袁萬明:探尋古老地球的秘密
發表時間 2019-02-18 14:19 來源 本站原創

  ——記中國地質大學(北京)袁萬明教授科研成果

  編者按:“雁過留聲,水過留痕”,放射性元素的裂變也一樣,會留下其“行徑”和“痕跡”,這就是近年來在地質年代測定和地質-資源-環境等研究領域廣泛運用的裂變徑跡技術。中國地質大學(北京)袁萬明教授學術思想活躍,善于開拓創新,率先開展裂變徑跡方法學及其在地球科學多領域的應用研究,完成了大量研究工作,取得系列重要成果,引領和促進了國內相關研究導向和應用發展。

  袁萬明教授是個低調少語的人,但談起他的專業卻是洋洋灑灑、濤濤不絕,聽著他低沉的話語,我們也感受著他的人格之美。本文只介紹了袁萬明教授的研究成果,他的研究仍在路上,必將在科學前沿繼續前行和探索揭秘。

  專家簡介:袁萬明,男,1956年生,籍貫河北,中國地質大學(北京)教授,博士研究生導師。1977年全國恢復高考制度后于河北地質學院(現河北地質大學)本科學習,1982年畢業留校任教至1997年;1986-1989年于中國地質大學(武漢)獲碩士學位,巖石學專業;1994-1997年于中國地質大學(北京)獲博士學位,巖石-礦物-礦床專業;繼之在中國科學院高能物理研究所從事博士后研究工作,研究方向為裂變徑跡及其地質應用,并留所工作,2006年調入中國地質大學(北京)工作至今。承擔和完成40余項科研項目,其中負責完成國家自然科學基金項目5項,參加國家自然科學基金重點項目2項,參加國家自然科學基金項目多項,參加國家國家重點基礎研究項目(“973”項目)4項,國家攻關項目1項,負責完成中國科學院創新項目和院長基金項目各1項,作為負責人之一承擔中國科學院重要方向性項目1項,完成省部級地質研究與找礦靶區預測項目8項,完成企業找礦靶區與遠景預測項目7項。在國內外學術期刊發表論文百余篇,學術會議論文50余篇,其中SCI論文40余篇。獲國家發明專利2項,并獲多項科技獎勵。《中國大百科全書》和《中國地質大辭典》詞匯提供者。多次訪問外國著名大學和實驗室,并多次接待外賓來訪。學術任職:國際熱年代學委員會(The International Standing Committee of Thermochronology) 常務委員;國際核徑跡與放射測量(The International Nuclear Tracks and Radiation Measurements)委員會委員;中國核物理學會固體核徑跡專業委員會副主任;中國地質學會同位素專業委員會委員;中國地理學會紅層與丹霞地貌專業委員會委員。同時,屬教育部學位與研究生教育評估專家,科技部國家科技專家,國家自然科學基金委項目評審專家。

  積極開拓,成果創新

  形象地說,裂變徑跡法是一種反映時間與溫度連續變化關系的熱年代學和地質溫度計。裂變徑跡的一個重要特性是對熱事件特別靈敏,除了足夠強的熱事件外,其它因素(包括化學環境)幾乎不影響裂變徑跡的穩定性。這些特點與其他定年方法和地質溫度計相比十分獨特,以致在地質、資源、環境、地理、災害等領域具有不可替代的重要作用。由于裂變徑跡法在地質、資源、環境、地理、災害等領域具有廣泛運用,近年來逐漸受到中外廣大科研工作者的關注。長期以來,袁萬明教授在研究中積極開拓,銳意進取,取得了一系列領先于國際水平的創新成果。早在九十年代,袁萬明項目組在組建和改進實驗室基礎上,對磷灰石、鋯石、榍石、石榴石、電氣石、石英、歪長石、單斜輝石、黑耀巖等樣品進行裂變徑跡實驗研究,并吸納消化國際上已有相關成果,不斷改進技術,獲得這些礦物的裂變徑跡最佳蝕刻條件。同時,探討確立了礦物裂變徑跡長度測量標準。

  鋯石高U含量所致輻射損傷以及晶體各向異性對長度的影響,使得鋯石退火模型復雜。項目組研究發現,鋯石徑跡各向異性對長度的影響并不大,蝕刻溫度對于徑跡長度的影響最大,關鍵在于蝕刻速度與溫度之間呈指數關系,溫度過高容易導致蝕刻過程難以控制,發生所有晶粒過蝕刻現象;溫度過低則蝕刻時間較長,并可能導致輻射損傷的恢復。為此,袁萬明教授項目組提出鋯石蝕刻最佳標準,即以Dpar=1 μm為蝕刻標準,要求Dpar>1 μm 和Dpar

  通過反復實驗,袁萬明項目組獲得了電氣石的兩種蝕刻條件,即40%的HF在35℃下蝕刻30 min或KOH溶液在220 ℃下蝕刻20 min后,便可觀察到平行C軸晶面上的裂變徑跡。對福建漳州晶洞花崗巖內石榴石研究,選擇50 mol/l NaOH溶液 150 ℃下蝕刻,獲得裂變徑跡年齡73.4 Ma,自發和誘發徑跡長度分別為11.5 μm和11.0 μm,證實該石榴石系漳州花崗巖定位之后形成,徑跡長度較短指示巖體形成后經歷快速冷卻,從而較好地解釋了巖體的成生演化,是國內較早的研究成果。



第五屆中國地球科學聯合學術年會(2018CGU, 北京)作重點報告

  袁萬明教授項目組建立細致的實驗參數和實驗程序,這在裂變徑跡研究早期尤為重要和不易。相對而言,磷灰石裂變徑跡實驗較為簡捷,故僅以鋯石為例。鋯石裂變徑跡定年標準化刻度研究表明,用標準鈾玻璃測中子注量,其偏差比用鈷活化箔測中子注量小,但兩種定年結果都有正的系統偏差, 所得年齡值偏大;利用磷灰石、鋯石和榍石多種年齡標準樣品和標準鈾玻璃進行多次刻度,獲得3種標準礦物Zeta常數,使得定年結果準確可靠。

  由于當時尚無公開的應用軟件,所以自己不得不編譯計算機程序,用于相關計算和地質模擬,提高了地質熱演化歷史分析的定量水平,并開始應用于實際科研工作,隨后于1998年正式發表相關學術論文。經過努力創新和科研攻關,袁萬明帶領項目組完成了相關礦物裂變徑跡分析的標準化程序,實驗數據得到國內外專家認可,率先建立了與國際接軌的裂變徑跡實驗方法和具體操作程序,并應邀參與國際裂變徑跡測試標準的制定,成為國內開展裂變徑跡研究早、聲譽高的實驗室,也是多年來國內不同專業系統、不同科研生產單位、眾多科技人員,裂變徑跡測試數據絕對占優的實驗提供者,得到廣泛認可與贊譽。袁萬明項目組在國內外不同學術期刊和學術會議發表大量學術研究論文,其本身亦為社會提供可觀的裂變徑跡研究成果和實驗數據。

  界定成礦時代與成礦期國際領先

  成礦時代的確定,至今依然是國內外地學界的難題之一。之所以難以解決,在于常規同位素定年方法有其局限性,即要求所測樣品同位素屬于封閉體系。然而野外礦床的形成與就位均受不同構造的控制,并經歷各種蝕變作用、礦化作用和構造疊加改造,從而可能發生化學元素或同位素的帶入與帶出,以致使得同位素定年失真。熱液成礦作用是漫長的多階段過程,即使獲得個別較為理想的同位素年齡值,也是成礦作用的“點”年齡,而通常所說的成礦期顯然是指“時間段”。裂變徑跡的成生主要受溫度控制,所以可以有效地揭示地質熱事件的時代特性。鑒于裂變徑跡的這種獨特優勢,將之應用于熱液成礦作用研究,嘗試定量確定成礦期次和成礦時代,于1998年申請獲得中國博士后科學基金項目“盆地熱史及熱液成礦時代的裂變徑跡研究”和中國科學院核分析技術開放實驗室項目“東昆侖金礦床成礦時代的裂變徑跡法研究”,1999年參加973項目“西藏岡底斯帶成礦背景與遠景評估”專題“岡底斯帶構造演化與成礦時代的裂變徑跡研究”,并取得較好效果,為解決這一國際前緣難題提供了新途經。據當時中國科學院圖書館查新結果,在國際上未發現同類研究成果。不同礦物具有不同的裂變徑跡封閉溫度。裂變徑跡分析常用礦物的封閉溫度為磷灰石100℃,鋯石250℃,石榴石270℃,榍石340℃。熱液成礦溫度超過某礦物的封閉溫度與否,直接影響該礦物中原有裂變徑跡的退火特證。袁萬明教授認為綜合對同一礦區內封閉溫度不同的礦物進行裂變徑跡分析,便可揭示不同熱狀態下的年齡。多年來在眾多礦區完成大量相關研究工作,應用裂變徑跡方法發揮了重要作用,不僅發展完善了裂變徑跡方法學,而且切實解決了以往難以解決的問題。在此,展示幾個開創性工作的具體實例。



在德國奎德林堡與英國倫敦大學Trony Hurford教授合影(2018)

  新疆土屋-延東大型銅礦區成礦時代以往看法不僅不同,而且均認為屬于海西期。袁萬明教授項目組應用鋯石裂變徑跡分析,識別出3個成礦期,即289-276 Ma,232-200 Ma和165-158 Ma,表明印支期和燕山期成礦作用的存在;與之相對應,磷灰石裂變徑跡年齡為140-132 Ma,109-97 Ma和64 Ma,反映了成礦后100 ℃左右的時代。3個成礦期從250℃降至100℃的持續時間分別為146 Ma、108 Ma和100 Ma左右,具有從早到晚持續時間變小的趨勢。裂變徑跡模擬結果表明,研究區具有3階段地質熱歷史,其中在白堊紀期間較為穩定,白堊紀之前以及20 Ma之后均較快冷卻隆升。中生代成礦作用識別,此前未見報道,故引起學界的高度重視和首肯。

  裂變徑跡法研究拉薩地塊南緣娘古處、洞嘎和甲馬等金銅礦區成礦時代結果表明,全區主要有3個成礦期,分別為30-40 Ma、16-28 Ma和11-14 Ma,與區域控礦構造活動相符。東昆侖五龍溝金礦區鋯石裂變徑跡分析新識別出4個成礦期,即235–216 Ma, 197–181 Ma, 162和124 Ma,前兩期幾近交疊,以第2期為主。4期成礦作用分別反映羌塘地塊碰撞,碰撞后增生造山,羌塘地塊與昆侖地塊碰撞以及西大灘斷裂帶韌性變形作用。

  東昆侖哈日扎礦區第Ⅳ成礦帶系由產狀240º∠45º和160º∠47º兩個分支礦帶構成。礦帶內蝕變巖和礦石樣品的鋯石裂變徑跡年齡變化于120−204 Ma,并明顯呈現3個集中年齡204 Ma、153−168 Ma 和120 Ma。多個樣品獲得石英脈流體包裹體均一溫度110−400 ℃,均值為244 ℃,屬中低溫型。鋯石裂變徑跡的封閉溫度為250 ℃, 100 Ma量級地質時代的鋯石退火帶溫度為140−300 ℃,故鋯石裂變徑跡年齡代表成礦時代,3個年齡組是區內3 期成礦作用的體現。根據年齡分布,識別出東分支礦帶240º∠45º成礦時間早于160º∠47º西分支帶。3 期成礦事件同時是區域構造活動的較好體現。河北下營坊金礦區成礦溫度為:早期礦化370-290 ℃,主要成礦期230-170 ℃,成礦晚期150-80 ℃。石英一絹云母化帶鋯石和磷灰石裂變徑跡年齡分別為154 Ma和103 Ma。由于鋯石和磷灰石裂變徑跡封閉溫度分別為250 ℃和100 ℃,所以裂變徑跡年齡是主要成礦時代的體現,表明成礦時間待續約51 Ma。

  吉林夾皮溝金礦帶多年來對成礦時代的認識眾說紛紜,差異較大,成礦時代不清制約成礦機制的認識。袁萬明教授在對各個礦區地表和礦垌細致地質工作基礎上,經礦區大量鋯石裂變徑跡研究揭示,區內存在與成礦作用相關的214-190 Ma, 170–153 Ma, 138–120 Ma和106–88 Ma等4個期次,較好地厘清了區內的礦化歷程。西伯利亞-蒙古地塊與華北克拉通在晚三疊世-早侏羅世的碰撞,導致蒙古-鄂霍次克海關閉,同時誘發燕山期成礦作用。區內晚燕山期構造-巖漿-成礦事件主要受太平洋板塊俯沖的控制。成礦過程與俯沖太平洋板塊漂移方向的變化同步,俯沖角度多次偏轉造成華北地臺東部強烈的巖漿與成礦活動。



2015年在美國亞利桑那州野外地質工作

  應IntechOpen出版社Ali I. Al-Juboury教授邀請,為《Contributions to Mineralization》專輯撰寫《Mineralization: Evidence from Fission Track Thermochronology》一章(DOI: 10.5772/intechopen.72277),約3萬字,2018年8月份正式出版后至年底的近5個月內,便超過200次的下載量,其中68%來自美國學者,并得到較好贊譽。

  率先確定構造活動時限

  國內外現有構造活動時代的定年方法仍不夠完善理想,構造年代學至今依然是國際前沿課題。裂變徑跡年齡反映的是熱事件時代,當然包括構造時代。不同來源、不同成因的同種礦物,只要經過同一熱事件作用全退火后,均具有相同的裂變徑跡年齡,而放射性同位素年齡則多是礦物或巖石的形成時代,不同來源、不同成因的同種礦物具有不同的時代。起初裂變徑跡方法主要應用于石油地質研究,袁萬明教授在國內率先介入構造作用研究,并于1999年獲得中科院院長基金項目“東昆侖中生代深大斷裂帶構造活動的裂變徑跡研究”,2001年獲得國家自然科學基金項目“東昆侖深大斷裂帶構造活動的裂變徑跡制約”,繼之取得系列重要成果,認為裂變徑跡技術必將成為一種較理想的構造活動時間與時限的研究方法,列舉幾例如下:

  受印度板塊與亞洲板塊發生陸-陸碰撞作用的影響,岡底斯帶主要經歷兩期構造活動,其中南岡底斯帶約為37-19 Ma和16-8.0 Ma,中岡底斯帶約為48-5.3 Ma和5.3-0 Ma,其特點是早期未發生明顯的差異隆升,晚期為快速抬升期,這是于2001年便獲得的重要結論,并非學界曾經認為的那樣,印度板塊與亞洲板塊碰撞后便導致隆升。磷灰石裂變徑跡最大年齡48 Ma應是印度板塊與亞洲板塊發生陸一陸碰撞的初始時間。早期構造活動沒有造成明顯的抬升,與地塊內部的調整吸收有關,當這種調整作用達到極限時便出現晚期的差異抬升。

  雅魯藏布江斷裂帶和查拉-甲錯-日多斷裂帶是調節吸收印度板塊與亞洲板塊碰撞的兩條重要斷裂帶。中岡底斯帶快速抬升的起止時間均滯后于南岡底斯帶,南岡底斯帶的抬升速率(70m/Ma)比中岡底斯帶(180m/Ma)低,這顯然與中岡底斯帶距印度板塊較遠以及查拉-甲錯-日多斷裂帶對應力的吸收有關。西藏岡底斯帶南木林地區磷灰石裂變徑跡分析結果為100 Ma, 51 Ma, 30 Ma, 9.6-7.1 Ma, 5.9-4.9 Ma 5個年齡組。前三組年齡分別與區內碰撞前、同碰撞和碰撞后構造環境有關,后二組年齡記錄陸內快速隆升作用。

  在拉薩至浪卡子南北向約70 km長的剖面,獲得磷灰石裂變徑跡年齡為37-14 Ma,代表雅魯藏布江俯沖帶發生陸-陸碰撞的時代。裂變徑跡年齡-樣品高程關系圖表明,區內存在2個構造演化期,恰好以雅江帶為分界,早期北側岡底斯地塊37-20 Ma,構造熱事件沒有造成差異抬升;晚期喜馬拉雅地塊20-14 Ma,發生快速差異抬升的逆沖活動,伴隨快速冷卻,垂直位移量達1020 m,總計約2.9 km的垂直厚度被剝蝕。兩個演化趨勢的交點位于約20Ma和3640m處,袁萬明教授項目組將這個交點解釋為快速逆沖抬升始于14 Ma。顯然,雅江帶南側實際隆升起始時間早于北側,與印度板塊自南向北的碰撞應力有關。



2015年在美國科羅拉多礦山鉆孔巖芯觀察與取樣

  東昆侖山東段都蘭-布青山近南北向剖面中,所獲百余件磷灰石裂變徑跡年齡變化于130 Ma-25 Ma之間,均低于其巖石形成年齡,系構造熱事件改造的結果。總體可分為130-112 Ma,105-87 Ma,80-51 Ma,46-25 Ma 4個年齡組,前兩個組分別記錄早白堊世岡底斯地體向北俯沖碰撞匯聚和晚白堊世東昆侖地塊快速抬升及阿爾金斷裂帶的走滑隆升;第3組是印度-亞歐板塊碰撞前的構造活動,包括林子宗火山作用和高原南部新特提斯洋最終閉合;第4組是印度-亞歐板塊碰撞后陸內抬升剝露、最終導致紅河斷裂強烈活動。不同構造帶的磷灰石裂變徑跡年齡隨離開昆南或昆中深大斷裂帶距離而增大,證實昆南和昆中斷裂帶對區域演化的控制作用;同時,還受傾向與二條深大斷裂帶相反、走向近EW和近NW向次級斷裂帶的制約,綜合結果是一幅復雜而有序的圖景,是東昆侖陸內演化的新證據。昆南斷裂帶兩側樣品年齡與高程的關系截然不同,佐證昆南斷裂帶應是華南板塊與華北板塊的縫合帶。

  率先模擬地質熱演化歷史

  應用裂變徑跡方法模擬地質熱演化歷史是一項新技術方法。袁萬明教授項目組早期自編計算機模擬程序,較早地研究和取得模擬地質熱歷史的成果。

  岡底斯南帶南木林地區熱歷史模擬顯示,自印度-亞洲大陸強烈碰撞以來,28 Ma之前為穩定期,28-6 Ma期間緩慢冷卻,冷卻速率為1.36 ℃/My,6-0 Ma快速冷卻與隆升,冷卻速率為11.3-16.7 ℃/My,隆升速率為0.85-0.99 mm/a,總計隆升幅度達5100~5940 m,這是本區冷卻隆升的主要時期。可見,拉薩地塊28-6 Ma開始緩慢隆升,但快速隆升發生于6 Ma晚更新世以來。

  岡底斯地塊尼木地區磷灰石裂變徑跡年齡為6.8-9.7 Ma,這與區內9-5 Ma的碰撞后事件相一致,代表主要的隆升剝露期,是區內發生快速沉積事件的記錄。反演模擬揭示具有3階段熱熱演化歷史,大于12 Ma處于相對穩定階段;8-4 Ma 快速冷卻,由110 ℃降至15 ℃;之后進入地表演化階段。第1 階段屬于碰撞后伸展環境;第2 階段是本區主要的隆升期,是區內快速沉積和黃土高原風成土堆積期,其平均隆升速率為1.41 mm/a,累計隆升量達5940 m。新發現在于提出區內快速隆升主要發生于6 Ma以來,并獲得上新世構造活動的定量年齡數據。上述多種手段研究結果一致表明,岡底斯地塊的快速隆升造山始于8-6 Ma,遠晚于印度板塊與亞歐板塊的碰撞時間。



2009年在我國三江地區從事野外地質工作

  東昆侖整體上經歷了2階段熱歷史,①在20-12 Ma之前,主要處于~80-120℃的深處;②20-12 Ma后快速冷卻到現今地表溫度,其冷卻速率和隆升速率分別為3.2-5.8 ℃/Ma和0.09-0.17 mm/a,總計剝蝕厚度~1.7 km。不過,每個階段又可進一步細分,其中昆北帶、昆中帶和昆南帶兩個熱演化階段轉折時間為20-10 Ma,19-13Ma和15 Ma,自北向南最早轉折時間變小,亦與動力或熱源來自印度板塊的向北俯沖有關。新發現是東昆侖造山帶真正快速隆升始于20-12 Ma,不同地段有所不同,取決于陸內碰撞時間。

  率先揭示礦床的保存變化問題

  礦床學的完整研究內容除礦床特征、成因和形成環境外,還應注重礦床形成之后的保存與變化,但以往幾乎被忽略。袁萬明教授率先基于裂變徑跡技術開展此項研究,并于2012年獲得國家自然科學基金的資助。在多個礦區展開研究,探討成礦期次、構造活動期次以及二者間的成生聯系,查明研究區帶內成礦期間與成礦后礦床保存變化的隆升剝露條件,定量給出各個礦區、不同區段和主要礦床的隆升速率、抬升幅度和剝露量,揭示成礦期間與成礦后礦床保存變化的規律性和演化歷史,預測不同礦區、不同地段隱伏礦床可能的產出深度,給出礦床可能已經被剝蝕殆盡的區段或地段。同時,總結出研究礦床保存變化的熱年代學具體方法步驟和技術路線,得到同行的贊譽,促進了我國的同類研究工作。

  例如吉林夾皮溝本區金礦礦床保存變化研究,磷灰石裂變徑跡年齡可分為3組:128-111 Ma,86-64 Ma和48-29 Ma。磷灰石樣品取得較好的模擬結果,共同特征是均在160-85 Ma和28-0 Ma期間發生快速冷卻事件,并且在85-28 Ma時處于熱歷史平穩期,期間溫度無明顯變化。通過熱歷史模擬結果及相應公式計算出160-85 Ma,85-28 Ma和28-0 Ma 3個階段的平均冷卻速率分別為1.91 ℃/Ma,0和1.50 ℃/Ma,3個階段對應的平均剝露厚度分別為2.90,0和1.17 km。求出平均剝露厚度,研究區立山礦區和下戲臺礦區平均剝露厚度均為4.07 km,參照立山礦區和下戲臺礦區成礦深度分別為4.4-7.5 km和2.8-4.6 km,可知立山礦區礦體尚未遭受大規模剝露,保存狀態較好,向深部勘探的潛力較大;下戲臺礦體已有部分遭受剝蝕,但下部仍有保存,對深部找礦遠景預測可能差于立山礦區,但目前出露礦體下部可能有第2富集段或側列礦體,礦體在270 m中段向下還有一定的延深。



2013年與英國倫敦大學Andy Carter教授在東昆侖開展野外工作

  率先應用裂變徑跡年代學恢復地形地貌

  裂變徑跡技術方法即可反映地質熱事件時代,亦可反映區域地質體的加熱與冷卻過程,亦即地質體的抬升與剝蝕過程。裂變徑跡方法此前應用于古地形研究尚屬罕見。袁萬明教授項目組主要應用裂變徑跡技術手段恢復古地形,還原演化歷史,具體包括方法步驟為裂變徑跡模擬熱演化過程,結合地溫梯度計算相應的隆升與剝蝕,然后再考慮均衡作用、氣候、構造等影響因素,恢復古地形;選擇符合實際的理論公式,進行定量計算。袁萬明教授于2009年得到國家自然科學基金資助“新疆阿爾泰造山帶中段古地形恢復”,并對青藏高原不同構造帶、黃山國家地質公園等多個區帶,開展專門研究,獲得了不同階段隆升過程和剝蝕程度的定量信息,較好地揭示出地形地貌的演化特征。同時亦為學界同行提供了可以借鑒的研究方法。

  阿爾泰南部古地形恢復:裂變徑跡年齡變化于99-44 Ma之間,較為清晰地顯示3個活動階段:99 Ma, 81- 65 Ma和57-44 Ma,中值分別為100 Ma,75 Ma和50 Ma。年齡分組說明不是連續整體的冷卻剝露,采自不同部位樣品的裂變徑跡年齡是區內構造隆升剝蝕作用的體現。研究區白堊紀以來經歷了多期冷卻剝露,早白堊世至晚白堊世晚期(約120-75 Ma),剝露速率為0.044 mm/a;晚白堊世晚期至始新世(75-70~50 Ma),剝露速率為0.070 mm/a。中新世以來(20-15 Ma~現今),剝露速率為0.081 mm/a。研究區自白堊紀(120 Ma)至今,平均剝露幅度達約5 km,而古地形海拔降低約0.8 km。白堊世以來古地形海拔在50-18 Ma期間保持不變,其他階段均有降低的趨勢,最終繪制古地形恢復圖。早白堊世構造抬升與蒙古-鄂霍茨克海最后階段的閉合以及西伯利亞板塊和中朝-蒙古板塊的最終收斂和碰撞有關;晚白堊世至新生代早期的冷卻隆升事件,源于拉薩地塊、Kohistan-Dras島弧增生的遠距離影響;中新世阿爾泰地區快速隆升,可能與印度板塊與歐亞板塊碰撞的遠程效應有關。

  安徽黃山山體隆升剝露:首次應用裂變徑跡技術研究黃山景區的隆升和剝蝕作用。磷灰石裂變徑跡年齡56 Ma,45-30 Ma和15 Ma 與區內85-50 Ma, 45-30 Ma和24-5 Ma形成多級古剝蝕面的構造隆升剝蝕作用有關聯。景區具有3 階段熱演化歷史,即以80 Ma和13Ma為分界,第1,2,3 階段冷卻速率分別為2.69,0.62 和4.23℃/My;隆升速率分別為0.08, 0.02和0.12 mm/a; 隆升幅度分別為1.14, 1.57 和4.00 km。區內隆升幅度有4個量級,即4060-3950 m, 3760-3490 m, 3190-3070 m和2650 m,說明本區差異隆升的特點。隆升速率與年齡負相關,與隆升幅度正相關。地表隆升幅度變化于450-2230 m之間。地表隆升幅度與現今地表高程成正比, 高山處地表隆升大,低谷處地表隆升小。不同臺地的剝蝕量不同,現今1800 m,1400 m和500 m夷平面相對應的剝蝕厚度分別為1770 m,2170 m和3070 m。不過,相對于磷灰石裂變徑跡平均年齡38 Ma,則平均剝蝕量為2340 m。若將平均剝蝕量2340 m與平均隆升量3400 m 綜合考慮,兩者相差1060 m,恰好相當于研究區現在的平均高程。

  東昆侖作為青藏高原重要組成部分,近東西向構造十分醒目,所以,長期以來對區內構造-巖漿-成礦作用的認識頗受東西向斷裂帶的局限。然而,袁萬明教授項目組在東昆侖新發現多條北東向構造-斑巖-成礦帶,這些斑巖帶之間相互近于平行,北東向構造控制明顯。空間上斑巖體在昆中構造帶數量多,昆北構造帶次之,昆南構造帶較少;東昆侖東段分布最多,其次為西段的祁漫塔格地區,東昆侖中段斑巖型礦床鮮有報道。北東向構造-斑巖-成礦帶的識別與確認,是東昆侖斑巖與成礦研究的新發現,為今后構造-斑巖-成礦研究拓展了新思路,對區內構造活動、巖漿作用、地質演化與成礦預測等,意義深遠。

  綜合多種技術手段,找礦預測取得突破

  多年來在青海省東昆侖地區、甘肅省格爾珂(大水)金礦區、膠東三山島-新立-倉上礦集區、吉林夾皮溝金礦田、山西東腰莊金礦區、新疆阿爾泰-哈密多個礦區以及河北省太行山、承德等多個礦區,開展后備資源的研究預測,成功預測大量找礦靶區和成礦遠景區,布置大量探礦鉆孔,獲得找礦突破,得到相關單位和管理部門的稱贊。例如近年來在青海東昆侖山哈日扎多金屬礦區及其外圍,新識別出規模較大的成礦帶10余條,預測找礦靶區15處,找礦遠景區6處,布置鉆孔孔位21個,大部分均已成功得到驗證,取得很好探礦效果,增加金屬儲量顯著,繼之哈日扎-哈隴休瑪研究區被青海省政府列為省級重點探礦區。甘肅省格爾珂(大水)金礦區在袁萬明教授2002年負責承擔找礦研究項目之前,僅有兩年保有儲量,項目執行后查明成礦規律并提交系列找礦靶區和成礦遠景區后,隨繼實現找礦突破,進而達到超大型找礦規模,并獲得多項大獎。作為膠東三山島-新立-倉上礦集區找礦項目主要參加人,帶領多名研究生踏遍3個礦區的地下探礦與采礦垌,理順諸多地質問題,揭示成礦控礦因素,不僅在平面方向,而且重點向深部作出系列找礦預測,成為三山島-新立-倉上礦集區達到世界級超大型金礦的歷史性轉折。

  國內外罕有人涉足的α反沖徑跡新技術取得新進展

  礦物內裂變徑跡形成的同時,亦有反沖徑跡形成。α反沖徑跡作為裂變徑跡的同伴,由于其可以測定數百年年齡而有著廣泛的研究與應用前景。實驗室需研究確定α反沖徑跡的相關特性和參數,逐步成熟后方可走向實際應用。

  常溫下4% HF蝕刻,α反沖徑跡的數目在初始階段隨著蝕刻時間的延長而線性增加。隨著徑跡半徑的增加,徑跡之間相互重疊,最后使得無法在光學顯微鏡下分辨單個徑跡。若將蝕刻時間-面密度作圖所得蝕刻直線的斜率被破壞,蝕刻曲線最后變成一個起伏的“坪”狀。這可能與金云母中U、Th含量的高度不一致有關,所以定年時所用U、Th含量必須和觀測區域有一一對應關系,否則會引入較大的定年誤差。通過反復實驗,證實金云母在蝕刻時間小于200min時,能有比較好的線性關系。因此,為今后同類研究提供了最為有效的蝕刻時段,即蝕刻時間小于200min。

  經改進實驗技術,克服了金云母U、Th含量不均的影響,不僅得到了有效的退火率,而且得到退火活化能大約在1.05ev左右。明確同一溫度下隨著退火時間的增加,退火率逐漸升高。特別值得指出的是,新發現α反沖徑跡退火溫度為26℃-37℃,平均為33℃,這是定年方法學核心內容,從而將樣品的受熱歷史延伸到一個更低的溫度范圍,可為近地表構造演化、低溫地質熱事件、第四紀與地理、乃至考古研究,提供新方法。

  袁萬明教授在研究裂變徑跡新方法的同時,用以解決地質多領域的新問題和疑難問題,提供了新的研究思路和技術手段,促進了學科發展。展望未來,他將繼續努力,開拓創新,帶領團隊在研究中必將更進一步,取得更多新成果。

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