青藏高原中北部沱沱河盆地新生代古緯度演化及其對(duì)構(gòu)造和氣候的指示意義

李樂(lè)意，常宏，關(guān)沖

1)黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所，西安，710061；2)西安地球環(huán)境創(chuàng)新研究院，西安，710061；3)中國(guó)科學(xué)院第四紀(jì)科學(xué)與全球變化卓越創(chuàng)新中心，西安，710061；4)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安，710054

內(nèi)容提要：古緯度演化可以為地質(zhì)歷史時(shí)期古氣候變化以及構(gòu)造變形過(guò)程等提供宏觀的構(gòu)造位置背景。加強(qiáng)青藏高原中北部可可西里盆地的古緯度研究，對(duì)于理解青藏高原中北部的構(gòu)造抬升過(guò)程歷史以及機(jī)制、闡明東亞季風(fēng)起源和演化與高原隆升變形的耦合關(guān)系、探討可可西里盆地晚始新世孢粉所指示的干旱氣候的動(dòng)力機(jī)制等具有重要的意義。筆者等選取青藏高原腹地研究相對(duì)薄弱的可可西里盆地的一個(gè)次級(jí)沱沱河盆地(TTHC剖面)作為研究對(duì)象開(kāi)展了古地磁研究，重建其在新生代的古緯度演化歷史。巖石磁學(xué)研究表明TTHC剖面的主要載磁礦物是磁鐵礦和赤鐵礦，但以赤鐵礦為主。與同期(約35 Ma)歐亞極期望磁傾角以及研究區(qū)西邊烏蘭烏拉湖地區(qū)的火山巖磁傾角對(duì)比，TTHC剖面所記錄的磁傾角存在明顯的淺化現(xiàn)象，經(jīng)E/I方法校正后，得到在約35 Ma的古地磁方向?yàn)镈ec=358.5°，Inc=44.4°，a95=5.7°。綜合已發(fā)表的貢覺(jué)盆地、改則盆地、尼瑪盆地、囊謙盆地、下拉秀盆地和烏蘭烏拉湖火山巖等古緯度數(shù)據(jù)以及本文的研究結(jié)果，得到沱沱河盆地新生代古緯度演化歷史(以TTHC剖面坐標(biāo)為參考點(diǎn))，沱沱河盆地在約35 Ma古緯度為26.1°N，處于副熱帶高氣壓氣候帶內(nèi)，可以解釋孢粉和巖性所指示的暖干氣候。在約24 Ma沱沱河盆地到達(dá)現(xiàn)在的緯度位置，盆地上地殼縮短在約24 Ma減小或者停止。

印度板塊與亞歐板塊的碰撞形成了面積超過(guò)2500000 km2，平均海拔在5000 m以上的青藏高原(Molnar and Tapponnier, 1975; Yin An and Harrison, 2000)，自南向北主要由喜馬拉雅造山帶、拉薩地體、羌塘地體、松潘甘孜地體以及柴達(dá)木—祁連地體組成(常承法和鄭錫瀾, 1973；Yin An and Harrison, 2000)(圖1a)。

青藏高原的構(gòu)造隆升不僅對(duì)于新生代亞洲季風(fēng)的起源與演化具有明顯的作用(An Zhisheng et al., 2001; Guo Zhengtang et al., 2002; Boos and Kuang Zhiming, 2010; Molnar et al., 2010; Wu Guoxiong et al., 2012；李樂(lè)意和常宏，2015)，而且通過(guò)風(fēng)化剝蝕對(duì)全球氣候的變冷具有促進(jìn)作用(Raymo and Ruddiman, 1992)。高原的隆升不僅改變了亞洲大氣環(huán)流格局(Yao Tandong et al., 2013；李樂(lè)意等，2021a, b)，同時(shí)也是我國(guó)、南亞、東南亞等地大江大河的“水塔”(Zheng Hongbo et al., 2013)，而且青藏高原在晚中新世達(dá)到現(xiàn)在的高度，使得適應(yīng)寒冷的生物“走出西藏”，于第四紀(jì)冰期時(shí)期向周邊擴(kuò)散(Deng Tao et al., 2011)，因此青藏高原的隆升不僅改變了大氣圈，還對(duì)水圈，生物圈等有明顯的影響，是地球系統(tǒng)科學(xué)研究的絕佳場(chǎng)所，是“華夏山水”研究繞不開(kāi)的樞紐。

正是因?yàn)榍嗖馗咴@個(gè)“觸發(fā)器(trigger)”結(jié)合季風(fēng)、西風(fēng)、大江大河等“連接器(connectors)”將點(diǎn)(青藏高原)與面(東亞、東南亞、南亞)串聯(lián)起來(lái)，“觸發(fā)器”的構(gòu)造變動(dòng)通過(guò)各個(gè)“連接器”將會(huì)產(chǎn)生“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的效應(yīng)。因此，對(duì)青藏高原在地質(zhì)時(shí)期的擠壓縮短，構(gòu)造隆升等相關(guān)研究顯的尤為重要，同時(shí)對(duì)于“點(diǎn)—面”的氣候演化也具有重要的意義。

在討論青藏高原在地質(zhì)時(shí)期的氣候效應(yīng)、古高度等科學(xué)問(wèn)題時(shí)，一個(gè)宏觀的古地理格局背景即研究區(qū)在研究的時(shí)段內(nèi)處于什么位置(古緯度)需要加以考慮，古緯度位置最近幾年逐漸被重視(Zhang Ran et al., 2018; Fang Xiaomin et al., 2021; Xie Gan et al., 2021；顏茂都等，2021)。同時(shí)，古緯度的研究對(duì)于青藏高原南北向的地殼縮短歷史等具有很好的指示作用(任海東等, 2013；Meng Jun et al., 2017)。沉積物的磁傾角是古緯度良好的記錄者。目前，對(duì)于青藏高原古緯度的研究主要集中于印度板塊與歐亞板塊碰撞的時(shí)間(Dupont-Nivet et al., 2010；黃寶春等, 2010；Yi Zhiyu et al., 2011；Huang Wentao et al., 2015；孫知明等，2019；張大文和顏茂都，2019；van Hinsbergen et al., 2019)以及新生代之前的地質(zhì)時(shí)期(Cheng Xin et al., 2011；任海東等，2013; 顏茂都和張大文，2014；Yan Maodu et al., 2016；Tong Yabo et al., 2017；曹勇等，2020，2021)，雖然對(duì)新生代以來(lái)青藏高原各塊體的古緯度演化研究也有不少記錄，但相對(duì)新生代之前的研究仍顯薄弱，尤其是高原的腹部地區(qū)，如在羌塘地體，新生代以來(lái)的古緯度研究只主要集中在可可西里盆地、貢覺(jué)盆地和囊謙盆地等(Lin Jinlu and Watts, 1988; Halim et al., 1998; Ran Bo et al., 2016; Tong Yabo et al., 2017; Zhang Weilin et al., 2020)，因此強(qiáng)化高原腹地的新生代古緯度研究具有必要性。在青藏高原新生代的盆地中，沉積物記錄的磁傾角發(fā)生了明顯的磁傾角淺化(顏茂都等, 2012)，但需要注意的是，高原腹地已有的新生代古緯度研究較少進(jìn)行磁傾角的淺化校正(如Lin Jinlu and Watts, 1988; Ran Bo et al., 2016)，導(dǎo)致得到的古緯度位置偏低。

青藏高原腹部研究薄弱的可可西里盆地的次級(jí)盆地即沱沱河盆地，位于羌塘地體的東北部，保存有晚白堊到新生代中期、較連續(xù)的沉積地層，記錄了印度板塊與歐亞板塊碰撞開(kāi)始到早中新世盆地的構(gòu)造變形歷史(Staisch et al., 2014)。開(kāi)展沱沱河盆地的古緯度研究，對(duì)于理解青藏高原中北部的構(gòu)造抬升過(guò)程歷史以及機(jī)制、闡明東亞季風(fēng)起源和演化與高原隆升變形的耦合關(guān)系(An Zhisheng et al., 2001)、探討可可西里盆地晚始新世孢粉所指示的干旱氣候(Miao Yunfa et al., 2016)的動(dòng)力機(jī)制等具有重要的意義。在本次的古緯度研究基礎(chǔ)之上，筆者等同時(shí)綜合已發(fā)表的羌塘地體及邊界的相關(guān)古地磁數(shù)據(jù)重建沱沱河盆地新生代的古緯度演化歷史，討論古緯度研究對(duì)于解釋氣候成因、地殼縮短構(gòu)造變形等方面的指示意義。

1 區(qū)域概況與樣品采集

沱沱河盆地位于羌塘地體的東北緣，唐古拉山逆沖斷裂帶的北側(cè)，是唐古拉逆沖斷裂的前陸盆地(李亞林等，2006；Li Yalin et al., 2012)。研究區(qū)域位于唐古拉山鎮(zhèn)的東南緣，平均海拔約4500 m，坐標(biāo)為34.1° N, 92.3° E。研究剖面的新生代地層從下而上分別為沱沱河組，雅西措組，五道梁組以及第四紀(jì)沉積物(圖1b)，其中沱沱河組主要由磚紅色礫巖、含礫砂巖和砂巖組成；雅西措組主要由紫紅色砂巖、泥巖和頁(yè)巖交替組成，夾雜灰色成層和結(jié)核狀的石膏, 主要由河流和湖泊環(huán)境組成, 并以湖泊環(huán)境為主；五道梁組主要由湖泊碳酸鹽和局部地區(qū)一些黑色油頁(yè)巖組成(Liu Zhifei et al., 2003; 劉志飛等，2005；Li Yalin et al., 2012; Staisch et al., 2014; Jin Chunsheng et al., 2018)。在沱沱河組之下，地層是風(fēng)火山群，是一套河湖相紫紅色碎屑巖夾泥灰?guī)r、石膏沉積，主要分布于唐古拉山向北延伸到昆侖山的可可西里盆地，不整合于結(jié)扎群、巴顏喀拉山群和雁石坪群之上(Liu Zhifei et al., 2003; Jin Chunsheng et al., 2018)。

在本次研究中，筆者等主要集中在沱沱河組，剖面命名為T(mén)THC, 實(shí)測(cè)剖面約180 m，巖性主要為一套磚紅色、紫紅色、黃褐色復(fù)成分礫巖，含礫砂巖、砂巖、粉砂巖，局部夾有泥巖和灰?guī)r，以山麓沖積相、洪積相為主，兼有少量河湖相沉積。TTHC剖面為單斜地層，傾向東北偏東，剖面的底部有一小的褶皺(圖2)，應(yīng)該是在地層形成之后產(chǎn)生。野外0～136 m采樣間距為1 m，其中底部褶皺處采樣位于巖層褶皺上部，避開(kāi)褶皺變形的影響，136～180 m因?yàn)楦采w嚴(yán)重，采樣間距為2～4 m。為了獲得新鮮的巖石樣品，我們把表面的風(fēng)化部分刨去，用羅盤(pán)測(cè)量其走向和傾角，野外共采集樣品146個(gè)。手采樣品在實(shí)驗(yàn)室被加工成2 cm×2 cm×2 cm方塊，用來(lái)進(jìn)行退磁實(shí)驗(yàn)。

圖2 TTHC剖面巖性變化以及部分野外照片[(c)圖表示剖面底部的一個(gè)小褶皺;(a)圖為交錯(cuò)層理]

關(guān)于可可西里盆地風(fēng)火山群、沱沱河組、雅西措組和五道梁組的地層時(shí)代以及風(fēng)火山群與雅西措組和沱沱河組等之間的地層接觸關(guān)系，基于目前已經(jīng)發(fā)表的研究結(jié)果來(lái)看還存有一定的爭(zhēng)議(Liu Zhifei et al., 2003; 安勇勝等，2004；伊海生等，2004；劉志飛等，2005；Staisch et al., 2014；Jin Chunsheng et al., 2018；李樂(lè)意，2019)，在這篇文章里不詳細(xì)贅述。但是目前相對(duì)確定的是風(fēng)火山群的地層年齡。通過(guò)在風(fēng)火山群上部地層發(fā)現(xiàn)的火山灰以及綜合前人的生物地層、磁性地層年齡等，風(fēng)火山群的沉積年齡被限定在85～51 Ma(Staisch et al., 2014)。最近，通過(guò)可可西里最新的高精度磁性地層學(xué)研究以及在地層中發(fā)現(xiàn)的火山灰的絕對(duì)定年結(jié)果，風(fēng)火山群沉積的年齡被確定為約72～51 Ma(Jin Chunsheng et al., 2018)。目前相對(duì)可以確定的認(rèn)為風(fēng)火山群的頂部年齡至少應(yīng)該在51 Ma。同時(shí)，通過(guò)我們近幾年在沱沱河地區(qū)所開(kāi)展的工作，沱沱河組的地質(zhì)時(shí)代為晚始新世，雅西措組的地質(zhì)時(shí)代是漸新世，五道梁組為早中新世(Lin Jie et al., 2020；李樂(lè)意，2019；下文闡述)，與前人在周邊地區(qū)的研究結(jié)果基本一致(如Wang Chengshan et al., 2008)，所以目前來(lái)看，將風(fēng)火山群與沱沱河組作為兩套獨(dú)立的地層單元相對(duì)比較合理，即可可西里盆地新生代地層從老到新分別是：風(fēng)火山群、沱沱河組、雅西措組和五道梁組。

2 實(shí)驗(yàn)方法

所有樣品通過(guò)ASC Scientific TD-48型熱退磁儀對(duì)樣品進(jìn)行系統(tǒng)的退磁，退磁的溫度以10～50℃為間隔一直加熱到690℃，然后使用2G-755R型超導(dǎo)磁力儀進(jìn)行剩磁的測(cè)量，所有的測(cè)量工作都在磁屏蔽室(<300 nT)進(jìn)行。部分選取樣品的等溫剩磁獲得曲線采用ASC IM-10-30脈沖磁力儀加場(chǎng)，最大脈沖磁場(chǎng)為2500 mT。用AGICO公司生產(chǎn)的JR-6A雙速自動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁力儀在零磁空間進(jìn)行剩磁的測(cè)量，采用兩個(gè)方向模式。磁化率隨溫度變化曲線采用AGICO公司生產(chǎn)的MFK1-FA多頻各向異性磁化率儀完成，儀器的靈敏度為10-7SI，采用配套的CS3/CS3-L溫度控制系統(tǒng)，精度為±2℃，加熱區(qū)間為40～700℃，加熱速率為11°/min，頻率為976 Hz，磁場(chǎng)強(qiáng)度為200 A/m。磁滯回線在VSM 3900梯度磁力儀上完成，樣品測(cè)量所加最大場(chǎng)為1.5 T和2 T，測(cè)量間隔為5 mT。以上實(shí)驗(yàn)在中科院地球環(huán)境研究所黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 結(jié)果

3.1 地層年代確定

TTHC剖面屬于我們已開(kāi)展的沱沱河剖面的最下面部分。已開(kāi)展的沱沱河剖面長(zhǎng)度為 1176 m，野外我們用任意面手采法采樣，用羅盤(pán)測(cè)量樣品的方向，后在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展熱退磁實(shí)驗(yàn)。所建立的古地磁極性柱由29個(gè)正極性帶和29個(gè)負(fù)極性帶組成(Li et al., under review；李樂(lè)意，2019)。另外，我們?cè)阢悠拭骈_(kāi)展了生物地層年代學(xué)，如介形蟲(chóng)、孢粉、輪藻和腹足類(lèi)等，碎屑鋯石年代學(xué)和附近火山巖絕對(duì)年齡等研究，限定了地層年代學(xué)框架。在以上地層年代學(xué)框架基礎(chǔ)上，將沱沱河剖面的古地磁結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)極性柱(GTS 2012)進(jìn)行了匹配(Gradstein et al., 2012)，最終限定沱沱河組的年齡為約37.0～32.7 Ma，雅西措組的年齡約為32.7～23.6 Ma，五道梁組的年齡是23.6～19.7 Ma(Li Leyi et al., under review；李樂(lè)意，2019)。本文TTHC剖面中用來(lái)重建古緯度段的沱沱河組年齡約為37.0～34.3 Ma。

3.2 載磁礦物鑒別

樣品中載磁礦物的確定是確定退磁方法，磁傾角淺化等古地磁學(xué)研究的基礎(chǔ)。為了確定TTHC剖面的主要磁性礦物，筆者等采用磁化率隨溫度變化曲線(k—T)，等溫剩磁獲得曲線(IRM)以及磁滯回線(Hys)等方法共同確定剖面的主要載磁礦物。

各種磁性礦物的居里或尼爾溫度點(diǎn)提供了一種簡(jiǎn)單快捷的方法來(lái)確定巖石中的磁性礦物(McElhinny and McFadden, 1999)，磁性礦物在其居里溫度或尼爾溫度點(diǎn)附近，磁化率會(huì)顯著的下降(Butler, 1992)。在TTHC剖面代表性樣品C0和C132中，樣品的磁化率在580℃附近急劇下降，說(shuō)明磁鐵礦是主要載磁礦物。但是C0樣品在700℃左右磁化率才降低到接近零，而C132樣品的磁化率在700℃左右始終也沒(méi)有降低到零，說(shuō)明這兩個(gè)樣品中不僅磁鐵礦是載磁礦物之一，還有更高矯頑力的磁性礦物存在，如赤鐵礦等，而這也與野外地層的顏色顯示為紅色相符合(劉秀銘等, 2014)。

等溫剩磁獲得曲線顯示在磁場(chǎng)為300 mT的時(shí)候，其強(qiáng)度只達(dá)到飽和值約30%～40%，直到磁場(chǎng)加到1.5 T時(shí)其磁化強(qiáng)度才逐漸接近飽和，說(shuō)明了高矯頑力磁性礦物的存在，如赤鐵礦等，這與磁化率隨溫度變化曲線一致。

樣品中磁性礦物顆粒在不同的外加磁場(chǎng)下，其磁學(xué)性質(zhì)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。磁滯回線是一種快捷方便的手段來(lái)表示這種變化。原則上，通過(guò)等溫剩磁獲得曲線得到的信息在磁滯回線中也有反應(yīng)(Tauxe et al., 2010)。圖3顯示兩個(gè)樣品的磁滯回線特征為“蜂腰型”(wasp-waisted)，在磁場(chǎng)加到300 mT之前，兩個(gè)樣品的磁化強(qiáng)度迅速增加到飽和磁化強(qiáng)度的約40%，但是直到磁場(chǎng)加到約1.5 T才閉合，這種特征可能是因?yàn)椴煌C頑力的磁性礦物混合所導(dǎo)致，如磁鐵礦和赤鐵礦(Roberts et al., 1995)。

圖3 青藏高原沱沱河盆地TTHC剖面代表性樣品的磁化率隨溫度變化曲線、等溫剩磁獲得曲線、等溫剩磁分解以及磁滯回線

為了定量分析樣品中主要載磁礦物磁鐵礦和赤鐵礦的貢獻(xiàn)，運(yùn)用累計(jì)對(duì)數(shù)高斯模型來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行磁組份的分離(Kruiver et al., 2001)，選取的是兩種組份分離。如表1和圖3所示，在C0 和C132兩個(gè)樣品中，軟磁性礦物的矯頑力都小于300 mT，所占的比例小于41%，而矯頑力大于450 mT的硬磁性礦物對(duì)全巖等溫剩磁的貢獻(xiàn)度大于59%。結(jié)合磁化率隨溫度變化曲線，等溫剩磁獲得曲線以及磁滯回線，TTHC剖面樣品中的載磁礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，但是赤鐵礦為主要的磁性礦物。

表1 青藏高原沱沱河盆地TTHC剖面部分樣品梯度獲得曲線(GAP)結(jié)果

3.3 古地磁結(jié)果

所有樣品經(jīng)過(guò)熱退磁以后，對(duì)古地磁數(shù)據(jù)采用主成分分析法(principal component analysis)來(lái)確定樣品的特征剩磁方向(Kirschvink, 1980)，選取至少連續(xù)4個(gè)退磁步驟及最大角偏差(maximum angular deviation)≤15°的點(diǎn)用來(lái)進(jìn)行擬合特征剩磁的方向(圖4)。所有樣品的特征剩磁方向用Fisher(1953)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算。從圖4中可以看出，樣品退磁溫度加熱到500℃左右時(shí)，低溫次生組分基本已清洗干凈，從500℃左右開(kāi)始以后，退磁曲線基本開(kāi)始穩(wěn)定走向原點(diǎn)，代表樣品特征剩磁方向。在本次研究中，為了排除可能存在的極性轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，我們選取VGP≥45°的數(shù)據(jù)用來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算和古緯度的求取，最后共有74個(gè)古地磁數(shù)據(jù)滿足要求。

運(yùn)用Fisher統(tǒng)計(jì)方法(Kirschvink, 1980)，對(duì)VGP≥45°的磁性地層樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行地層的校正，地層校正前的特征剩磁方向?yàn)椋篋ec=338.3°,Inc=36°,a95=6°,k=9，地層校正后的特征剩磁平均方向?yàn)镈ec=358.5°,Inc=28°,a95=5.7°,k=9(圖5a，b)。同時(shí)期基于歐亞極預(yù)期(35 Ma)的平均方向?yàn)镈ec=10.6°,Inc=54.5°,a95=3.9°(圖5b)(Besse and Courtillot, 2002)。

為了確定獲得的特征剩磁是否為原生剩磁，筆者等對(duì)樣品進(jìn)行了倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)(Tauxe et al., 2010)。倒換方向被轉(zhuǎn)換至其對(duì)趾方向，兩組數(shù)據(jù)各分量的95%置信區(qū)間相互重疊，正、負(fù)極性在95%置信水平上無(wú)法區(qū)分(圖5c)，因此，通過(guò)了倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)(Tauxe et al., 2010)，表明樣品熱退磁剔除了次生剩磁，獲得了原生剩磁。

圖5 青藏高原沱沱河盆地TTHC剖面地層校正前特征剩磁等面積投影及95%置信水平上的Fisher平均方向(a)、地層校正后特征剩磁等面積投影及95%置信水平上的Fisher平均方向(b)(紅色的表示同時(shí)期, 35 Ma, 的期望方向)以及倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)結(jié)果(c)

在用特征剩磁平均值方向計(jì)算古緯度之前，對(duì)磁傾角淺化問(wèn)題需要進(jìn)行校正，因?yàn)閮A角的淺化會(huì)導(dǎo)致古緯度結(jié)果存在大的偏差。許多研究表明沉積巖所記錄的磁傾角存在淺化現(xiàn)象，尤其是在中亞地區(qū)(Gilder et al., 2001; Dupont-Nivet et al., 2002; Tan Xiaodong et al., 2003; Yan Maodu et al., 2005; Kodama, 2012; 顏茂都等，2012; Meng Jun et al., 2017)。沉積巖磁傾角淺化的主要原因一般有：

沉積時(shí)的傾角淺化：一般發(fā)生在獲得沉積碎屑剩磁的過(guò)程中，尤其是顆粒較粗的沉積物容易發(fā)生傾角淺化；壓實(shí)作用：沉積巖的傾角淺化也可以是因?yàn)閴簩?shí)作用，尤其是對(duì)于細(xì)顆粒沉積物；變形作用：沉積巖的褶皺變形包含應(yīng)力作用，在應(yīng)力的作用下磁性顆粒有可能會(huì)重新排列，從而導(dǎo)致傾角淺化；膠結(jié)作用：沉積巖沉積后迅速的被膠結(jié)有可能阻止后期因?yàn)閴簩?shí)等作用導(dǎo)致的磁傾角淺化(Butler, 1992)。關(guān)于磁傾角淺化的原因還有很多其它的解釋，目前仍然在爭(zhēng)議中(Kodama, 2012)，有一點(diǎn)肯定的是在運(yùn)用沉積巖的古地磁數(shù)據(jù)進(jìn)行古緯度重建時(shí)，磁傾角的淺化需要被考慮進(jìn)去。

目前對(duì)于磁傾角淺化校正有巖石磁學(xué)和E/I(Elongation—Inclination)等方法(Tauxe and Kent, 2004；Kodama, 2012)。近幾年E/I校正方法在青藏高原被普遍的應(yīng)用(Yan Maodu et al., 2005; Tan Xiaodong et al., 2010; 顏茂都等, 2012；Meng Jun et al., 2017)。在我們的剖面中，地層校正后實(shí)測(cè)的磁傾角為28°，而同時(shí)期相對(duì)于歐亞極期望的傾角為54.5°，實(shí)測(cè)的傾角發(fā)生了明顯的淺化現(xiàn)象，本文筆者等采用E/I方法對(duì)磁傾角進(jìn)行淺化校正。

如圖6所示，圖中的綠線與按統(tǒng)計(jì)法模型f等于0.5時(shí)所預(yù)測(cè)的磁傾角為44.4°, 95%置信區(qū)間為35.4°～51.8°。校正后的磁傾角與附近大致同時(shí)期(38.6±0.5 Ma)的烏蘭烏拉湖(34.5°N, 90.2°E)地區(qū)的火山巖磁傾角(46.1°±7.6°)結(jié)果基本一致，因?yàn)榛鹕綆r不受沉積淺化等因素的影響，所以火山巖的磁傾角數(shù)據(jù)是比較可靠的(Lippert et al., 2011)。通過(guò)與附近同時(shí)期火山巖的磁傾角數(shù)據(jù)對(duì)比說(shuō)明用E/I方法成功校正了TTHC剖面的沉積淺化現(xiàn)象。

圖6 青藏高原沱沱河盆地TTHC剖面磁傾角E/I校正。(a)伸展率和傾角隨淺化因子f的變化關(guān)系，綠線與淺化因子f的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是校正后的傾角。(b)傾角校正的累積分布圖，平均校正的傾角以及95%置信度范圍。(c)伸展率方向與傾角的關(guān)系

對(duì)TTHC剖面所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)以及磁傾角淺化校正后，我們可以用校正后的結(jié)果來(lái)計(jì)算約35 Ma的古緯度，以剖面坐標(biāo)(34.1°N, 92.3°E)為參考點(diǎn)，計(jì)算出古地磁極為81.9°N, 281.9°E,dp/dm=7.2/4.5，古緯度為26.1°N。烏蘭烏拉湖地區(qū)，在約38.6 Ma的火山巖數(shù)據(jù)得到的古緯度為27.5°，轉(zhuǎn)換到TTHC剖面的參考點(diǎn)，其結(jié)果為26.9°N，與剖面沉積巖淺化校正后得到的古緯度數(shù)據(jù)基本一致。

4 討論

4.1 古地理位置(古緯度)對(duì)沱沱河盆地晚始新世氣候成因解釋的意義

現(xiàn)在赤道的年平均溫度約25℃，兩極地區(qū)約為-25℃。雖然在地質(zhì)歷史時(shí)期赤道到兩極地區(qū)溫度的變化范圍可能會(huì)不一樣，但是最基本的原理和事實(shí)是一致的，那就是赤道地區(qū)一年的太陽(yáng)輻射量最大，兩極地區(qū)最少，因此溫度的變化遵循同樣的趨勢(shì)。熱帶氣候環(huán)境作用下的沉積物在赤道地區(qū)分布最多，向兩極地區(qū)逐漸減少甚至消失，如珊瑚，碳酸鹽，蒸發(fā)巖等，而另外一些氣候敏感性指標(biāo)則在兩極或者高中緯度地區(qū)分布較多，赤道很少或者沒(méi)有，如冰川，落葉林等。古氣候?qū)W家在過(guò)去幾十年已經(jīng)證明這些氣候敏感性指標(biāo)的分布與現(xiàn)在的氣候區(qū)分布是基本一致的，大致與緯線平行(Habicht, 1979; Parrish et al., 1982)。因此，計(jì)算出來(lái)的古緯度與古氣候敏感性指標(biāo)兩者之間可以相互印證和解釋，如計(jì)算出某一地塊在某一地質(zhì)歷史時(shí)期的古緯度為80°N，但是古氣候敏感性指標(biāo)出現(xiàn)的是珊瑚等分布于熱帶的沉積物，那么此時(shí)求取的古緯度應(yīng)該是值得懷疑的。

在TTHC剖面中，在底部發(fā)現(xiàn)了孢粉，其主要種屬為xerophyticEphedripites,Nitrariadites(Nitrariapollis)andChenopodipolli以及少量的針葉林，與柴達(dá)木盆地、西寧盆地、吐哈盆地、酒泉盆地以及河套盆地同時(shí)期的孢粉種類(lèi)相似，指示當(dāng)時(shí)的氣候干旱(Miao et al., 2016)，結(jié)合紅色的巖性地層，說(shuō)明在晚始新世(約37 Ma)氣候相對(duì)炎熱干旱。孢粉的結(jié)果間接證明了我們計(jì)算的TTHC剖面晚始新世古緯度(26.1°N)是合理的，同時(shí)，因?yàn)門(mén)THC剖面在晚始新世處于副熱帶高氣壓帶范圍內(nèi)，可以很合理的解釋孢粉和巖性結(jié)果顯示的炎熱干旱氣候。

4.2 對(duì)沱沱河地區(qū)地殼縮短歷史的指示意義

為了重建沱沱河地區(qū)新生代古緯度，我們根據(jù)Van der Voo(1990)提出的等權(quán)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)判已發(fā)表古地磁數(shù)據(jù)的可靠性。該方法用quality factor(Q)值來(lái)判斷數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其7條評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為：采樣地層的年代有較好的控制；有足夠樣品的數(shù)量以有效地平均掉樣品的定向誤差和地球磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化的影響。一般而言：一個(gè)可靠的古地磁極要求獨(dú)立樣品數(shù)≥24,精度參數(shù)k≥10, 95%置信區(qū)間≤16；特征剩磁分量是經(jīng)過(guò)有效退磁之后獲得的；特征剩磁有相關(guān)的野外檢驗(yàn)；處于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)；通過(guò)倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)或存在雙極性；顯著區(qū)別于現(xiàn)今地磁極的位置。在以上判別標(biāo)準(zhǔn)中,古地磁極每通過(guò)一條判斷依據(jù),得到一個(gè)點(diǎn)數(shù)，最后所有點(diǎn)數(shù)的和為該古地磁極的質(zhì)量因子(Q值)，其變化范圍為0～7。一般而言，要求古地磁極的質(zhì)量因子Q值≥4。最近，Meert等(2020)根據(jù)最新的古地磁研究進(jìn)展對(duì)Van der Voo(1990)提出的等權(quán)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?，提出了新的可靠性判別標(biāo)準(zhǔn)，即Reliability(R)指標(biāo)。新的R指標(biāo)和之前的Q指標(biāo)相比沒(méi)有大的差別，但增加了幾個(gè)新的判斷標(biāo)準(zhǔn)，如載磁礦物的評(píng)價(jià)、碎屑沉積巖的磁傾角校正等。本文將會(huì)綜合這兩個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，在選取評(píng)判古地磁數(shù)據(jù)時(shí)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為：Van der Voo(1990)的7條標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)加上：沉積巖磁傾角淺化校正；載磁礦物的確定。

目前在羌塘地塊內(nèi)部或者邊緣取得了部分新生代的古地磁數(shù)據(jù)，筆者等收集了20條古地磁記錄(表2)。在羌塘烏蘭烏拉湖地區(qū)，Lippert等(2011)采集了能夠平均掉古地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化火山巖古地磁樣品，對(duì)典型樣品進(jìn)行了巖石磁學(xué)分析，確定鈦磁鐵礦為主要的載磁礦物；進(jìn)行了系統(tǒng)的熱退磁實(shí)驗(yàn)，退磁曲線較好；火山巖的絕對(duì)年齡為38.6±0.5 Ma。根據(jù)上述的古地磁評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，Q+R值為5。以剖面坐標(biāo)(34.5°N，90.2°E)為參考點(diǎn)，計(jì)算出的古地磁極為82.1°N，298.4°E，a95=7.8°，古緯度為 27.5°N，轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下為：Dec=356.1°，Inc=45.5°，a95=7.9°，古緯度為26.9°N。

表2 新生代羌塘地塊內(nèi)部或邊緣地區(qū)已發(fā)表的古地磁數(shù)據(jù)及本文結(jié)果

在改則縣城東約30 km的改則盆地，丁繼凱等(2014)在康托組采集了磁性地層樣品(32.2°N，84.3°E)，有效古地磁樣品(690塊)足以平均掉古地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化；對(duì)典型樣品進(jìn)行了巖石磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，確定磁鐵礦和赤鐵礦為主要的載磁礦物；進(jìn)行了系統(tǒng)的熱退磁實(shí)驗(yàn)，退磁曲線較好；用E/I方法進(jìn)行了磁傾角淺化校正；特征剩磁通過(guò)了褶皺檢驗(yàn)；根據(jù)凝灰?guī)r的絕對(duì)年齡，將磁性地層年齡定為30～28.5 Ma。根據(jù)上述的古地磁評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，Q+R值為8。以剖面坐標(biāo)(32.2°N，84.3°E)為參考點(diǎn)，計(jì)算出的古地磁極為71.7°N，340.3°E，a95=3.3°，古緯度為 25.9°N，轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下為：Dec=341.1°，Inc=44°，a95=3.3°，古緯度為25.8°N。

在尼瑪盆地(31.78°N，87.17°E)，Meng Jun等(2017)在丁青湖組晚漸新世到早中新世的紅層中進(jìn)行了古地磁采樣，在尼瑪向斜的南翼丁青湖組的上部，采集了352個(gè)樣品用于磁性地層研究，在向斜的兩翼采集了36個(gè)樣品用于褶皺檢驗(yàn)，樣品經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的熱退磁且對(duì)特征剩磁進(jìn)行了褶皺檢驗(yàn)和倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)；在凝灰?guī)r絕對(duì)定年的基礎(chǔ)上，確定磁性地層的年代為25.1～22.3 Ma，樣品平均掉古地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化；用E/I方法進(jìn)行了磁傾角淺化校正。Q+R值為8。以剖面坐標(biāo)(31.78°N，87.17°E)為參考點(diǎn)，計(jì)算出的古地磁極為78.9°N，164.1°E，dp=3.7°dm=2.6°，古緯度為 33.7°(-6.8°/+5.2°)N。轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下為：Dec=13.2°，Inc=56.3°，a95=2.2°，古緯度為36.9°N。

在羌塘地體東部貢覺(jué)盆地始新世的貢覺(jué)組和然木溝組，Tong Yabo等(2017)在褶皺的兩翼采集了584塊樣品，53個(gè)采點(diǎn)，巖石磁學(xué)研究表明紅層的主要載磁礦物是赤鐵礦和磁鐵礦；所有樣品都經(jīng)過(guò)逐步的系統(tǒng)熱退磁；通過(guò)了倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)和褶皺檢驗(yàn)；基于火山巖的年齡，確定地層的年齡在56.0～43.2 Ma；對(duì)古地磁樣品進(jìn)行了磁傾角淺化校正。Q+R值為8。以剖面坐標(biāo)(31°N，98.2°E)為參考點(diǎn)，計(jì)算出的古地磁極為57.9°N，192.1°E，a95=2.9°，古緯度為 23.9°±2.9 N。轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下為：Dec=34.8°，Inc=41.1°，a95=3.3°，古緯度為23.6°N。

同樣在貢覺(jué)盆地(30.9°N，98.3°E)，Li Shihu等(2020)在貢覺(jué)縣周邊采集了3個(gè)剖面，1766塊古地磁樣品，總厚度3325 m。剖面的主要載磁礦物是赤鐵礦和磁鐵礦；所有樣品都經(jīng)過(guò)逐步的系統(tǒng)熱退磁；通過(guò)了倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)和褶皺檢驗(yàn)；高分辨率的磁性地層學(xué)研究顯示地層的年齡在69.0～41.5 Ma。需要注意的是構(gòu)造旋轉(zhuǎn)研究顯示69～68 Ma、52～48 Ma兩個(gè)時(shí)間段存在>15°的旋轉(zhuǎn)。因構(gòu)造旋轉(zhuǎn)對(duì)古緯度的重建存在大的影響且對(duì)沉積巖而言，一般用于重建古緯度的古地磁數(shù)據(jù)要求其旋轉(zhuǎn)量不超過(guò)15°(Vaes et al., 2021)，所以本文選取Li Shihu等(2020)文章中以下四個(gè)年齡段且經(jīng)過(guò)E/I傾角校正的古地磁數(shù)據(jù)來(lái)轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下，分別是：61.0～55.4 Ma、55.4～53.2 Ma、47.1～45.3 Ma、45.3～41.5 Ma，對(duì)應(yīng)的磁偏角和磁傾角參見(jiàn)表2，Q+R值為8。將以上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下分別為：Dec=52.3°，Inc=40.8°，a95=4°，古緯度為23.4° N(61.0～55.4 Ma)；Dec=49.6°，Inc=43.9°，a95=4.8°，古緯度為25.7° N(55.4～53.2 Ma)；Dec=34.2°，Inc=48.7°，a95=2.7°，古緯度為29.7° N(47.1～45.3 Ma)；Dec=30°，Inc=47.6°，a95=2.7°，古緯度為28.7° N(45.3～41.5 Ma)。

在羌塘下拉秀盆地，Roperch等(2017)采集了能夠平均掉古地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化火山巖古地磁樣品；進(jìn)行了系統(tǒng)的熱退磁實(shí)驗(yàn)；火山巖的絕對(duì)年齡為51～49 Ma。根據(jù)上述的古地磁評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，Q+R值為4。以剖面坐標(biāo)(32.6°N，96.6°E)為參考點(diǎn)，計(jì)算出的磁偏角為11.9°，傾角為41.6°，a95是8.0°，轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下為：Dec=11.3°，Inc=42.6°，a95=7.8°，古緯度為24.6° N。

在青藏高原中部地區(qū)的囊謙盆地，Zhang Weilin等(2020)在1046 m厚的新生代地層采集了740塊古地磁樣品，主要載磁礦物是赤鐵礦；所有樣品都經(jīng)過(guò)了逐步的系統(tǒng)熱退磁；通過(guò)了倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)和褶皺檢驗(yàn)；基于高分辨率的磁性地層學(xué)結(jié)果，確定地層的年齡在52.5～35.0 Ma。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)結(jié)果顯示囊謙盆地在52～46 Ma經(jīng)歷了約26°的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、40.5～35.0 Ma存在約25°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、46.0～40.5 Ma期間旋轉(zhuǎn)不顯著(Zhang Weilin et al., 2020)。因此，囊謙剖面46.0～40.5 Ma的古地磁數(shù)據(jù)用來(lái)重建古緯度較為合適。Zhang Weilin等(2020)對(duì)囊謙剖面第三段(約46～35 Ma)的磁傾角開(kāi)展了淺化校正，由之前的36.5°校正到47.5°，淺化系數(shù)是0.69。但需要注意的是磁傾角校正過(guò)的第三段中間(40.5～35.0 Ma)有約25°的旋轉(zhuǎn)，所以筆者等將第三段中46.0～40.5 Ma沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的這一小段的古地磁數(shù)據(jù)重新進(jìn)行了計(jì)算得到：Dec=16.8°，Inc=40.8°，a95=4.6°，但是這里的磁傾角結(jié)果是沒(méi)有經(jīng)過(guò)校正的，因原始數(shù)據(jù)限制，不能對(duì)這一小段的數(shù)據(jù)開(kāi)展E/I校正。筆者等基于已知的第三段淺化系數(shù)(flattening factor)f=0.69，通過(guò)公式tanI=f×tanλ(Butler, 1992)，計(jì)算得到校正后的傾角為39°，與校正之前磁傾角幾乎一致，這里還是用之前的磁傾角40.8°，轉(zhuǎn)換到TTHC剖面參考點(diǎn)之下為：Dec=16.2°，Inc=42.1°，a95=4.8°，古緯度為24.3°N。

除了以上的研究，Lin Jinlu和Watts(1988)以及Halim等(1998)在風(fēng)火山—二道溝盆地的古新世—早始新世地層開(kāi)展了古地磁研究，但是地層的年代沒(méi)有很好的限定且沒(méi)有磁傾角淺化的校正；Liu Zhifei等(2003)對(duì)風(fēng)火山—二道溝盆地的風(fēng)火山群和五道梁盆地的雅西措組等開(kāi)展了較為詳細(xì)的磁性地層學(xué)工作，但是構(gòu)建的風(fēng)火山群地層年代學(xué)后續(xù)被修正(Staisch et al., 2014; Jin Chunsheng et al., 2018)且同樣沒(méi)有嘗試開(kāi)展磁傾角淺化校正；Chen Yan等(2002)在可可西里盆地中新世地層、Dai Jingen等(2012)在西可可西里盆地康托組、Ran Ranbo等(2016)在通天河盆地雅西措組和五道梁組以及伊海生等(2004)在烏蘭烏拉湖風(fēng)火山群等所開(kāi)展的古地磁工作都存在著地層年齡的模糊和不可靠性以及缺乏地層的傾角淺化校正問(wèn)題。雖然以上的研究工作的Q+R值都≥5，但是考慮到中亞地區(qū)存在著明顯的沉積巖所記錄的磁傾角淺化現(xiàn)象(顏茂都等，2012)，所以對(duì)沉積巖磁傾角淺化進(jìn)行校正后來(lái)重建古緯度顯得尤為必要，基于此，本文將上述的9項(xiàng)古地磁的結(jié)果排除，不參與TTHC剖面所在地區(qū)沱沱河盆地新生代古緯度重建恢復(fù)。

最終，根據(jù)以上通過(guò)古地磁評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的新生代羌塘地體或者地體邊界的古地磁極研究結(jié)果(共11條)(Lippert et al., 2011; 丁繼凱，2014；Meng Jun et al., 2017；Roperch et al., 2017; Tong Yabo et al., 2017; Li Shihu et al., 2020；Zhang Weilin et al., 2020)，將這些古地磁結(jié)果轉(zhuǎn)換到TTHC剖面的坐標(biāo)系統(tǒng)下(表2)，結(jié)合本次的研究結(jié)果，重建TTHC剖面所在的沱沱河盆地的新生代古緯度演化歷史(圖7)。

印度板塊與歐亞板塊的碰撞形成了現(xiàn)在平均海拔約5000 m的青藏高原(Molnar and Tapponnier, 1975; Yin An and Harrison, 2000)。從圖7中可以看出沱沱河盆地從新生代早期(約60 Ma)到約24 Ma，TTHC剖面或者高原的上地殼一直處于緯向擠壓縮短進(jìn)程當(dāng)中，以TTHC剖面為縮短時(shí)間起點(diǎn)，晚始新世以來(lái)沱沱河盆地緯向地殼縮短了1100±627 km，與羌塘地體東部昌都地區(qū)的縮短量基本一致(Fu Qiang et al., 2022)，形成眾多的逆沖斷裂帶，如唐古

表3 青藏高原沱沱河盆地TTHC剖面VGP≥45°的古地磁結(jié)果

拉山逆沖斷裂等(Li Yalin et al., 2012)，在約24 Ma地殼縮短減小或者停止。這個(gè)結(jié)論也得到了青藏高原早中新世基本水平沉積的五道梁組，早中新世古大湖，不整合覆蓋于風(fēng)火山群之上未變形的玄武巖，風(fēng)火山地區(qū)斷層泥低溫?zé)崮甏鷮W(xué)以及風(fēng)火山、唐古拉山、囊謙等逆沖斷層結(jié)束時(shí)間等地質(zhì)證據(jù)的支持(Wu Zhenhan et al., 2008; Staisch et al., 2014; Li Yalin et al., 2015; Staisch et al., 2016；李樂(lè)意，2019)。

5 結(jié)論

(1)巖石磁學(xué)研究表明青藏高原沱沱河盆地TTHC剖面的主要載磁礦物是磁鐵礦和赤鐵礦，但以赤鐵礦為主。與同期(約35 Ma)歐亞極期望磁傾角相比以及火山巖對(duì)比，TTHC剖面存在明顯的磁傾角淺化現(xiàn)象，經(jīng)E/I方法校正后，得到在約35 Ma古地磁方向?yàn)镈ec=358.5°，Inc=44.4°，a95=5.7°，古緯度為26.1°N。

(2)綜合貢覺(jué)盆地，改則盆地，尼瑪盆地，囊謙盆地、下拉秀盆地和烏蘭烏拉湖火山巖古緯度數(shù)據(jù)以及本文的結(jié)果，得到青藏高原沱沱河盆地新生代古緯度演化歷史，結(jié)果表明在約24 Ma沱沱河盆地到達(dá)現(xiàn)在的緯度位置，印度與歐亞板塊碰撞所導(dǎo)致的沱沱河盆地上地殼縮短在約24 Ma減小或者停止。

致謝：感謝兩位評(píng)審專家和編輯部的寶貴建議和辛勤工作。