Geosphere:塔里木盆地新生代陆相红层磁倾角浅化原因及校正

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古地磁倾角是古纬度的记录。轴向地心偶极子场模型(GAD)是古地磁学的基本假设之一,在该模型下,地磁倾角I与地理纬度λ满足偶极子公式:tanI=2tanλ。通过测得古地磁倾角就可以求得块体在地质历史时期的古纬度,从而实现古地理重建。新生代陆相红层在中亚地区广泛分布(如塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等),由于其携带剩磁的稳定性,成为古地磁学研究的重要材料。然而,大量古地磁研究和再沉积模拟实验表明,新生代陆相红层所记录的磁倾角存在明显浅化的现象(图1),即观测的磁倾角明显小于理论磁倾角,这就导致了在古地理重建中对板块古纬度的错误估算。

图1 中亚地区50-0 Ma在不同参考极下的磁倾角浅化(Congné et al., 2013)

对于中亚地区新生代陆相红层磁倾角浅化的原因,学术界一直存在较大的争议,归纳起来主要有:(1)非轴向地心偶极子场的存在(Chauvin et al., 1996; Dupont-Nivet et al., 2002; Si and Voo, 2001; Torsvik and Voo, 2002; Van der Voo and Torsvik, 2001; Westphal, 1993);(2)未发现的不同块体之间的深大断裂(Halim et al., 1998);(3)欧亚大陆的非刚性性质(Chauvin et al., 1996; Tauxe, 2005; Thomas et al., 1993);(4)板块边缘的挠曲下沉(Sato et al., 2011);(5)沉积过程中或沉积后的压实作用(Anson and Kodama, 1987; Arason and Levi, 1990; Bilardello and Kodama, 2009; Domeier et al., 2011; Fang et al., 2000; Hamano, 1980; Krijgsman and Tauxe, 2004; Tan et al., 2002, 2007; Tauxe and Kent, 1984; Yan et al., 2005)。相对于探寻磁倾角浅化的原因而言,更为重要的是如何对其浅化程度进行合理的估计和校正。

基于此,中国地震局地质研究所强震构造与地震危险性研究室张志亮副研究员、任治坤研究员与中国科学院地质与地球物理研究所孙继敏研究员合作,利用一种基于地磁场长期变的E/I(Elongation/Inclination)校正方法,对塔里木盆地北缘库车坳陷内始新世-上新世的陆相红层磁倾角进行了系统校正,并利用磁组构参数对其可能原因进行了探讨。

图2 E/I校正结果

图3 研究剖面磁组构参数及磁倾角随深度变化特征

该研究主要得到以下结论:

研究区内始新世、渐新世、中新世以及上新世陆相红层所记录的磁倾角均存在不同程度的浅化现象,比理论值小20°左右;

E/I方法可以有效地对新生代陆相红层所记录的磁倾角进行校正;

磁倾角浅化可能是由沉积过程中或沉积后最早期的压实作用引起的,而与埋藏深度无关;

结果白垩纪地层采点的研究结果,塔里木盆地北缘至少在白垩纪就已经接近于现今的纬度,不存在所谓的“折返”现象(认为塔里木盆地白垩纪以来向北漂移超过1000公里)。

该研究成果发表于国际期刊Geosphere:Zhang, Z., Shen, B., Sun, J., Ren, Z. 2022. E/I corrected inclination shallowing in Cenozoic redbeds from the northern Tarim Basin, NW China: Possible causes and paleogeographic implications. Geosphere. http://doi.org/10.1130/GES02480.1. 该研究成果得到科技部基础资源调查项目、中国地震局地质研究所基本科研业务专项、中科院战略先导专项A等项目共同资助。