电子自旋共振测年中石英氧空位的形成机理研究

The age of fault and fracture has an important significance to the determination of tectonic movement and hydrocarbon accumulation. Electron spin resonance (ESR) dating provides a practical way for such problems. Currently, it is known that, the oxygen vacancies, a kind of lattice defect, increase with geological time under sedimentary radiation and have time indicative, but the mechanism between them are not clear. This project will test the cumulative content of oxygen vacancies by ESR techniques, and take the mechanism of oxygen vacancies concentration increasing over time as the main research goal. By simulating the environmental radiation under geological burial conditions, the formation mechanism of oxygen vacancy can be clearly transformed. By measuring the oxygen vacancy concentration in the known age igneous, sedimentary and volcanic ash, the correlation between the concentration of oxygen vacancies and the quartz age can be established. Through the established model between them, the age of brittle fault and fracture since the Mesozoic around Sichuan basin are dated. This research will explore a possible way of dating brittle fault and fracture before Quaternary, and have important scientific and practical significance in identifying ESR dating scope.

断层和裂缝的年龄对于确定构造运动的时间和油气成藏研究具有重要意义。电子自旋共振（ESR）测年为该问题的解决提供了一条可行途径。石英中的一种晶格缺陷-氧空位在埋藏环境的辐射诱导下产生并随时间不断积累，具有时间指示性，但氧空位累积含量随时间的变化机理尚不明确。本项目拟通过ESR技术测定氧空位的累积含量，重点研究氧空位的形成转化机制及氧空位浓度随时间的变化机理。通过模拟地质埋藏条件的环境辐射明确氧空位的形成转化机制，通过测定已知年龄的火成岩、沉积岩、火山岩的氧空位浓度，建立氧空位浓度与石英年龄的相关关系，明确氧空位浓度随时间的变化机理，根据建立的氧空位浓度-年龄模型对四川盆地周缘中生代以来的脆性断层和裂缝定年。项目的研究将探索利用石英氧空位浓度进行前第四纪脆性断层和裂缝定年的可行方法，对于明确ESR地质测年的应用范围具有一定的理论和实践意义。

ESR是一种利用矿物在地质环境中的累计辐射能进行测年的技术方法，它采用的测年矿物石英广泛分布，并具有记录断层作用良好的计时零点，是同位素测年的重要补充，因此是一种对断层物质、燧石、火山灰和沉积物（水系、风成、冰川）定年的重要方法。ESR信号强度是决定ESR年龄精确度的关键因素，但是各种参数条件对测量结果的影响方式及其程度缺乏系统研究。项目以取自断层带石英的一种顺磁中心——E’心为研究对象，运用单因素重复性实验方法，分析石英ESR定年中5种影响因素与ESR信号强度的相关关系，提出的参数区间及其方法在测量断层泥石英的E’心信号强度时，能显著提高ESR测年精度，对优化ESR测年方法及断层年代研究具有重要意义。ESR尽管多用于第四纪，但石英E ′心在热活化后极大增强的EPR 信号为拓展EPR 的测年范围提供了契机. 然而石英E ′心的热活化条件及形成转化机理存在诸多争议. 项目通过对花岗岩和断层带样品施加人工γ 辐照，并通过步进式的阶梯退火实验，运用电子顺磁共振技术测定了不同辐射条件及温度条件下的石英E ′心信号强度，探讨了石英E ′心的增长和成因机理.为将ESR的测年范围扩展至前第四纪，不同于以往测年过程中采用的小剂量辐照，项目采用大剂量的γ射线辐射，发现石英E’心ESR信号强度随γ辐射持续增长，具备测定前第四纪断层年龄的潜力。项目在四川盆地周缘鄂西冲断带的K2地层、龙门山断裂带的P1地层、大巴山构造带的前寒武系地层中采集断层带样品，通过模拟地质埋藏条件下的环境辐射，用ESR测定的鄂西地区最晚一期的拉张时限为9.17±0.76Ma，龙门山地区在6.14±0.73Ma 有一期明显的向四川盆地的逆冲推覆作用。而大巴山构造带前寒武系地层中断层带样品ESR信号强度饱和，表明南大巴山近10Ma内无强烈的构造活动。这些年龄结果与裂变径迹及区域构造演化历史一致。项目提出的方法拓展了ESR的应用范围，由于ESR采用的测年物质-石英广泛分布而且易于采集，因而为构造地质和石油地质中前第四纪断层年代测定提供了一条可行之路。