地磁场是地球最古老的特征之一。《科学》杂志列出的125 个需要回答的科学问题，以及美国国家研究理事会发布的《时域地球——美国国家科学基金会地球科学十年愿景（2020-2030）》第1个科学优先问题，将“地磁场如何产生和如何倒转”列入其中。古地磁研究表明，地磁场倒转频率可能受到核幔边界热状态的影响，呈现地磁极性频繁倒转与数百万年保持不变的超静磁期的特征。160 Ma以来地磁极性年代可以分为四个阶段，分别为0-40Ma每百万年倒转4次，40-80Ma每百万年倒转1.3次，83-123Ma超静磁期，120-160Ma每百万年倒转2.4次。那么，关键科学问题是获得磁极性倒转频率与哪些地磁场特征有关。具体来讲，磁极性倒转频率是否与表征地磁场长期变化的磁场强度以及虚地磁极离散度相关？在精确的时代框架下准确的定量估算地磁场长期变化是解决这一科学问题的基本前提。然而，一方面离散度受纬度影响，并被质疑无法表征地磁发电机的特征。另一方面，与纬度无关的古强度变化却存在较低的实验成功率。与此同时，白垩纪-新生代期间中亚地区磁倾角异常低于预期值一直是困扰学术界的科学难题，并影响到了我们正确理解印度-欧亚碰撞的构造重建。

针对以上科学问题，我校地球科学与资源学院王成善院士团队孟俊副教授与德国慕尼黑大学Florian Lhuillier博士合作，对中亚西天山托云地区K-Pg时期玄武岩（图1）开展了详细的古地磁学研究，获得如下实验结果：93个组（129个熔岩流采点）方向数据得出西天山托云地区60-70Ma虚地磁极为180.2°E，49.5°N，离散度S = 20.8° (18.8°, 23.1°)。磁倾角I = 36.2°表明托云火山岩喷发于~20°N，远远低于同时期欧亚/东亚板块预期的磁倾角（图2）。绝对古强度实验获得地磁场虚偶极矩58.9 ± 6.9 ZA·m²，与全球数据库60-70Ma古强度吻合（图3）。Pseudo-Thellier实验获得相对强度变化31 ± 5% (N= 15)，与地磁场倒转频率呈正相关（图3）。以上结果表明：

（1）对比红层古地磁结果，天山地区K-Pg时期火山岩同样存在磁倾角异常低的特征。印度-欧亚大陆碰撞导致的地壳缩短不能完全解释10-15°的磁倾角异常，因此，地磁场局部异常也是导致中亚地区低磁倾角的机制之一。

（2）古强度实验结果可能支持120Ma以来地磁场倒转频率与长期变的正相关性。

图1 中亚西天山托云地区地质背景与K-Pg玄武岩剖面信息

图2  同时期（~60Ma）德干玄武岩、托云玄武岩与北大西洋大火成岩省的古地磁方向数据对比

图3 托云地区K-Pg玄武岩绝对/相对古强度实验结果与全球古强度数据对比

上述研究成果发表在地球科学国际权威刊物《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上：Meng, J., Lhuillier, F., Wang, C., Liu, H., Eid, B., & Li, Y. 2020. Paleomagnetism of Paleocene-Maastrichtian (60-70 Ma) lava flows from Tian Shan (Central Asia): Directional analysis and paleointensities. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(9), e2019JB018631. https://doi.org/10.1029/2019JB018631 [IF=3.64].

全文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JB018631