2015, Vol. 30
2. 北京大学地球与空间科学学院教育部造山带与地壳演化重点实验室, 北京 100871;
3. Mawlamyine University, Mon State, Myanmar;
4. Myanmar Earthquake Committee, Yangon, Myanmar
2. Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, Ministry of Education, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
3. Mawlamyine University, Mon State, Myanmar;
4. Myanmar Earthquake Committee, Yangon, Myanmar
缅甸掸邦地块地处东南亚中南半岛西部，位于东喜马拉雅构造结南南东侧(图 1a)，经历了中生代新特提斯构造演化和新生代陆陆碰撞造山的叠加转换，是特提斯构造体系正向碰撞和侧向走滑的转换带(Holt et al.，1991)和东南亚地区构造环境演化相对比较复杂的地带之一(Sengor，1987; Metcalfe，1999，2002).由于地缘关系，尽管中国境内特提斯构造带已开展了大量的比较深入的研究，(Gramann，1974; Mitchell，1993; Bertrand et al.，2001; Bertrand and Rangin，2003; Barley et al.，2003; Mitchell et al.，2004，2007;Acharyya，2007; Searle et al.，2007)，但毗邻的缅甸地区却限于当地研究水平和地区研究程度的局限，与滇藏特提斯相比还存在很大差距(王宏等，2012).
缅甸掸邦地块隶属于保山-掸泰陆块(也称滇缅泰地块).保山-掸泰陆块从北部的保山向南经缅甸掸邦、泰国西部到泰国半岛南部童颂-沙敦一带，东界为马来西亚文冬至泰国清莱-清迈一线(Barr and MacDonald，1987; Mitchell，1992，1993; Wakita and Metcalfe，2005)，向北穿过缅甸最东部接滇西昌宁-孟连结合带(Mitchell et al.，2007).缅甸掸邦地块具前寒武纪结晶基底；震旦纪-寒武纪发育一套过渡型浊积岩建造(昌马支群)，与我国保山地区的公养河群相当，其主要岩性为复理石砂板岩，含火山岩、硅质岩夹层.晚寒武世-三叠纪主体为稳定-次稳定型浅海相碎屑岩、碳酸盐岩沉积，形成了巨厚的掸邦高原灰岩；晚中生代发育陆相红层沉积，并不整合地覆盖在不同时代的下伏地层之上.该地块除两侧遭受过较强烈的逆冲和褶皱外，内部变形相对较弱，盖层岩石未变质(王宏等，2012).
缅甸掸邦地块晚古生代-早中生代灰岩大致从北纬24°N到20°20′N覆盖整个掸邦高原，并向南延伸至泰国西部.前人对该套灰岩的研究主要集中在二叠纪-三叠纪地层中的古生物与地层沉积，以及作为古特提斯缝合带的构造意义等方面(Zaw，1991，Aung，2010).为重建该地区的古地理位置，前人也进行了相关古地磁学初步研究(McElhinny et al.，1974; Haile et al.，1977，1983; Bunopas，1981).然而，不同构造演化模式对于块体的运动方式有不同的解释，如构造逃逸模式认为该地区发生了顺时针旋转和南东向运移(Tapponnier et al.，1986)；而右旋剪切模式则认为掸邦地块仅发生了顺时针旋转，而未显示显著的南东向滑移(England and Molnar，1990).因此，在该地区开展系统的古地磁研究，重建块体的构造旋转方式与整体运移量(Richter et al.，1993)，无论是对掸邦地块在特提斯洋演化过程中的古地理位置重建，还是对东亚大陆的汇聚过程及构造变形等的研究显得尤为重要.为此，为研究缅甸掸邦地块及滇缅泰地块晚古生代-早中生代的古地理格局及与周边地块之间的构造关系，2013年初我们对缅甸掸邦地块的二叠纪与三叠纪灰岩进行了系统野外考察和古地磁采样.在此，本文首先对其岩石磁学的初步研究结果进行报道.
古地磁学研究的关键在于通过磁清洗手段分离出岩石形成时期的原生剩磁.而对于所获得的原生剩磁可靠性问题，岩石磁学则是一个有效的手段.一方面利用合理可靠的岩石磁学实验可以鉴别岩石中磁性矿物种类，为合理退磁技术的选择和特征剩磁的分离提供理论依据；另一方面通过岩石磁学研究岩石中磁性矿物的形状、粒度等来判断磁性颗粒的生成环境，间接地确定磁性矿物的磁化年代，最终判别岩石原生剩磁的可靠性(黄宝春等，1995).灰岩中普遍含有较为复杂的磁性矿物组合，如针铁矿、赤铁矿和磁铁矿的组合，针铁矿和磁铁矿的组合，以及磁铁矿和磁黄铁矿的组合.且 灰岩中的重磁化现象比较普遍，因此对灰岩进行深入的岩石磁学研究以进一步探究其磁性矿物组合显得尤为重要，唯此才能揭示灰岩的磁性特征和剩磁获得机制(杨振宇等，1998).
1 样品的采集与实验缅甸东部掸邦地块广泛发育晚古生代-早中生代的海相灰岩，且迄今为止未有报道显示其遭受了中新生代岩浆活动的影响，是缅甸掸邦地块晚古生代-早中生代古地磁研究较为理想的地区之一.
该地区灰岩包括以下四种岩相类型：
(1)含有孔虫的薄层状灰岩岩相：其中偶尔会有腹足动物和结构复杂的珊瑚.
(2)板状浊积灰岩岩相：浅灰色，细粒砂屑灰岩与深灰色的泥晶灰岩呈互层.砂屑灰岩具有清晰的下层面，向上逐渐转变为泥晶灰岩.
(3)沉积角砾岩岩相：这些角砾岩厚度不超过6 m，角砾成分为钙质粉砂岩与泥灰岩，磨圆程度不一.
(4)深灰色与浅灰色细粒灰岩岩相：是组成掸邦高原二叠纪灰岩的主要部分(Aung，2010).
本项研究的样品采自缅甸东部掸邦地块东枝与皎施地区的中二叠世至中三叠世地层单元(图 1和表 1).野外岩芯样品全部用便携式岩石采样钻机采得，磁罗盘和太阳罗盘共同定向.合计采得独立定向的中二叠世和中三叠世灰岩岩芯样品分别为415块(32个采点)和152块(15个采点).
 | 表 1 缅甸掸邦地块晚古生代-早中生代古地磁采样统计表 Table 1 Paleomagnetic Sampling information of Late Paleozoic to Early Mesozoic limestone rocks from the Shan State Block，East Myanmar |
 | 图 1 缅甸掸邦地块的大地构造位置(据Zhang等，2010修改)和区域地质简图 图 1.a中ALSSZ哀牢山剪切带;CSSZ崇山剪切带;DCSSZ点苍山剪切带; XLSSZ雪龙山剪切带;MMB抹谷变质带;SGF实皆断层; TPFZ三塔断裂带;WCFZ王超断裂带Fig. 1 Schematic tectonic map of East Asia(modified from Zhang et al.，2010) and simplified regional geological map of the Shan State block，Myanmar Fig. 1.a ALSSZ，Ailao Shan shear zone; CSSZ，Chongshan shear zone; DCSSZ，Diancangshan shear zone; XLSSZ，Xuelongshan shear zone; MMB，Mogok metamorphic zone; SGF，Sagaing fault; TPFZ，three Pagodas fault zone; WCFZ，Wang Chao fault zone |
磁学方法是根据磁性参数对岩石中的磁性矿物进行鉴定分析，通常情况下行之有效.然而，当样品中含有多种成分时，单一磁参数分析往往难以有效地区分样品中的磁性矿物成分，因此有必要选取多种磁性参数进行综合分析.为此，本文选取了磁化率-温度曲线、等温剩磁的获得曲线及其反向场退磁曲线、三轴等温剩磁的系统热退磁、以及全岩磁滞回线分析等方法对所采灰岩样品进行岩石磁学实验研究，以揭示其主要磁性矿物的种类、含量和颗粒度等.
不同磁性矿物在加热和冷却过程中，其磁化率会随温度的变化而出现不同的特征.这些特征可用来识别磁性矿物的种类和粒度分布.磁铁矿的居里温度较高，在加热过程中矿物成分基本不发生变化，其磁化率-温度曲线(κ-T曲线)基本可逆.在低于居里温度时通常还能观测到较明显的Hopkinson效应(Collinson，1983).κ-T曲线不仅可以鉴别磁性矿物的种类，而且还有助于确定磁性矿物的粒径分布.尤其是逐步加热的κ-T曲线，甚至能非常有效地检测到加热过程中磁性矿物的一些非常细微变化，因而被广泛用来检测加热过程中磁性矿物和磁性颗粒大小的变化(敖红和邓成龙，2007).诚然，该方法也存在一些问题.首先，在加热过程中磁性矿物可能发生改变，从而新生成的矿物特征可能会掩盖本身所含磁性矿物的特征；其次，磁性矿物的成分和粒径分布会共同影响样品的κ-T曲线，从而使其具有多解性.本次实验对10块灰岩样品采取了逐步加热的方法测量样品的κ-T曲线(表 1)，仪器加热的升温速率为11 ℃/min，灵敏度2.5×10-8 SI，具体步骤是将样品置于氩气环境中逐步加热到最高温度分别为250 ℃，350 ℃，480 ℃，590 ℃和700 ℃(均为同一样品在加热到最高温度后冷却至室温再继续加热)，希望通过逐步加热的方式获取岩石中磁性矿物的变化.
根据尼尔理论，如果外加磁场强度大于颗粒矫顽力，可以使颗粒沿着外加磁场方向排列，从而产生与外加磁场方向一致的剩余磁化强度，即等温剩磁(IRM).IRM的测量是一种利用铁磁性矿物的矫顽力谱特征半定量地判别岩石中载磁矿物成分的方法.IRM达到饱和后，即饱和等温剩磁(SIRM)获得后，只有通过施加与剩磁方向完全相反的外加磁场，才能逐步清洗样品中所记录的IRM.逐渐增加反向场，直至样品中的IRM衰减为零时所需的反向磁场的大小即为剩磁矫顽力(Bcr).此外，也可以将获得SIRM一半时所需外加磁场近似看作是剩磁矫顽力.虽然IRM及反向场退磁曲线这一方法由于其结果的多解性和弱定量性，并不令人满意，但目前仍为岩石磁学研究的最基本方法之一.本次实验对不同采样单元的9块样品进行了饱和等温剩磁获得过程和剩磁矫顽力的测量(表 1).
岩石样品退磁理论的基本原理之一就在于岩石中各种载磁矿物具有不同的温度特性和磁学特性.由于磁铁矿、钛磁铁矿、磁赤铁矿、磁黄铁矿及多畴赤铁矿等多种矿物都处于同一矫顽力范围内，由此导致了SIRM获得过程及剩磁矫顽力的测定这一常规岩石磁学方法在载磁矿物鉴别上的不确定性.但是，同一剩磁矫顽力范围内的铁磁性矿物通常具有不同的阻挡温度，因此，综合考察样品的剩磁矫顽力谱和阻挡温度谱特征成为了岩石磁学中鉴别铁磁性矿物成分的常规手段.然而，当岩石中含有多种铁磁性矿物时，由于不同铁磁性矿物剩磁矫顽力谱和阻挡温度谱的相互叠置，依靠单一的SIRM获得曲线及其系统热退磁曲线鉴别铁磁性矿物的种类等仍然会出现很大偏差.为此，Lowrie(1990)提出了三轴等温剩磁的系统热退磁方法，即对样品的三个相互垂直的轴分别施以不同强度的脉冲磁场，以获得对应于不同剩磁矫顽力范围内的磁性矿物的等温剩磁；然后通过样品的系统热退磁，获得不同矫顽力范围内的铁磁性矿物的阻挡温度谱等特征，以最大限度地利用岩石样品的剩磁矫顽力和阻挡温度谱特性鉴别其铁磁性矿物成分.大量实验结果表明，三轴等温剩磁的系统热退磁技术对于沉积岩，尤其是弱磁性的碳酸盐岩能给出较为理想的结果.本次实验对15块灰岩样品进行了Lowrie(1990)三轴等温剩磁的系统热退磁测定(表 1).在样品三个相互正交的轴上施加的直流磁化场分别为0.1 T，0.4 T和2.5 T.
所有样品的岩石磁学实验均在中国科学院地质与地球物理研究所古地磁与年代学实验室(PGL)进行.三轴等温剩磁的系统热退磁实验采用TD-48热退磁炉和2G755R低温超导磁力仪；IRM的测量采用3900型变梯度磁力仪；磁化率随温度的变化曲线(κ -T 曲线)的测量是在带CS-3温控系统的KLY-3S卡帕桥上完成.
2 实验结果分析与讨论 2.1 κ-T曲线岩石磁化率随温度变化的曲线，尤其是逐步加热的κ-T曲线，可以揭示磁性矿物在加热过程中的物理化学变化(Liu et al.，2005).所有代表性灰岩样品的磁化率加热和冷却曲线都在580℃左右发生急剧的转折，表明岩石中磁铁矿的存在，并且可能是主要的载磁矿物.然而，κ-T曲线中反映出的磁铁矿既可能是样品中原生的也可能是由加热过程中新生的.若冷却曲线明显高于加热曲线，磁化率大幅升高，该现象表明在加热过程中有新的强磁性矿物生成.若加热曲线与冷却曲线差别不大，冷却曲线略低于加热曲线，这主要反映了在加热过程中样品中的磁性矿物未发生较大的化学变化，即表明样品中铁磁性矿物是原生的.
氩气环流中逐步加热的κ-T曲线(图 2)显示，对于样品MT111-5，在350 ℃之前(图 2a、图 2b)，冷却与加热曲线基本重合，这一现象表明矿物成分，晶粒结构及磁畴等在加热过程中并未发生显著变化.在分别加热至480，590，700 ℃三个温度段时(图 2c、图 2d、图 2e)，磁化率的加热曲线虽均高于冷却曲线但升高幅度不大，表明样品加热过程中有少量的新生磁性矿物的生成，而曲线在580 ℃的拐点则揭示了岩石样品中的原生磁性矿物主要为磁铁矿.而对于样品MK137-3，在480，590 ℃这两个温度段(图 2h、图 2i)，磁化率的冷却曲线均显著高于加热曲线，且变化幅度逐步增大.κ-T曲线在580 ℃的拐点指示样品中原生的和新生成的强磁性矿物均为磁铁矿.最终加热至700 ℃时冷却曲线与加热曲线大致可逆(图 2j)，表明在约600 ℃之后的进一步加热过程中矿物的物理化学性质未发生显著变化，也没有新的强磁性矿物的生成.
 | 图 2 缅甸掸邦地块代表性灰岩样品氩气环流中的温度-磁化率(κ-T)曲线Fig. 2 Temperature dependence of magnetic susceptibility(κ-T curves)for pilot limestone samples from the Shan State Block，Myanmar. All the measurements were conducted in Argon atmosphere |
等温剩磁的测量结果表明，参加该实验的样品主要分为三类：
第一类灰岩样品(如图 3a)在较低磁化场(小于100 mT)下迅速达到饱和，且其剩磁矫顽力(Hcr)也小于100 mT.矫顽力谱分析(图 3b)可得岩石样品中的磁性矿物呈单一分量，经计算得到该分量的剩磁矫顽力约为49 mT，这清楚地说明这类样品是以低矫顽力的磁铁矿系列的铁磁性矿物(磁铁矿或钛磁铁矿)为主要载磁矿物.
 | 图 3 缅甸掸邦地块代表性灰岩样品的IRM获得曲线、反向场退磁曲线及矫顽力谱分析曲线Fig. 3 Acquisition curves of isothermal remanent magnetization(IRM): back-field demagnetization curves of IRM and cumulative log Gaussian analysis curves for pilot limestone samples from the Shan State Block，Myanmar |
第二类样品(图 3d)为主要类型，其IRM获得曲线相对比较复杂.首先，在低于100 mT的磁化场下，样品有一个较为明显的快速达到饱和的趋势；其次，样品在达到第一饱和趋势之后又减慢了冲向饱和的速度，随后在外加磁场达到1500 mT时样品仍未达到饱和.矫顽力谱分析的结果(图 3e、图 3f)显示岩石样品中的磁性矿物的确存在两个组分，其中组分一的剩磁矫顽力为58.9 mT，而另一磁性矿物组分的剩磁矫顽力则为812.8 mT.对于此现象的解释可能是这类样品中不仅含有一定量的低矫顽力的铁磁性矿物(磁铁矿系列)，还可能含有一定量高矫顽力的铁磁性矿物(如磁黄铁矿、赤铁矿、针铁矿等).
第三类样品(图 3g)的IRM获得曲线在1500 mT外加磁场中仍未达到饱和，且样品的剩余磁化强度随外加磁场的增加而增加.同时，矫顽力谱分析(图 3h、图 3i)显示岩石中的磁性矿物呈单一组分，该组分的剩磁矫顽力为426.6 mT.因此，推测岩石样品中的主要磁性矿物为单一的中-高矫顽力矿物.
2.3 三轴等温剩磁的系统热退磁代表样品的三轴等温剩磁的系统热退磁测定结果如下：
第一类样品(图 4a、图 4b)的最明显特征是软磁组分占主导地位，硬磁组分和中等强度磁组分含量极低.软磁组分在500~525 ℃左右强度衰减为零，因此，在该组岩石样品中占主导地位的应该是低矫顽力的磁铁矿或贫钛的钛磁铁矿.该特征与IRM获得曲线及反向场退磁曲线所揭示的第一类样品相一致.此外，个别样品(图 4b)显示在加热至接近100℃时，样品的软磁组分和硬磁组分强度均有显著衰减，指示了高矫顽力矿物针铁矿的存在.
第二类样品的实验结果(图 4c、图 4d)显示软磁组分与硬磁组分均在620~660 ℃衰减至零；而中等强度磁组分强度极低.这一特征表明这些样品中高矫顽力与低矫顽力矿物共存，并且硬磁组分可能为赤铁矿，而软磁组分则可能为磁赤铁矿.此外，与第一类样品具有相同的特征是在加热至100 ℃时，样品软磁组分与硬磁组分的强度均显著下降，同样指示了针铁矿的存在.
 | 图 4 缅甸掸邦地块代表性灰岩样品的三轴等温剩磁的系统热退磁曲线Fig. 4 Progressive thermal demagnetization curves of composite IRMs for pilot limestone samples from the Shan State Block，Myanmar |
3.1 综合上述三种不同岩石磁学的实验结果，对缅甸掸邦地块二叠纪-三叠纪灰岩的岩石磁学特征认识如下：首先，缅甸东部掸邦地块二叠纪灰岩样品的主要磁性矿物是磁铁矿，特别是采自缅甸东枝Htamsung剖面的灰黑色中层状灰岩，其中磁性矿物种类单一，饱和等温剩磁的获得曲线及反向场退磁曲线、三轴磁化等温剩磁的系统热退磁曲线，以及κ-T曲线(图 5a、图 5b、图 5c)都显示岩石样品中的磁性矿物为低矫顽力的磁铁矿.而对于采自其他二叠纪剖面的样品，从三轴等温剩磁的系统热退磁曲线来看，等温剩磁均在热退磁温度达到100 ℃左右发生的显著的衰减，指示了高矫顽力的针铁矿的存在.因此，缅甸掸邦地块二叠纪灰岩样品中的主要磁性矿物应为磁铁矿；除缅甸东枝地区的灰黑色灰岩之外，样品中还含有一定量的高矫顽力的针铁矿.由于针铁矿在加热至250~400 ℃时会发生分解形成新的弱磁性的赤铁矿(Tauxe，2010)，因此，为了避免这类样品在系统热退磁过程中的新生成的赤铁矿获得部分热剩磁，比较理想的退磁方法宜选择峰值温度为250 ℃的系统热退磁加系统交变退磁的复合退磁技术.对该地块二叠纪灰岩采用PGL实验室自制退磁炉和2G-RAPID磁力仪进一步进行系统热清洗特征(另文发表)也进一步验证了上述岩石磁学实验结果.
 | 图 5 缅甸掸邦地块二叠纪灰岩样品的岩石磁学实验结果Fig. 5 Rock magnetic results for Permian limestone sample from the Shan State Block of Myanmar |
其次，缅甸掸邦地块三叠纪灰岩样品中的主要磁性矿物同样为磁铁矿.但是，采自缅甸掸邦昂班南部剖面的三叠纪灰岩样品磁性矿物组成略为复杂，三轴等温剩磁的系统热退磁结果显示了占主导地位的软磁组分在500~525 ℃左右强度衰减为零和软磁组分、硬磁组分均在100 ℃发生显著衰减的特征，代表其中存在颗粒度较粗(假单磁畴)的磁铁矿或贫钛的钛磁铁矿及高矫顽力的针铁矿；等温剩磁获得曲线的矫顽力谱分析结果也显示了该类样品中存在高和低矫顽力两种组分.因此，岩石磁学实验结果综合表明该剖面的灰岩样品中的磁性矿物为磁铁矿与针铁矿的组合.同时，该剖面中采点117的三轴等温剩磁的系统热退磁曲线具有软磁组分与硬磁组分均在620~660 ℃衰减至零的特征，并且同样在100 ℃时有显著的衰减，推测其中磁性矿物的组合很可能为针铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿的组合(图 6a、图 6b、图 6c).同样，位于皎施的Kwangan剖面和Yakainggyi剖面的三叠纪灰岩样品中磁性矿物也主要以磁铁矿和针铁矿的组合为特征.
 | 图 6 缅甸掸邦地块三叠纪灰岩样品的岩石磁学实验结果Fig. 6 Rock magnetic results for Triassic limestone sample from the Shan State Block of Myanmar |
3.2 尽管我们通过缅甸掸邦地块二叠纪和三叠纪灰岩样品的初步岩石磁学研究，基本查清了不同剖面灰岩样品中的主要载磁矿物的组合特征等信息，为进一步实验室磁清洗和初步的特征剩磁获得机制的探讨提供了可靠基础，且进一步系统退磁实验表明复合的系统热退磁和交变退磁技术可从以磁铁矿及磁铁矿和针铁矿组合为主要载磁矿物的灰岩样品中可分离出稳定可靠的特征剩磁组分，但是对携带特征剩磁组分的磁铁矿究竟是原生的碎屑磁铁矿还是次生的自生磁铁矿，还有待于进一步显微矿物学的研究(如Huang et al.，2015).
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