业渝光 邬象隆 刁少波 蒋炳南 郑显华 董砚如
（地质矿产部海洋沉积开放研究实验室） （中国新星石油公司西北石油地质局）
提要 用K-Ar测年技术确定了塔里木盆地库车河剖面上二叠统二次侵入岩的形成年龄为227.6+3.34Ma，还使用ESR技术测试了侵入岩和烧变岩中石英氧空位的相对浓度。根据库车河二次侵入岩的K-Ar年龄，石英氧空位的相对浓度和剂量率，估算出上三叠统塔里齐克组烧变岩的形成年龄为3.26±0.3Ma，中侏罗统克孜努尔组烧变岩的形成年龄为2.33±0.2Ma。此外，还讨论了烧变岩形成年龄的可靠性问题。
关键词 烧变岩 石英 形成年龄
库车河地区是塔里木盆地北部中、新生代地层出露最齐全的地区，尤以库车河地质剖面最具代表性，是第30届国际地质大会的一条野外旅行路线（No.T112）。在库车河地质剖面的二叠系和侏罗系明显可见煤层线，上部的煤层由于自燃，形成了颇为壮观的赭红色烧变岩景观。研究烧变岩的形成年龄，对于了解该地区的古气候和古地理情况是十分有益的，可惜目前未见到这方面的报道。1996年9月我们沿库车—独山子公路对库车河地质剖面进行系统野外采样时，特地采取了三叠系和侏罗系的烧变岩样品，用ESR方法确定了烧变岩的形成年龄，讨论有关问题。
1 样品
三叠系烧变岩位于库车—独山子公路距库车县112km的东风煤矿附近，在第30届国际地质大会T112野外旅行路线参观景点4和5之间，在公路旁的砂岩剖面上采取新鲜样品，在地层上应属塔里奇克组。中侏罗统烧变岩位于库车河东岸，我们在原天河化工厂后院的山脚下，采集到由山上滚下来的砂岩巨块中的新鲜样品，在地层上应属克孜勒努尔组，这两块烧变岩的样品皆为赭红色。
在库车—独山子公路距库车县120km的T112野外旅行路线的参观点1，我们就在公路旁还采集到两个侵入岩样品，一次侵入岩颜色为青灰色，经薄片鉴定为破碎花岗斑岩；二次侵入岩紧紧包在一次侵入岩上，颜色为棕红色，薄片鉴定为花岗长斑岩。
2 实验和结果
将4块原始样品取出部分粉碎过160目筛，用激光测铀仪、比色法和原子吸收技术测试样品中的U、Th、K2O含量，以计算环境剂量的贡献。
将两块侵入岩样品取出一部分做K-Ar测年，其余部分同两块烧变岩一起分别粉碎，留取40～130目部分。留取的部分用6MHCl浸泡过夜以除去碳酸盐；冲洗干净后，加入H2O2除去有机物；然后在浓HF酸中浸泡60min左右，蚀去石英颗粒的表面，使a的贡献减少到最低限度，冲洗至中性，在40℃烘干；最后用磁选机去掉任何磁性矿物。精选的样品用XRD技术确定石英的含量，以便ESR信号强度的归一。
精选的样品在430℃加热30min以退除石英中的E′心，然后用60Co进行γ射线的人工辐射，辐照剂量为3.3kGy。辐照后的样品按文献[2]的方法进行热活化，用BRUKER公司的ECS-106型ESR谱仪（具高灵敏4103TM腔）测试石英的E′心浓度以代替氧空位的相对浓度，测试样品的重量为350mg。ESR谱的测试条件：室温，X波段，磁场扫描范围348±2.5mT，微波功率0.01mW，调制幅度0.1mT，转换时间5.12ms(1024点），时间常数40.96ms，连续测试3次。
样品的典型ESR谱仪见图1，各项测试参数见表1。
表1 样品及有关参数 Table1 Samples and the relative parameter
＊ 在增益0.5×105和100%石英基础上的归一值；
＊* K-Ar法测试的年龄。
图1 样品的典型ESR波谱图 Fig.1 Typical ESR spectrum of sample
a—烧变岩；b—侵入岩
a—burned metamorphic rock;b—intrusive rock
由图1可看出烧变岩的E′心信号比侵入岩的信号小得多，这说明烧变岩石的形成年龄比侵入岩的年龄小得多。
由表1可看出第一次侵入岩石英氧空位的ESR信号强度仅是第二次侵入岩石英氧空位ESR信号强度的1/3，这不是正常情况。可能是，在一、二次侵入岩间有可观测到的断层出现，断层间的摩擦发热而使第一次侵入岩部分退火。这样看来现在测的第一次侵入岩的石英氧空位浓度没有反映出初始情况。
根据第二次侵入岩石英氧空位的ESR信号强度、年龄和剂量率d，我们计算出每kGy产生的ESR信号强度为23.59，即23.59/kGy。再根据两个烧变岩的石英氧空位的ESR信号强度和剂量率d分别求出上三叠统烧变岩和中侏罗统烧变岩的形成年龄为3.26Ma和2.37Ma，也列入表1。
在计算年龄时我们没有考虑到宇宙射线的贡献，因为库车—独山子国防公路是近20a开通的，我们的取样地点大都在公路旁，这20a来的宇宙射线贡献可忽略不计。
3 烧变岩形成年龄的可靠性
1989年，美国迈阿密大学的Odom和Rind在美国《地质》杂志上首次报道了花岗岩中石英的过氧基（peroxy radical）和E′心的ESR信号强度和样品同位素年龄正相关。铀和钍的天然同位素和它们的许多短寿命子体，是通过发射a粒子而衰变的。这种高能的a粒子发射将一部分可观的反冲能传递给所生成的核，这样在晶体周围就会引起损伤。他们认为这些花岗岩中石英晶体a反冲是产生这些心的原因，从而提出石英中的过氧基和E′心的ESR信号强度可作为一种地质计时计。在这篇文献中他们还指出，在整个地质时期里石英的氧空位也在自然聚积，比较稳定，然而没能提出测试氧空位的办法。Odom的文章发表后，反响很大，被认为是石英ESR测年的突破，著名的ESR专家Grün在著名的《自然》杂志上撰文对此给予很高的评价，并认为用石英做样品使用ESR技术可以探测整个地球的历史。1992年日本大阪大学的Toyoda等报道了火山岩中石英的氧空位浓度和其放射性同位素年龄正相关，他们采用热活化技术测试石英中的E′心ESR信号强度以代替氧空位相对浓度，这就使实验大大简化，而且更易测准。他们提出天然β和γ射线是在漫长的地质时期使石英氧空位浓度增加的主要原因。根据这种观点，他们把放射性同位素年龄换算成石英所接受的总剂量和石英氧空位相对浓度相关，结果相关系数得到了很好的改善。因此，他们提出火山岩中石英氧空位浓度可以成为一种地质计时计。我们的实验是按照Toyoda提出的热活化技术做的，也赞同他们的观点。
烧变岩石英氧空位的退火情况和侵入岩石英氧空位的退火情况十分相似，只不过侵入岩所带的热量是岩浆的热量，而烧变岩则是由于煤层燃烧而加热的。Toyoda的实验表明石英氧空位在600℃时就可完全退火，无论是岩浆还是煤层燃烧都可以达到这个温度，岩石受至高温作用使其中的石英氧空位完全退火，从而计时回零。现在测试到的石英氧空位的ESR信号是在冷却后受到母体中的U、Th、K2O的电离辐射作用而重新产生的。因此，由侵入岩石英氧空位的ESR信号、年剂量率求取烧变岩的形成年龄在理论上是合理的。
大规模的烧变岩中煤层自燃需要有足够的氧气。库车坳陷位于塔里木陆块北部边缘和天山地槽之间，现有资料表明，它经历多次构造运动，尤其是第三纪末的喜马拉雅运动，强烈的水平挤压力导致天山迅速隆起，水平挤压自北向南波及，形成了天山山前巨大的逆冲褶皱带，以及逆褶皱带内的一系列逆断层和表层构造、深层构造，而且是有成排成带的特点。这充分说明在第三纪末期在现在取样的烧变岩附近有着断裂沟豁，它们成为燃烧所用氧气的通道，提供了充足的氧气。
通过上述讨论，我们认为估计的烧变岩的形成年龄还是可靠的。
4 结束语
库车河烧变岩的形成年龄未见报道过，我们试用ESR技术利用石英氧空位相对浓度估算烧变岩的形成年龄，对研究库车地区喜马拉雅运动以来的古地理和古气候情况还是十分有益的，为库车河的形成发育史也提供了一些年龄证据。从方法学上来说，对前第四纪烧变岩的年龄测试也提供了一个新的途径。
参考文献（略）
（海洋地质与第四地质，1998,18卷，4期，115～119页）