高分辨率洛川剖面黄土磁性地层学.docx

1、第53卷第4期地球物理学报Vol.53,No.42010年4月CHINESEJOURNALOFGEOPHYSICSApr.,2010刘维明，张立原，孙继敏.高分辨率洛川剖面黄土磁性地层学.地球物理学报.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高分辨率洛川剖面黄土磁性地层学刘维明，张立原，孙继敏中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境吏点实验室，北京100029摘要洛川削面作为经典的黄土剖面.磁极性地层界线的具体位置还不清楚.通过对洛川黄土-古土壤序列以10cm间隔的古地磁研究，网定了磁极性界线的只体位置：(1)MB(Matuyama-Brunhcs)界线位于53m处，&的h部.(2)Jaramillo位于67.872.5m,上界在如>的上部，其下界位于小的顶部.(3)Old

3、uvai位于107.2114.2m,上界位于岛，的顶部，相当于W岛的上部，其下界位于L29的上部，相当于WL?的上部.4)并未检测到Matuyama的底界.可能位于红粘土内.关键词洛川黄土.磁性地层.极性审件界线1X)1：10.3969/j.issn.0001-5733.2010.04.013中图分类号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与深海沉积和极地冰芯并称为古气候研究的三大支1弓|言柱I】.作为中国黄土的标准剖面之一，洛川剖面自刘东生首次报道以来，国内外研究人员对其进行中国具

7、有全球厚度最大、连续性最好、时代最老了详细的研究36成，取得了众多成果，是全球研究的第四纪风成黄土,蕴含了丰富的古环境变化信息，程度最深的黄土剖面之一.基金项目国家自然科学基金项目(40830104)资助.作者简介刘维明.勇.1982年生，博士研究生.第四趾地质学专业，主要从事磁性地层学研究.E-mail：liuwm05RmaiLcom洛川黄土的年龄框架主要是依据磁性地层建立,1982年HellerandLiuw首次突破技术瓶颈建立了比较可靠的磁极性地层.鉴于洛川剖面的重要性，后来，科学家对其磁性地层进行过多次研究7.8.422,但由于采样间距过大，大多样品没有经过系统退磁，制约了磁性地层的精

8、度和可靠性，对于磁极性界线的具体位置仍存在争议.为了更准确照定磁极性界线的位置和建立可靠的磁极性地层，我们对洛川黄土进行了高密度的古地磁采样和测试，本文报道了这次古地磁研究的结果，主要解决洛川剖面中磁极性界线的具体位置.2样品的采集和实验方法2.1采样研究剖面位于黄土高原中部的洛川附近（图1）,该剖面发育完整的黄土-占土壤序列，下伏十儿米厚的红粘土.本次研究从剖面顶部至红粘土上部60cm内，以10cm间隔采集水平定向古地磁标本，共获得1284块标本.每一个标本在室内加工成2cmX2cmX2cm立方体样品.图1中国的黄土分布及洛川削面地理位置，引自SunandZhu(2010)Fig.1Sket

9、chmapshowingloessdistributionsinChinaaswellasthelocationoftheLuochuansection2J2.2实验古地磁实验是在中国科学院地质与地球物理研究所古地磁学与地质年代学实验室完成的.所有样品用英国MagneticMeasurement公司生产的MMTD80型自动热退磁仪进行系统热退磁，在2G760-R超导磁力仪上完成剩磁测枇，实验过程均在零磁空间«300nT）内进行.退磁温度以50C间隔从1001退至550X：,然后再加热至5851,对于一些剩磁强度仍然较大的样品继续以2510X：间隔退至680-C.3结果图2为代表性样品

10、的退磁结果.在表征退磁结果的剩磁矢量正交投影图上，所有样品包含两个剩磁分量，且大多数样品的剩磁第一分信，在200°C即可完全清洗，有些样品到3oor时才能完全清洗，此分量并不趋向于原点，为粘滞剩磁分量.剩磁第二分量在250-C或300-C后保持稳定，在正交投影图上趋于原点.剩磁强度在500585P时大部分已衰减，表明剩磁携带矿物主要为磁铁矿.选择稳定的25OP或3000以上，趋近原点的至少3个温度点,一般4个以上温度点，利用主成份分析获得特征剩磁数据有些样品粘滞剩磁很强，到200P剩磁强度即衰减到90%以上，很难分离出特征剩磁方向，个别样品分离出的特征剩磁可信度较差（最大角偏差（MA

11、D）大于15°）,两者均予以剔除，共删除51个点，约占样品总数的4%.图2代表样品的热退磁矢拍图(N,E和Up分别为北、东和上方向.NRM为天然剩磁，数字代表退磁温度点，单位*C).实心圆和空心IM1分别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块布效样品的特征剩磁方向有一定的离散程度（Dn=359.3°,九=57.5°,Kn=30.2,%5n=L0°Dr=184.3°,IK=35.6°,Kr=8.0,a95R=2.3°,图3a,其中Dn（R），N<R>9KnR>,%5N<R>分别代表正（负）极性样品特征剩磁fisher平均的磁偏角，磁倾角，精度参数和95%的置信圆），其中1120块样品的特征剩磁记录了稳定的极性，113块样品的特征剩磁方向与

13、平均方向离散度大于40°,可能记录了地磁场漂移或者极性转换过程记录稳定极性的1120块样品的特征剩磁方向未能通过倒转检验，因为正负极性的倾角存在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°,图3b）,可能是近代场的黏滞剩磁并未完全消理干净由样品特征剩磁获得的磁倾角和磁偏角计算出虚地磁极（VGP）纬度并依此得到剖面的威极性序列.180°图3所有有效样品(a)和去除与平均方向离散度大于40°样品后(

14、b)的特征剩磁方向赤平投影图.里号代表各自极性的平均方向Fig.3Equalareaprojectionsoftheprincipalcomponentdirections：(a)1233samplesthatexhibitstablecharacteristicremanentmagnetization(ChRM)；(b)afterexcluding113samplesthatlay>40°fromthemean.Whitestarsrepresentthemeandirectionsineachpolarity图4给出了洛川剖面地层划分，所有有效样品的磁偏角、磁倾角和VGP

15、纬度随深度变化结果，所有有效样品建立的磁极性柱1和去除与平均方向离VGP纬度极性杠IVGPLaV(°)PolarityJ*VGP纬度极性杠IVGPLaV(°)PolarityJ*年龄Agc/Ma-040-M0Jaramillo60-70-180-90H100-Reuuion110-120-k25130地层Lithoktgv古HIl*ala<soil破偏角Dec/(°)18()破倾角lnc/(°)极性柱2PolantyCiPTS图4洛川黄土地层划分、班偏角、磁倾角和VGP(艰地磁极)纬度随深度变化，包含所有有效样品的极性柱1、去除部分与平均方向离散度

16、大于40。样品后的极性柱2,及与标准磁极性柱对比"3"Fig.4MagnetostratigraphyoftheLuochuanseclion,lithology.declinationandinclinationoftheChRM,vinualgeomagnelicpole(VGP)latitude*magneticpolarityzonation1«magneticpolarityzonation2andgeomagneticpolaritytimescaleKamikatsuruSantaRosaCobbMlBjomOldmia散度大于40°样品后

17、建立的极性柱2,以及它们与标准地磁极性年表的对比，其中地磁漂移Kamikatsura,SantaRosa和Bjorn的年龄引自Roberts.SunandLiu®对洛川黄土剖面的地层进行过详细划分，本文沿用该文的地层划分方案.从图中可看出，极性柱1与极性柱2致，表明利用所有有效样品建立的极性柱1的可靠性.松山-布容地磁极性倒转(即MB界线)位于£的上部.Jaramillo极性亚时的顶、底界分别位于上部和I小的顶部，Olduvai极性亚时的顶、底界分别位于S25的顶部和1-29的上部.并未出现GM(GaussMatuyama)界线,表明其至少位于黄土底界60cm以下.4讨论近

18、年来.大量的高分辨率古地磁工作已经证明，黄土高原的不同地区均很好地记录了地磁极性转换过程和地磁漂移等转换场行为29寸表明黄土高原黄土的天然剩磁Lock-in深度很小，沉积后改造和成壤作用并不能造成大尺度的lock-in效应.另外,Liu等35】发现黄土高原的灵台剖面和赵家川剖面的MB界线的岩石地层位置没有明显差异，也表明黄土中剩磁不存在显著的lock-in效应.本次研究，洛川剖面各个磁极性地层的界线附近均出现了不同厚度包含多次快速倒转、VGP纬度异常«45°）的极性转换过程，表明磁极性界线位置并不存在显著的Lock-in效应.MB界线的位置在53m,&的上部（图4）

19、,与最初HellerandLiu*'的结果一致，而与安芷生等如及岳乐平的结果相比MB界线位置偏低.最近Wang等对三门峡黄土研究显示MB界线位于&的上部，以及Liu等35】将灵台和赵家川剖面用石英砂粒度作为地层划分标准，敢新厘定的MB界线也位于S8的上部，而以前黄土高原发表的大多数剖面的MB界线位于L8中，Liu等认为MB界线不同剖面的记录差异是由地层划分方案不同所致.整个Brunhes期间洛川黄土厚53m,沉积速率6.8cm/kyr.图4显示L.自顶部至下部累计厚6.4m的磁性正极性带（总厚度8.1m）,L15顶部的1.2m以正极性为主，中间存在几块负极性样品，极性很不稳定.

20、在以前的黄土高原古地磁研究中也多有发现I”中存在一定厚度正极性带K血"FJ，但该正极性带在国际标准地磁年表中未有记录以6“.有些研究%全部为负极性样品：6.39.46j,但在西峰38】、蓝田S和灵台剖面同样也发现了L.的上部存在正极性样品.Wang等切认为U层的正极性带为重磁化带，而其他的研究者认为这是地磁漂移的记录22.40.“.“"u持续时间诃能为7.8万年E,6.4m厚的正极性带累计达6万年，很难解释为地磁漂移，而1心的顶部1.2m的正极性段，按沉积速率推算相当于0.4万年，可能是一次地磁漂移.U中正极性带的性质及成因需要进一步研究，但已有的黄土剖面研究，MB界线位于

21、U或&中&!.5-37.31订，Jaramillo的上界位于或S10中E83：3236.T，/中的正极性带并不影响所建立的极性柱与标准极性柱的对比.Jaramillo的上界极性转换带较薄，位于67.667.9m,中间位置67.8m,S10的上部，与Kukla和An（1989）w和Heller和Liu结果一致，三门峡剖面和蓝田剖面“可的Jaramillo上界也位于中，而靖边网、渭南】、宝鸡齐：和西峰E等剖面显示Jaramillo的上界位于1”。中.Jaramillo的下界极性转换带，位于72.3-72.6m,厚0.3m,为1小的顶部.与Kula和An®

22、;的结果一致，而Heller和Liu的结果显示Jaramillo的下界位于Sn的底部.三门峡黄七Jaramillo的下界也位于1小的顶部，黄土高原多数剖面的Jaramillo的下界位于Ln中35.本次研究，整个Jaramillo极性亚时的累计厚度4.7m,沉积速率5.9cm/kyr.由于L和Ls之间的儿层黄土和古土壤层比较密集，不同作者对地层的划分差异.可能是Jaramillo的上下界线不同剖面记录差异的原因.Olduvai的上界转换带位于106.9107.4m,中间位置107.2m,S25的顶部，相当于以前划分的W&的上部mi.Olduvai的下界转换带位于114.1114.3m,中

23、间位置114.2m,L29的上部，相当于WL2的上部Hi.整个Olduvai极性亚时，累计厚7m,沉积速率3.9cm/a.与以前的结果相比丁，Olduvai极性亚时的位置整体偏低，但是累计厚度均约7m,较为一致.本次研究结果，与宝鸡a】、灵台】和平凉“剖面相比.Olduvai极性亚时的位置也偏低.本次研究，只测量到黄土底界以下60cm,并未检测出Matuyama的底界.较早的研究结果表明，洛川黄土Matuyama的低界位于红粘土内距黄土低界约2m处丁町.而最近，王先彦等"幻和杨石岭"Q研究表明,Matuyama位于洛川黄土的底部.可能是不同学者对于黄土底界的划分标准不同，造

24、成洛川剖面Matuyama底界的位置不一致.5结论通过以上分析，初步得出如下结论：洛川黄土剖面准确记录了2.6Ma以来主要的地磁极性倒转.其中，MB界线位于53m处，&的上部Jaramillo的上界位于67.8m,SI0的上部，下界位于72.5m,L13的顶部；Olduvai的上界位于107.2m,岛5的顶部，相当于WS2的上部，下界位于114.2的上部，相当于WL2的上部.并未出现GM界线，可能位于红粘土内，至少在黄土底界60cm以下.致谢黄孝刚、靳春胜参加了野外工作，四位匿名审稿人提出了很多宝贵意见.作者在此表示感谢.参考文献（References）1刘东生.黄土与环境.北京：科学

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