巖石磁組構(gòu)對(duì)剩磁穩(wěn)定性的制約探討: 以印支地塊中生代碎屑巖和拉薩林周盆地設(shè)興組紅層為例

賈舒斐， 黃寶春*， 魯洪亮， 趙千2,， 閆永剛， 梁雅倫， 易治宇

1 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 2 三明學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院， 國(guó)家公園研究中心， 福建三明 365004 3 中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東珠海 519000 4 中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院， 行星環(huán)境與天體生物學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室， 廣東珠海 519000

0 引言

巖石磁組構(gòu)通常是指由于組成巖石的礦物結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、種類及含量等的非均一性，導(dǎo)致巖石在不同方向上獲得磁化的能力有所差異的現(xiàn)象，因而被廣泛應(yīng)用于沉積巖或沉積物的變形歷史、古水流方向、巖漿侵位過(guò)程與機(jī)制、巖漿流動(dòng)方向及火山口位置圈定等領(lǐng)域的研究(Hrouda, 1982; Tarling and Hrouda, 1993).特別地，在構(gòu)造古地磁學(xué)研究中，由于巖石磁組構(gòu)可以提供豐富的，包括順磁性、抗磁性和廣義鐵磁性礦物在內(nèi)的所有磁性礦物晶體的形狀、排列方式等磁學(xué)信息，因而被廣泛應(yīng)用于判別巖石中記錄的古地球磁場(chǎng)方向是否受到了同沉積或沉積后構(gòu)造應(yīng)力的改造，從而進(jìn)一步限定巖石中記錄的剩余磁化強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱剩磁)方向是否仍然嚴(yán)格平行或準(zhǔn)平行于當(dāng)時(shí)地球磁場(chǎng)方向.因此，無(wú)論是對(duì)沉積巖還是對(duì)火成巖而言，如果巖石磁組構(gòu)揭示巖石仍然保留了其形成時(shí)期的原始組構(gòu)，如原始沉積組構(gòu)、巖漿流動(dòng)組構(gòu)等(Tarling and Hrouda, 1993)，則通常認(rèn)為該巖石中的磁性礦物未遭受構(gòu)造應(yīng)力的顯著改造，有可能準(zhǔn)確記錄巖石形成時(shí)期的古地球磁場(chǎng)方向.例如，對(duì)一套遠(yuǎn)離火山口的基性火山熔巖而言，由于巖漿黏滯力的顯著增加和巖漿流速的顯著降低，熔巖中的針狀或片狀礦物的定向排列趨勢(shì)顯著下降，因而通?？梢杂^測(cè)到巖石磁化率各向異性(Anisotropy of Magnetic Susceptibility, 簡(jiǎn)稱AMS)橢球體三個(gè)主軸方向在赤平投影圖上隨機(jī)分布的現(xiàn)象(Kolofíková, 1976; Huang et al., 2006a)，表明該套火山熔巖未遭受后期構(gòu)造應(yīng)力的顯著影響，其古地磁方向可以用于地球古板塊古地理重建等構(gòu)造古位置的恢復(fù)研究.

對(duì)沉積巖，特別是碎屑巖而言，由于其成分主要是石英、長(zhǎng)石、云母、黏土礦物、巖屑及鐵或鋁的氧化物等，在靜水或流水作用下，壓扁狀礦物總是趨向于平行于古水平面排列；因而在宏觀上通常表現(xiàn)為AMS橢球體最小主軸(Kmin)垂直于層面、最大主軸(Kmax)和中間主軸(Kint)隨機(jī)分布于層面內(nèi)的典型沉積組構(gòu)特征.同時(shí)，由于斜坡或水流的影響，壓扁狀顆粒的疊覆作用導(dǎo)致由Kmax和Kint主軸組成的磁面理趨向于與古水平面之間呈一定的銳角，且代表拉長(zhǎng)狀或壓扁狀礦物最長(zhǎng)軸排列方向的磁線理(對(duì)應(yīng)于AMS橢球體的Kmax主軸)趨向于平行斜坡或水流方向(圖1a)；如果斜坡坡度或水流速度大到足以引起拉長(zhǎng)狀或壓扁狀礦物的滾動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，則磁線理趨向于垂直斜坡或水流方向(Tarling and Hrouda, 1993).

另一方面，如果沉積巖在同沉積或沉積后受到區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(如平行于層面的水平擠壓力)作用，即便是常規(guī)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方法觀察不到顯著的構(gòu)造線理和面理，巖石也可能由于構(gòu)造應(yīng)力作用導(dǎo)致磁性顆粒(除特殊說(shuō)明外，泛指包含順磁性、抗磁性和廣義鐵磁性礦物在內(nèi)的所有磁性礦物)的變形，形成有別于典型沉積組構(gòu)的過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)(Parés et al., 1999; Parés, 2004; Larrasoaa et al., 2004; Hrouda et al., 2009).如圖1所示，沉積巖在平行于層面的水平構(gòu)造擠壓力作用下，隨著構(gòu)造應(yīng)力的逐步增強(qiáng)，由于磁性顆粒的形變，不僅可以觀測(cè)到AMS橢球體的形狀(由其形狀因子T度量)和磁化率各向異性度(P或Pj)的顯著變化，而且可以發(fā)現(xiàn)AMS橢球體三個(gè)主軸方向的分布發(fā)生了顯著改變(Hrouda and Chadima, 2020).有別于典型沉積組構(gòu)的磁線理(如圖1a中的Kmax方向)和磁面理(其法線如圖1a中Kmin方向)均與構(gòu)造擠壓方向顯著不相關(guān)，從初始弱變形(Incipient deformation)組構(gòu)開(kāi)始，巖石的AMS橢球體主軸方向分布均與擠壓方向顯著相關(guān)：如從初始弱變形組構(gòu)到強(qiáng)劈理(Strong cleavage)組構(gòu)階段，AMS主軸分布的最顯著特征是磁線理(Kmax)盡管仍分布于層面內(nèi)，但已由原始的古水流方向轉(zhuǎn)至垂直于擠壓方向分布，而作為度量磁面理方向的AMS最小主軸Kmin則逐步轉(zhuǎn)至平行于層面分布，即磁面理由平行于層面逐步轉(zhuǎn)至垂直于層面.顯而易見(jiàn)，如果巖石中攜帶剩磁的鐵磁性礦物也發(fā)生了相應(yīng)變形，即便是初始弱變形組構(gòu)，巖石記錄的原生剩磁方向也必定會(huì)發(fā)生相應(yīng)偏轉(zhuǎn)(Kligfield et al., 1981, 1983)，從而不能準(zhǔn)確記錄當(dāng)時(shí)的地球磁場(chǎng)方向.為此，有學(xué)者強(qiáng)力呼吁所有沉積巖的古地磁數(shù)據(jù)必須有可靠的巖石磁組構(gòu)證據(jù)，證明其未遭受同沉積或沉積后構(gòu)造應(yīng)力的顯著影響；否則，不能直接用于進(jìn)一步構(gòu)造演化和古地理重建等討論(Dallanave and Kirscher, 2020; Zhao et al., 2021).

圖1 (a) 平行于層面的水平構(gòu)造應(yīng)力作用下沉積巖AMS橢球主軸分布示意圖； (b) 不同構(gòu)造變形強(qiáng)度下的沉積巖AMS橢球體的形狀因子(T)與各向異性度的變化(修改自Hrouda和Chadima(2020))

眾所周知，巖石磁組構(gòu)包括巖石磁化率組構(gòu)和剩磁組構(gòu).由于AMS測(cè)量的是沉積巖中所有磁性礦物(包括抗磁性、順磁性和廣義鐵磁性礦物)的磁化率張量和，其結(jié)果必定不可避免地被其中磁化率較高的強(qiáng)磁性礦物或體積含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的順磁性/超順磁性礦物所影響.而剩磁僅僅為穩(wěn)定單疇或準(zhǔn)單疇鐵磁性礦物所攜帶.因此，對(duì)沉積巖剩磁可靠性的約束，更需要針對(duì)其特定載磁礦物類型，選擇合適的剩磁各向異性組構(gòu)(如非磁滯剩磁各向異性和等溫剩磁各向異性等)測(cè)量技術(shù)，開(kāi)展進(jìn)一步研究(Jackson, 1991).

為此，為進(jìn)一步探索巖石磁組構(gòu)對(duì)沉積巖剩磁可靠性的制約，本文以印支地塊中生代碎屑巖(賈舒斐等, 2022)和拉薩林周盆地設(shè)興組紅層(梁雅倫等, 2017)為例，開(kāi)展常規(guī)巖石磁化率各向異性組構(gòu)和表征其主要載磁礦物賦存狀態(tài)的高場(chǎng)等溫剩磁各向異性組構(gòu)測(cè)試分析研究，以期對(duì)巖石磁組構(gòu)對(duì)沉積巖剩磁可靠性的制約做進(jìn)一步探討.

1 樣品來(lái)源及其主要載磁礦物簡(jiǎn)介

用于本次巖石磁組構(gòu)研究的樣品主要包括兩組.一組樣品來(lái)自于泰國(guó)西北部Nakhon Thai盆地.該盆地與相鄰Khorat盆地同屬印支地塊，中生界以陸相碎屑沉積為主，按地層升序排列可劃分為8個(gè)組，包括Huai Hin Lat、Nam Phong、Phu Kradung、Phra Wihan、Sao Khua、Phu Phan、Khok Kruat和Maha Sarakham組(Ridd et al., 2011).賈舒斐等(2022)在前人對(duì)Khorat盆地中生界古地磁學(xué)研究(Yang and Besse, 1993; Bhongsuwan, 2000; Yan et al., 2017)基礎(chǔ)上，對(duì)Nakhon Thai盆地Nam Phong、Phu Kradung和Phra Wihan組碎屑巖進(jìn)行了系統(tǒng)古地磁采樣，在三個(gè)剖面上分別布置8(采點(diǎn)號(hào)Nt26-33)、5(Nt16-20)和9個(gè)(Nt37-45)古地磁采樣點(diǎn).每個(gè)采點(diǎn)用便攜式汽油鉆采集定向巖心樣品8～11塊.來(lái)自Nakhon Thai盆地Nam Phong和Phu Kradung組和Khorat盆地西緣Sao Khua組的三塊樣品的碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試揭示出其最年輕碎屑鋯石峰值年齡分別為約208、約154和約140 Ma(賈舒斐等，2022)；結(jié)合相關(guān)研究(Chonglakmani and Sattayarak, 1978; Bunopas, 1992; Racey et al., 1996; Carter and Bristow, 2003; Ridd et al., 2011)，指示Nakhon Thai盆地的Nam Phong、Phu Kradung和Phra Wihan組的沉積年齡分別為晚三疊世、晚侏羅世和早白堊世.同時(shí)，包括等溫剩磁(IRM)獲得曲線及其反向場(chǎng)退磁曲線、磁滯回線和-T曲線在內(nèi)的巖石磁學(xué)測(cè)試分析表明，Nam Phong組和Phra Wihan組砂巖和粉砂巖的主要載磁礦物為高矯頑力赤鐵礦和低矯頑力磁鐵礦的組合；而Phu Kradung組砂巖的載磁礦物應(yīng)以高矯頑力赤鐵礦為主，低矯頑力磁鐵礦次之.系統(tǒng)熱退磁結(jié)果顯示其特征剩磁的解阻溫度均高于665 ℃，進(jìn)一步指示樣品特征剩磁的載磁礦物為高矯頑力赤鐵礦.三個(gè)采樣單元的古地磁樣品均在進(jìn)行系統(tǒng)熱退磁前進(jìn)行了常規(guī)AMS組構(gòu)的測(cè)試.

另一組樣品來(lái)自于拉薩地塊林周盆地晚白堊世設(shè)興組紅層.梁雅倫等(2017)報(bào)道了拉薩林周縣附近的一個(gè)設(shè)興組背斜兩翼16個(gè)古地磁采樣點(diǎn)(采點(diǎn)號(hào)分別為南東翼xl210-215和北西翼xl216-225)，共161塊定向巖心樣品的巖石磁組構(gòu)、巖石磁學(xué)和古地磁學(xué)研究結(jié)果.本文在該背斜南東翼與采樣點(diǎn)xl210-215同層段新布置古地磁采樣點(diǎn)7個(gè)(采點(diǎn)號(hào)為xl240-246)，每個(gè)采樣點(diǎn)選取4塊樣品分別進(jìn)行了AMS組構(gòu)和剩磁組構(gòu)的測(cè)試分析.梁雅倫等(2017)研究表明，采樣層段設(shè)興組紅層樣品的主要載磁礦物為高矯頑力赤鐵礦，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)熱退磁結(jié)果揭示其特征剩磁組分的解阻溫度為670～685 ℃，特別是呈雙分量退磁特征的樣品，其高溫特征分量均出現(xiàn)在約500 ℃甚至約580 ℃之后.

2 實(shí)驗(yàn)方法

用于常規(guī)AMS組構(gòu)測(cè)試的樣品為25 mm×22 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱狀古地磁樣品.鑒于兩組樣品的主要載磁礦物均為高矯頑力赤鐵礦，為了直接獲得沉積巖中赤鐵礦顆粒的賦存狀態(tài)，我們選擇對(duì)部分樣品同時(shí)進(jìn)行了高場(chǎng)等溫剩磁各向異性(hf-AIR(Bilardello and Kodama, 2009)實(shí)驗(yàn).但由于實(shí)驗(yàn)室脈沖磁力儀高場(chǎng)充磁線圈孔徑大小的限制，實(shí)驗(yàn)所用樣品為利用臺(tái)式鉆機(jī)從相應(yīng)古地磁標(biāo)準(zhǔn)圓柱狀樣品中垂直鉆取的9 mm×7 mm小樣品(薛藝等，2021).

磁化率各向異性(AMS)測(cè)量使用捷克制Kappabridge MFK1磁化率測(cè)試系統(tǒng).hf-AIR測(cè)量主要使用的儀器包括美國(guó)ASC公司的IM-10-30脈沖磁力儀、TD-48SC單腔熱退磁儀、D-2000交變退磁儀及捷克制JR-6A雙速旋轉(zhuǎn)磁力儀.薛藝等(2021)和韓露等(2022)對(duì)Bilardello和Kodama(2009)提出的hf-AIR測(cè)量方法進(jìn)行了詳細(xì)解譯.其核心步驟包括通過(guò)在高脈沖直流磁場(chǎng)(如5 T)中激活赤鐵礦；同時(shí)通過(guò)峰值為100 mT的交變退磁和約120 ℃的熱退磁，以消除低矯頑力磁性礦物(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；重復(fù)進(jìn)行九個(gè)方向(Girdler, 1961)的等溫剩磁測(cè)量，獲得高矯頑力高解阻溫度載磁礦物(即赤鐵礦)的等溫剩磁各向異性張量.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；AMS組構(gòu)和hf-AIR組構(gòu)數(shù)據(jù)均采用PmagPy軟件(Tauxe et al., 2016)處理分析.

3 結(jié)果與分析

3.1 印支地塊Nakhon Thai盆地

對(duì)Nakhon Thai盆地Nam Phong組8個(gè)采點(diǎn)62塊樣品、Phu Kradung組5個(gè)采點(diǎn)65塊樣品、Phra Wihan組9個(gè)采點(diǎn)71塊樣品的AMS組構(gòu)測(cè)量表明，其AMS橢球總體上以壓扁狀為主，各向異性度均小于1.10(圖2c,f, 圖3c,f)，具有典型碎屑沉積巖的AMS特征(Tarling and Hrouda, 1993).但是，其AMS橢球體三個(gè)主軸的分布卻顯示出顯著差異.

首先，Phra Wihan組全部樣品(N=71)和Nam Phong組Nt28和Nt32兩個(gè)采點(diǎn)的樣品(N=15)的AMS橢球體三個(gè)主軸的分布顯示出較典型的沉積組構(gòu)特征：層面坐標(biāo)系下，由AMS橢球最大主軸Kmax和中間主軸Kint確定的磁面理均大致與地層層面平行，而最小主軸Kmin位于投影中心，大致與地層層面垂直(圖2a,b,d,e).同時(shí)，Nam Phong組樣品的AMS橢球的Kmax和Kint的集中程度相對(duì)較低，且磁面理的法線(即AMS橢球的最小主軸Kmin)有向NW方向傾斜的趨勢(shì)(圖2a)，很可能代表了NW-SE向的古水流方向.該AMS組構(gòu)大致代表了靜水(緩斜坡)或極低速流水環(huán)境下的沉積組構(gòu)特征(Tarling and Hrouda, 1993).Phra Wihan組樣品的AMS橢球的Kmax主軸有沿NS方向顯著集中的趨勢(shì)(圖2d)，有可能指示該組樣品沉積時(shí)處于近EW向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境中，受到了極弱的初始弱變形作用(Parés，2004; Huang et al., 2006b; Hrouda and Chadima, 2020).

圖2 印支地塊Nakhon Thai盆地晚三疊世Nam Phong組采點(diǎn)Nt28和Nt32(a,b,c)及早白堊世Phra Wihan組(d,e,f)樣品的AMS組構(gòu)

其次，Nam Phong組大部分樣品(N=47, Nt26,27,29-31,33)和Phu Kradung組全部樣品(N=65)呈現(xiàn)出明顯的過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)特征.如圖3a所示，Nam Phong組AMS橢球三個(gè)主軸的分布已經(jīng)顯著區(qū)別于典型沉積組構(gòu)，表現(xiàn)為其最小主軸(Kmin)在層面內(nèi)沿近EW方向集中，而最大主軸Kmax盡管主體仍大致位于層面內(nèi)，但已顯示出顯著的帶狀分布特征.該構(gòu)造變形組構(gòu)大致對(duì)應(yīng)于Parés(2004)和Hrouda和Chadima(2020)提出的強(qiáng)劈理組構(gòu)階段(圖1)，表明巖石樣品記錄的原生剩磁方向有可能受構(gòu)造應(yīng)力影響而發(fā)生了顯著偏轉(zhuǎn)(Dallanave and Kirscher, 2020).Phu Kradung組樣品也顯示了顯著的過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)特征(圖3d)，其中AMS橢球最大主軸Kmax幾乎仍保留在地層層面內(nèi)，在NW-SE方向上相對(duì)集中，而Kint和Kmin主軸呈現(xiàn)出較為顯著的帶狀分布特征，且Kint逐漸趨于垂直于地層層面分布.Jelínek圖解(圖3c,f)顯示，對(duì)應(yīng)于磁化率各向異性度Pj的顯著下降(均小于1.03)，AMS橢球輕微拉長(zhǎng)型和壓扁型同時(shí)發(fā)育.與Nam Phong組絕大部分樣品顯示的強(qiáng)劈理組構(gòu)相比，Phu Kradung組樣品呈現(xiàn)出的似乎是鉛筆狀至弱劈理組構(gòu)的特征(圖1).

為了進(jìn)一步探索泰國(guó)Nakhon Thai盆地中生代碎屑巖中記錄的特征剩磁是否遭受了同沉積或沉積后構(gòu)造應(yīng)力的影響，我們對(duì)Nam Phong組(Nt27-33, 表1)和Phu Kradung組(Nt16-20，表1)代表樣品進(jìn)行了高場(chǎng)等溫剩磁各向異性組構(gòu)(hf-AIR)(Bilardello and Kodama, 2009)測(cè)試.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Nam Phong組樣品hf-AIR橢球體最小主軸Tmin位于投影中心，即與層面接近垂直，且有略向SE-SES方向偏轉(zhuǎn)的特征；最大軸Tmax和中間軸Tint組成的磁面理雖與層面(即基圓)有一很小夾角，但大致位于基圓內(nèi)，最大軸Tmax沿NWN-SES方向略有集中(圖4a,b).很顯然，該剩磁組構(gòu)顯示的hf-AIR橢球體主軸分布特征非常接近Nam Phong組中少數(shù)樣品(即Nt28和Nt32)的AMS橢球體主軸分布特征(圖2d,e)，代表了一種典型靜水(緩斜坡)或水流速度極低環(huán)境下(近SES-NWN向水流)的典型沉積組構(gòu)特征(Tarling and Hrouda, 1993)，表明高矯頑力赤鐵礦所攜帶的特征剩磁未遭受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的影響，完全可以準(zhǔn)確記錄該組樣品形成時(shí)的地球磁場(chǎng)方向.同樣，Phu Kradung組5個(gè)采點(diǎn)12塊代表樣品(表1)的hf-AIR橢球體的最小主軸Tmin也位于投影中心，最大主軸Tmax和中間主軸Tint幾乎隨機(jī)地分布于基圓內(nèi)(圖4d,e).Bootstrap分析(Tauxe et al., 2016)顯示其最大主軸Tmax和中間主軸Tint組成的磁面理有微弱的向南至南西方向傾斜的趨勢(shì)；而最大軸Tmax沿NWW-SEE方向稍有集中.顯然，該剩磁組構(gòu)同樣顯著區(qū)別于上述AMS組構(gòu)指示的鉛筆狀至弱劈理組構(gòu)特征(圖3d,e)，反映的也是一種典型沉積組構(gòu)特征；指示高矯頑力赤鐵礦攜帶的特征剩磁，同樣未遭受同沉積或沉積后構(gòu)造應(yīng)力的影響，仍然可以準(zhǔn)確記錄巖石形成時(shí)的古地球磁場(chǎng)方向.此外，與上述AMS組構(gòu)還有所差異的是，兩個(gè)組的剩磁組構(gòu)均指示其hf-AIR橢球體的形狀為壓扁型(圖4c,f)，且具有～1.05-1.10的各向異性度.

圖3 印支地塊Nakhon Thai盆地晚三疊世Nam Phong組除采點(diǎn)Nt28和Nt32的其余樣品(a,b,c)及晚侏羅世Phu Kradong樣品(d,e,f)的AMS組構(gòu)(其余同圖2)

表1 樣品高場(chǎng)等溫剩磁各向異性張量的特征值和特征向量數(shù)據(jù)表

3.2 拉薩林周盆地設(shè)興組紅層

梁雅倫等(2017)對(duì)拉薩地塊林周盆地一背斜兩翼設(shè)興組紅層153塊樣品的AMS組構(gòu)測(cè)試分析(圖5)揭示，無(wú)論是在地理坐標(biāo)系下還是在地層坐標(biāo)系下，AMS橢球體最小主軸Kmin均顯著偏離投影中心，大約呈南北向近水平分布；中間軸Kint和最大軸Kmax明顯呈帶狀分布；總體而言，Kmax軸呈東西向近水平分布，而Kint軸接近與層面垂直分布(圖5b,d)，指示林周盆地設(shè)興組紅層在近南北向構(gòu)造應(yīng)力作用下，形成了具弱劈理至強(qiáng)劈理特征(圖1)的過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu).

圖5 拉薩林周盆地設(shè)興組紅層地理坐標(biāo)系(a,b)和層面坐標(biāo)系(c,d)下AMS橢球體主軸分布圖；(e) Jelínek (1981) AMS橢球體形狀因子(T)與各向異性度(Pj)分布圖(數(shù)據(jù)來(lái)源自梁雅倫等，2017)(其余同圖2)

我們對(duì)采自上述背斜南東翼另一組樣品(xl240-246)的12塊代表樣品的AMS組構(gòu)測(cè)量結(jié)果(圖6a,b,c)，進(jìn)一步驗(yàn)證了至少該采樣剖面的設(shè)興組紅層中確實(shí)記錄了一種弱劈理到強(qiáng)劈理特征的過(guò)渡型構(gòu)造組構(gòu)，反映了該套巖石在形成過(guò)程中或形成之后受到了顯著的近南北向平行于層面的水平擠壓應(yīng)力作用.進(jìn)一步hf-AIR測(cè)量結(jié)果(圖6d,e,f)顯示，對(duì)應(yīng)于以高矯頑力赤鐵礦為主要載磁礦物的剩磁組構(gòu)，盡管與AMS組構(gòu)所揭示的弱劈理至強(qiáng)劈理組構(gòu)的特征有所差異，但無(wú)論是最小主軸(Tmin)分布，還是最大主軸(Tmax)分布(圖6d)均已顯著區(qū)別于沉積巖的典型沉積組構(gòu)(Tarling and Hrouda, 1993).Bootstrap分析(Tauxe et al., 2016)顯示其剩磁各向異性橢球體最小主軸(Tmin)似與中間主軸(Tint)共面呈接近平行于層面的帶狀分布；而最大主軸(Tmax)則已顯著偏離層面，且接近垂直于層面分布(圖6e)，指示了一種介于強(qiáng)劈理和構(gòu)造組構(gòu)(圖1a)之間的過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu).由此可見(jiàn)，該套巖石中作為主要載磁礦物的高矯頑力赤鐵礦的賦存狀態(tài)也已完全不具有沉積巖中碎屑赤鐵礦應(yīng)具有的典型沉積組構(gòu)特征，指示其賦存方式很可能已經(jīng)受到了巖石形成時(shí)期或形成之后的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響.此時(shí)，盡管赤鐵礦攜帶的特征剩磁也可能形成于巖石形成時(shí)期，但由于構(gòu)造應(yīng)力作用，剩磁方向很可能已顯著偏離于當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)方向(Dallanave and Kirscher, 2020)，因而不能直接用于構(gòu)造演化及古地理重建等研究.

圖6 層面坐標(biāo)系下拉薩林周盆地設(shè)興組紅層的AMS(a,b)和hf-AIR(d,e)橢球體主軸分布圖；(c,f)Jelínek (1981) AMS/hf-AIR橢球體形狀因子(T)與各向異性度(Pj)分布圖(其余同圖2)

4 討論與結(jié)論

盡管泰國(guó)Nakhon Thai盆地中生代Nam Phong、Phu Kradung和Phra Wihan組三套巖石的AMS組構(gòu)顯示其主體為典型沉積組構(gòu)(圖2)，表明其主體未遭受顯著構(gòu)造作用的影響，可以準(zhǔn)確記錄巖石形成時(shí)期的原生剩磁；但是，部分樣品呈現(xiàn)出明顯的過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)特征：晚侏羅世Phu Kradung組樣品呈現(xiàn)出鉛筆狀至弱劈理組構(gòu)的特征(圖3a,b)，而Nam Phong組約四分之三的樣品甚至顯示出強(qiáng)劈理組構(gòu)特征(圖3d,e).如果這一巖石AMS組構(gòu)特征反映的是包含鐵磁性礦物(如陸相碎屑巖中常見(jiàn)的赤鐵礦和磁鐵礦)在內(nèi)的巖石中所有磁性礦物的賦存狀態(tài)，則由主要載磁礦物(如印支地塊Nakhon Thai盆地中生界碎屑巖中的高矯頑力赤鐵礦)所攜帶的特征剩磁，盡管有可能仍然是巖石形成時(shí)期獲得的原生剩磁，但其方向也必然因構(gòu)造變形的影響或改造發(fā)生了一定偏轉(zhuǎn)，因而不能準(zhǔn)確記錄特征剩磁獲得時(shí)的古地球磁場(chǎng)方向(Kligfield et al., 1981, 1983; Dallanave and Kirscher, 2020).然而，我們注意到，Nakhon Thai盆地晚三疊世Nam Phong組采自同一剖面8個(gè)采樣點(diǎn)(Nt26-33)的砂巖和粉砂巖的巖石磁學(xué)特征、特征剩磁解阻溫度及特征剩磁的采點(diǎn)平均方向等均未顯示出系統(tǒng)差別(賈舒斐等，2022)；唯獨(dú)AMS組構(gòu)顯示出了接近典型沉積組構(gòu)和強(qiáng)劈理組構(gòu)兩種顯著差別的巖石磁組構(gòu)特征.而且，Nam Phong組中獲得的特征剩磁還具有雙極性，且與前人在相鄰Khorat盆地同一巖石單元中獲得的11個(gè)采點(diǎn)特征剩磁平均方向(Yang and Besse, 1993; Yan et al., 2017)具有很好一致性，并在95%置信水平上通過(guò)了褶皺檢驗(yàn)(賈舒斐等，2022的圖9b,c)，表明其很可能代表了巖石形成時(shí)期獲得的原生剩磁.

考慮到巖石磁化率及其各向異性是巖石中所有磁性礦物的貢獻(xiàn)，如果作為碎屑巖主要成分的石英、長(zhǎng)石、云母、黏土礦物等抗磁性和順磁性礦物主導(dǎo)了巖石磁化率，則AMS組構(gòu)很可能并不能真實(shí)地反映與巖石剩磁直接相關(guān)的鐵磁性礦物的賦存狀態(tài).因此，僅僅根據(jù)AMS組構(gòu)判別巖石記錄的剩磁是否受到成巖時(shí)或成巖后構(gòu)造應(yīng)力的作用，顯然有失偏頗.為此，我們進(jìn)一步對(duì)Nam Phong組和Phu Kradung組AMS組構(gòu)顯示為過(guò)渡型構(gòu)造組構(gòu)的樣品，進(jìn)行了高場(chǎng)等溫剩磁各向異性(hf-AIR組構(gòu) (Bilardello and Kodama, 2009))測(cè)試分析.如圖4所示，兩個(gè)組的hf-AIR組構(gòu)均揭示出了顯著區(qū)別于AMS組構(gòu)(圖3)的特征.這一結(jié)果一方面直接指示樣品中碎屑赤鐵礦所攜帶的特征剩磁未遭受同沉積區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力或后期構(gòu)造應(yīng)力的影響，完全可以準(zhǔn)確記錄巖石形成時(shí)的古地球磁場(chǎng)方向.由此表明，我們從Nakhon Thai盆地中生界Nam Phong、Phu Kradung中獲得的特征剩磁，與Phra Wihan組中分離獲得的特征剩磁一樣，均未受到構(gòu)造應(yīng)力的顯著影響而發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，可以用于進(jìn)一步塊體構(gòu)造演化討論.另一方面，也表明泰國(guó)Nakhon Thai盆地中生界碎屑巖的磁化率及其各向異性組構(gòu)均主要來(lái)自于其中體積比占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的順磁性及抗磁性磁性礦物的貢獻(xiàn).由此可見(jiàn)，巖石AMS組構(gòu)，盡管在揭示巖石弱變形歷史研究中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但由于其來(lái)源復(fù)雜，在指示巖石中鐵磁性礦物是否遭受了顯著構(gòu)造應(yīng)力改變方面，具有一定局限性.

上述結(jié)論在拉薩地塊林周盆地設(shè)興組紅層的巖石磁組構(gòu)對(duì)比研究中得到了進(jìn)一步證實(shí).如圖5和圖6a,b所示，梁雅倫等(2017)及本文的AMS組構(gòu)測(cè)試結(jié)果均揭示出林周盆地設(shè)興組紅層記錄了一種顯著區(qū)別于典型沉積組構(gòu)的弱劈理至強(qiáng)劈理過(guò)渡型構(gòu)造組構(gòu)，表明該套巖石在成巖時(shí)或成巖后受到了顯著的近南北向構(gòu)造擠壓力的作用，導(dǎo)致AMS橢球體最大主軸(Kmax)趨近于平行區(qū)域褶皺樞紐軸分布，最小主軸(Kmin)趨近于平行層面分布.然而，進(jìn)一步的hf-AIR組構(gòu)測(cè)試結(jié)果(圖6d,e)顯示，對(duì)應(yīng)于巖石樣品的高矯頑力赤鐵礦所攜帶的hf-AIR組構(gòu)不僅不具有典型沉積組構(gòu)特征，而且指示了一種介于強(qiáng)劈理和構(gòu)造組構(gòu)之間的過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu).造成這一現(xiàn)象的原因，目前不外乎兩種可能：一是設(shè)興組紅層在印度與亞洲大陸匯聚和碰撞的近南北向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，赤鐵礦顆粒發(fā)生了剛性旋轉(zhuǎn)(Graham, 1949)導(dǎo)致巖石中記錄的原生剩磁方向發(fā)生了顯著偏轉(zhuǎn)，受樞紐近東西向褶皺的控制，褶皺近南北兩翼的原生剩磁方向發(fā)生了完全不同的偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其古地磁方向在大約69%展開(kāi)時(shí)獲得最大集中(梁雅倫等，2017)，形成了“同褶皺重磁化”的假象(Kodama, 1988; Dallanave and Kirscher, 2020; Zhao et al., 2021)；另一種可能是，對(duì)應(yīng)于梁雅倫等(2017)在鏡下觀測(cè)到的多呈它形充填在石英顆?？障吨械某噼F礦的復(fù)雜結(jié)晶和變形歷史(如網(wǎng)格狀赤鐵礦的韌性變形和塊狀赤鐵礦的脆性變形)，原生碎屑赤鐵礦所記錄的典型沉積組構(gòu)已被次生赤鐵礦的組構(gòu)所疊加和改造.但無(wú)論如何，樣品中高矯頑力赤鐵礦所攜帶的特征剩磁已不具備“原生剩磁”的特性，不能直接用于進(jìn)一步的構(gòu)造演化和古地理重建等研究.

事實(shí)上，沉積巖中AMS組構(gòu)顯示顯著過(guò)渡型構(gòu)造組構(gòu)特征的情形很多，特別是在青藏高原和中亞腹地晚中生代和新生代巖石中非常普遍.如拉薩地塊晚白堊世鏡柱山組紅層(Bian et al., 2020)和日松組紅層(Wang et al., 2022)、藏東貢覺(jué)盆地古近紀(jì)巖石(Li et al., 2020)、塔里木盆地庫(kù)車坳陷漸新世-中新世巖石(Huang et al., 2006b)、天山北緣新生代巖石(Tang et al., 2012)及柴達(dá)木盆地新生代巖石(Yu et al., 2014)等.按照?qǐng)D1對(duì)沉積巖磁組構(gòu)類型的劃分模型(Hrouda and Chadima, 2020)，這些過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)從初始弱變形組構(gòu)到弱劈理(Weak cleavage)、甚至強(qiáng)劈理組構(gòu)均有報(bào)道；似乎表明其原生沉積組構(gòu)已經(jīng)被構(gòu)造變形組構(gòu)疊加或取代，從而可以推論巖石中保存的原生剩磁方向也很可能受應(yīng)力作用發(fā)生了一定程度偏轉(zhuǎn)(Dallanave and Kirscher, 2020)，或難以精確記錄巖石形成時(shí)期的古地球磁場(chǎng)方向.然而，前人研究結(jié)果證實(shí)，至少AMS組構(gòu)顯示為初始弱變形至鉛筆狀組構(gòu)(Pencil structure，圖1a)的樣品仍然能夠記錄原生剩磁方向，且可通過(guò)倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)等剩磁穩(wěn)定性檢驗(yàn)，至少可用于磁極性地層學(xué)研究(Huang et al., 2006b; Li et al., 2020)；特別地，這類過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)還顯示出清晰的隨地層沉積年齡變化而變化的特點(diǎn)，同一剖面上相對(duì)較老巖石相對(duì)于年輕巖石記錄了更強(qiáng)的構(gòu)造變形，指示其很可能是巖石形成時(shí)期區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用的結(jié)果(Huang et al., 2006b; Tang et al., 2012)，因而仍然屬于沉積巖形成時(shí)期的原生沉積組構(gòu).不同的是典型沉積組構(gòu)是在無(wú)顯著區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、靜水或流水或斜坡作用下形成的；而初始弱變形組構(gòu)等過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)是在顯著區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下的非典型沉積組構(gòu).盡管如此，由于過(guò)渡型構(gòu)造變形組構(gòu)的最顯著特征之一是AMS橢球體最大主軸趨近于垂直于水平擠壓應(yīng)力方向集中分布(圖1a)，鐵磁性礦物所攜帶的剩磁方向也有可能受此區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的作用發(fā)生顯著偏轉(zhuǎn)(Kodama, 1988; Dallanave and Kirscher, 2020).這種情況下，如果沒(méi)有更進(jìn)一步證據(jù)(如剩磁組構(gòu)等)證明其主要載磁礦物的賦存狀態(tài)未遭受這種弱變形構(gòu)造應(yīng)力的顯著影響，即載磁礦物所攜帶剩磁方向未受到構(gòu)造應(yīng)力的影響而發(fā)生顯著偏轉(zhuǎn)，則這類在顯著區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下獲得的“原生剩磁”是否仍然保持與巖石形成時(shí)期的古地球磁場(chǎng)方向嚴(yán)格一致，仍有待于進(jìn)一步討論.

綜上所述，一方面我們通過(guò)巖石AMS組構(gòu)和hf-AIR組構(gòu)的測(cè)量證實(shí)，盡管印支地塊Nakhon Thai盆地Nam Phong組絕大多數(shù)樣品和Phu Kradung組全部樣品的AMS組構(gòu)顯示其具有鉛筆狀至強(qiáng)劈理構(gòu)造變形組構(gòu)特征，但本項(xiàng)研究所采三個(gè)巖石單元的樣品中高矯頑力赤鐵礦所攜帶的特征剩磁很可能均未遭受后期構(gòu)造應(yīng)力的顯著影響，仍然能夠有效地準(zhǔn)確記錄巖石形成時(shí)期的古地球磁場(chǎng)方向.另一方面，通過(guò)對(duì)印支地塊中生代碎屑巖和拉薩地塊林周盆地設(shè)興組紅層的AMS組構(gòu)和hf-AIR組構(gòu)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)AMS組構(gòu)對(duì)剩磁是否遭受了后期構(gòu)造應(yīng)力影響的制約僅是一個(gè)充分條件；而有且僅有剩磁組構(gòu)才是判別碎屑沉積巖特征剩磁是否遭受了后期構(gòu)造應(yīng)力影響的充分必要條件.也就是說(shuō)，如果AMS組構(gòu)顯示巖石具有典型沉積組構(gòu)特征，則其能夠準(zhǔn)確記錄巖石形成時(shí)期的古地球磁場(chǎng)方向；反之，則不然.但如果巖石剩磁組構(gòu)(如以赤鐵礦為主要載磁礦物的巖石hf-AIR組構(gòu))指示其原始沉積組構(gòu)已被構(gòu)造組構(gòu)顯著疊加或取代，則必然說(shuō)明該巖石中記錄的特征剩磁方向已受到后期構(gòu)造應(yīng)力的顯著影響而發(fā)生了顯著偏轉(zhuǎn).盡管由于其剩磁極性沒(méi)有發(fā)生改變?nèi)钥捎糜诖艠O性地層學(xué)研究，但不能直接用于構(gòu)造演化和古地理重建等塊體運(yùn)動(dòng)學(xué)研究.因此，在開(kāi)展構(gòu)造磁學(xué)研究中，提供常規(guī)磁組構(gòu)的信息非常必要.