裂变径迹热年代学是基于²³⁸U自发裂变辐射损伤效应的一种定年方法。自发裂变径迹数与矿物的含铀量成正比，与累积的时间亦成正比^[1]。影响裂变径迹稳定性的主要因素为温度，当温度高于矿物的封闭温度时，原有径迹因受热而退火，径迹发生缩短和消失，直至温度冷却到封闭温度，矿物才开始重新记录裂变径迹，同位素“时钟”重新启动。在1～100Ma的地质时间里，磷灰石裂变径迹的封闭温度较低，约为100±20℃，退火带为70～120℃^[1]。这种特性使磷灰石在重塑低温热历史、揭示地壳上部3～5km内数百万年来的隆升构造方面显示出巨大优势，近年来该方法已广泛运用到岩石成岩后的热历史分析及青藏高原的构造隆升研究中^[2-15]。

羌塘地块位于印度板块与欧亚板块碰撞地带的青藏高原腹地，是研究青藏高原隆升的理想地区^[16]。羌塘地块中央隆起地层抬升冷却为班公怒江洋关闭后进一步汇聚挤压过程的记录^[17-19]，深入研究羌塘盆地构造热演化历史对青藏高原整体隆升时限及羌塘盆地油气成藏评价具有重要意义^[16]。改则地区位于羌塘地块南部，其晚白垩世的构造演化受控于新特提斯大洋持续向北的俯冲作用，新生代发育大型逆冲推覆构造系统，由不同方向的逆冲断层、不同时代的构造岩片、不同规模的构造窗和飞来峰及不同类型的褶皱构造组成^[20]，该大型逆冲推覆构造运动与印度大陆向北俯冲存在动力学成因联系^[21-23]。因此，重塑改则地区热演化历史可较好地揭示羌塘地区中—新生代构造隆升过程，并对深入研究班公-怒江带的构造演化、合理评价羌塘盆地西部油气资源潜力具有重要意义^[24]。但目前为止，对于改则地区热历史的研究基本属于空白，本文选择改则地区康托盆地为研究区，以裂变径迹年代学为主要研究手段，对康托盆地中碎屑岩和火山岩进行裂变径迹分析及AFT时间-温度模拟，揭示改则地区中—新生代岩石冷却剥露作用的时空过程，为改则地区大型逆冲推覆构造发育时限和构造热历史演化过程提供新的证据。

1.   地质背景

藏北改则地区位于羌塘地块南部，大地构造位置属班公-怒江缝合带西段(图 1)^{[18, 20, 25-26]}。羌塘地块中生代构造隆升记录了新特提斯大洋持续向北俯冲作用；新生代早期构造隆升导致印度板块向北持续挤压及造山运动的响应^[2]；新生代中晚期整体处于区域性隆升阶段^[27-28]，新近纪—第四纪整体处于剥蚀夷平状态，地壳伸展与走滑构造占据主导地位^[29-35]。

图  1  藏北改则及邻区构造位置

Figure  1.  Tectonic setting of Gerze and its adjacent areas, northern Tibet

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改则地区新生代大型逆冲推覆构造系统主体发育于洞错-改则蛇绿岩带以北地区(图 2)，主要由羌中薄皮推覆构造和南羌塘薄皮推覆构造构成^[20]。羌中逆冲推覆构造主要为石炭系板岩和二叠系白云质灰岩自北向南逆冲推覆与上白垩统与古近系红层之上；南羌塘逆冲推覆构造主要为三叠系—侏罗系海相地层及侏罗系混杂岩自北向南逆冲推覆与古近系红层之上^[20]。沿班公-怒江缝合带发育大规模蛇绿岩带，分布于75～80km范围内，在该范围蛇绿岩带间发育改则地区康托盆地^[36-38]。康托盆地为新特提斯洋闭合后陆陆碰撞造山作用下形成的山间断陷盆地^[39]，盆地以三叠系—侏罗系为基底，主出露地层有白垩系阿布山组(K₂a)、去申拉组(K₁q)，古近系纳丁错组(En)、美苏组(Em)、康托组(Ek)及第四系河流-湖泊相沉积(Q)^{[25, 36-37, 39]}。康托盆地中主要发育2套火山岩(图 2)，盆地西部发育下白垩统去申拉组安山岩(K₁q)，随盆地南侧逆冲断层产出，为侏罗系混杂岩逆冲岩席与红层间的火山岩夹层，覆盖于古近系康托组红层之上；盆地东部发育始新统纳丁错组火山岩(En)，喷发不整合于古近系康托组红层之上。康托盆地北缘，三叠系厚层-巨厚层块状灰黑色灰岩(图版Ⅰ-a、b)自北向南逆冲于古近系红层之上，断层面走向整体以东西向为主，断层倾向向北；康托盆地南缘，侏罗系灰黑色海相灰岩、碎屑岩及混杂岩(图版Ⅰ-c、d)自南向北逆冲于古近系红层之上，断层面走向整体以东西向为主，断层倾向向南。本次研究的磷灰石裂变径迹样品取自盆地西侧的碎屑沉积岩及火山岩，通过磷灰石裂变径迹测试获得研究区中—新生代剥露特征的低温年代学新证据，并对研究区进行中—新生代温度-时间热历史反演，探讨康托盆地中新生代构造演化过程。

图  2  康托盆地构造纲要图(据参考文献[20]修改)

Q—第四系；N—中新统；Ek—古近纪陆相红层；En—古近纪纳丁错组安山岩；Ev—古近纪火山岩；K₂—上白垩统陆相砂砾岩；K₁—下白垩统海相碎屑岩；K₁q—下白垩统去申拉组安山岩；KG—白垩纪花岗岩；Jm—侏罗系混杂岩；T—三叠系砂页岩夹灰岩；P—二叠系白云质灰岩；C—石炭系板岩；JG—侏罗纪花岗岩；Oph—蛇绿岩套。1—逆冲断层；2—背斜、向斜；3—倒转褶皱；4—二叠系白云质灰岩飞来峰与逆冲岩席；5—中生代火山岩，包括侏罗纪火山岩(Jv)与白垩纪火山岩(Kv)；6—新生代火山岩，包括古近纪火山岩(Ev)和中新世火山岩(Nv)；7—蛇绿岩套——超镁铁岩、橄榄岩、辉长岩、枕状熔岩、放射虫硅质岩；8—蛇绿混杂岩：玄武岩、硅质泥岩、灰岩、砂板岩；9—白垩纪花岗岩

Figure  2.  Tectonic outline map of Kangtuo Basin

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  图版Ⅰ 

a、b.三叠系砂页岩逆冲于康托组红层之上；c、d.侏罗系海相灰岩、混杂岩逆冲于康托组红层之上；e.取样位置地层接触关系；f.安山岩样品特征；E—古近系陆相红层；J—侏罗系海相灰岩；T—三叠系砂页岩夹灰岩；K₁q—下白垩统安山岩

  图版Ⅰ. 

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2.   样品采集与测试结果

2.1   样品采集与测试方法

本次选取康托盆地西部下白垩统去申拉组火山岩样品及盆地中碎屑沉积岩，进行系统的磷灰石及锆石裂变径迹分析。样品A-016-1、A-033-1为角闪安山岩，表面风化为紫红色，新鲜面为灰黑色，表面发育节理，岩石具斑晶结构、流纹结构，块状构造，野外见去申拉组火山岩地层自南向北逆冲推覆于康托组红层之上，野外接触关系及火山岩样品特征见图版Ⅰ-e、f；样品A-035-2、A-035-3取自盆地西侧广泛沉积的砂砾岩，表面及新鲜面均为紫红色，砾石成分多为砂岩和灰岩。

将所采的岩石样品粉碎、分选、自然晾干，使粉碎后的颗粒粒径与岩石中矿物粒度适应，先经传统方法粗选后，再利用电磁选、重液选、介电选等手段，对锆石单矿物和磷灰石单矿物进行提纯。将选出的锆石颗粒、磷灰石颗粒置于玻璃片上，用环氧树脂滴固，然后进行研磨和抛光，使矿物内表面露出。磷灰石样片在恒温21℃的5.5 NHNO³溶液中蚀刻20s以揭示自发径迹；锆石样片在210℃下，使用KOH+NaOH高温熔融物蚀刻20～35h，以揭示自发径迹。将低铀白云母片作为探测器，与矿物一并入反应堆接受辐照，然后在25℃、40%的HF中蚀刻20min揭示诱发径迹，中子注量利用CN5铀玻璃标定；矿物的裂变径迹用高精度的光学显微镜在100倍干物镜下进行裂变径迹统计。选择平行c轴的柱面测出自发径迹及诱发径迹密度，水平封闭径迹长度^[40]依据Green^[41]建议的程序测定。根据IUGS推荐的Zeta常数校正法和标准裂变径迹年龄方程^[42]计算年龄值。

2.2   磷灰石裂变径迹结果与分析

依据Green^[43]的技术计算误差，x²检验值用于评价所测单颗粒年龄属于同一分组的概率^[42]。当P(x²) > 5%时，表明所有单颗粒年龄属于同一年龄组，可用其中值代表样品经过高温退火后的抬升冷却年龄，FT年龄采用池年龄；当P(x²) < 5%时，表明混入了其他热事件的年龄，只能近似代表样品被抬升冷却后的最大年龄或物源碎屑的残存年龄。若年龄较分散，基于泊松变异的常规分析则无效^[43]，FT年龄采用中心年龄，中心年龄实质上为权重平均年龄^[44-45]。

4个样品经过矿物挑选、制片、蚀刻、测量等试验过程，最终获得4个磷灰石径迹年龄及其径迹长度、3个锆石裂变径迹年龄，测试结果见表 1。4个磷灰石裂变径迹的P(x²)均远大于5%，因此认为每个样品的年龄都为同组年龄，年龄具有确定的地质热事件意义，即代表最近一次的构造抬升事件。本次获得的4个样品的裂变径迹中心年龄分别为62± 5Ma(A-016-1)、44±3Ma(A-033-1)、77±6Ma(A-035-2)、35±2Ma(A-035-3)，均小于地层年龄，指示晚白垩世—新生代初期研究区经历了构造抬升事件。理想状态下，样品裂变径迹长度为20μm，但是实际情况下，地质体样品的裂变径迹长度都达不到20μm，标准样品裂变径迹长度为16.3μm，这主要是由于地质体受后期退火作用的影响^[40]。研究区裂变径迹样品的径迹长度在11.6±2.0～13.3±1.9μm之间，其长度变化范围较小，表明这些样品均经历了形成之后的温度贯穿PAZ的过程^{[40, 46-47]}。所有样品的磷灰石颗粒数均大于30粒，以上结果均显示测试结果数据质量较好，并结合野外地质情况，所取样品未受后期变质作用影响。所有样品的径迹长度直方图(图 3)均呈单峰式分布，平均长度较长，说明径迹是在矿物最后一次完全退火以来，在没有热干扰的条件下累积形成的，径迹的平均长度较长，体现较小的退火率，指示径迹在部分退火带中滞留的时间较短。样品的径迹特点说明，研究区自晚白垩世以来没有经历复杂的热历史，仅经历了单调冷却抬升的过程。

表  1  磷灰石和锆石裂变径迹分析结果

Table  1.  The analytical results of apatite and zircon fission track

原样号	颗粒数/n	ρs(105/cm2)/Ns	ρi(105/cm2)/Ni	ρd(105/cm2)/N	P(χ2)/%	中心年龄/Ma(±1σ)	峰值年龄/Ma(±1σ)	L(μm)/N(径迹长度
磷灰石
A-016-1	37	1.771	5.894	10.027	99.2	62±5	62±2	12.6±2(105)
A-035-2	36	2.518	6.848	10.248	92.8	77±6	77±6	13.3±1.9(105)
A-033-1	35	4.97	19.009	8.209	69.3	44±3	44±3	12.4±2.1(103)
A-035-3	35	3.353	16.91	8.558	93.3	35±2	35±2	11.6±2.0(99)
原样号	颗粒数/n	ρs(105/cm2)/Ns	ρi(105/cm2)/Ni	ρd(105/cm2)/N	P(χ2)/%	中心年龄/Ma(±1σ)	峰值年龄/Ma(±1σ)
锆石
A-035-2	30	123.17	78.261	11.612	0	83±7	86±4
A-033-1	23	146.082	99.601	11.652	0	77±7	80±4
A-035-3	35	135.808	95.558	11.811	12.8	78±3	79±3

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图  3  康托盆地磷灰石裂变径迹温度-时间模拟图

Figure  3.  Modeled thermal history for samples from Kangtuo Basin

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3.   热历史模拟

裂变径迹模拟软件AFTSoleve时间-温度热历史模拟，依据磷灰石的热退火效应进行模拟^[48-49]，即随着温度的升高，磷灰石经历未退火带—部分退火带—完全退火带的变化过程，在此过程中磷灰石裂变径迹长度逐渐缩短，表观年龄逐渐变小，直到最高古地温发生时磷灰石完全退火，裂变径迹完全消失，表观年龄为零。直至地表抬升，温度冷却到封闭温度，新的裂变径迹逐渐开始形成，同位素时钟亦开始记年^[45]。因此，裂变径迹年龄是构造抬升事件的记录，通过分析裂变径迹长度并结合其表观年龄，可以获得不同热历史之间盆地发展演化的过程。

本次研究基于AFTSolve软件对磷灰石裂变径迹年龄及长度进行温度-时间反演模拟，对每个样品的每次模拟进行10000次计算，每个样品进行多次模拟，得到可接受热历史模拟区间、较好的热历史模拟区间及最佳模拟路径。“K-S检验”值代表径迹长度模拟值与实测值间的吻合程度，“Age-GOF”代表径迹年龄模拟值与实测值的吻合程度。一般认为，当K-S值和Age-GOF值均大于0.5时，模拟结果为好；当两值介于0.05～0.5之间时，模拟结果为可以接受。镜质体反射率为古地温有关的参数，其值大于0.64时，表明模拟结果较好。在进行反演模拟时，根据样品所处地质背景设定模拟的初始条件，本次研究时间设定从晚白垩世(100Ma)盆地开始演化至今，温度设定从羌塘地区现今地表温度20℃，到模拟底界温度200℃，并设定地温梯度为30℃/km。

根据上述约束条件，对研究区4件样品进行了温度-时间热历史反演模拟，每件样品进行了多次模拟，所有样品的K-S值均大于0.4，GOF值均大于0.5，镜质体反射率均大于0.64，并都模拟出最佳模拟路径。因此认为所有样品都具备可接受-好的模拟结果，样品A-033-1具有较好的模拟结果。如图 3所示，绿色区域代表可以接受-好的模拟结果，粉色区域为好的模拟结果，黑色实线为最佳模拟路径；图右为根据模拟情况计算出的径迹长度分布，所有样品均为分布范围较窄的单峰式分布，亦反映研究区晚白垩世以来单调抬升冷却过程及最后一次构造事件影响的结果。

样品A-016-1角闪安山岩的模拟结果较好，其K-S值和GOF值分别为0.45和0.68，总体上经历了3次较明显的降温过程：100～73Ma为较快的抬升冷却过程，在27Ma左右的时间内降温幅度100℃，冷却速率为3.7℃/Ma，隆升速率为0.12mm/a；73～50Ma研究区的温度变化范围较小，地层处于相对平静状态；50～20Ma存在降温冷却过程，但降温幅度小于第一次，在30Ma左右温度降幅20℃，冷却速率为0.5℃/Ma，隆升速率为0.02mm/a；20Ma至今为较快的抬升冷却过程，在20Ma左右的时间内降温幅度约65℃，冷却速度为3.25℃/Ma，隆升速率为0.11mm/a。

样品A-033-1英安岩的模拟结果较好，其K-S值和GOF值分别为0.55和0.68，总体上经历了3次较明显的降温过程：100～63Ma为较快的抬升冷却过程，在37Ma左右的时间内降温幅度约70℃，冷却速率为1.9℃/Ma，隆升速率为0.063mm/a；63～44Ma研究区的温度变化范围较小，地层处于相对平静状态；44～32Ma存在降温冷却过程，但降温幅度小于第一次，12Ma的时间内温度降幅约15℃，冷却速率约为1.25℃/Ma，隆升速率为0.042mm/a；32～20Ma研究区的温度变化范围较小，地层处于相对平静状态；20Ma至今为较快的抬升冷却过程，在20Ma左右的时间内降温幅度约75℃，冷却速度约3.75℃/Ma，隆升速率为0.125mm/a。

样品A-035-2砂砾岩的模拟结果较好，其K-S值和GOF值分别为0.36和0.80，总体上经历了3次较明显的降温过程：100～73Ma阶段存在较快的抬升冷却过程，在27Ma左右的时间内降温幅度115℃，冷却速率为4.26℃/Ma，隆升速率为0.14mm/a；73～52Ma研究区的温度变化范围较小，地层处于相对平静状态；52Ma—现今，发生持续的抬升冷却过程，在52Ma左右的时间内降温幅度约55℃，冷却速度约1.0℃/Ma，隆升速率为0.03mm/a。

样品A-035-3砂砾岩的模拟结果较好，其K-S值和GOF值分别为0.47和0.92，总体上经历了3次较明显的降温过程：100～65Ma阶段存在相对较快的抬升冷却过程，在55Ma左右的时间内降温幅度约80℃，冷却速率约1.46℃/Ma，隆升速率为0.05mm/a；65～47Ma研究区的温度变化范围较小，地层处于相对平静状态；47～30Ma存在降温冷却过程，但降温幅度小于第一次，在17Ma左右温度降幅约25℃，冷却速率为0.9℃/Ma左右，隆升速率为0.03mm/a；30～10Ma研究区的温度变化范围较小，地层处于相对平静状态；10Ma—现今为相对较快的抬升冷却过程，10Ma左右的时间内降温幅度在60℃，冷却速度为6.0℃/Ma左右，隆升速率为0.2mm/a。将以上4件样品的温度-时间最佳模拟路径合并，如图 4显示，4件样品的热历史演化过程总体趋势相同，共同指示了研究区自晚白垩世以来，大致经历了3次降温冷却抬升过程。

图  4  康托盆地各样品裂变径迹最佳温度-时间模拟路径

Figure  4.  The best-fit line of the temperature-time modeling for samples from the Kangtuo Basin

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4.   裂变径迹年龄的地质意义

前人资料表明，白垩纪中晚期新特提斯洋壳沿班公-怒江缝合带俯冲已基本结束，班公-怒江缝合带在白垩纪中期已全面形成^[50-52]。晚白垩世—始新世，新特提斯大洋板块沿雅鲁藏布江缝合带发生持续的俯冲和消减作用，并形成长达千余千米的雅鲁藏布江蛇绿岩混杂岩带及其北侧的冈底斯地块中酸性岩浆岛弧带。有学者指出，羌塘地块南部晚白垩世的构造运动与新特提斯古大洋板块沿雅鲁藏布江缝合带的向北俯冲存在动力学的成因联系，持续的南北向挤压应力使羌塘南部发育多期大型逆冲推覆构造系统^[30]。在改则地区，逆冲推覆构造系统中见三叠系砂页岩自北向南逆冲于上白垩统阿布山组红层之上；阿布山组红层上发育二叠系白云质灰岩飞来峰与逆冲岩席^[20]；羌塘地块南部普遍发育下白垩统去申拉组火山岩等多期大规模岩浆活动。以上地质证据指示，在晚白垩世，改则地区发生了一次构造抬升事件。本文样品取自康托盆地西侧阿布山组火山岩地层沉积碎屑岩地层，获得磷灰石裂变径迹年龄为66～77Ma，锆石裂变径迹年龄为76～83Ma，这些年龄与上述晚白垩世构造抬升事件的时间大致相符。同时，AFT模拟结果显示，研究区第一次降温过程大致发生于65～100Ma(图 4)，其降温速率为1.46～4.26℃/Ma，隆升速率为0.05～0.14mm/a。因此认为，改则地区晚白垩世发生了一次降温幅度、降温速率和隆升速率相对较大的构造抬升事件，该构造事件为新特提斯洋壳沿雅鲁藏布江俯冲作用的响应。

40～45Ma为印度大陆开始与欧亚大陆完成“硬碰撞”时期，从而奠定了青藏高原的基础^[53-54]。前人研究表明，改则地区新生代早期的逆冲推覆构造运动形成时代大致为古近纪中晚期^{[24, 55-57]}，并与印度大陆北向俯冲存在动力学成因联系^{[21-22, 57-58]}。康托盆地北缘见三叠系砂页岩和侏罗系海相灰岩自北向南逆冲于古近纪红层之上；康托盆地南缘侏罗纪海相灰岩、碎屑岩及混杂岩自南向北逆冲于古近纪红层之上；查波错—丁固地区见石炭系斑岩及二叠系白云质灰岩自北向南逆冲于古近系红层之上，以上逆冲断层均指示，在始新世红层形成后，研究区发生了一次区域性的大型逆冲推覆构造，三叠系、石炭系等老地层逆冲推覆于古近系康托组红层之上。本次研究获得的磷灰石裂变径迹年龄33～44Ma与该系列逆冲推覆构造发育时间吻合，同时AFT模拟结果显示，研究区第二次降温过程为30～45Ma，该次抬升过程相对于第一次较缓慢，其降温速率为0.9～1.25℃/Ma，隆升速率为0.03～0.42mm/a。因此有理由认为，改则地区于始新世发生了一次构造抬升事件，该事件为印度大陆的向北俯冲的响应。

新生代中晚期，尽管青藏高原地壳仍然受到印度大陆板块向北俯冲产生的近南北向强烈挤压作用影响，但随着高原隆升高度超过4000～4500km，区域构造环境发生了巨大转变，地壳伸展作用和断裂走滑渐居主导地位^{[24, 59]}，形成很多长达数百至千余千米的区域走滑断裂和大量近南北向的地堑构造，沿班怒带分布多处走滑断层及拉分盆地^{[56, 30]}。改则地区以南由于发育小型拉分盆地而地势降低，导致改则以北地区地势相对升高，温度快速降低直至地表温度，对应于本次研究AFT模拟结果中20M后发生的抬升冷却过程，其隆升速率和降温速率分别为3.25～6.0℃/Ma、0.03～0.2mm/a。

5.   结论

(1) 康托盆地中4个样品的磷灰石裂变径迹年龄分别为62±5M(a A-016-1)、44±3M(a A-033-1)、77±6Ma(A-035-2)和35±2Ma(A-035-3)，指示在晚白垩世—新生代初期，研究区处于构造抬升冷却过程。

(2) AFT温度-时间热历史反演结果显示，晚白垩世(100Ma)至现今，研究区历经3次构造抬升冷却过程：100～65Ma，发生第一次降温冷却过程，结合磷灰石裂变径迹年龄认为，研究区于晚白垩世发生一期逆冲推覆构造，地层快速抬升冷却，该构造事件为新特提斯洋洋壳沿雅鲁藏布江俯冲作用的响应；50～35Ma，发生第二次降温冷却过程，抬升冷却幅度相对第一次较弱，结合裂变径迹年龄及康托盆地南北缘逆冲推覆构造特征，认为研究区始新世中期发生一期逆冲推覆构造，该构造事件与印度大陆的向北俯冲具有成因联系；20Ma—现今，发生第三阶段快速抬升冷却过程，研究区以南由于伸展走滑作用发育拉分盆地，地势降低，使研究区以北的康托盆地地势发生抬升，温度快速降低至现今地表温度。