榍石(U-Th)/He定年技术研究

(U-Th)/He dating has become one of the most important technology of low-temperature thermochronology, with the advantages of less sample consuming, short processing cycle and sensitive to temperature. This method has been used in many geological researches such as revealing later evolutionary stage of orogenic belts and thermal evolution of sedimentary basin, constraining uplift and exhumation process of ore deposit and so on. In our country, the existing (U-Th)/He dating method can constrain temperature range in ＜120℃ and >180℃, lacking the temperature range between 120℃ and 180℃. Titanite are widely distributed in geological bodies, the titanite (U-Th)/He system can record thermal evolution information between 100℃ and 180℃. No titanite (U-Th)/He dating laboratory has been built and no relevant application research has been reported in our country. By configuring hardware and researching on experimental process, this project intends to establish the first titanite (U-Th)/He dating laboratory in China, and reveal the helium diffusion characteristic in different genetic types of titanite and calculating closure temperature. By doing this, the lack of “temperature window” between 120℃ and 180℃ in (U-Th)/He low-temperature thermochronology research can be solved, and the technical system of low-temperature thermochronology in China can be perfected.

(U-Th)/He定年体系具有用样量少、分析周期短、对温度敏感等独特的优势，已经成为低温热年代学（＜300℃）的主要支柱技术之一，广泛应用于造山带后期演化、沉积盆地热演化、矿床抬升剥露过程等研究工作。目前国内已经建成的(U-Th)/He定年方法所能支撑的低温热年代学研究温度段是＜120℃和>180℃，在120℃~180℃这个“温度窗口”存在技术缺失。榍石在地质体中分布广泛，其(U-Th)/He体系能够记载地质体在100℃~180℃热演化信息。国内还没有榍石(U-Th)/He定年实验室，也没有相关应用研究成果报道。本项目拟通过硬件配置及实验流程综合研究，建立我国第一个榍石(U-Th)/He定年实验室，并研究不同成因榍石中He扩散特征及测定封闭温度，解决(U-Th)/He低温热年代学研究在120℃~180℃“温度窗口”的技术缺失问题，从而完善我国的低温热年代学技术体系。

长期以来国际上未能开发出适用榍石(U-Th)/He定年的实验流程，都是套用锆石的化学消解流程，实验过程复杂，操作危险性高，限制了榍石在(U-Th)/He定年研究中的应用。本项目通过仪器调试、硬件配置、实验流程探索等研究工作，建立榍石（U-Th）/He定年方法；开展不同成因榍石中He扩散行为研究，测定榍石He封闭温度；选择典型构造带进行低温热年代学应用示范。研究工作取得如下主要成果：（1）建立了单颗粒榍石(U-Th)/He同位素定年实验流程，包括榍石化学消解和质谱测量实验流程及榍石He同位素含量测量实验流程，并用标准榍石样品验证了实验流程的可靠性。（2）测定了不同成因岩石中榍石的He扩散特征参数及He封闭温度。在10℃/Ma冷却速率下，凝灰岩中榍石He封闭温度为173℃（74μm粒径）和198℃（174μm粒径），石英闪长岩、钾长花岗岩、片麻岩中榍石He封闭温度分别为188℃、195℃、200℃。（3）获得多项(U-Th)/He低温热年代学示范应用研究成果：厘定了中天山阿吾拉勒地区晚古生代－新生代构造热演化过程，证明该地区在晚古生代－新生代经历了三期快速冷却事件，分别发生在310Ma-230Ma、230Ma-150Ma、40Ma至今，最大隆升高度超过5km；填制出1:5万“内蒙古林西县新民屯地区剥蚀深度图(160Ma以来)”；建立了天山西段构造演化模式：晚古生代发生碰撞造山作用—晚二叠世-三叠纪发生山体垮塌和强烈剥露作用—侏罗纪-早白垩世期间缓慢夷平作用—晚白垩世-始新世山脉再活化；研究证明北方造山带东段的大兴安岭南缘地区在晚侏罗世-早白垩世期间发生了显著的抬升冷却事件；热年代学研究表明南天山地区冷却历史呈现出较大的时空差异，多阶段冷却和剥露事件主要是特提斯构造域多块体碰撞远程效应影响所导致。.项目研究成果的科学意义在于有助于解决低温热年代学研究在120℃-180℃“温度窗口”的技术缺失问题，推动低温热年代学研究的发展进步。