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相山矿田形成后，特别在晚新生代以来，处于不断的隆升演变之中，处亚热带气候区，高温多雨，风化较强烈，地表遭受较强烈的侵蚀剥蚀作用。

相山碎斑熔岩岩石相对坚硬，致密，与其围岩如变质岩相比，抗蚀能力较强，因而形成了中央高、四周渐低的正地形地貌，相山主峰海拔1219m，四周海拔200～400m。相山矿田现今地貌以典型的低山侵蚀区为特征，侵蚀区的分布规律清楚地表明相山矿田目前仍处于地表侵蚀阶段。通过统计分析区内地貌面和侵蚀区大体有:山顶面800～1200m，残余侵蚀面(阶状台地)500～600m，主侵蚀区500～200m，现代堆积面100～200m。相山东西、南北两侧存在明显的地貌差异，东侧和南侧坡度大，残余侵蚀面虽然存在但不甚清晰，高度较北侧和西侧相对较低;北侧和西侧则明显的存在500～600m的残余侵蚀面。

但侵蚀作用的起始时间、侵蚀速率及具体的侵蚀量是多少呢?相山矿田碎斑熔岩为火山侵出相岩石，面积较大，单颗粒锆石U－Pb年龄140.3Ma(陈小明等，1999)，其中磷灰石常见，大小0.0n～0.nmm。为此，本次研究以碎斑熔岩为对象，进行矿后隆升剥露的磷灰石裂变径迹分析。

美国学者C.W.Naeser(1979)最早用裂变径迹方法研究构造抬升并重建沉积盆地热历史。近年来，国内的应用研究实例不断增多(岳焕印等，1998;刘树根等，2001;王国烂等，2003;袁万明等，2008;雷永良等，2008;庆建春等，2008)，纪友良等(2006)利用磷灰石裂变径迹法，结合地震速度法、镜质组反射法、声法时差法、地质外推法，推算了渤海湾地区中生界三叠系、侏罗系、白垩系的剥蚀量，恢复了其原始地层厚度;刘武生等(2008)通过对鄂尔多斯盆地磷灰石裂变径迹资料深入分析与反演模拟，得出:晚侏罗世—晚白垩世早期(160～90Ma)盆地具东升西降的特点，东部以约25m/Ma的速率隆升，造成1500～2000m的剥蚀量;晚白垩世末至始新世早期(90～23Ma)，盆地具整体隆升特点，盆地南部和西部隆升幅度达1500～2000m，盆地东部表现为弹性回返，隆升缓慢，幅度＜500m;中新世早期以来(23Ma至今)，全盆快速隆升，周边隆升速率达45～108m/Ma，造成1000～2500m的剥蚀量。

利用磷灰石裂变径迹恢复所研究的地层体经受的古温度状况和构造抬升引起的地层剥蚀量是建立在磷灰石所含的238U自发裂变产生的径变在地质历史时间内受温度作用而发生退火行为这一化学动力学原理基础之上的。依据裂变径迹年龄、裂变径迹平均长度及裂变径迹长度分布特征等参量就可以确定样品所在层位所经历的热史演化过程和温度变化规律，从而求出最大埋深与最小埋深的古地温，最终推算剥蚀厚度。

一、取样及试验

在野外调查包括地形地貌特征、河流阶梯、第四纪分布特征调查基础上，考虑到矿田不同部位隆升的差异性，将分别在相山矿田的东、西、南、北、中进行碎斑熔岩中的磷灰石采样(图4－1)。采样时以地质观察研究为基础，确保样品空间分布的代表性和质量，碎斑熔岩样品的风化程度尽可能一致。

采样后送中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测定磷灰石的辐射后标准玻璃外探测器的径迹密度、矿物中238U的自发裂变径迹密度、矿物中235U诱发裂变径迹密度等参数。

二、分析结果

磷灰石裂变径迹分析样品采自相山碎斑熔岩不同部位和标高，海拔最高的样品(XS－07－13)位于相山峰顶附近，海拔高程1217m，最低的样品(XS－07－12)位于相山西部，与红层盖层毗邻，海拔高程114m。XS－07－11样品位于邹家山矿床范围内，U含量较高。7个样品的磷灰石裂变径迹平均长度(12.04±0.18)～(11.45±0.13)μm，标准差为1.81～1.23μm，中心年龄最大值为(78.7±7.1)Ma，最小为(34.5±4.1)Ma(表4－5)，用高程加权的平均年龄为61.1Ma。

表4－5相山碎斑熔岩裂变径迹数据表

注:磷灰石裂变径迹测试在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室采用外探测器法(Gleadow，1981)完成;样品送中国原子能科学院492反应堆进行辐照;磷灰石蚀刻条件为5.5mol/LHNO3，20℃，20s;外探测器采用低铀含量白云母，蚀刻条件为40%HF，室温，20min;采用美国国家标准局SRM612铀标准玻璃和Zeta常数标准法计算矿物裂变径迹年龄，实验室裂变径迹定年的Zeta常数为352.4±29;径迹统计用OLYMPUS偏光显微镜，在放大1000倍浸油条件下完成。ρd—辐射后标准玻璃外探测器的径迹密度;ρs—矿物中238U的自发裂变径迹密度;ρi—矿物中235U诱发裂变径迹密度;Nd、Ns、Ni—所测的径迹数;Nj—参与长度统计的径迹数;P(x2)—自由度为(n－1)峰值的几率，n为测试颗粒粒数。

裂变径迹年龄为表观年龄，不是该矿物形成的地质年龄。所有样品表观年龄远远小于样品所处的地层(岩体)的实际年龄(140.3Ma)，说明这些样品均经历一次退火作用，反映了碎斑熔岩在61.1Ma以来遭受了不同程度的剥蚀作用。

裂变径迹年龄与样品高程之间具有一定的正相关趋势(图4－16a)，指示研究区经历了比较有规律的构造历史或冷却历史，即61.1Ma之前高程变化不大，现代高程差异是61.1Ma后形成的。

从磷灰石裂变径迹平均长度与长度标准差关系图(图4－16b)可见，总体上，平均径迹长度越大，其标准差有增大的趋势，表明这些样品的构造热历史是大致相似的。但位于相山北部(XS－07－3)和相山南部(XS－07－6)样品径迹长度标准差略大，推测这些样品可能具有相对复杂的构造热历史，样品附近花岗斑岩穿插频繁是影响因素之一。

磷灰石裂变径迹年龄与其平均长度的相关关系也不明显(图4－16c)，反映了78.7～34.5Ma期间未受到明显的退火作用或加热事件。

样品高程与径迹长度有一定相关关系(图4－16d)，高程较高者，平均径迹长度较大，且变化不大，高程较低者，平均径迹长度较小且变大较大，反映了其较为复杂的构造演化及热历史。

图4-16 磷灰石裂变径迹特征散点图

不同样品的径迹平均长度变化较小，为11.45～12.04μm，长度分布直方图(图4－17)具有单峰特征，除XS－07－3和XS－07－6样品直方图略显宽外，其余均较窄，长度标准差介于1.23～1.81μm之间。具有类似长度分布特征的样品，如XS－07－9、XS－07－11、XS－07－12、XS－07－13、XS－07－14样品，它们所经历的地质热历史或冷却史相类似。

图4-17 磷灰石封闭径迹长度分布直方图

三、碎斑熔岩的热历史和隆升过程

通过不同矿物的封闭年龄、封闭温度与地温梯度，根据热年代学方法，能较好地定量分析相山火山－侵入杂岩的热历史和隆升过程。已有充分的实验资料表明，不同矿物的不同记年系统具有不同的封闭温度。如锆石U－Pb法年龄的封闭温度为(700±50)℃(Harrisonetal.，1979)，黑云母的K－Ar法年龄封闭温度为(300±50)℃(Turneretal.，1976)，钾长石的K－Ar法年龄封闭温度为(160±30)℃(Dodson，1973)，磷灰石裂变径迹法记年系统的封闭温度为(100±25)℃(Naeseretal.，1980;Hurfordetal.，1991)。

碎斑熔岩在140.3Ma时(锆石U－Pb年龄)，其温度约700℃，在61.1Ma时(磷灰石裂变径迹年龄)，变为100℃左右，即在140.3～61.1Ma之间，碎斑熔岩的温度下降了600℃，冷却速率达7.6℃/Ma。这是一段快速冷却的时代。

在61.1Ma至现代，温度下降了约75℃，冷却速率为1.2℃/Ma。这是一段较缓慢的冷却时段。

假设古地温梯度与现今华南地壳平均地温梯度相近，约为45℃/km。在利用磷灰石FT年龄计算隆升速率时，采用传统径迹年龄－高程法，即认为不同时期地表高程不变或隆升量与剥蚀量相等(吴珍汉等，2000)。

在61.1Ma时现代地表露出的碎斑熔岩尚处于地下深部约2.2km处。该深度应包括覆盖于碎斑熔岩之上的K2红层厚度和碎斑熔岩顶部厚度之和。在61.1Ma以来，红层不再沉积，地壳开始快速隆升，隆升速率为36m/Ma，即61.1Ma以来相山矿田剥蚀了的平均厚度约2.2km。