为解决华北地块在石炭纪-二叠纪边界处的古位置问题：山西省南部太原组石灰岩的初步古地磁研究结果

《Journal of Asian Earth Sciences》：Towards resolving the paleoposition of the North China Block at the Carboniferous-Permian boundary: preliminary paleomagnetic results of the Taiyuan Formation limestones in southern Shanxi province

北中国板块晚石炭世至早二叠世古纬度研究：通过山西Xiangning和Lingchuan地区太原组石灰岩的岩石磁性、岩石学和古地磁学分析，首次获得该时期可靠的地磁数据，发现Xiangning样品可能保留原始地磁记录，表明板块位于赤道附近。

　　在地球的历史长河中，超级大陆的形成与演化是研究大陆漂移、板块运动以及全球气候变化的重要窗口。Pangea作为地球上最晚形成的超级大陆，其在晚古生代的形成过程对理解东亚洲板块的古地理格局具有重要意义。North China Block（NCB，华北地块）位于古特提斯洋与古亚洲洋之间，其古地理位置的重建对于揭示Pangea超级大陆的拼合过程、大陆边缘的构造演化以及古气候环境的变化至关重要。然而，在大约330至290百万年前这一关键时期，NCB的古地理位置仍存在较大不确定性，主要原因是其广泛分布的含煤地层难以提供可靠的古地磁数据。

为了更好地解决这一问题，研究团队选择在山西省南部的襄宁和灵川地区采集了多个层位的太原组石灰岩样本，开展了综合的岩石学、岩石磁学和古地磁研究。这些石灰岩层在地层形成过程中可能保留了原始的磁化信息，因此成为研究NCB古地理位置的重要材料。通过对样本进行详细的岩石学分析，研究团队确认了磁性矿物的种类及其分布特征。在襄宁地区的石灰岩中，主要的磁性矿物为磁铁矿，次要的为氧化铁（赤铁矿）；而在灵川地区的石灰岩中，磁铁矿、赤铁矿以及黄铁矿均有所出现。这些磁性矿物的种类和分布对于判断磁化信息是否为原始磁化具有关键意义。

研究团队通过岩石磁学实验，测定了一系列磁性参数，包括磁化率、居里温度、矫顽力以及磁性矿物的粒径等。这些参数有助于评估岩石是否能够携带原始磁化信息。实验过程中采用了温度依赖磁化率（k-T）测量方法和等温退磁等技术，以确保获得的数据具有较高的可靠性。在对样本进行系统退磁处理后，研究团队成功分离出61个样本的特征剩余磁化（ChRMs），这些磁化数据为后续的古地磁分析提供了重要依据。

通过对这些磁化数据的进一步分析，研究团队发现灵川地区的古地磁极点与NCB在1.2亿年前的古地磁极点位置相近，这可能表明灵川地区的磁化信息受到了燕山运动（Yanshanian Orogeny）的影响，即可能经历了二次磁化过程。而襄宁地区的古地磁极点位于北纬39.9°，东经340.7°，其95%置信度为5.0°，样本数量为6个。尽管样本数量有限，不足以完全精确地确定NCB的古地理位置，但这一初步的极点数据具有重要的参考价值，因为它与之后的古地磁极点数据不重合，为NCB在石炭纪-二叠纪边界时期的古地理位置提供了新的线索。

从古地磁结果来看，襄宁地区的石灰岩层记录了NCB在大约3亿年前的原始磁化信息，表明该地区当时的古纬度接近赤道。这一发现与太原组石灰岩层广泛分布的含煤地层特征相吻合，因为这类地层通常形成于温暖湿润的气候条件下，而赤道地区的气候特征正好符合这一环境。此外，这一古纬度的推断也与NCB在晚古生代的构造演化背景相一致，即在这一时期，NCB可能经历了向北的俯冲过程，与古特提斯洋板块发生相互作用。

NCB的古地理位置不仅影响其自身构造演化，还对相邻的古特提斯洋和古亚洲洋的构造格局具有重要影响。在古特提斯洋与古亚洲洋的交汇地带，NCB的北侧与松辽地块和西林浩特地块之间存在Solonker-Xar Moron缝合带，而其南侧则与华南地块之间隔着秦岭-大别造山带。这些构造边界的存在，使得NCB在晚古生代的运动轨迹成为研究古大陆拼合过程的关键环节。通过确定NCB在这一时期的古纬度，研究团队能够更准确地描绘出古特提斯洋与古亚洲洋的相对位置，从而进一步探讨它们之间的相互作用机制。

在古地磁数据的基础上，研究团队还尝试解读NCB的构造演化过程。他们发现，NCB在大约3亿年前的古纬度显著低于蒙古地块在约3亿年前的古纬度（约30°N），这一差异表明当时NCB可能位于更靠近赤道的区域，而蒙古地块则处于较高的纬度。这种古纬度的差异可能反映了NCB与蒙古地块之间存在较大的地质距离，从而支持了古亚洲洋在该时期向南俯冲的构造模型。同时，NCB在这一时期的赤道古纬度也与其广泛分布的含煤地层相一致，表明该地区的古气候条件较为适宜煤炭的形成和堆积。

研究团队还指出，尽管在石炭纪至最早二叠纪时期，NCB的古地磁数据较为匮乏，但通过对太原组石灰岩层的系统研究，他们为这一时期的古地理位置重建提供了新的证据。这些数据不仅有助于厘清NCB的运动轨迹，还为探讨Pangea超级大陆的拼合过程提供了重要的基础。此外，这些结果也为进一步研究东亚洲板块在晚古生代的构造演化提供了可能的方向。

在研究过程中，团队还关注了古地磁数据的可靠性问题。由于含煤地层在形成和保存过程中容易受到氧化和沉积作用的影响，磁性矿物的种类和分布可能发生变化，从而影响磁化信息的保存。因此，研究团队特别强调了对磁性矿物种类的识别和对磁化信息的正确解释的重要性。他们通过综合分析岩石学和岩石磁学数据，确认了襄宁地区石灰岩层中的磁铁矿可能保留了原始磁化信息，而灵川地区的磁化信息则可能受到燕山运动的影响。

研究团队还对古地磁数据进行了对比分析，将襄宁和灵川的古地磁极点与NCB在其他时期的古地磁极点进行比较。这一分析表明，NCB在石炭纪-二叠纪边界时期的古纬度与之后的古地磁极点存在明显差异，进一步支持了该时期NCB可能经历了一次重要的构造运动。此外，研究团队还指出，由于古地磁数据的不确定性，需要更多的研究数据来进一步确认NCB的古地理位置，特别是在其内部区域。

总体而言，这项研究为NCB在石炭纪-二叠纪边界时期的古地理位置提供了新的证据，同时也揭示了该地区在晚古生代的构造演化过程。通过结合岩石学、岩石磁学和古地磁分析，研究团队不仅获得了可靠的古地磁极点数据，还对NCB的运动轨迹和古气候环境进行了深入探讨。这些成果为理解Pangea超级大陆的形成过程、大陆边缘的构造演化以及古气候环境的变化提供了重要的基础。未来的研究可以进一步利用这些数据，结合其他地质证据，如沉积物特征、构造变形和古生物记录，来更全面地揭示NCB在晚古生代的古地理位置及其构造演化过程。