西特提斯-喜马拉雅地区下白垩统石灰岩的再磁化作用及其对印度-亚洲板块碰撞的构造意义

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Remagnetization of Lower Cretaceous Limestones in the Western Tethyan Himalaya and Its Tectonic Implications for the India-Asia Collision

本文通过岩磁学、岩石学及年代学方法，揭示喜马拉雅西部Bolinxiala Formation石灰岩形成于早白垩世（125-100 Ma），而非Middle Jurassic。磁性地学显示其54-49 Ma经历化学剩磁化，表明印度-亚洲碰撞西段不超过此时期。

　　在地球历史中，喜马拉雅山脉及其相邻区域的地质演化一直是地质学研究的重点。印度-亚洲碰撞、喜马拉雅-青藏高原造山运动以及相关的全球气候变化都与这一地区的地质演化密切相关。本研究聚焦于西藏喜马拉雅带西部的博林夏拉组石灰岩，通过岩石磁学、岩石学、地质年代学和古地磁分析，揭示了这些岩石的形成时间、磁性再磁化事件及其对印度-亚洲碰撞的约束意义。研究结果表明，博林夏拉组石灰岩形成于早白垩世（约125–100百万年前），而非之前认为的中侏罗世。通过古地磁数据分析，我们还发现该组石灰岩可能在约54–49百万年前经历了再磁化，这一时期与喜马拉雅-青藏高原的碰撞事件密切相关。

### 地质背景与研究意义

喜马拉雅造山带位于印度克拉通和拉萨地块之间，自北向南依次包括了特提斯喜马拉雅、高喜马拉雅、低喜马拉雅和次喜马拉雅单元。这些单元的边界分别由印度-雅鲁藏布缝合带、南藏拆离带、主中央褶皱带、主边界褶皱带和主前缘褶皱带组成。特提斯喜马拉雅单元保留了从奥陶纪到始新世的完整海洋沉积序列，其中中生代至始新世的地层中含有间夹的火山层。这一区域的古地磁研究对于理解特提斯洋的演化，尤其是其裂解、漂移、闭合过程以及印度-亚洲碰撞的精确时间与机制具有重要意义。

然而，研究该区域的古地磁数据仍存在挑战。由于碳酸盐岩广泛受到再磁化影响，这使得其古地理重建变得复杂。再磁化可以发生在不同的构造阶段，如碰撞前、碰撞期间或碰撞后。这种现象在全球主要造山带（如北美、欧洲、华南和青藏高原）都有记录。因此，对于碳酸盐岩的古地磁数据，必须谨慎解读。此外，尽管特提斯喜马拉雅具有长条形的地质特征，但大多数发表的白垩纪古地磁数据集主要来自其东南部，而西部地区可靠的古地磁数据仍然稀缺。

### 方法与实验设计

本研究采用多种方法对博林夏拉组石灰岩进行了系统分析。首先，通过现场岩石磁学实验，识别磁性矿物，包括回滞环、第一阶反向曲线（FORC）、热磁曲线（k–T曲线）、等温剩磁（IRM）获取曲线、饱和等温剩磁（SIRM）的反场退磁以及三组分等温剩磁的热退磁。这些实验在中科院地质与地球物理研究所和中国地质大学（北京）的古地磁与环境磁学实验室进行。回滞环和FORC图谱显示，博林夏拉组石灰岩的磁性矿物以单畴（SD）赤铁矿和准单畴（PSD）赤铁矿为主。这与其他岩石磁学结果一致，表明磁性矿物的特征与之前的研究相符。

为了进一步确定石灰岩的沉积年代，我们还进行了碳酸盐岩的铀-铅年代测定。利用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术，我们对样品BL24进行了详细的年代测定，其形成年代为125 ± 10百万年前，这与之前的中侏罗世假说不符。该样品的磁性矿物学特征表明，其磁性记录可能主要来自碰撞前的原始磁化，而非碰撞后的再磁化。

此外，我们还对石灰岩中的微化石进行了扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）分析。结果表明，这些化石主要由随机排列的方解石晶体组成，呈现出透光性，且具有球形、椭圆形或螺旋排列的腔室结构，部分样本还显示出锥形形态。通过与邻近地区白垩纪生物地层学化石的对比，我们确认了这些化石的分类，初步判断它们属于浮游有孔虫的Globigerinidae（如Globigerina）和Globorotaliidae（如Globorotalia）家族。这些特征表明，博林夏拉组石灰岩的沉积时间大致在早白垩世，而不是中侏罗世。

### 古地磁结果与再磁化事件

通过对23个采样点的古地磁数据分析，我们得到了一个平均的古地磁极点，其坐标为61.6°N，212.9°E，95%置信度下的误差范围为2.7°，对应的古纬度为10.3° ± 2.7°N。通过应用McFadden的折叠测试，我们发现该极点在95%和99%的置信水平下均通过了测试，表明其主要形成于碰撞前。此外，该极点的磁性方向在未校正和校正后的结果中表现出较高的精度，表明其磁性记录在构造变形前已经形成。

进一步的古地磁数据比较显示，博林夏拉组石灰岩的再磁化事件可能发生在约54–49百万年前。这一时间窗口与青藏高原西部地区已知的构造热事件相吻合，表明该时期的再磁化与印度-亚洲碰撞的早期阶段有关。再磁化机制可能涉及化学磁化（CRM），这在碳酸盐岩中较为常见，特别是在构造流体活动期间。地质证据表明，博林夏拉组石灰岩中含有铁氧化物和方解石脉，这些矿物可能是再磁化过程中形成的，表明其磁性记录受到了构造活动的影响。

### 再磁化机制与构造意义

研究还发现，博林夏拉组石灰岩的再磁化事件可能与构造流体活动有关。这些流体可能在碰撞过程中迁移，并与岩石发生化学反应，形成新的磁性矿物。SEM和EDS分析显示，样品中的铁氧化物为次生矿物，其形态和分布特征表明它们是在沉积后形成的，这支持了化学磁化的解释。此外，磁性矿物的低矫顽力和高矫顽力成分的存在，进一步表明再磁化过程中可能发生了磁性矿物的重分布。

通过将本研究的古地磁数据与其他区域的古地磁数据进行比较，我们发现博林夏拉组石灰岩的古纬度与青藏高原西部地区在晚白垩世的古纬度相近，表明这些区域在碰撞前的古地理位置可能较为接近。这一发现对于理解印度-亚洲碰撞的精确时间具有重要意义，因为碰撞时间的确定对于研究特提斯洋的闭合过程和全球气候变化的触发机制至关重要。

### 结论与未来研究方向

综上所述，本研究通过对博林夏拉组石灰岩的综合分析，揭示了其形成于早白垩世，并在约54–49百万年前经历了再磁化事件。这一再磁化事件表明，印度-亚洲碰撞在喜马拉雅西部地区至少发生在这一时间范围内，为特提斯洋的闭合时间和碰撞过程提供了关键的古地磁约束。未来的研究需要进一步确定这些石灰岩的沉积年代和再磁化事件的详细机制，以更精确地重建该地区的古地理和构造演化。此外，结合其他地质证据，如沉积物来源变化和构造热事件，可以更全面地理解印度-亚洲碰撞的全过程及其对全球气候变化的影响。