该集中在古生代一直持续到早中生代这一段地质时代内（郝文丽等，2014，2015；高福红等，2014），但情况也并非全部如此，东风山群经过相关测量发现区域内存在新元古代地层，但是规模并不大，仅有少量，与此同时张广才岭这一研究区内的南部塔东群也存在与前者类似地层情况（王枫，2013；Wang et al.，2014），下面将进行展开阐述。

东风山群：既往研究中将该区域地质时代范围明确是古元古代，并且根据地层区域分布进行划分成三组，包括亮子河组、桦皮沟组，另外还有红林组，该区域集中变质沉积建造，且其中具有含铁的特征，其中变质作用主要表现在角闪岩相方面，在地质活动等多方面因素影响下演变成绿片岩相，该方面研究成果颇多（黑龙江省地质矿产局，1993；王枫，2013；Wang et al.，2014）。与此同时，为了对东风山群进行更为详实而精准的地质测定，王枫（2013）在该区域内曾经进行过野外工作，并且在其中适用锆石U-Pb年代学展开工作，结果显示该区域并非具有连续性年代结构的成体系的前寒武纪地层，经过详细测定发现该区域是一片混杂岩，并且涉及多个不同地质时代，其中有新元古代，同时还有较后一点的古生代（Wang et al.，2014），这一研究是对既往成果的极大补充。

塔东群：经过测定发现主要在敦化市塔东铁矿一带，以及附近的桥头镇地区也有部分地层分布，该区域集中表现在变质岩系，且其中具有含铁的特征。在既往研究中（吉林省地质矿产局，1997）将该区域划定为新元古代，并且根据低层区域分布特征自下而上区别为两组，一组是拉拉沟岩体，一组是朱敦店岩体。其中拉拉沟组分布集中在前面提及的塔东铁矿地区，当地岩层主要有多种不同类型角闪岩，如斜长角闪岩等，另外还涉及到变粒岩等，既往研究中（吉林省地质矿产局，1997）曾展开原岩恢复实验，指出其中角山岩最可能的原岩源头是火成岩，而另外的变粒岩最可能的原岩源头则是火山岩及沉积岩。同时研究（Wang et al.，2014）还指出该区域地层形成后曾经经历过另外的地质变化，那就是英云闪长岩侵入，时间大约在426 Ma。而朱敦店组分布集中在前面所提及的桥头镇一带，另外还有少量涉及到塔东铁矿，测定显示地层同样出现了岩体侵入，发生时间大约在516 Ma，与前面闪长岩类型不同，此处是加里东期（Wang et al.，2014），原岩恢复实验显示（吉林省地质矿产局，1997），此处原岩主要源头是沉积岩，与此同时此处变质作用下所演变而成的结果是绿片岩相。王枫（2013）同样对该区域进行了田野工作并进行了年代学测定，结果显示该区域同样呈现出混杂岩特征，涉及到的地质时代则主要有新元古代，同时还有较后一点的早古生代（Wang et al.，2014）。

二、古生界

寒武系：从地区发现看主要在伊春市五星镇，另外还有相当规模位于小西林一带，并且就地层出露来看，较完整的地区是五星镇，地层建造角度进行观察，发现其中主要涉及到碎屑岩和碳酸盐岩，其呈现成套化构成，自上而下进行建造构成区分，有老道庙岩石地层呈现、铅山岩石地层呈现、五星镇岩石地层呈现。既往研究在对本地区五星镇岩组进行测定和调查时，发现其中存在三叶虫化石，又与其他测定手段进行综合判断，确定是早寒武世。老道庙岩组在构成上其上部主要是结晶灰岩，而下部主要是泥质板岩；在前者之上覆盖住的地层是铅山岩组，其主要构成是大理岩、泥质灰岩，另外其中还夹杂着部分碳质板岩，该岩石地层在五星镇区域出现了变化，其上覆盖有五星镇岩组；对本研究区域内五星镇岩组进行详细测定，发现其厚度区间在200m左右，其上部主要岩石构成是板岩，而下部主要岩石构成是大理岩和板岩。该地区地层中发现的化石痕迹由拿阶三叶虫组合，且其中地质年代属于早寒武世，另外还有腕足动物化石痕迹、软舌螺等诸多化石痕迹。奥陶系：既往研究中曾经开对黑龙江地质进行过全面考察和整理并编写成志书，并在这一过程中尚志市小金沟发现了重要的化石痕迹，是诸多万族类化石，从地质时代划分来看属于奥陶世中晚期，又综合其他测定手段让奥陶纪时代地层的踪影终于显现在了黑龙江中部，并且在经过更为详细的地质测定后发现其中自下而上存在着两类不同岩组，一类是小金沟岩组，一类是大青岩组，而且二者间的地质关系是断层接触，以上的发现和研究大多来自（南善润和郭胜哲，1992；黑龙江省地质矿产局，1993，1997）。

小金沟组：从地层建造角度进行观察，发现其中主要涉及到砂岩及多种类别生物灰岩，且呈现成套化构成，其中上部主要构成是多类型砂岩，同时还有大理岩并且其中还夹杂着部分酸性熔岩。另外该种岩石地层出现了明显的海洋上升推进随后又在较短地质时间内经历了海洋衰退之后又出现了显著的海进旋回情况。

大青组：从底层建造角度进行观察，发现其中主要涉及安山岩及灰岩，且其中还夹杂着部分砂岩，呈现成套化构成情况，另外该区域有变质作用，从具体形成看，是低级区域作用，从结果来看出出现普遍的绿泥石化情况，另外也存在绿帘石化这种显著特征，同时前面所提及安山岩中存在着少量分布的杏仁体。既往研究（黑龙江省地质矿产局，1993，1997）中认为前述两种岩组构成主要存在于该区域的延寿县、通河县、汤旺河沿岸等诸多县镇地区。同时，Wang et al.（2012a）在地质测定中也有新发现，伊春翠峦区西部的地层构成主要是五道岭组，在过往地质测定时将之列入二叠纪，但此次发现其中存在着晚奥陶世流纹岩，并且经过精准年代测定，发现时间是451 Ma，由此表明该套岩组形成地质时间是晚奥陶世。另外锆石U-Pb年代学测定调研中也有了不同以往的发现，敦化小北湖林场露出地表的岩层在既往测定中将之称为歪鼻子岩组，并且地质时代测定显示是晚泥盆世，但此次通过流纹岩年代测定，发现其具体成形年代是451Ma，上下浮动2Ma，测定结果已经非常明确的指向该地层也属于晚奥陶世。

志留系：既往研究成果都指出本研究地域内没有志留纪地层。但是最近已经出现新的突破，黑龙宫镇周遭露出地标的岩层在既往测定时认为是下黑龙宫岩组，在该处地层的上段部分中发现了晚志留世的地质痕迹，主要是用锆石U-Pb年代法对其中存在的多种不同类型岩石进行测定中发现了玄武安山岩，并且地质年代结果显示是420Ma，且上下浮动仅为1Ma。

泥盆系：既往研究中认为本研究地域内具有少量泥盆纪地层，且主要发现于尚志和伊春一带，涉及多个不同岩组类别，主要有早泥盆世地层构成中的类型下黑龙宫岩组，另外还有同属于该地质时代的小北湖岩组等，另外还有早中泥盆世地层构成中的西林群、之后的中泥盆世地层构成中的宏川岩组，及同属于该地质时代的福兴屯岩石地层等。由于技术进步，年代学也有新的发现（孟恩等，2011），该区域中的宝泉岩石层，原本认定其地质年代是中奥陶世，但新的测定结果表明应该是中泥盆世。

下黑龙宫组：既往研究（黑龙江省地质矿产局，1993，1997）中认为该地层主要存在于黑龙宫，同时还存在与伊春上甘岭一带，从地层建造角度观察，其中主要涉及到碎屑岩和碳酸盐岩，另外生物化石痕迹主要涉及珊瑚和腕足类，相对来说顶底界没有较为明确的测定结果，既往研究中将其地质年代简单识别后划分到了早泥盆世。从岩性构成来看，下部主要涉及到不同类型砂岩、条带厚层大理岩，其中还夹杂着部分种类灰岩等，而下部主要涉及到各类型砂岩等。

小北湖组：该类地层分布较为少见，主要在宁安县小北湖一带，但也有部分研究者认为该地区地层应该是老秃顶子岩组类别，且地质时代应该归属于晚泥盆世，从地层建造角度观察，是碎屑沉积构成，且大多为浅海相，对其中岩性进行考察发现多数是灰白色灰岩，其中还夹杂着部分的生物碎屑灰岩，另外还有部分的板岩和砂岩类别（南善润和郭胜哲，1992），目前还有待继续进行测定研究。

西林群：既往研究（黑龙江省地质矿产局，1971）是在金山屯幅地层构成填图时进行相关结构认定的，并将地质年代进行划定，认为是早中泥盆纪，同时又将之进行再细分，分为两个亚群。主要分布区域在金山屯的请山口村一带，同时还涉及到美溪南部一带。对下亚群进行岩石类属构成分析，自上而下大致包括有石英砂岩、粉砂岩、白云岩等多种不同岩性。上亚群进行构成分析时发现，其也可以进行上下部区分，其中下部主要是片理化含砾石英砂岩、千枚岩等不同岩类组成，与此同时下部则主要是片理化英安岩、千枚岩等不同岩类组成，同时两个亚群中呈现出显著的海退现象。

宝泉组：经过测定发现其主要位于汤圆东风铁矿周边地带，既往研究认为其地质时代范围属于中奥陶世，同时对其进行岩性构成测定，主要有酸性凝灰熔岩、片理化流纹岩等多种类型，另外底部岩层则主要是石英岩等，同时又在晨明区地层调查中发现其下面有新元古代陈晨明岩石地层，另外还有奥陶世中早期这一地质时代形成的二长花岗岩，并且这几者间呈现不整合覆盖状态。孟恩等（2011）为了更进一步测定年代，用锆石U-Pb年代法对该区域内的流纹岩进行具体的年代测定，发现地质时代范围具体是在383Ma，且上下浮动是3Ma，借此证明该处地层具体地质年代是泥盆世，且属于中期范畴。

宏川组：主要分布发现区域在伊春宏川一带，另外在翠峦也出现显著地表露出岩层，从地层建造角度观察，发现其中主要涉及碎屑岩沉积，且其类属主要是滨海以及浅海相，另外是成套化构成。对其进行岩性测定，发现其中包括有凝灰质砂质砾岩、细砂岩等不同组成，其中灰岩中发现有较多古生物化石留存，如腕足类、海百合等。既往研究中将之认为是泥盆世，且具体时代是中期。

福兴屯组：在地质勘察中主要发现区域是延寿县马鞍山一带，从地层建造角度观察，主要涉及碎屑岩，且类属为陆相，对其进行岩性测定，发现其中有粉砂质板岩、中细粒砂岩等，并且含有部分植物化石遗存，既往研究中将之人认定成中泥盆世，且具体时代为中期。

石炭系：既往研究中在本研究区内已经发现的石炭纪地层不多，露出地标的也少，且主要类属为陆相，在详细测定中发现在中石炭世这一地质时代地层中的唐家屯岩组，另外还有晚石炭世这一地质地层中的杨木岗岩组等，但是近年来又出现了新的研究成果（Meng et al.，2011），存在着唐家屯岩组部分分布的区域宾县，在其地层中找到玄武岩山岩样品并进行地质年代测定，发现年代范围在293Ma，且上下浮动是2Ma，证明该地层地质时代应该是二叠纪，且具体时代是早期。不过，这一论断又被新的成果打破，在对红光岩组部分分布的区域钓鱼台村一带进行地质勘察时，对其中的流纹岩样本进行了测定，确定其地址时间范围是317Ma，且上下浮动2Ma，证明该区域地层地质时代较为多样，石炭纪地层也同样存在。

二叠系：在地质勘察中发现研究区内存在大量二叠系地层，且五常到伊春一带呈现状态较为良好，陆相地层多有发现，同时海相地层也并非特例。对该研究区域内的唐家屯组进行详细地质测定时，原本将地质时代归入到中石炭世，区域位置多在宾县、五常周遭，对其岩性构成进行分析，发现其中有片理化安山岩、粉砂质板岩等，其中在细砂岩中发现了较多的形态也较完整的植物类化石。为了能够更为精确进行年代划分，对其中的玄武安山岩进行了年代测定（郝文丽等，2014；Meng et al.，2011），结果表明地质时间范围在293Ma，且上下浮动是2Ma,另外也对取得的流纹岩样本进行了同样的测定，地质时间范围是295Ma，且上下浮动是2Ma。

交界屯组：地质勘察中主要发现于伊春、铁力一带，既往研究（黑龙江省地质矿产局，1970）中将该岩组地质时代确定为早二叠世，研究中发现其上部地层形态主要是土门岭岩组，并且二者间关系为整合接触状态，从地层建造角度进行观察，发现主要涉及的是碎屑岩和碳酸盐岩，且其性质类属是海相，呈现成套化构成。对岩性进行仔细分析，其中主要有多种不同类型的大理岩、碳质板岩等。

土门岭组：地质勘察中主要发现于土门岭、伊春一带，同时还有出露状态发现于阿城市地区，从地层建造角度进行观察，主要涉及碎屑岩，具体类属是海相，呈现成套化构成，其中显著特征是存在较为明显的腕足类和植物类化石遗存，且地质时代在早二叠世晚期。对岩性进行仔细分析，其中主要有砂板岩、泥灰岩等多种不同类型，主要特征是韵律沉积性显著。

红山组：地质勘察中主要发现于铁力一带，同时还存在于伊春北部地区，其上部存在着土门岭岩组，二者间关系呈现不整合接触，当地地层中存在着安加拉植物类化石，且具体地质时代是晚二叠世。从地层建造角度进行观察，主要涉及碎屑沉积，且具体类属是河流相，呈现成套化构成。对岩性进行仔细分析，发现其中有多种不同类型杂砂岩、灰黑色粉砂岩等。

五道岭组：地质勘察中主要发现于张广才岭，同时还在小兴安岭多地发现，其上部存在着太安屯岩组，且地质年代经过测定显示是中侏罗世，二者间关系呈现不整合覆盖，与此同时，下部岩性构成注释是安山岩、凝灰岩等，其中夹杂着部分的薄层凝灰砾岩，而中上部分则存在着灰白流纹岩，同时还涉及到流纹灰岩，其中还夹杂着部分的泥灰岩和粉砂岩，另外，既往研究中（南善润和郭胜哲，1992）从该处地层中还发现了大量安加拉植物化石遗存。

三、中生界

三叠纪地层本在研究范围中存在的情况很少，举例来说有：杨木岗组；而侏罗纪-白垩纪地层普遍分布在小兴安岭以及张广才岭区域范围中，出现的地点主要集中于花岗岩以及地层，呈现的接触关系多为不整合，形式集中是火山-沉积建造，举例如下：

杨木岗组：南善润和郭胜哲（1992）通过研究对这一时代归类，具体是晚石炭世。指出此区域中存在较多的安加拉型植物化石，与此同时较为广泛的分布在唐家屯组上方，尚志地区是其一大较为集中的岩层出露区域。对岩性进行分析，具体有细砂岩、板岩、凝灰砂岩、板岩，此外还有片理化安山岩、砾岩等均较为常见类型。中侏罗世地层太安屯组在此之上进行了覆盖，且两者呈现的接触关系为不整合。郝文丽等（2014）选取杨木岗组粉砂质泥岩为研究对象，展开了碎屑锆石年代学的相关探讨，结果表明其具备226 Ma沉积下限，和上覆太安屯组中火山岩进行比较，发现后者形成时代为189±1 Ma，最终明确这一地质层是在晚三叠世-早侏罗世之间形成的，时间范围在226–189 Ma之间。

太安屯组：分布地区主要集中在了伊春-延寿范围中，形成时代是中侏罗世，在底部主要是中酸性凝灰质角砾岩以及酸性熔岩质砾岩，而上部同底部存在着一定的差异，具体是凝灰岩夹钙质粉砂岩、凝灰砂砾岩、流纹岩和英安岩（黑龙江省地质矿产局，1993，1997）。

宁远村组：分布地区主要集中在了小兴安岭-张广才岭范围中，形成时代是晚侏罗世。具备的岩性详细有：石英砂岩且呈黄褐色、粉砂质板岩、流纹质凝灰岩夹酸性晶屑凝灰熔岩、流纹岩夹凝灰质砂岩等（黑龙江省地质矿产局，1993，1997）。

友好组：在伊春地区有着较多分布，形成时代设定为晚侏罗世。是在太安屯组上方加以覆盖的，且呈现角度不整合。不同部分的岩性存在一定的差异，上部为凝灰质粉砂岩、粗面安山岩、流纹岩夹砂岩为灰白色等，下部是角闪安山岩、安山质晶屑凝灰岩、安山质凝灰角砾岩，此外还有部分是玄武安山岩、玄武岩（黑龙江省地质矿产局，1993，1997）。综合以上研究，可以得出张广才岭地区出露的主要地层有新元古界，中生代泥盆系、二叠系。

新元古界：区内主要出露张广才岭群，张广才岭群系黑龙江省区域地质志（1993）所建，分布于张广才岭东坡，北东至近南北向展布，构成张广才岭裂陷槽主体.属陆缘裂陷槽沉积，岩群自下而上厘定为正沟组、红光组、新兴组。

a.正沟组：出露于海林县东风林场—展光林场一带，主要岩性为变质安山质凝灰岩、片理化流纹岩、变质流纹质凝灰熔岩、千枚状板岩、绢云绿泥板岩、石墨大理岩等，原岩建造属双峰式火山岩建造、细碎屑岩建造、碳酸盐岩建造。

b.红光组：出露于海林县红光经营所，桦木桥林场—西沟林场—陈家亮子一带，面积较大，主要岩性为片理化变质安山玄武岩、安山质凝灰岩、绿帘阳起片岩、绢云千枚岩、变质流纹岩、斜长角闪岩、斜长角闪片岩. 原岩建造属双峰式火山岩建造及细碎屑岩建造

c.新兴组：主要分布在海林县新兴林场西山至红光林场闹枝沟一带，变质岩组合为板岩—千枚岩—二云片岩组合.主要岩性为二云片岩、角岩化砂岩、变质粉砂岩、变质石英砂岩、千枚岩、板岩、长英角岩. 原岩建造属细碎屑岩建造。

泥盆系：包括福兴屯组、宏川组和黑龙宫组，岩性为砂砾岩、角砾岩、砂岩、凝灰质砂岩，灰黑色板岩、结晶灰岩等。

二叠系：包括下二叠统青龙屯组、中二叠统土门岭组和上二叠统红山组，红山组主要为一套灰黑色粉砂质板岩、粉砂岩及灰绿色变质细砂岩，属于一套细碎屑岩,与下伏土门岭组呈平行不整合接触；青龙屯组为一套中基性火山岩系，岩性为安山质凝灰熔岩；研究区内主要出露土门岭组，分布于海林县横道河子及二浪河林场等地，呈北北东向展布，岩性为一套砂板岩夹灰岩的陆源沉积。

石炭系：主要出露上石炭统杨木岗组，岩性为灰黑色板岩、细粒砂岩、凝灰质砂岩及砾岩夹凝灰熔岩的组合，产植物化石。

　　图2.3 黑龙江东部前中生代地层单元分布图

　　1.麻山群；2.兴东群；3.东风山群；4.黑龙江群；5.张广才岭群；6.古生界；7.中生界；8.花岗岩；9.断裂

第三章 磷灰石裂变径迹热年代学

第一节 测年原理

原子核会随着放射性同位素U, Th的裂变产生两个子体，且在原子数与质量方面均呈现出了显著的差异，同时进行了能量的释放，为裂变子体进行动能的提供。两者其都有着较为强劲的正电，并在库伦力作用向，两者处于相互排斥状态并向着反向进行高速运动，同时会在运动轨迹中出现损伤痕迹，且是狭长的，这主要是因为运动中需要进行介质穿越。这一损伤痕迹也就是裂变径迹(fission track, FT )。运用特定试剂实施化学蚀刻，并将裂变径迹放置于光学显微镜下加以细致观察予以统计。温度将对裂变径迹产生直接影响，温度在上升的过程中裂变径迹将出现退火现象，具体表现是：长度减少，且密度下降。

裂变径迹测年法是通过裂变径迹来进行年限测试的，主要依据是时间推移下，存在于矿物样品内的自发径迹会持续累积。针对发生的U238自发裂变反应，倘若掌握了其铀含量与裂变常数，这也意味着可以推算样品裂变径迹年龄。

裂变径迹测年法是一外探测器法(Hurford,1982;Green, 1983 )，通常是建立在ζ因子校正展开的。白云母片是外探测器进行探测过程中的一大选择偏好，进而完成矿物颗粒自发径迹密度ρs测试，代入以下公式中，同时ρi是指云母片与矿物颗粒紧贴记录U238的诱发径迹密度，同作代入处理。

式中：t为裂变径迹年龄；λD为裂变径迹衰变常数，1.55125×10－10/a；ρD为标准玻璃中诱发裂变径迹密度；ζ为自发衰变常数；ρs为自发径迹密度，ρi为诱发径迹密度

LA-ICPMS法是一种新兴的裂变径迹定年方法，在最近几年得到了快速的发展(Donelick et al.,2005 )。此方法无需进行热中子辐照，在便捷性、安全性以及快捷性方面有着表现更为优异，此外还可以有效规避因为人为因素导致的误差出现。对矿物颗粒运用这一方法进行检测，获知其表面自发径迹密度与含量是直接利用显微镜进行观察。再运用LA-ICPMS法完成磷灰石矿物颗粒Th含量与U含量的测试，以此来获知其裂变径迹表观年龄，以下是具体的计算公式：

式中：λd为自然界中U238的总衰变常数，通常取1.55125×10－10/a；ε为校正系数(由标样求得)；ρs为自发径迹密度

第二节 样品采集

此次从八宝罗斯岭隆起地区进行磷灰石样品的采集，总计采集12件样品。磷灰石的单矿物挑选时挑选了4件具有代表性的样品。为了能够挑选出足够的磷灰石矿物样品，选择在最高峰地区开展采样工作，每件样品采集5~10kg。一般在沉积岩、火成岩中会赋存相对多的磷灰石，所以此次采集的主要是沉积岩、火成岩样品。在样品采集时对Garmin GPS定位系统进行了实践应用。对样品高程信息、取样位置等做具体记录，表3.1是具体的样品点位。

表3.1磷灰石裂变径迹样品点位表

第三节 样品测试实验过程

本文在进行磷灰石样品进行裂变径迹测年时使用的方法是LA-ICPMS法，主要实验测试操作有：挑样，制片，打磨抛光，蚀刻，径迹统计等，需要在吉林大学裂变径迹实验室对上述实验过程进行操作。在中国地震局地质研究所开始具体的元素含量测试活动。对磷灰石样品中U，Pb，Ca，Si元素含量进行精准测量。

1）在野外对新鲜的长英质岩石进行采集，对采集的长英质岩石进行液压、破碎等操作，使得颗粒破碎到200目以下；

2）重矿物挑选时对水墨摇床进行利用，对湿样做晾干处理；

3）在进行磁铁矿等磁性矿物选择时使用的是磁选仪；

4）利用三嗅甲烷(CHBr3, p=2.84)纯化重矿物进行重液分选，利用二碘甲烷(CH2I2, p=3.32)对磷灰石、锆石做分离处理，分离后处于上部和下部的分别是磷灰石和锆石；

5）利用双目镜分别挑选500粒磷灰石颗粒和锆石颗粒。

制片：

1）以5 ：1的比例将环氧树脂、硬化剂调制成调胶，在磨砂过的盖玻片上轻涂一层；

2）在盖玻片上均匀的铺设磷灰石颗粒，在113℃下烘干，然后涂第二层继续烘干，在靶的表面进行颗粒镶嵌。

打磨抛光：

样品靶粗磨使用的砂纸分别是1200目、2400目；利用磨抛机进行样品研磨和抛光处理时使用的磨盘是12μm、9μm、3μm、1μm，同时需要对抛光液加以利用。对酒精、超声波清洗机进行利用，将样品表面的杂物清除。蚀刻：

配置5.5mol/L的HNO3蚀刻液，放置在21 ℃的恒温水箱，水浴加热蚀刻液。2）样品在蚀刻液中浸入20s后，取出洗净，当有着较多样品数量时需要对蚀刻液做及时更换处理，一般蚀刻2~3个样品需要100ml蚀刻液。

径迹统计：

对镜下颗粒分布进行图片拍摄，标记径迹密度的颗粒，制作成靶。利用吉林大学裂变径迹实验室AUTOSCAN系统，放大1000倍，对磷灰石的封闭径迹长度、自发迹密度、对应的Dpar值等进行记录。火成岩样品中统计颗粒一般不少于30粒，沉积岩样品一般不少于40粒。

第四节 测试结果分析

本文利用LA-ICPMS裂变径迹方法对八宝罗斯岭地区具有一定代表性的12个磷灰石样品进行裂变径迹测年。受到数据等多方面因素的影响，最后分析了留下的5个样品，具体见表3.2。图3.1是磷灰石年龄的测试结果图，在数据处理过程中对IsoplotR软件进行利用。

表3.2磷灰石裂变径迹分析结果表

Nd：测试颗粒数；ρs：自发径迹密度；Ns：自发径迹条数；P（χ2）：自由度为（n-1）时χ2的概率；L：平均封闭径迹长度

　　图3.1 八宝罗斯岭地区磷灰石裂变径迹年龄测试结果图

　　续图3.1 八宝罗斯岭地区磷灰石裂变径迹年龄测试结果图

　　对Galbraith的卡方分析检验法进行利用，当P(

)大于5%，通过卡方检验，有着单一的物源，样品颗粒的年龄组段一致，样品的测试年龄选用的是池年龄；P（

）小于5%，没有通过卡方检验，样品颗粒的年龄组段较为多样，样品的测试年龄选用的是中心年龄。在此次样品测试过程中，没有样品通过卡方检验，样品的中心年龄分别为54.45±8.83Ma，81.39±9.27Ma，97.4±11.5Ma，85.71±4.93Ma。

另外，经观察可知，所有样品的磷灰石单颗粒年龄直方图都呈单峰式分布。另外，从野外地质情况看，所有样品均未受到后期变质作用的影响。综上所述，磷灰石样品未受到后期热异常的干扰，能真实地反映它们所在构造期的隆升剥露过程。

第四章 隆升剥露过程与机制

第一节 磷灰石热演化史模拟

裂变径迹分析的基本特征之一就是，基础数据如径迹长度等一方面可以对样品对封闭温度时间进行表示，另一方面可以对样品的温度历史进行记录(周祖翼，2014)。以桦南隆起地区具备的基本地质特征为依据，对样品的裂变径迹年龄进行测算(图4.1)，可以利用封闭径迹长度、Dpar值等模拟样品低温热演化史。可以对正演模型、反演模型进行利用，联合磷灰石的裂变长度分布、裂变轨迹年龄等实现磷灰石的时间—温度演化史的构建(Ketcham, 2005; Gallagher, 2012)。磷灰石的化学成分、温度、晶体结构等会对磷灰石裂变径迹退火行为产生影响(Green et al., 1986; Carlson et al., 1999; Barbarand et al., 2003)，在此次研究中对C轴夹角、裂变径迹数、裂变径迹长度等相关数据进行测量，在此基础上反演模拟热历史(Ketcham, 2014)。

本文在反演八宝罗斯岭地区热演化史时对HeFTy软件进行了实践应用，具体见图4.1，总计对4件典型样品进行了反演操作。模拟时使用的退火模型是Multi-kinetic退火模型，热动力学参数、初始径迹长度估值、长度拟合最优方程、，模拟方法分别是用Dpar值，Lo=0.283+15.63×Dpar(Carlson et al.,1999)，Kolmogorov-Smirnov Test蒙特卡罗(Monte Carlo)逼近法(Ketcham,2014)。磷灰石裂变径迹退火带主要保持在60%-110%，一般初始高温段设置为100-130℃，现今地表温度设置为5-25℃。通过HeFTy软件进行检验值拟合处理，年龄检验、封闭径迹长度检验分别被称为GOF检验、K-S检验，当检验结果在0.05以上时，表明得到的反演结果较好，反演结果是可接受的。以时间—温度曲线为依据可以获得“最佳拟合曲线”。

表4.1磷灰石样品Hefty软件热史模拟结果

HeFTy软件会依据反演曲线的检验值进行拟合，其中的GOF和KS检验值用于查验数据是否符合某种分布，代表实测值和模拟值的接近程度，曲线越契合封闭径迹长度直方图，两种值就会越大，最大可达到1。一般的，当二者均大于0.05时表示所模拟的结果可接受；当二者均大于0.5时，表示模拟结果较理想。（赵云，2020）。从图中可以看出，所有样品的KS检验和GOF值均大于0.9，说明所有样品的模拟结果都是较理想的，可信度较高。

　　图4.1 八宝罗斯岭地区热演化史模拟结果

　　图4.1 八宝罗斯岭地区热演化史模拟结果

　　上图是磷灰石裂变径迹温度一时间模拟图，其中紫色区域、绿色区域、黑色曲线分别代表的是

模拟区间，可接受的模拟区间，最佳模拟曲线；下图:径迹长度分布图

样品KA58B1的中心年龄、径迹长度、Dpar值分别是49.9±2.3Ma，9.73±2.22μm，2.46μm。对148条封闭径迹进行热历史模拟，结果发现样品在100-70Ma之间发生快速隆升，由120℃冷却至48℃；之后为温度迅速升高（70-7Ma），温度由48℃升至87℃；在7-0Ma期间再次发生隆升，抬升至地表温度再次急速降低至今。因此，样品总体呈现出2次快速隆升，时间为100-70Ma和7-0Ma，一次快速沉降，时间为70-7Ma。

样品KA58C1的中心年龄为85.8±4.2Ma，径迹长度为11.24±2.04μm，Dpar值为1.81μm。通过对122条封闭径迹的热历史模拟可以发现样品在105Ma进入部分退火带后便开始快速冷却，由120℃冷却至56℃；之后在70-20Ma温度上升，由56℃升降至76℃；在20-0Ma期间温度再次冷却至今。总体上看，样品经历2次快速隆升，时间为105-70Ma和20-0Ma，一次迅速沉降，时间为70-20Ma。

样品KA58D1的中心年龄为86.0±6.9Ma，径迹长度、Dpar值分别为10.42±1.72μm，1.81μm。对122条封闭径迹进行热历史模拟，发现样品在130-72Ma期间温度快速降低，由105℃冷却至50℃；72Ma到20Ma期间温度上升，由50℃升至75℃；在20-0Ma期间温度显著降低。样品的一次迅速沉降时间是72-20Ma，一次隆升时间130-72Ma，一次隆升时间20-0Ma。

样品KA58F1的中心年龄为86.9±5.3Ma，径迹长度为10.86±1.99μm，Dpar值为2.09μm。通过对其149条封闭径迹的热历史模拟结果可知样品在147-72Ma期间温度降低，由111℃冷却至53℃；之后温度迅速升高（72-20Ma），温度由55℃升至77℃；在20-0Ma期间温度迅速降低。整体来看样品分别经历了时间为147-72Ma 、20-0Ma的2次隆升，一次沉降过程，时间为72-20Ma。

第二节 隆升剥露过程及其机制

样品裂变径迹年龄和温度—时间最佳拟合曲线如图4.2所示，由曲线可知，张广才岭地区大致经历了2次构造隆升事件和一次沉降事件。除样品KA53C2外，其余样品第一次构造隆升时间均为150~70Ma左右，样品从110℃快速冷却到50℃左右，冷却速率约为0.75℃/Ma；第二次构造隆升时间为20-0Ma，样品从80℃左右隆升到20℃左右，历时20Ma，隆升速率为3℃/Ma，分析隆升速率和冷却幅度可以发现20Ma的构造隆升最强，记录的样品这一时期的隆升，具有全区一致性。

　　图4.2样品裂变径迹年龄和温度-时间最佳拟合曲线

　　张广才岭第1期隆升发生在晚白垩世时期（90-70Ma），这一时期由于伊泽纳琦板块由NNW向转N向不断以低角度的姿态加速俯冲，使中国东北遭受区域性挤压，所以整个张广才岭研究区呈隆起状态。

张广才岭地区第一次沉降时间发生在晚白垩世末期—中新世中期（70-20Ma），沉降原因是因为这个阶段太平洋板块的俯冲角度会有所增加，以中等角度进行俯冲，在此影响下导致岩石圈减薄、出现地幔对流和大规模裂陷现象。强烈的伸展活动造成周边地块下沉，地壳受其牵引拉张而发生裂陷作用，直到渐新世（36-23Ma），太平洋板块以逆时针旋转的方向对欧亚板块进行俯冲，从WN向NN方向转变，致使佳伊断裂和敦密断裂产生左旋走滑运动，全区整体构造应力由伸展作用转变为挤压作用。

张广才岭最后1期隆升发生在20—0Ma，样品从75℃左右隆升到20℃左右，历时20Ma，隆升速率为2.75℃/Ma，根据冷却幅度和隆升速率来判断，20Ma以来的构造隆升更为强烈，并且所有样品均记录有这一时期的隆升，具有全区一致性。20Ma-10Ma期间，太平洋板块运动速率由70mm/a增加到100mm/a，造成日本海弧后扩张及弧后盆地的形成，由此对中国东部产生西向的挤压力；太平洋板块运动10Ma后速率会有显著提高。中国东部所受的弧后扩张挤压力进一步增大，这可能是造成张广才岭地区第二次隆升的原因。

一般来说造成山体隆升的原因可以有多种，目前一般认为有四种模式，分别由不同动力作用造成，（1）挤压模式（2）伸展模式（3）走滑模式（4）复合模式（徐华，2013）。分析多样化的构造样式，可以发现断裂带的动力学演变规律是：走滑—伸展—挤压—伸展—挤压，并且大部分时候都存在走滑作用。

　　图4.3 太平洋板块的运动速率

　　印度－欧亚板块间的碰撞、太平洋－欧亚板块间的俯冲、日本海弧后扩张作用等对中东大陆的形成与演变产生了深远影响。其中最重要的一大影响因素就是太平洋板块的俯冲。从早白垩世至晚白垩世郯庐断裂带周边区域开始出现扩张方向的转变，逐步呈现顺时针发展的趋势。古太平洋板块运动在这段时间内的变化规律高度一致。通过线下分析可以发现，古太平洋板块的俯冲会对华北克拉通东部晚中生代的动力学演化产生深远影响。

郯庐断裂作为中国东部最大的断裂带，在华南陆块、华北克拉通二者在中三叠世时期发生碰撞时正式产生，之后在太平洋板块俯冲的影响下开始发生构造活动。郯庐断裂带在平面上整体呈NE-NNE向展布，可分为北段、中段和南段，北段过沈阳后有两条分支，一条是佳木斯—伊通（以下简称佳伊）断裂，另一条为敦化—密山（以下简称敦密）断裂。郯庐断裂带南北两段白垩纪活动存在差异，南段主要对韧性剪切带进行发育，北段不发育。北站的大型逆冲断层出现了明显发育现象。（徐嘉炜等，1992）。

自白垩纪开始，郯庐断裂的运动期次可划分为以下几个阶段：

早白垩世早期（143Ma）：郯庐断裂发生第二期左旋走滑运动，这是太平洋伊泽纳琦板块朝NNW向高速斜向俯冲的而造成区域挤压的结果，可能代表了中国东部构造格局转换的开始，正因为这次大规模的走滑运动导致郯庐断裂中南段向北延伸而扩展进入东北地区。（王勇生等，2006；朱光,牛漫兰等，2005）

早中白垩世期间（103Ma）：郯庐断裂带发生第三期左旋走滑运动，这一时期佳伊断裂和敦密断裂也受其影响发生大规模走滑运动。此时伊泽纳琦板块向NNW向的运动再次加速，由NNW转向N，并由低角度俯冲替代高角度俯冲，使中国东北再次遭受区域性挤压

晚白垩世期间，伊泽纳琦板块转为斜向俯冲，区域性走滑作用减弱，郯庐断裂带渐变为弱伸展运动，（孙晓猛等，2006）认为，佳伊断裂周边出现的泉头组、登娄库组沉积现象表明佳伊断裂在这段时间没有对两侧沉积以及断裂带内部进行有效控制，整体没有出现具体的活动现象。

晚白垩世末期，一些大型逆冲断层系、断层相关褶皱和“逆地堑”的存在加上东北地区发生的嫩江运动揭示了在晚白垩世末期郯庐断裂带遭受到强烈的右旋走滑—挤压作用（刘茂强等，1993；王小凤等，2000），此时太平洋板块与欧亚板块间的俯冲速率增大，俯冲角度减小，太平洋板块向西北方向出发，对欧亚板块产生挤压，形成应力，使得整个中国东部都受到挤压应力的影响，在此影响下使得我国东部出现了不整合面的现象。这期强烈挤压事件可能受控于伊泽纳琦板块和太平洋板块间的洋脊俯冲、地体拼贴和俯冲带受阻后退等过程（葛荣峰，2010），在这一阶段，佳伊断裂和敦密断裂是右旋走滑、伸展双重机制控制的产物（Willis et al，2009;）

新生代初期（65-53Ma），太平洋板块到俯冲角度发生改变，以中等角度俯冲。这种俯冲角度会导致出现岩石圈减薄拆沉和地幔对流现象，最终可能会出现大规模裂隙的情况。这是我国东部早期出现一系列断线盆地的直接原因，强烈的伸展活动造成周边地块下沉，地壳受其牵引拉张而发生裂陷作用，伊泽纳琦板块此时受到俯冲的影响最终在欧亚板块正式消失，太平洋板块向欧亚板块俯冲时，俯冲速率大幅降低，发生俯冲后撤， 55—45Ma期间印度板块向欧亚板块发生强烈碰撞和楔入，这一行为可能导致中国东部北东或北北东方向的断裂右行张扭走滑，使整个东北处于一个统一的右行走滑机制下。

始新世中—渐新世末（45-23Ma），太平洋板块以逆时针旋转的方向欧亚板块俯冲，最终导致由北北西向北西西方向转变。太平洋板块开始东向后撤，伸展作用减弱。佳-伊断裂带、敦-密断裂带在这段时间内整体呈现出左行会聚型走滑现象，在张广才岭研究区这一二者的共同作用范围内产生由南至北的挤压应力场。

渐新世末期以后（23Ma左右），太平洋板块的运动速率下降，出现弧后拉张作用，菲律宾板块向欧亚板块快速挤压使得我国东部大陆出现左旋压扭应力场，区域应力场发生明显转变，由张扭转变为压扭（唐大卿等，2010）。此期间为盆地反转期，包括松辽盆地在内，张广才岭地区连同周遭的盆地受此压扭力的影响发生反转，地层被抬升并广泛遭受剥蚀。

新近纪以来, 郯庐断裂带反转成逆冲构造带, 呈现为多期次的挤压活动, 局部兼有右行平移。10Ma左右，太平洋板块运动速率由80mm/a增加到100mm/a，弧后扩张现象停止，对东北地区的西向挤压力进一步增强，造就了如今张广才岭地区的构造格局。（朱光，2004）

结 论

本文在综合前人地质调查成果的基础上，利用野外采集的张广才岭西南部八宝罗斯岭地区的岩石样品，对热历史模拟法、磷灰石裂变径迹测年法等进行利用，探究了张广才岭中生代以来的隆升剥露过程，得到以下主要结论：

张广才岭地区的磷灰石裂变径迹年龄区间处于90-50Ma之间，主要为晚白垩世时期的样品。通过磷灰石裂变径迹反演曲线可知，研究区在中生代以来存在两期隆升过程，时间分别为120-70Ma，20-0Ma；一期沉降过程，时间为70-20Ma。

通过对郯庐断裂带和太平洋板块的运动情况分析得出，张广才岭研究区第一期隆升是早中白垩世期间郯庐断裂发生第三期左旋走滑运动的同时，太平洋板块低角度俯冲导致的；70-20Ma的沉降是晚白垩时期伊泽纳琦板块逆时针旋转，转为斜向俯冲导致的；20Ma以来的隆升是由于太平洋板块的加速运动导致弧后扩张现象的出现，最终出现挤压力形成的。​​​​​​​

张广才岭西南八宝罗斯岭地区隆升剥露研究史

价格 ¥9.90 发布时间 2022年11月23日

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