自然演化碎屑锆石He封闭温度研究

来源：中国科学地球科学

 (U-Th)/He热年代学是基于氦同位素(He)的扩散行为而发展起来的。热扩散实验证实，锆石和磷灰石等矿物中的He含量与矿物经历的温度密切相关。重庆科技学院蔡长娥担任第一作者、中国石油大学（北京）邱楠生教授担任通讯作者，在《中国科学：地球科学》（Science China Earth Science）发表研究论文，利用不同热背景下渤海湾和塔里木盆地钻孔样品的锆石He年龄与样品埋深的关系，建立了自然演化碎屑锆石He封闭温度的演化模式，获得锆石He封闭温度和部分保留带。

我国塔里木、四川和渤海湾盆地先后钻探多口深井和超深井，井底温度最高达240°C。由于缺乏有效的古温标进行热史恢复，沉积盆地深层较高温度的热历史一直是困扰深部烃源岩演化研究的难题。含油气盆地深层热史恢复的关键是获得可靠的、且能记录热信息的古温标。磷灰石裂变径迹和(U-Th)/He热定年技术只能揭示40~125°C温度范围的精细热历史，锆石(U-Th)/He热定年技术由于具有较高的封闭温度，可以为盆地深层较高温度的热历史恢复提供有效的古温标。前人通过热扩散实验对单一年龄的标准锆石样品进行(U-Th)/He低温热年代学的研究，而热扩散实验都是在高温短时间内完成，实验结果能否推广到相对低温作用且时间漫长的地质过程中值得思考。

该研究将沉积盆地当成一个天然的实验室，在渤海湾和塔里木盆地不同热背景的两口超深钻井采集一系列的自然演化样品。通过测试沉积盆地碎屑锆石低温热年代学参数，建立自然演化碎屑锆石He年龄随样品埋深的演化模式。以锆石He年龄随温度增加而减小的演化趋势线的切线与温度的交点为He封闭温度(Tc)，以锆石He年龄随温度的增加而迅速减小到0的温度区间为锆石He部分保留带(ZHePRZ)。研究确定了沉积盆地自然演化碎屑锆石He封闭温度为200°C，部分保留带为140~200°C（如图）。

沉积盆地碎屑锆石He年龄与温度关系图

这一研究结果高于国际上广泛使用的利用火成岩锆石样品热扩散实验得到He封闭温度(183°C)，从而扩宽了锆石(U-Th)/He热定年技术重建沉积盆地热史的温度适用范围。正确理解锆石He封闭温度，从而为正确解释锆石He年龄包含的地质信息提供理论依据，对盆地深层烃源岩演化及其成烃成藏研究具有指导意义。

该项研究得到了国家自然科学基金项目(No. 41802154、41830424)和油气资源与探测国家重点实验室开放课题基金(No.PRP/open-1902)资助。 

文章信息：[了解研究详情请读原文] 

中文：蔡长娥, 邱楠生,李慧莉, Daniel F. Stockli, 常健, 刘念. 2019. 自然演化碎屑锆石(U-Th)/He封闭温度的研究. 中国科学: 地球科学, doi: 10.1360/SSTe-2019-0066

英文：CAI ChangE, QIU NanSheng, LI Huili, STOCKLI Daniel F., CHANG Jian & LIU Nian. 2019. Study of the closure temperature of (U-Th)/He in detrital zircon obtained from natural evolution samples. Science China Earth Sciences, doi: 10.1007/s11430-019-9450-0