锆石矿物内、外表面裂变径迹定年差异性机制研究

As one of the popular methodology in low-temperature thermochronology, zircon fission-track dating with closure temperature of 240±30℃ has a featured geological application. The previous Zircon fission-track ages are measured at internal surface of the mineral after grinding and polish, however, more and more studies suggest there has age discordant between the internal and external surfaces (crystal surface) of zircon, whether it is resulted by the thermal stability difference of fission-tracks between internal and external surfaces of zircon when it suffers annealing, the further experiments in laboratory are needed. Moreover, there are serious discrepancies for the closure temperature of zircon fission-track system between Field-based studies and laboratory studies, the later proposed much higher zircon fission-track closure temperature, whether and how the ɑ decay damage can cause the differences, it is not fully understood by now. Thus, the annealing experiments will be performed to reveal the mechanism of zircon fission-track age differences between internal and external surfaces, and the Raman spectroscopy is used to detect the distribution of ɑ decay damage in zircon and its relationships to zircon fission-track age.

作为低温定年的重要测试手段之一，锆石裂变径迹具有其独特的封闭温度区间（240±30℃），很好的弥补了(U-Th)/He定年和40Ar/39Ar定年之间的温度空白，在地质应用研究中具有无法取代的作用。以往的锆石裂变径迹定年都是在矿物的内表面（打磨剖光面）上开展，但研究发现，锆石矿物内、外表面上常常获得不同的裂变径迹年龄，产生这种年龄差异的原因很可能是由于径迹在锆石矿物内、外表面抵抗热作用的能力不一致造成，其机制仍需要进一步实验室退火实验研究。此外，对锆石裂变径迹年龄的封闭温度目前认识上仍存在很大分歧，基于实验室退火模型和野外地质样品研究得出的结果往往相差较大，很大一部分原因在于矿物中ɑ衰变损伤对锆石裂变径迹退火行为的影响，目前尚缺乏详细的研究。本研究通过退火实验研究锆石矿物内、外表面裂变径迹定年的差异性机制，同时利用激光拉曼技术探测矿物中ɑ衰变损伤分布，揭示其对锆石裂变径迹年龄的影响作用。

常规的基于人为剖光面（内表面）上开展的锆石裂变径迹测试获得的年龄对应有较独特的封闭温度区间（240±30℃），因而在限定较深层次的岩石或地质体的构造剥露过程研究中具有无法取代的作用。本研究利用高压脉冲破碎仪（SelFrag）破碎岩石样品，筛分清洗，经过磁选和重液分选后挑出晶体形态和晶面完整性保留较好的锆石矿物，对矿物自然结晶面（外表面）和剖光面（内表面）同时开展了大量样品的锆石裂变径迹测年，成功获得了部分样品中锆石矿物的外表面和内表面的裂变径迹年龄，结果显示其外表面裂变径迹年龄要老于内表面年龄；进一步利用云母40Ar/39Ar和锆石(U-Th)/He等多矿物热年代学手段研究发现，锆石矿物内、外表面裂变径迹年龄均介于前二者之间，而外表面裂变径迹年龄在误差范围内更接近白云母40Ar/39Ar年龄，暗示锆石外表面裂变径迹年龄可能具有更高的封闭温度区间。基于锆石裂变径迹测试，同时结合40Ar/39Ar、(U-Th)/He等方法定量化揭示了秦巴山脉关键区段岩石或地质体的构造剥露历史，结果显示在晚古生代早期及印支期构造-热作用之后，秦岭大巴山在燕山期经历了快速的隆升剥露，进一步的研究发现该期构造作用存在150-130 Ma和110-90 Ma的两期峰值，暗示燕山期构造变形具有多幕式特点。此后，在新生代早期至始新世，秦岭腹地岩石冷却剥露速率再次加快，秦岭开始快速隆升成山并初步奠定了现今的地貌格架。