晚寒武世的真极移和华南早中生代的重磁化：来自华南寒武系的古地磁证据

发布时间：2020-04-21 06:43

【摘要】：埃迪卡拉纪至寒武纪是地质历史中的一段重要变革期,这段时期见证了罗迪尼亚大陆最终的解体并伴随着冈瓦纳大陆的聚合,同时也见证了地球气候和生态系统的巨大变化。对这些变化的一种可能的解释就是寒武纪真极移假说。然而,寒武纪的真极移假说尚存在很大争议。导致争议的原因主要在于全球埃迪卡拉纪至寒武纪的古地磁数据数量较少、质量较低且年代约束较差,而反对者认为寒武纪真极移假说的真实性取决于古地磁数据的选取。检验真极移假说需要从尽可能多的大陆获得高质量并具有很好年代约束的古地磁数据。华南寒武纪地层的研究程度高,并且一些寒武纪的“金钉子”和候选层型剖面就位于华南,因此华南寒武纪的生物地层可为地层提供了精细的年代约束。基于此,本文对浙西江山碓边剖面的寒武纪地层开展了详细的古地磁研究来检验寒武纪的真极移假说,并尝试更好地约束真极移的发生时间。另外,也对湘西桃源瓦尔岗剖面的晚寒武世地层开展了详细的古地磁研究来检验从江山识别到的晚寒武世真极移事件。江山碓边剖面出露一套完整且连续的寒武纪地层,主要岩性为碳酸盐岩。前人对该剖面系统性的生物地层研究已经确立了精细的年代框架,而且寒武系第九阶(江山阶)的“金钉子”就位于此处。该剖面的古地磁样品记录到三个天然剩磁组分,其中低温和中温剩磁组分未通过褶皱检验,而高温剩磁组分通过了褶皱检验和倒转检验。岩石磁学结果说明高温剩磁组分的载磁矿物为磁铁矿或低钛磁铁矿。扫描电镜和透射电镜的结果显示磁铁矿颗粒为碎屑成因。因此,高温剩磁组分被解释为在岩石沉积时或不久之后获得的原生剩磁。进一步分析发现,高温剩磁组分的方向在中-下寒武统和上寒武统之间发生显著的变化,指示一次约57°的极移。根据生物地层的约束,极移发生于～500.5-～494Ma,极移速率约为8.8°Myr-1。因为如此快的极移速率不太可能由板块构造运动造成,故认为此极移很可能指示一次晚寒武世的真极移事件,并且也很可能是埃迪卡拉纪至古生代中期震荡性真极移中的一期极移事件。该事件与全球的SPICE碳同位素正漂移以及伴随的三叶虫绝灭事件在时间上基本吻合,暗示晚寒武世期间的全球气候-生物变化与晚寒武世真极移事件很可能存在着内在关联。为了进一步检验在江山发现的晚寒武世真极移的真实性,又对湘西桃源瓦尔岗剖面的寒武纪地层开展了详细的古地磁研究。该剖面是寒武系第十阶的候选层型剖面,可与江山的碓边剖面进行对比,因此可以非常有效地检验晚寒武世真极移的真实性。而且,该剖面的沉积速率比江山碓边剖面的沉积速率要高很多,因此该剖面具有揭示真极移发生过程的潜力。取样层位整体上属于上寒武统,主体岩性为灰岩和泥质灰岩。可以从样品中分离出三个天然剩磁组分。其中,低温和中温剩磁组分未通过褶皱检验,高温剩磁组分通过了褶皱检验。然而,高温剩磁组分对应的古地磁极与华南中三叠世的古地磁极基本一致,表明高温剩磁组分很可能代表中三叠世的重磁化。岩石磁学和扫描电镜的结果显示,高温剩磁组分的载磁矿物为似球状磁铁矿集合体,而且磁铁矿是由黄铁矿转化而来。这些结果表明高温剩磁组分是化学剩磁,而且扫描电镜的结果揭示了高温剩磁组分的形成很可能是由外来流体造成的。综合分析华南的三叠纪重磁化数据后发现华南三叠纪的重磁化具有从华南东部往西部逐渐变年轻的趋势,这可能与华南和华北在早中生代的“剪刀式”碰撞过程相关,即在碰撞造山过程中,源于造山带前缘的流体逐步引起了华南广泛的早中生代重磁化。虽然瓦尔岗剖面遭受了重磁化的影响而未能有效检验晚寒武世真极移的真实性,但新的古地磁结果为理解华南早中生代重磁化和地质过程的关系提供了重要参考。
【图文】：

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真极,超大陆

移将质量正异常部分迁移到赤道。（ｂ）上升流驱动超大陆裂解。（ｃ）超大陆裂解的碎片运动逡逑到下降流汇集处。（ｄ）邋—个新的超大陆形成，并伴随有快速的真极移，真极移的欧拉极是继逡逑承前一个超大陆的中心而来。最终，地幔对流结构发生重组，在新的超大陆底下形成新的上逡逑升流，并开始新的循环。（据邋ｍ逦丨．0逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｒｕｅ邋ｐｏｌａｒ邋ｗａｎｄｅｒ邋ａｎｄ邋Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ邋ｃｙｃｌｅ，邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋ｕｐｗｅｌｌｉｎｇ邋ｆｏｒｍｓ邋ｕｎｄｅｒ邋ｔｈｅ逡逑ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｔｒｕｅ邋ｐｏｌａｒ邋ｗａｎｄｅｒ邋ｄｒｉｖｅｓ邋ｔｈｅ邋ｅｘｃｅｓｓ邋ｍａｓｓ邋ｐａｒｔ，邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔ，邋ｔｏｗａｒｄ逡逑ｔｈｅ邋ｅｑｕａｔｏｒ，邋（ｈ）邋Ｔｈｅ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔ邋ｂｅｇｉｎｓ邋ｔｏ邋ｆｒａｇｍｅｎｔ邋ｄｕｅ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ｕｐ＼ｖｅｌｌｉｎ｝？．邋（ｃ）邋Ｆｒａｇｍｅｎｔｓ邋ｏｆ逡逑ｔｈｅ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔ邋ａｒｅ邋ｄｒｉｖｅｎ邋ｔｏｗａｒｄｓ邋ｔｌｉｅ邋ｇｉｒｄｌｅ邋ｏｆ邋（ｈｅ邋ｄｏｗｎ邋ｗｅｌｌｉｎｇ，邋（ｃｌ）邋Ａ邋ｎｅｗ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔ逡逑ａｓｓｅｍｂｌｅｓ，邋ａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄ邋ｂｙ邋ｒａｐｉｄ邋ＴＰＶＶ邋ａｂｏｕｔ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ邋ｕｐｖｖｃｌｌｉｎｇ邋ａｘｉｓ邋（Ｉｍｉｎ）．邋Ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ，逡逑ｎｅｗ邋ｕｐｗｅｌｌｉｎｇｓ邋ｆｏｒｍ邋ｕｎｄｅｒ邋ｔｈｅ邋ｎｅｗ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｉｔｓ邋ａｎｔｉｐｏｄａｌ邋ｐｌａｃｅ邋ａｎｄ邋ａ邋ｎｅｗ邋ｃｙｃｌｅ逡逑ｓｔａｒｔｓ．邋（Ａｆｔｅｒ邋；ｍｓ．逡逑
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P534.41;P318.44

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