基于剩磁各向異性方法對華北下三疊統(tǒng)紅層磁傾角淺化效應(yīng)的研究

薛藝， 黃寶春， 趙千， 韓露， 李能韜

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院， 造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100871

0 引言

作為東亞大陸關(guān)鍵陸塊之一的華北地塊，其前寒武紀(jì)構(gòu)造演化歷史、顯生宙古地理位置變遷、晚古生代-中生代與華南等相鄰地塊的碰撞拼合時(shí)限和模式一直是地學(xué)界廣為關(guān)注的焦點(diǎn)(Zhao et al., 2018).從構(gòu)造位置上看，華北地塊位于中亞造山帶以南，祁連—秦嶺—大別中部造山帶以北，顯生宙以來長期受到周緣活動(dòng)帶的影響和制約；從時(shí)間上看，伴隨著Pangea超大陸的匯聚和裂解，晚古生代-中生代是華北等東亞主要陸塊發(fā)生碰撞和拼合的主要時(shí)期(Huang et al., 2018).20世紀(jì)80年代末至90年代初，Zhao等(1987)和Enkin等(1992)基于古地磁數(shù)據(jù)提出了經(jīng)典的華南-華北地塊剪刀式旋轉(zhuǎn)碰撞拼合模型.時(shí)過境遷，盡管大量的古地磁數(shù)據(jù)支持該碰撞拼合模式(如Huang et al., 2018)；但由于越來越多的關(guān)于沉積巖磁傾角淺化效應(yīng)的報(bào)道和爭議，一些學(xué)者(如Van der Voo et al., 2015; Ren et al., 2016; Wu et al., 2017; Zhang et al., 2018; Zhao et al., 2020)基于統(tǒng)一的磁傾角淺化因子(f=0.60)校正模型，提出了新的華北等東亞陸塊晚古生代以來的構(gòu)造演化模型.可見，準(zhǔn)確評估華北等東亞陸塊晚古生代-中生代沉積巖中的磁傾角淺化效應(yīng)，重新確定華北等東亞地塊晚古生代-早中生代的古地理位置，對進(jìn)一步完善華北與華南、華北與蒙古及西伯利亞板塊之間的碰撞拼合時(shí)限與模式等至關(guān)重要.

華北地塊早三疊世時(shí)期火山巖發(fā)育較少，古地磁數(shù)據(jù)主要來自于紅色陸相碎屑巖(紅層)(楊振宇等，1998；黃寶春等，2008)，這使得華北早三疊世的古地磁數(shù)據(jù)很可能受到了沉積壓實(shí)等引起的磁傾角淺化效應(yīng)的影響.研究發(fā)現(xiàn)，在沉積巖，特別是以碎屑赤鐵礦為載磁礦物的紅層中獲得的原生剩磁傾角顯著偏低于同地區(qū)同時(shí)代火山巖的記錄(Gilder et al., 2001; Tan and Kodama, 2003; Tauxe and Kent, 2004).事實(shí)上，針對沉積巖的碎屑剩磁能否真實(shí)記錄地磁場方向這一問題，自20世紀(jì)50年代開始就引起了眾多學(xué)者的關(guān)注(Verosub, 1977; Tauxe and Kent, 1984).King(1955)通過沉積模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沉積剩磁記錄的磁傾角常常會(huì)發(fā)生淺化，且剩磁傾角I與外加磁場的磁傾角IO之間的關(guān)系為: tanI=ftanIO, 其中f為淺化因子.因此，對沉積巖磁傾角淺化效應(yīng)的識(shí)別和校正事實(shí)上轉(zhuǎn)化為對特定沉積物或沉積序列的磁傾角淺化因子f值的確定.

目前對磁傾角淺化的校正主要有兩種方法，一種是基于剩磁各向異性的校正方法(Jackson et al., 1991; Hodych and Buchan, 1994; Tan and Kodama, 2002；Bilardello and Kodama, 2009)，另一種是基于地磁場長期變化的E/I(Elongation/Inclination)校正方法(Tauxe and Kent, 2004; Tauxe et al., 2008).兩種方法各有利弊，前者以發(fā)生磁傾角淺化的磁性礦物顆粒作為直接研究對象，沒有嚴(yán)格的先決條件，但需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，且需要專門的實(shí)驗(yàn)設(shè)備(如脈沖磁力儀、JR6雙速旋轉(zhuǎn)磁力儀、離心機(jī)等)；后者(E/I法)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，不需要額外的巖石磁學(xué)實(shí)驗(yàn).但如要獲得合理的淺化因子f值，必須嚴(yán)格遵循其前提條件：需要很大的樣品數(shù)量，同時(shí)假設(shè)其具有相同的平均淺化因子；而且，還假設(shè)地質(zhì)歷史時(shí)期的地磁場與過去5 Ma以來的地磁場具有完全一致的長期變模型(Tauxe and Kent, 2004; Tauxe et al., 2008).此外，E/I校正方法還假定單樣品之間特征剩磁方向的離散完全源自于地磁場的長期變化，特征剩磁方向的分布中不包含任何構(gòu)造運(yùn)動(dòng)因素(Tauxe et al., 2008).眾所周知，用于研究穩(wěn)定塊體古地磁參考極的樣品，通常要求采自多剖面，甚至是多個(gè)采樣地區(qū)，且跨越數(shù)百萬年時(shí)間，以盡可能消除不同地區(qū)、不同剖面之間局部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，因而在特征剩磁的分布中很可能會(huì)包含或多或少的局部和瞬時(shí)的相對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)因素，從而導(dǎo)致淺化因子f值的估計(jì)偏差.因此，對于同一沉積序列分別使用兩種相互獨(dú)立的方法求解其磁傾角淺化因子f值，不僅可以準(zhǔn)確地獲取其磁傾角淺化程度，而且可以進(jìn)行兩種基于完全不同假設(shè)條件的方法之間的相互檢驗(yàn).

周庭紅等(2018)采用E/I方法對劉家溝組紅層(N=132)進(jìn)行了磁傾角淺化的識(shí)別和校正研究，結(jié)果表明該紅層中磁傾角淺化現(xiàn)象明顯，淺化因子為f=0.60.如前所述，E/I校正方法對參與特征剩磁方向分布特征統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的先決條件，而劉家溝組紅層的特征剩磁數(shù)據(jù)(如周庭紅等，2018)有無受到其他因素的影響尚不明確；因此，本文嘗試采用兩種不同的剩磁各向異性方法對其進(jìn)行磁傾角淺化效應(yīng)的識(shí)別和校正研究，以便與E/I校正得到的結(jié)果進(jìn)行對比分析.

1 地質(zhì)背景及采樣

根據(jù)華北早三疊世現(xiàn)有可靠古地磁數(shù)據(jù)的空間分布(如Huang et al., 2018)，以及對河北、河南多條上二疊統(tǒng)和下三疊統(tǒng)剖面巖石的預(yù)研究結(jié)果，周庭紅等(2018)選擇了華北地塊山西隆起區(qū)中南部的沁水盆地下三疊統(tǒng)劉家溝組進(jìn)行了系統(tǒng)古地磁采樣，采樣的三個(gè)剖面為沁水(35.93°N，112.23°E)、長子(36.07°N，112.63°E)和安澤(36.18°N，112.41°E)(圖1).相對于華北地塊其他構(gòu)造單元，沁水盆地位于華北克拉通的中心，不僅受中、新生代由太平洋板塊俯沖引起的巖漿活動(dòng)和陸內(nèi)伸展變形等影響相對較?。欢彝ㄟ^其西部鄂爾多斯盆地對青藏高原東北緣生長變形的卸載，受喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)的影響也相對較弱.據(jù)承金等(2009)研究，盆地內(nèi)除缺失志留系和泥盆系外，其余地層均有出露.其中，下三疊統(tǒng)劉家溝組主要為一套灰紅色、紫紅色薄層至中厚層狀長石砂巖，夾有紫紅色粉砂巖、砂質(zhì)頁巖和砂質(zhì)泥巖等.早在20世紀(jì)90年代初，談曉冬等(1991)就從該套紅色碎屑沉積巖中獲得了可靠的原生剩磁記錄.

圖1 山西安澤地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖(修改自周庭紅等，2018)，其中， 1 安澤剖面， 2 沁水剖面， 3 長子剖面Fig.1 Simplified regional geological map of the Anze area showing paleomagnetic sampling areas after Zhou et al. (2018). 1 Anze Section, 2 Qinshui Section, 3 Changzi Section

為了保證用于剩磁各向異性和E/I校正及磁化率各向異性(AMS)研究樣品的一致性，本文選擇了周庭紅等(2018)三條采樣剖面中的沁水和長子兩條剖面(圖1)，共采集8塊定向手標(biāo)本；所采樣品均為紫紅色砂巖-粉砂巖.據(jù)周庭紅等(2018)巖石磁學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所采劉家溝組紅層樣品的主要載磁礦物為赤鐵礦和少量的磁鐵礦.

2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)首先對定向手標(biāo)本樣品進(jìn)行了加工處理，利用臺(tái)式鉆機(jī)垂直鉆取定向巖心樣品，分別切割制成25 mm×22 mm的標(biāo)準(zhǔn)古地磁樣品和9 mm×7 mm的小樣品.然后，分別進(jìn)行45°等溫剩磁各向異性實(shí)驗(yàn)(45°AIR, Hodych and Buchan, 1994)和高場等溫剩磁各向異性實(shí)驗(yàn)(hf-AIR,Bilardello and Kodama, 2009)，以開展磁傾角淺化的識(shí)別與校正研究.

為了確定劉家溝組樣品中的剩磁各向異性程度，對樣品進(jìn)行等溫剩磁各向異性、系統(tǒng)熱退磁以及交變退磁實(shí)驗(yàn).所有實(shí)驗(yàn)均在北京大學(xué)構(gòu)造磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，其中等溫剩磁的獲得使用ASC-IM-10-30脈沖磁力儀；熱退磁使用美制ASC-TD48熱退磁爐；交變退磁使用ASC-D2000交變退磁儀；所有剩磁均由JR-6A雙速旋轉(zhuǎn)磁力儀測得；磁性顆粒的分離使用離心機(jī)完成.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Pmagpy軟件(Tauxe et al., 2016)進(jìn)行分析處理.

2.1 45°等溫剩磁各向異性(45°AIR)

Hodych和Buchan(1994)提出了通過沿與巖石層面呈45°方向施加外磁場獲得等溫剩磁并進(jìn)行逐步退磁的45°AIR方法.對來自6個(gè)采點(diǎn)的12塊標(biāo)準(zhǔn)大小(25 mm×22 mm)的代表性樣品，使用脈沖磁力儀沿與樣品層面呈45°方向逐步施加直流磁場直至峰值800 mT；然后對所有樣品進(jìn)行最高退磁溫度為680 ℃的13步系統(tǒng)熱退磁；其退磁溫度間隔為：低溫階段100 ℃，高溫階段即600 ℃以上為15～20 ℃.

2.2 高場等溫剩磁各向異性(hf-AIR)

Bilardello和Kodama(2009)提出了專門針對高矯頑力赤鐵礦的剩磁各向異性方法，即hf-AIR方法.通過在高場中激活赤鐵礦，同時(shí)進(jìn)行峰值為100 mT交變退磁和120 ℃熱退磁以消除可能存在的低矯頑力磁性礦物(如磁鐵礦或磁赤鐵礦)和高矯頑力低解阻溫度礦物(如針鐵礦)的影響，并重復(fù)進(jìn)行九個(gè)方向(Girdler, 1961)的等溫剩磁測量，獲得高矯頑力高解阻溫度載磁礦物-碎屑赤鐵礦的等溫剩磁各向異性張量，該方法能夠較為精確地反映攜帶碎屑沉積剩磁(DRM)顆粒的各向異性程度.

受ASC-IM-10-30脈沖磁力儀在施加高直流場時(shí)的線圈孔徑大小的限制，本實(shí)驗(yàn)選用小樣品(9 mm×7 mm)替代標(biāo)準(zhǔn)大小(25 mm×22 mm)的樣品進(jìn)行高場充磁實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)共選取來自6個(gè)采樣點(diǎn)的18塊小樣品.

2.3 磁性顆粒提取實(shí)驗(yàn)

采用Kodama(2009)提出的磁性顆粒提取方法，對載磁礦物碎屑赤鐵礦的單個(gè)顆粒各向異性度進(jìn)行直接測量.

對紅層樣品進(jìn)行研磨、篩選，將沉積物粉末和蒸餾水混合制成泥漿，放置燒杯中進(jìn)行超聲波沐浴24 h，然后用離心機(jī)以1000轉(zhuǎn)/min的速度將泥漿離心30 min進(jìn)行粒度分級(jí)(Dekker and Linssen, 1991).由于礦物之間的粒徑不同，泥漿會(huì)出現(xiàn)分層，在離心管的底部會(huì)產(chǎn)生一層致密的深色顆粒，這表明碎屑赤鐵礦已從染色赤鐵礦中分離出來.取出深色顆粒，添加蒸餾水，用磁鐵采集赤鐵礦顆粒；將分離出的磁性礦物與樹脂混合，在直流場中過夜干燥，利用hf-AIR方法測量樹脂樣品的剩磁各向異性(Kodama, 2009).

3 結(jié)果

3.1 45°AIR

Hodych和Buchan(1994)利用沿與巖層呈45°方向施加脈沖磁場并退磁，提出了一個(gè)對以赤鐵礦為載磁礦物的紅層進(jìn)行磁傾角淺化校正的模型：

(1)

式中，IIRM, 45°是與沉積層理呈45°方向上獲得的等溫剩磁傾角；IChRM為特征剩磁傾角；Icorr為淺化校正后的磁傾角，IRMZ和IRMX分別為樣品在平行于地層層面和垂直于地層層面方向上獲得的等溫剩磁組分.

由于紅層的載磁礦物為高矯頑力的赤鐵礦，并且45°AIR實(shí)驗(yàn)過程中樣品的等溫剩磁組分可能受到天然剩磁的影響，所以選擇外加磁場在300 mT到800 mT之間以及熱退磁溫度在600 ℃以上的IRMZ/IRMX結(jié)果進(jìn)行擬合，如圖3所示.

由于赤鐵礦的矯頑力較高，應(yīng)用熱退磁溫度大于600 ℃所獲得的IRMZ/IRMX擬合平均值進(jìn)行磁傾角校正，如表1所示，得到淺化因子f=0.70.

圖2 剩磁各向異性測量的九個(gè)方向(改自Bilardello, 2016)(a) 外加磁場方向(箭頭)與樣品方向之間的關(guān)系; (b) 對應(yīng)等溫剩磁方向在赤平投影圖上的投影.Fig.2 The 9-position orientation scheme of Girdler (1961) to measure anisotropy of remanence (modified from Bilardello, 2016)(a) The nine specimen orientations in relation to the applied magnetic field (indicated by open arrows); (b) The resulting magnetization directions on a lower hemisphere stereonet.

圖3 (a) 劉家溝組紅層代表性樣品沿與巖層層面呈45°方向逐步遞增外加磁場過程中，IRMX(平行于地層層面)和IRMZ(垂直于地層層面)對比圖； (b) 外加磁場強(qiáng)度10～800 mT過程中IRMZ/IRMX對比圖； (c) 熱退磁過程中IRMZ/IRMX對比圖Fig.3 (a) Plots of IRMX (parallel to bedding) and IRMZ (perpendicular to bedding) acquisitions produced by applying magnetic fields at 45° to bedding as function of increasing field. (b) The IRMZ/IRMX as a function of pulse magnetic field up to 800 mT; and (c) the IRMZ/IRMX as a function of thermal demagnetization up to 680 ℃. The slope (IRMZ/IRMX) of the least-squares-fit for data points between 300 and 800 mT and between 600 and 680 ℃ is used to estimate the magnetic anisotropy of hematite, respectively

表1 劉家溝組紅層樣品45°AIR數(shù)據(jù)表Table 1 The shallowing factor of 45°AIR for the Liujiagou Formation

3.2 hf-AIR

磁傾角淺化的校正是關(guān)于磁各向異性的方程，主要與兩個(gè)參數(shù)有關(guān)，一個(gè)是磁組構(gòu)，另一個(gè)是載磁礦物的單個(gè)顆粒各向異性度.磁組構(gòu)可以通過磁化率各向異性、非磁滯剩磁各向異性、等溫剩磁各向異性等一系列方法進(jìn)行測量，根據(jù)載磁礦物的性質(zhì)來選擇合適的方法(McCabe et al., 1985; Jackson et al., 1991; Tan et al., 2003; Bilardello and Kodama, 2009)；而單個(gè)磁性顆粒各向異性度可以通過與理論校正曲線的最佳擬合進(jìn)行估計(jì)(Tan and Kodama, 2002)，或是分離磁性顆粒直接進(jìn)行測量(Kodama, 2009; Bilardello and Kodama, 2009).

應(yīng)用Tan等(2003)提出的對載磁礦物為赤鐵礦的沉積物進(jìn)行磁傾角淺化校正的公式：

(2)

式中Kmin和Kmax分別為歸一化之后的磁各向異性橢球體的最小和最大主軸值，a為單個(gè)磁性顆粒的各向異性度.

為了完全激活高矯頑力碎屑赤鐵礦的載磁能力，選擇圓柱形小樣品的軸向方向，逐步施加高達(dá)5 T的正、反兩個(gè)方向的直流磁場.如圖4所示，隨著外加磁場的增大，正、反兩個(gè)方向上獲得的磁化曲線呈現(xiàn)鋸齒狀；但當(dāng)外加磁場高達(dá)5 T時(shí)，正、反兩個(gè)方向獲得的等溫剩磁幾乎完全相等，這表明5 T的高場足以使得載磁礦物赤鐵礦克服磁記憶而達(dá)到完全飽和.

圖4 雙向等溫剩磁獲得曲線對樣品沿同一方向依次施加1 T、2 T、3 T、4 T、5 T的外加磁場，然后再沿相反方向依次施加.Fig.4 Double IRM acquisition curveSpecimens were treated to impulse fields of 1,2,3,4 and 5 T along one direction and then treated to same fields but in the opposite direction.

劉家溝組紅層樣品測量的高場等溫剩磁各向異性結(jié)果(表2)表明，剩磁各向異性橢球體K3軸近與層面垂直但略向北東-北東東方向偏轉(zhuǎn)，K2和K1軸組成的磁面理也大致位于基圓內(nèi)，但最大主軸(K1)有沿NNW-SSE方向顯著集中的趨勢(圖5a,b)，F(xiàn)linn圖解(圖5c)表明其磁組構(gòu)主要為壓扁狀.該剩磁組構(gòu)具有典型的中速以上流水(>1 cm·s-1)或斜坡(SWW-NEE向水流或斜坡傾向，顯示一定的磁性顆粒滾動(dòng)效應(yīng))環(huán)境下的沉積磁組構(gòu)特征(Tarling and Hrouda, 1993).值得注意的是，該剩磁組構(gòu)特征與劉家溝組紅層的AMS組構(gòu)特征(圖4，周庭紅等，2018)相比，剩磁組構(gòu)顯示的磁面理向斜坡頂部或水流上游的傾斜疊覆現(xiàn)象更顯著，也許表明單一高矯頑力赤鐵礦貢獻(xiàn)的高場剩磁組構(gòu)，相對于巖石中所有磁性礦物貢獻(xiàn)的磁化率組構(gòu)，能夠更有效地記錄原生的沉積環(huán)境.

圖5 hf-AIR法測量的磁組構(gòu)其中，(a) 層面坐標(biāo)系下等溫剩磁各向異性橢球主軸方向的赤平投影圖； (b) 由(a)中數(shù)據(jù)應(yīng)用解靴帶法計(jì)算的特征向量； (c) Flinn圖解.K1、K2、K3分別是最大、中間、最小主軸值.Fig.5 Hf-AIR measured fabric(a) Lower hemisphere projection of three principal axes of AIR; (b) Bootstrapped eigenvectors from pseudo-samples of the data in (a); (c) Flinn diagrams. K1, K2 and K3 are the calculated maximum, intermediate and minimum eigenvalues, respectively.

表2 沁水盆地劉家溝組紅層高場等溫剩磁各向異性張量的特征值和特征向量數(shù)據(jù)表Table 2 Hf-AIR eigenvalues and eigenvectors of the unleached samples from the Liujiagou Formation, Qinshui Basin

為了獲得更準(zhǔn)確的淺化因子對磁傾角淺化進(jìn)行校正，單個(gè)顆粒各向異性度，即a值是至關(guān)重要的.按照Kodama(2009)提出的磁性顆粒分離方法，直接測量碎屑赤鐵礦的單個(gè)顆粒各向異性度為a=1.35.根據(jù)公式(2)可以計(jì)算得出淺化因子為f=0.59.

4 討論

4.1 45°AIR

45°AIR實(shí)驗(yàn)方法相對比較簡單.但是，Tan等(2002)的重沉積實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單一方向加場的等溫剩磁各向異性(AIR)方法(Hodych and Buchan，1994)可以有效地識(shí)別和校正黏土級(jí)細(xì)粒沉積物(如頁巖)中由埋藏壓實(shí)引起的磁傾角淺化，但不能用來檢測相對較粗粒樣品(如粉砂巖)中由沉積作用引起的磁傾角淺化誤差.同時(shí)，考慮到單一方向AIR測試技術(shù)還假定單個(gè)磁性顆粒的各向異性度是無限的，Tan等(2002)認(rèn)為，如果沉積物中赤鐵礦的單顆粒各向異性度a值與Néel(1953)報(bào)道的赤鐵礦晶體顆粒的等溫剩磁各向異性度(a≈2)相當(dāng)，則單方向加場獲得的等溫剩磁方向與外加場方向之間并沒有顯著的偏差.這表明單一方向的等溫剩磁是否能夠有效地反映樣品的剩磁各向異性，還受控于赤鐵礦顆粒的磁疇穩(wěn)定性、形狀和單顆粒各向異性度.為此，Tan等(2002)提出，很可能由于黏土級(jí)細(xì)粒沉積物中的赤鐵礦的單個(gè)顆粒各向異性度恰好滿足單方向AIR測試方法的假設(shè)條件，45°AIR方法能夠有效地檢測其剩磁各向異性度，進(jìn)而有效地識(shí)別和校正黏土級(jí)細(xì)粒沉積物中的磁傾角淺化效應(yīng)；但由于該方法所測得的剩磁各向異性影響因素較多，很可能不適用于檢驗(yàn)粉砂級(jí)沉積物中相對較粗赤鐵礦顆粒與沉積作用相關(guān)的磁傾角淺化效應(yīng).因此，如果利用該方法識(shí)別到沉積物中的磁傾角淺化，則可以進(jìn)行校正；相反，則并不能說明不存在磁傾角的淺化效應(yīng)，需要進(jìn)一步更精細(xì)地測量其多方向加場的剩磁各向異性張量.

本文研究中45°AIR方法得到的淺化因子為f=0.70，與E/I校正法(f=0.60，周庭紅等，2018)和hf-AIR法獲得的淺化因子(f=0.59)相比，有約17～19%的估計(jì)偏差.如前所述，由于45°AIR方法對沉積物顆粒粒度大小的選擇性，本質(zhì)上來說是單方向加場的AIR方法對沉積物剩磁各向異性的檢測能力存在一定的缺陷；而且，如圖4所示，由于45°AIR方法中所施加的最大脈沖直流場(通常<1000 mT)遠(yuǎn)不能激活紅層樣品中所有赤鐵礦的載磁能力(Stamatakos et al., 1994)，因而不可避免地導(dǎo)致該方法對相對較粗沉積物中(對應(yīng)于相對較多的高矯頑力、高解阻溫度的鏡鐵礦顆粒)的磁傾角淺化效應(yīng)，尤其是沉積作用引起的沉積磁傾角誤差的估計(jì)不足.因此，45°AIR方法對劉家溝組紅層淺化效應(yīng)的過低估計(jì)很可能是由于研究樣品巖性主要是顆粒相對較粗的紫紅色長石石英砂巖，單一方向加場的AIR方法對相對較粗顆粒的沉積磁傾角淺化效應(yīng)的估計(jì)不足所致.

4.2 hf-AIR

與45°AIR方法不同的是，hf-AIR方法測量的是在高達(dá)5 T的磁場中載磁礦物完全飽和磁化后的剩磁各向異性張量，并通過100 mT交變退磁和120 ℃熱退磁以盡可能地消除磁鐵礦/磁赤鐵礦和針鐵礦對高場等溫剩磁的貢獻(xiàn)；并且雙向等溫剩磁獲得曲線(圖4)表明對樣品進(jìn)行九個(gè)方向反復(fù)的剩磁測量過程中，5 T的外加磁場足以消除前一測量方向的剩磁記錄.因此，該方法獲得的剩磁各向異性張量應(yīng)是載磁礦物(碎屑)赤鐵礦的真實(shí)寫照.值得注意的是，我們利用該方法所得的磁傾角淺化因子為f=0.59，與周庭紅等(2018)用E/I方法進(jìn)行磁傾角淺化校正所得結(jié)果(f=0.60)具有很好的一致性.這表明一方面華北下三疊統(tǒng)紅層確實(shí)存在顯著的淺化效應(yīng)，周庭紅等(2018)利用淺化因子f=0.60對華北地塊早三疊世古地磁極位置校正后獲得的參考極位置(60.8°N，13.4°E，A95=5.8°)是合理的，進(jìn)一步證實(shí)了早三疊世華北地塊東部的古緯度應(yīng)在22°N左右 (參考點(diǎn)32°N, 116°E)，紅色陸相碎屑巖中的磁傾角淺化效應(yīng)是不容忽視的.然而，盡管該淺化因子(f=0.59～0.60)與Torsvik等(2012)推薦使用的全球碎屑巖磁傾角淺化因子相當(dāng)，但并不能說明淺化因子f=0.60適用于華北(或華南、塔里木和印支等地塊)三疊系，甚至是整個(gè)中生界的磁傾角淺化校正(Van der Voo et al., 2015; Wu et al., 2017).例如，趙千等(2017)在華南四川盆地下白堊統(tǒng)的磁傾角淺化效應(yīng)研究中，就發(fā)現(xiàn)了顯著差別的磁傾角淺化因子(f=0.80)，且同一盆地內(nèi)的巴中和雅安地區(qū)的淺化效應(yīng)也有顯著差異.因此，對華北及東亞陸塊群中生代視極移曲線(如Huang et al., 2018)的合理有效磁傾角淺化校正，仍有待于進(jìn)一步深入和系統(tǒng)的研究.

另一方面，由hf-AIR和E/I兩種相互獨(dú)立的磁傾角淺化方法對華北下三疊統(tǒng)紅層開展磁傾角淺化效應(yīng)的識(shí)別和校正研究，獲得了彼此相互一致的淺化因子，也表明在穩(wěn)定地塊內(nèi)部，由于不同采樣地區(qū)/剖面之間的相對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較小，在沒有顯著構(gòu)造記錄指示這些采樣剖面或地區(qū)之間后期經(jīng)歷過顯著相對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的前提下，利用足夠數(shù)據(jù)量的特征剩磁方向進(jìn)行磁傾角淺化效應(yīng)的E/I校正是可行的.如前所述，hf-AIR是將發(fā)生磁傾角淺化的磁性礦物顆粒作為直接研究對象，能夠準(zhǔn)確地反映攜帶DRM的磁性顆粒的各向異性橢球形狀，因此，對紅層進(jìn)行磁傾角淺化的校正往往行之有效.然而，考慮到E/I校正法假設(shè)參與統(tǒng)計(jì)分析的單樣品之間具有相同的平均淺化因子，即滿足同一磁傾角淺化方程(Tauxe et al., 2008)；如果不同采樣剖面/地區(qū)之間存在顯著區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，如大型走滑斷裂等引起的相對旋轉(zhuǎn)，就會(huì)造成特征剩磁方向分布的東西向顯著拉長(如Zhao et al., 2020)，從而導(dǎo)致校正過度.因此，在造山帶等構(gòu)造活動(dòng)地區(qū)，采用E/I校正方法需要首先對比分析研究不同采樣剖面/地區(qū)之間是否存在顯著的相對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等.

表3 E/I法與剩磁各向異性法磁傾角校正數(shù)據(jù)表Table 3 Comparison of E/I and remanence anisotropy correction methods

5 結(jié)論

(1)對劉家溝組紅層采用45°AIR和hf-AIR兩種剩磁各向異性方法進(jìn)行磁傾角淺化的校正，分別得到的磁傾角淺化因子為f=0.70和f=0.59；

(2)由于劉家溝組紅層的巖性為粒度相對較粗的長石石英砂巖，且800 mT的外加磁場遠(yuǎn)不能激活所有赤鐵礦的載磁能力，單方向加場的45°AIR方法對其剩磁各向異性的檢測能力上的缺陷，導(dǎo)致了由45°AIR方法計(jì)算獲得的磁傾角淺化因子(f=0.70)明顯偏高；

(3)hf-AIR方法獲得的淺化因子(f=0.59)與前人采用E/I法得到的結(jié)果(f=0.60)具有很好的一致性.這一方面表明華北下三疊統(tǒng)紅層確實(shí)具有顯著的磁傾角淺化效應(yīng)，淺化因子為f=0.59，并且hf-AIR方法是獲得紅層磁傾角淺化效應(yīng)的有效方法；另一方面也表明，在沒有顯著跡象表明采樣剖面/地區(qū)之間存在相對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的前提下，E/I校正法對紅層，特別是穩(wěn)定地塊內(nèi)部紅層的磁傾角淺化效應(yīng)的識(shí)別和校正也是行之有效的.

致謝感謝Kenneth P. Kodama、Lisa Tauxe、Dario Bilardello、李永祥老師對本次研究的幫助及提出的寶貴意見，感謝兩位匿名評審專家提出的建設(shè)性意見.