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基于时间限定探讨具有年代学意义的重磁化

2020-06-08 240 上传者：管理员

摘要：伴随着热事件、流体事件的发生，在温度升高或有流体的参与以及既有热也有流体参与情况下，矿物的交代、重结晶、新生矿物的形成普遍存在，在这种情况下原生剩磁容易被新生成的次生剩磁所覆盖。遭受过重磁化的研究对象可以根据其经历过的热事件、流体事件的时间确定其重磁化的具体时间及过程，提取出具有年代学意义的重磁化信息，再与已知古地磁学结果进行对比，进而分析研究区的精细构造演化历史。

关键词：
古地磁学
地磁
年代学
构造演化
流体事件
热事件
重磁化
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1、研究背景

研究各个板块，各个微板块的漂移历史，碰撞隆升过程，不仅有助于进行全球气候变化、地球动力学研究，而且在应对气候变化、地质灾害预防、矿产资源勘探开发及利用等方面具有重要作用。近年来，众多学者利用不同方法手段在古地理重建，古大陆恢复等领域已经开展了大量且深入的工作，并取得了丰硕的成果[1,2,3]。有很多种方法，例如古生物学、古气候学、沉积学等方法，都可以进行古地理重建、古大陆恢复，其中唯一可以定量研究板块古地理位置的方法是古地磁学方法[4,5,6]。经过古地磁学家不断的努力，各个板块的古地理格局的框架已经基本建立起来，但是还有许多板块古地理重建过程中不同学者存在不同的研究观点，其主要原因是由于不同古地磁学家在同一个块体，同样的地质年代的地层中采集的古地磁学样品，经过实验、数据分析后得到了不同的古地磁学结果，因此在板块古地理恢复过程中存在着不少争议。造成同一板块，同一时代古地磁学结果存在差异的原因有很多，例如，地层定年结果有误、沉积岩经过压实作用后存在磁倾角浅化现象、原生剩磁后期遭受重磁化等。随着同位素定年的精度不断提高，地层对比研究更加深入，地层形成年代的确定变的更加可靠。对于沉积岩具有普遍的磁倾角浅化现象，众多科学家已经通过沉积压实实验模拟、理论计算等方法建立起了识别磁倾角浅化以及校正的一系列方法，例如非滞后剩磁各向异性法、等温剩磁各向异性法、磁化率各向异性法、构建方向矩阵法、E/I校正法等。但是对于原生剩磁后期遭受重磁化相关研究一直没有取得突破性进展，尽管褶皱检验是原生剩磁识别的有效方法[7]，但是褶皱的形成也有可能是重磁化事件之后再形成的，虽然古地磁学结果通过了褶皱检验，但也有可能是重磁化的结果。也有学者仅仅根据获得的重磁化古地磁数据直接对比相同的可信古地磁极，认为重磁化时间与相同的可信古地磁极时间相同，但是发生重磁化时地层的产状是未知的，因此无法进行地层校正获得重磁化时的古地磁极，所以无法根据古地磁极对比获得重磁化时间。造成这些相关问题的主要原因是重磁化的具体时间没有很好的方法去限定。因此重磁化是否存在以及其发生时间对于利用古地磁学数据进行研究至关重要[8]。

2、研究方法

流体、热事件等对于原生剩磁的保存具有较大的影响[9]。当地层区域性整体沉降，埋深到3000m时，如果按照地温30℃/km，初始地表温度为15±5℃来计算，地层整体相当于处于100℃的状态，在地质历史上长期处于100℃或更高的的环境中，地层所包含的载磁矿物有可能发生交代、重结晶以及新生磁性矿物的形成导致原生剩磁被覆盖，出现区域性重磁化。当较小范围内出现热事件，例如岩浆侵入、热流体出现，都会导致局部地层温度大幅度上升，导致地层所包含的载磁矿物极有可能发生交代、重结晶以及新生磁性矿物的形成，因此可能导致某个较小区域发生局部重磁化事件。例如沉积岩中的黄铁矿当加热到350℃～500℃时就会转变成为磁铁矿[10,11]、常温下为顺磁性的菱铁矿当加热到300℃左右开始氧化生成磁铁矿[12]、流体中碳酸和硫的总浓度极低或者pH值逐渐升高的流体中可能会发生黄铁矿交代为磁铁矿的现象[10,11]。在碳酸盐岩地层中如果有流体进入，且流体中铁和硫元素的含量适合，方解石可能会交代成为菱铁矿，磁铁矿可能交代成为黄铁矿[10]。此外，烃类聚集与运移也与自生磁铁矿的形成有着密切的关系[9]。因此热事件、流体事件的识别也许可以作为是否经历过重磁化的一个重要参考指标。

判断地层是否经历过热事件已经有很多成熟的技术与方法，例如流体包裹体均一温度的测量[13]、镜质体反射率[13]、孢粉的颜色[15]等，除此之外还有可以测定地层经历不同温度热事件时间的方法，磷灰石裂变径迹可以记录地层降温到约120℃的时间[16]，锆石U-Th(He)可以记录地层降温到约190℃的时间[17]，黑云母Ar-Ar可以记录地层降温到约300℃的时间[18]，锆石裂变径迹可以记录地层降温到约350℃的时间[16]，金红石的U-Pb年龄可代表地层冷却到约400℃的时间等[19]。

表1常用热年代学指表[19]

判断流体事件发生的时间可以依据Ar-Ar法测定矿物流体包裹体年龄方法进行确定[21]。在砂岩地层内自生的伊利石只会在流动的富含钾元素的孔隙水环境下才会形成，当烃类流体注入地层后，自生伊利石将不会再继续生长，所以自生伊利石的年龄指示着油气运移与汇聚的最大年龄[22]，如果重磁化事件是由于烃类流体的注入导致自生磁铁矿的形成引起的，这种情况下可以利用自生伊利石定年限定重磁化的时间。

3、讨论

重磁化发生的时间一旦确定下来，我们就可以利用重磁化的古地磁学结果与已知可信的古地磁学结果进行对比，进而可以确定重磁化发生时的地层产状，进一步可以精细的探讨当地的构造演化历史。例如200Ma的地层在150Ma时地层呈一定角度，如果此时该地层遭受重磁化，那么重磁化的地层在倾斜状态下的磁化方向将会与当时的地磁场方向相同，但是当把重磁化的地层校正到水平后，该地层的磁化方向将会与当时的地磁场方向存在一定差异。如果我们把重磁化地层的磁化方向和该地层(图1,a)一起倾斜到已知重磁化时的可信的地磁场方向(图1,b)，那么该重磁化地层将会被校正到重磁化发生时的地层状态。因此，如果我们设法得到重磁化的时间，以及重磁化地层的古地磁学结果，那么我们就可以根据已有的可信古地磁学结果，将重磁化地层校正到重磁化发生时的地层产状，从而我们可以进一步恢复该地区的构造演化历史。

图1假设地层150Ma遭受重磁化

4、结语

因此如果通过探究，建立起热事件、流体事件与重磁化事件的对应关系，那么热事件的年龄、流体事件发生的年龄可以作为经历过重磁化事件的一个参考指标，从而可以据此确定重磁化事件的发生时间。一旦重磁化事件发生的时间确定下来，我们可以将重磁化的古地磁学结果与可信的古地磁学结果进行对比，从而可以恢复出重磁化发生时的地层产状。从而我们可以利用重磁化发生时的地层产状进一步恢复研究区的精细构造演化历史。

参考文献:

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[11]徐和聆,马醒华,肖华国.碳酸盐岩新生代重磁化的磁性矿物相变记录[J].第四纪研究.1998(04):374.

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