高分辨率洛川剖面黃土磁性地層學.docx

1、第53卷第4期地球物理學報Vol.53,No.42010年4月CHINESEJOURNALOFGEOPHYSICSApr.,2010劉維明，張立原，孫繼敏.高分辨率洛川剖面黃土磁性地層學.地球物理學報.2010,53(4):888894,DOI：10.3969/j.issn.0001-5733.2010.04.013LiuWM,ZhangLY,SunJM.HighresolutionmagnetostratigraphyoftheLuochuanloess-paleosolsequenceinthecentralChineseIx>cssPlateau.ChineseJ.Geophys.

2、(inChinese),2010,53(4)：888894,DOI：10.3969/j.issn.0001-5733.2010.04.013高分辨率洛川剖面黃土磁性地層學劉維明，張立原，孫繼敏中國科學院地質與地球物理研究所新生代地質與環(huán)境吏點實驗室，北京100029摘要洛川削面作為經(jīng)典的黃土剖面.磁極性地層界線的具體位置還不清楚.通過對洛川黃土-古土壤序列以10cm間隔的古地磁研究，網(wǎng)定了磁極性界線的只體位置：(1)MB(Matuyama-Brunhcs)界線位于53m處，&的h部.(2)Jaramillo位于67.872.5m,上界在如>的上部，其下界位于小的頂部.(3)Old

3、uvai位于107.2114.2m,上界位于島，的頂部，相當于W島的上部，其下界位于L29的上部，相當于WL?的上部.4)并未檢測到Matuyama的底界.可能位于紅粘土內(nèi).關鍵詞洛川黃土.磁性地層.極性審件界線1X)1：10.3969/j.issn.0001-5733.2010.04.013中圖分類號P318收稿日期2009-07-】0,20KM)312收修定稿HighresolutionmagnetostratigraphyoftheLuochuanloess-paleosolsequenceinthecentralChineseLoessPlateauLIUWei-Ming,ZHANGL

4、i-Yuan,SUNJi-MinKeyLaboratoryofCenozoicGeologyandEnvironmentInstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029.ChinaAbstractTheLuochuansectionisoneofthebestsectionsinthecentralLoessPlateau,buttheexactstratigraphicalpositionsofthemagneticpolarityboundariesarenotwellstudied.Inthisp

5、aper,wereportdetailedpaleomagneticinvestigationsoftheloess-paleosolsequencesatLuochuan.OurresultsindicatethattheMatuyama/BrunhesBoundaryoccursatthetopofsoilSandtheupperandlowerboundariesoftheJaramilloNormalSubchronoccuratthetopofsoilSJ0andloessL13,respectively.TheupperandlowerboundariesoftheOlduvaiN

6、ormalSubchronoccuratthetopofsoilS?5andloessL29,correspondingtothetopofpreviousdividedunitsW&andWL3.WedidnotfindthelowerboundaryofMatuyamaChroninthisstudy.KeywordsLoess-paleosol,Magnetostratigraphy,Magneticpolarityboundaries與深海沉積和極地冰芯并稱為古氣候研究的三大支1弓|言柱I】.作為中國黃土的標準剖面之一，洛川剖面自劉東生首次報道以來，國內(nèi)外研究人員對其進行中國具

7、有全球厚度最大、連續(xù)性最好、時代最老了詳細的研究36成，取得了眾多成果，是全球研究的第四紀風成黃土,蘊含了豐富的古環(huán)境變化信息，程度最深的黃土剖面之一.基金項目國家自然科學基金項目(40830104)資助.作者簡介劉維明.勇.1982年生，博士研究生.第四趾地質學專業(yè)，主要從事磁性地層學研究.E-mail：liuwm05RmaiLcom洛川黃土的年齡框架主要是依據(jù)磁性地層建立,1982年HellerandLiuw首次突破技術瓶頸建立了比較可靠的磁極性地層.鑒于洛川剖面的重要性，后來，科學家對其磁性地層進行過多次研究7.8.422,但由于采樣間距過大，大多樣品沒有經(jīng)過系統(tǒng)退磁，制約了磁性地層的精

8、度和可靠性，對于磁極性界線的具體位置仍存在爭議.為了更準確照定磁極性界線的位置和建立可靠的磁極性地層，我們對洛川黃土進行了高密度的古地磁采樣和測試，本文報道了這次古地磁研究的結果，主要解決洛川剖面中磁極性界線的具體位置.2樣品的采集和實驗方法2.1采樣研究剖面位于黃土高原中部的洛川附近（圖1）,該剖面發(fā)育完整的黃土-占土壤序列，下伏十兒米厚的紅粘土.本次研究從剖面頂部至紅粘土上部60cm內(nèi)，以10cm間隔采集水平定向古地磁標本，共獲得1284塊標本.每一個標本在室內(nèi)加工成2cmX2cmX2cm立方體樣品.圖1中國的黃土分布及洛川削面地理位置，引自SunandZhu(2010)Fig.1Sket

9、chmapshowingloessdistributionsinChinaaswellasthelocationoftheLuochuansection2J2.2實驗古地磁實驗是在中國科學院地質與地球物理研究所古地磁學與地質年代學實驗室完成的.所有樣品用英國MagneticMeasurement公司生產(chǎn)的MMTD80型自動熱退磁儀進行系統(tǒng)熱退磁，在2G760-R超導磁力儀上完成剩磁測枇，實驗過程均在零磁空間«300nT）內(nèi)進行.退磁溫度以50C間隔從1001退至550X：,然后再加熱至5851,對于一些剩磁強度仍然較大的樣品繼續(xù)以2510X：間隔退至680-C.3結果圖2為代表性樣品

10、的退磁結果.在表征退磁結果的剩磁矢量正交投影圖上，所有樣品包含兩個剩磁分量，且大多數(shù)樣品的剩磁第一分信，在200°C即可完全清洗，有些樣品到3oor時才能完全清洗，此分量并不趨向于原點，為粘滯剩磁分量.剩磁第二分量在250-C或300-C后保持穩(wěn)定，在正交投影圖上趨于原點.剩磁強度在500585P時大部分已衰減，表明剩磁攜帶礦物主要為磁鐵礦.選擇穩(wěn)定的25OP或3000以上，趨近原點的至少3個溫度點,一般4個以上溫度點，利用主成份分析獲得特征剩磁數(shù)據(jù)有些樣品粘滯剩磁很強，到200P剩磁強度即衰減到90%以上，很難分離出特征剩磁方向，個別樣品分離出的特征剩磁可信度較差（最大角偏差（MA

11、D）大于15°）,兩者均予以剔除，共刪除51個點，約占樣品總數(shù)的4%.圖2代表樣品的熱退磁矢拍圖(N,E和Up分別為北、東和上方向.NRM為天然剩磁，數(shù)字代表退磁溫度點，單位*C).實心圓和空心IM1分別代表水平面和垂宜面投影Fig.2Orihogonalvectorprojectionsoftypicalspecimens(N*EandUprepresentnorth,eastandup.NRMisnaturalremanentmagnelization.numberindicatestheheatingtemperature).Solid(open)symbolsrepresen

12、ttheprojectionsontothehorizontal(vertical)plane所有1233塊布效樣品的特征剩磁方向有一定的離散程度（Dn=359.3°,九=57.5°,Kn=30.2,%5n=L0°Dr=184.3°,IK=35.6°,Kr=8.0,a95R=2.3°,圖3a,其中Dn（R），N<R>9KnR>,%5N<R>分別代表正（負）極性樣品特征剩磁fisher平均的磁偏角，磁傾角，精度參數(shù)和95%的置信圓），其中1120塊樣品的特征剩磁記錄了穩(wěn)定的極性，113塊樣品的特征剩磁方向與

13、平均方向離散度大于40°,可能記錄了地磁場漂移或者極性轉換過程記錄穩(wěn)定極性的1120塊樣品的特征剩磁方向未能通過倒轉檢驗，因為正負極性的傾角存在16.1°的差距（Dn=359.6°,A=57.1°.K、=49.4,%n=0.8°；Dr=184.4ZR=-41.0°,Kr=23.8,Q95r=1.4°,圖3b）,可能是近代場的黏滯剩磁并未完全消理干凈由樣品特征剩磁獲得的磁傾角和磁偏角計算出虛地磁極（VGP）緯度并依此得到剖面的威極性序列.180°圖3所有有效樣品(a)和去除與平均方向離散度大于40°樣品后(

14、b)的特征剩磁方向赤平投影圖.里號代表各自極性的平均方向Fig.3Equalareaprojectionsoftheprincipalcomponentdirections：(a)1233samplesthatexhibitstablecharacteristicremanentmagnetization(ChRM)；(b)afterexcluding113samplesthatlay>40°fromthemean.Whitestarsrepresentthemeandirectionsineachpolarity圖4給出了洛川剖面地層劃分，所有有效樣品的磁偏角、磁傾角和VGP

15、緯度隨深度變化結果，所有有效樣品建立的磁極性柱1和去除與平均方向離VGP緯度極性杠IVGPLaV(°)PolarityJ*VGP緯度極性杠IVGPLaV(°)PolarityJ*年齡Agc/Ma-040-M0Jaramillo60-70-180-90H100-Reuuion110-120-k25130地層Lithoktgv古HIl*ala<soil破偏角Dec/(°)18()破傾角lnc/(°)極性柱2PolantyCiPTS圖4洛川黃土地層劃分、班偏角、磁傾角和VGP(艱地磁極)緯度隨深度變化，包含所有有效樣品的極性柱1、去除部分與平均方向離散度

16、大于40。樣品后的極性柱2,及與標準磁極性柱對比"3"Fig.4MagnetostratigraphyoftheLuochuanseclion,lithology.declinationandinclinationoftheChRM,vinualgeomagnelicpole(VGP)latitude*magneticpolarityzonation1«magneticpolarityzonation2andgeomagneticpolaritytimescaleKamikatsuruSantaRosaCobbMlBjomOldmia散度大于40°樣品后

17、建立的極性柱2,以及它們與標準地磁極性年表的對比，其中地磁漂移Kamikatsura,SantaRosa和Bjorn的年齡引自Roberts.SunandLiu®對洛川黃土剖面的地層進行過詳細劃分，本文沿用該文的地層劃分方案.從圖中可看出，極性柱1與極性柱2致，表明利用所有有效樣品建立的極性柱1的可靠性.松山-布容地磁極性倒轉(即MB界線)位于£的上部.Jaramillo極性亞時的頂、底界分別位于上部和I小的頂部，Olduvai極性亞時的頂、底界分別位于S25的頂部和1-29的上部.并未出現(xiàn)GM(GaussMatuyama)界線,表明其至少位于黃土底界60cm以下.4討論近

18、年來.大量的高分辨率古地磁工作已經(jīng)證明，黃土高原的不同地區(qū)均很好地記錄了地磁極性轉換過程和地磁漂移等轉換場行為29寸表明黃土高原黃土的天然剩磁Lock-in深度很小，沉積后改造和成壤作用并不能造成大尺度的lock-in效應.另外,Liu等35】發(fā)現(xiàn)黃土高原的靈臺剖面和趙家川剖面的MB界線的巖石地層位置沒有明顯差異，也表明黃土中剩磁不存在顯著的lock-in效應.本次研究，洛川剖面各個磁極性地層的界線附近均出現(xiàn)了不同厚度包含多次快速倒轉、VGP緯度異常«45°）的極性轉換過程，表明磁極性界線位置并不存在顯著的Lock-in效應.MB界線的位置在53m,&的上部（圖4）

19、,與最初HellerandLiu*'的結果一致，而與安芷生等如及岳樂平的結果相比MB界線位置偏低.最近Wang等對三門峽黃土研究顯示MB界線位于&的上部，以及Liu等35】將靈臺和趙家川剖面用石英砂粒度作為地層劃分標準，敢新厘定的MB界線也位于S8的上部，而以前黃土高原發(fā)表的大多數(shù)剖面的MB界線位于L8中，Liu等認為MB界線不同剖面的記錄差異是由地層劃分方案不同所致.整個Brunhes期間洛川黃土厚53m,沉積速率6.8cm/kyr.圖4顯示L.自頂部至下部累計厚6.4m的磁性正極性帶（總厚度8.1m）,L15頂部的1.2m以正極性為主，中間存在幾塊負極性樣品，極性很不穩(wěn)定.

20、在以前的黃土高原古地磁研究中也多有發(fā)現(xiàn)I”中存在一定厚度正極性帶K血"FJ，但該正極性帶在國際標準地磁年表中未有記錄以6“.有些研究%全部為負極性樣品：6.39.46j,但在西峰38】、藍田S和靈臺剖面同樣也發(fā)現(xiàn)了L.的上部存在正極性樣品.Wang等切認為U層的正極性帶為重磁化帶，而其他的研究者認為這是地磁漂移的記錄22.40.“.“"u持續(xù)時間訶能為7.8萬年E,6.4m厚的正極性帶累計達6萬年，很難解釋為地磁漂移，而1心的頂部1.2m的正極性段，按沉積速率推算相當于0.4萬年，可能是一次地磁漂移.U中正極性帶的性質及成因需要進一步研究，但已有的黃土剖面研究，MB界線位于

21、U或&中&!.5-37.31訂，Jaramillo的上界位于或S10中E83：3236.T，/中的正極性帶并不影響所建立的極性柱與標準極性柱的對比.Jaramillo的上界極性轉換帶較薄，位于67.667.9m,中間位置67.8m,S10的上部，與Kukla和An（1989）w和Heller和Liu結果一致，三門峽剖面和藍田剖面“可的Jaramillo上界也位于中，而靖邊網(wǎng)、渭南】、寶雞齊：和西峰E等剖面顯示Jaramillo的上界位于1”。中.Jaramillo的下界極性轉換帶，位于72.3-72.6m,厚0.3m,為1小的頂部.與Kula和An®

22、;的結果一致，而Heller和Liu的結果顯示Jaramillo的下界位于Sn的底部.三門峽黃七Jaramillo的下界也位于1小的頂部，黃土高原多數(shù)剖面的Jaramillo的下界位于Ln中35.本次研究，整個Jaramillo極性亞時的累計厚度4.7m,沉積速率5.9cm/kyr.由于L和Ls之間的兒層黃土和古土壤層比較密集，不同作者對地層的劃分差異.可能是Jaramillo的上下界線不同剖面記錄差異的原因.Olduvai的上界轉換帶位于106.9107.4m,中間位置107.2m,S25的頂部，相當于以前劃分的W&的上部mi.Olduvai的下界轉換帶位于114.1114.3m,中

23、間位置114.2m,L29的上部，相當于WL2的上部Hi.整個Olduvai極性亞時，累計厚7m,沉積速率3.9cm/a.與以前的結果相比丁，Olduvai極性亞時的位置整體偏低，但是累計厚度均約7m,較為一致.本次研究結果，與寶雞a】、靈臺】和平?jīng)觥捌拭嫦啾?Olduvai極性亞時的位置也偏低.本次研究，只測量到黃土底界以下60cm,并未檢測出Matuyama的底界.較早的研究結果表明，洛川黃土Matuyama的低界位于紅粘土內(nèi)距黃土低界約2m處丁町.而最近，王先彥等"幻和楊石嶺"Q研究表明,Matuyama位于洛川黃土的底部.可能是不同學者對于黃土底界的劃分標準不同，造

24、成洛川剖面Matuyama底界的位置不一致.5結論通過以上分析，初步得出如下結論：洛川黃土剖面準確記錄了2.6Ma以來主要的地磁極性倒轉.其中，MB界線位于53m處，&的上部Jaramillo的上界位于67.8m,SI0的上部，下界位于72.5m,L13的頂部；Olduvai的上界位于107.2m,島5的頂部，相當于WS2的上部，下界位于114.2的上部，相當于WL2的上部.并未出現(xiàn)GM界線，可能位于紅粘土內(nèi)，至少在黃土底界60cm以下.致謝黃孝剛、靳春勝參加了野外工作，四位匿名審稿人提出了很多寶貴意見.作者在此表示感謝.參考文獻（References）1劉東生.黃土與環(huán)境.北京：科學

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