拉达克喜马拉雅地区始新世岩脉的多方法绝对古强度研究：对始新世古场强度的启示

《Physics of the Earth and Planetary Interiors》：The multimethod absolute paleointensity approach of Eocene dykes from Ladakh Himalaya: Implications for the paleofield strength in Eocene

　　

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  研究采用了多种古地磁强度测定方法，对拉达克喜马拉雅地区七处始新世基性岩脉进行了分析。
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  研究中使用了Thellier-Thellier（IZZI）方法、伪Thellier方法以及Shaw型古地磁强度测定方法。
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  岩石磁学分析结果显示，这些岩脉中的磁铁矿具有低矫顽力，属于SD到PSD类型，或是钛含量较低的钛磁铁矿。
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  测定得到的古地磁强度值为32.79–33.61 μT，VDM值为4.92–5.02 × 10²² Am²。

引言

地球的地理磁场是由外核中液态铁的运动产生的，它不仅为地球提供抵御太阳辐射和宇宙辐射的保护，还能作为了解地磁发电机及其在地质时间尺度上演变情况的独特依据（Tarduno等人，2006；Olson等人，2013；Aubert等人，2013）。磁场强度和结构的变化反映了地核活动、地幔动力学以及构造事件之间的相互作用。通过测定火成岩中保存的古代磁场强度的绝对古地磁强度值，可以量化这些变化，并进一步了解地磁发电机的工作机制（Coe，1967；Tauxe，2010）。

尽管绝对古地磁强度数据非常重要，但其分布却存在时间上和地域上的不均衡性。在始新世早期到中期（约56–40百万年前），这种不均衡现象更为明显，这一时期地壳运动、气候状况以及构造格局都发生了巨大变化。始新世期间，印度板块与亚洲板块的碰撞导致了板块边界的重新排列，同时喜马拉雅-青藏造山带下方的地幔对流模式也发生了变化（DeCelles等人，2001；Zachos等人，2001）。目前关于这一时期的古地磁强度数据主要来自海洋玄武岩以及部分大陆地区，而大陆弧环境，尤其是印度北部地区，几乎未被纳入研究范围（Ziegler等人，2008；Paterson等人，2014；Bono等人，2022）。这种空间上的偏差限制了我们重建全球地理磁场变化情况的能力，也难以验证关于白垩纪晚期之后地磁发电机恢复情况的各种假说。

位于亚洲板块南缘的拉达克喜马拉雅地区保存着跨喜马拉雅弧的遗迹，其中包括大量的始新世基性岩脉和深成岩体。这些岩脉形成于新特提斯洋俯冲作用的后期，也就是印度板块与亚洲板块开始碰撞之前或碰撞初期（约55–44百万年前）（St-Onge和Stoner，2011；Heri等人，2015）。由于这些岩脉冷却速度快，且含有钛磁铁矿，因此很适合用来记录热剩磁，而这正是进行绝对古地磁强度研究所必需的。不过，要从这些岩脉中获得可靠的古地磁强度数据并非易事。基性岩脉中的钛磁铁矿颗粒往往具有混合的PSD特性和多畴结构，这会影响传统的Thellier型实验的准确性（Coe，1967；Tauxe等人，2013）。此外，实验室中的化学变化和热氧化作用也可能导致测量结果出现偏差。近年来，一些新的方法学进展，比如IZZZI Thellier实验方案、Shaw方法、多样品同步加热技术、pTRM尾迹测试以及更精细的岩石磁学分析方法，都大大提升了这类岩石的古地磁强度测定精度（Paterson等人，2014；Lloyd等人，2021）。

除了方法上的改进之外，来自拉达克地区的新的古地磁强度数据也有助于完善地磁发电机演化模型。数值模拟研究表明，地磁偶极子强度与地磁反转频率之间存在反比关系（Tarduno和Cottrell，2005；Aubert等人，2013；Tauxe等人，2013；Kulakov等人，2019），但由于现有数据分布稀疏且存在地域偏差，这一关系一直难以得到证实（Tauxe，2010）。因此，像拉达克这样的大陆弧地区的优质数据对于验证这些理论预测具有重要意义。

从构造学的角度来看，古地磁强度数据有助于重建印度板块与亚洲板块碰撞过程中的古地理格局以及各类构造事件的发生时间。古地磁学研究显示，这一碰撞过程是分多个阶段进行的，其中在最终大陆拼接之前还发生了洋内弧的增生作用（Najman等人，2009；Replumaz等人，2010）。将绝对磁场强度数据与古纬度重建结果相结合，可以进一步了解该造山带中的热流分布、地壳演化情况以及地幔动力学特征（Thallner等人，2022）。

在本研究中，我们首次采用了多种方法，包括Thellier-Thellier（IZZZI）方法、伪Thellier方法以及Shaw方法，对拉达克喜马拉雅地区的始新世基性岩脉进行了全面的绝对古地磁强度和虚拟地磁偶极矩测定（Thellier，1959；Shaw，1974；Tauxe，2010）。通过填补这一领域在时间和空间上的空白，本研究为了解这一时期复杂的地壳运动和气候变化背景下的地球磁场状况提供了新的见解。

章节概要

研究区域与样本采集

拉达克岩基位于西北喜马拉雅山脉的欧亚板块南缘。这些复杂的火山区域在原本是岛弧火山系统，后来才与印度板块发生碰撞。该岩基中分布着大量岩脉，它们侵入到花岗闪长岩宿主岩中，形成了多期的岩浆活动痕迹（Weinberg和Dunlap，2000；Ravikant，2006；Heri等人，2015）。位于印度拉达克列城附近的这些岩脉，其分布规律大致沿着

岩石磁学研究

所有测量工作都在印度地球磁学研究所的环境磁学实验室进行。为了研究与古地磁强度相关的磁矿物组成、颗粒大小以及热稳定性，我们在每个研究地点至少分析了四块岩石样本。这些样本被用于检测天然剩磁、两种不同频率下的整体磁化率（976 Hz和15,616 Hz）、滞后剩磁以及等温剩磁等参数。

岩石磁学研究

我们对这七处岩脉进行了全面的岩石磁学分析，旨在确定它们的磁浓度、颗粒大小、化学成分以及热磁稳定性，同时评估它们是否适合进一步开展古地磁强度研究。详细的岩石磁学实验结果汇总在补充表S4中。分析结果表明，这些岩脉主要由低矫顽力的SD-PSD型磁铁矿或钛含量较低的钛磁铁矿构成。此外，这些岩脉的红外剩磁获取曲线显示出较低的B_cr值，

讨论

通过对列城地区的岩脉进行的虚拟地磁偶极矩估算，我们得到SM1的值为5.02 × 10²² A m²，SM2为4.92 × 10²² A m²，SM3为4.95 × 10²² A m²。这些数值虽然低于现代地球的轴向地磁偶极矩值，但仍在PINT数据库中所记录的始新世古地磁强度波动范围内（见图6）。在这一时期，虚拟地磁偶极矩值通常在1.19 × 10²²到9.23 × 10²² A m²之间波动，这说明当时的地球磁场处于动态变化状态，并非处于持续的低强度状态（Biggin等人，2012；Tauxe等人，2013）。

所有经过分析的

结论

我们尝试采用多种方法，包括Thellier-Thellier方法、伪Thellier方法以及Shaw方法（包括其改进版本），来测定列城地区七处始新世岩脉的古地磁强度，但只有通过Shaw方法才能获得有效的结果，即古地磁强度值为32.79–33.61 μT，虚拟地磁偶极矩值为4.92–5.02 × 10²² Am²。将这一结果与PINT数据库中的数据相结合，有望为当前关于板块运动与地球磁场关系的争论提供新的参考依据。

作者贡献说明

Manan Singh：负责文章的审稿与编辑工作、初稿撰写、软件使用、方法设计、正式分析以及数据整理工作。B.V. Lakshmi：参与文章的审稿与编辑、初稿撰写、结果验证、软件应用、项目管理、方法研究、实验分析、正式分析、数据整理以及概念构思工作。K. Deenadayalan：负责文章的审稿与编辑以及实验研究工作。Pradnya Mohite：参与文章的审稿与编辑以及实验研究工作。Garima Shukla：负责文章的审稿与编辑工作。A.P. Dimri：负责文章的

利益冲突声明

所有作者均声明不存在任何利益冲突。本研究没有获得任何公共机构、商业机构或非营利组织的资助。

致谢

本研究的开展得益于印度科学和技术部下属的Ge3P项目的支持。我们还要感谢Severine Rosat教授在文章编辑方面的帮助与建议。同时，我们也十分感谢那些匿名审稿人，他们仔细阅读了我们的手稿，并提出了许多有价值的意见和建议，这些都对提升文章质量起到了重要作用。

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