菱铁矿热转变过程中岩石磁学性质基本特征

利用吉林大栗子铁矿纯菱铁矿样品,系统测量了菱铁矿在空气环境下热处理产物的磁化特征．揭示出其饱和等温剩磁（ＳＩＲＭ）、剩磁矫顽力（Ｈ（ｃｒ））和居里温度（Ｔｃ）随加热温度升高而发生的系列变化,美铁矿氧化过程中准稳定态磁性矿物磁赤铁矿（ｒ－Ｆｅ２Ｏ３）是中间产物之一,并且具有较高的热稳定性．Ｘ射线衍射和穆斯堡尔（Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ）效应等分析结果证实了岩石磁学研究所揭示的菱铁矿氧化中磁性矿物转变过程．菱铁矿氧化过程中结晶结构的转变可能会影响其氧化产物的磁性特征．     

三门峡盆地晚新生代沉积物磁性载体类型

对三门峡盆地晚新生代沉积岩样品进行岩石磁学研究,通过三轴饱和等温剩磁和剩磁矫顽力实验、交变退磁和热退磁实验及磁化率测定,发现黄土-古土壤、河湖相灰绿层和冲洪积层3种不同岩性的磁载体存在显著差异.即黄土-古土壤以磁铁矿为主,赤铁矿和磁赤铁矿很少;河湖相灰绿色沉积磁性矿物含量较低,主要为赤铁矿和磁铁矿,但磁铁矿较多,此外还有一些不稳定磁性矿物(如针铁矿、菱铁矿等);冲洪积物以磁铁矿和赤铁矿为主,磁铁矿相对较多.     

重磁化碳酸盐岩中磁性矿物相变特征分析

通过光学显微镜鉴定和电子探针元素特征X射线像分析与化学成分定量分析 ,对已进行过岩石磁学实验研究的 10个华北地块早古生界重磁化碳酸盐岩样品进行了磁性矿物相变特征分析 .在部分样品中发现了通过交代黄铁矿形成的、不含Ti的次生磁铁矿 ,它们可能就是重磁化剩磁的主要携磁矿物 .在其中 4个样品所含的磁铁矿中还发现了黄铁矿交代残余 ,这为确认磁性矿物相变现象提供了有力的证据 ,并为如何识别与重磁化相关的次生磁铁矿提供了鉴别标志 .在此基础上 ,进一步探讨了重磁化的形成机制     

澳大利亚悉尼Long Reef Beach中新世古土壤岩石磁学特征及环境意义

本文对发育在澳大利亚悉尼附近的Long Reef Beach中新世古土壤剖面进行了系统的岩石磁学研究,测量了磁化率、饱和磁化强度、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁等常温磁学参数和磁滞回线,并对所有样品进行了热磁分析.实验结果表明:全新世软土层主要磁性矿物为MD颗粒磁铁矿,磁性矿物含量与黄土高原黄土层相当.中新世老成土层随地层深度增加主要磁性矿物由磁铁矿转变为磁赤铁矿,随着磁铁矿向磁赤铁矿的转化,开始出现赤铁矿;磁性矿物粒径分布较广,以PSD颗粒为主,其次为SD颗粒,同时含有少量MD颗粒;磁性矿物含量高于黄土高原强发育古土壤层.中新世红土矿层主要磁性矿物为赤铁矿,同时含有少量磁赤铁矿和针铁矿,属于铁的富集层,赤铁矿以SD颗粒为主,含少量PSD和MD颗粒.Long Reef Beach中新世古土壤形成时期,对应着一种全球性高温多雨气候,地表化学风化作用十分强烈.丰富的降水,导致中新世老成土层发生淋溶作用,磁铁矿在向下淋溶迁移过程中逐渐氧化为磁赤铁矿和赤铁矿,铁氧化物最终在红土矿层淀积,磁赤铁矿经高温压实作用再结晶转化为赤铁矿.磁性矿物转化过程可概括为磁铁矿—磁赤铁矿化的磁铁矿—磁赤铁矿—赤铁矿,其中部分磁赤铁矿具有热稳定性,在空气(氩气)环境中加热到700℃未发生转化.     

磁赤铁矿的几种类型与特点分析

随着环境磁学的广泛开展和应用,最近20年来磁赤铁矿(γ-Fe2O3)被人们所日益熟悉.现在它已经被发现是一种地表十分常见的矿物,与磁铁矿常常相伴随,是氧化透水通气环境的很好指示矿物.它也是制造音乐和录像磁带的重要磁性材料,在工业有很广泛的用途.磁赤铁矿的人工合成一般由磁铁矿通过在低于300℃的氧化环境中加热几个小时甚至几天时间来形成.它受热不稳定而产生化学变化的磁学性质是其重要特点,即加热到250℃之后该矿物一般就会被不同程度转变成为赤铁矿.因此实际上无法测量其居里点.后来对人工合成磁赤铁矿样品研究进一步发现,该矿物受热可以部分热稳定,居里温度约为645℃.本文通过不同粒度人工磁铁矿系列样品进行热磁测量实验时发现,超细粒级(假单畴(PSD)和多畴(MD)细粒)磁铁矿在快速加热过程中,形成了完全热稳定的磁赤铁矿.而且,用同样的样品在另外加热炉中快速加热到700℃高温,并且在该温度停留10min,然后冷却下来,也可以达到相同的效果.即由此两个过程形成的磁赤铁矿,再从室温加到700℃的居里温度测量过程几乎达到百分之百可逆,即完全对热稳定性特点.我们用X衍射和穆斯堡尔谱技术来鉴定和确认加热前的磁铁矿和快速加热形成的磁...     

含菱铁矿砂岩磁性的初步研究

作为煤田盖层产出的中国内蒙古平庄J₃砂岩,其平均磁化率为60×10^-5（SI）;平均剩磁为5×10^-3A/m.经热退磁后,在磁化率、剩余磁化、等温剩磁曲线、粘滞剩磁及磁组构等方面都发生了明显的变化,出现一系列奇异磁特征.岩石透射光与反射光鉴定、物相热红外分析、差热分析、X射线衍射分析表明,该砂岩的胶结物为弱磁性的菱铁矿,它在逐步热退磁过程中逐渐变为磁铁矿,部分变为赤铁矿.并大致确定,该砂岩胶结物含量近50％.此外,对这种砂岩样品仔细地进行了常规方法的退磁试验,得到其特征剩磁方向,确定其J₃古地磁极位置为198.8°E,84.6°N(α₉₅=4.8,k=94.5).     

高孔隙岩石局部压缩屈服与帽盖模型

对石灰岩不同围压的三轴压缩过程进行微结构观察,发现:当平均应力与体积应变曲线偏离静水压力线时,岩样微结构产生颗粒之间胶结物破坏,颗粒挤紧,孔隙减小,导致应变硬化,达到剪切增强的压实阶段.继续加载较软的颗粒被挤碎,导致崩塌变软,岩样出现宏观软化现象;同时孔洞表面产生大量平行于最大主应力方向的裂纹,汇聚成核.在低围压(40 MPa)时,含天然缺陷的岩石中,观测到剪切带的产生,也会在局部缺陷处发生崩塌;随着围压的增加(150MPa),局部体积崩塌将逐步引发大面积的垮塌.对应岩石试件的屈服行为也由以剪切破坏机制为主,逐渐转变为以体积崩塌压缩机制为主,引起纵向应变迅速增加.当剪切增强压缩继续发展到C*′直到峰值应力前时产生颗粒破裂、移动或旋转,曲线出现转向,岩样发生体积膨胀,同时引起密集声发射活动.峰值应力后,微裂纹串联成裂纹簇开始剪切诱导岩样体积膨胀,导致应力降引起应变软化,同时产生剪切局部化.在没有无序性影响的压缩带发展和传播的数值模拟中,展示了压缩带由样品的上下端面向样品中部逐渐扩展的过程,与Bentheim砂岩切片图显示和AE监测结果是吻合的.通过微观与宏观实验结合的描述方法清楚地展现了剪切带、压缩带、膨胀带的产生机理以及压缩带的发展过程,这里压缩屈服过程即为帽盖模型的形成过程,它是近似椭圆的帽盖模型中的帽子部分.     

一个变泥质岩包体样品的系统热磁试验及其矿物学意义

利用一件采自河北汉诺坝周坝地区变泥质岩包体样品,结合系统的低温和高温磁性测量结果,探讨了应用热磁实验鉴别样品中所含原生磁性矿物的多解性问题. 结果表明, 饱和等温剩余磁化强度（SIRM）在室温～250℃以及280℃～380℃的降低分别由高钛钛磁铁矿的剩磁解阻过程（一种物理过程）以及由磁赤铁矿转换成赤铁矿（一种矿物相变）引起.样品在500℃以后磁化率的升高则是由磁铁矿从钛磁赤铁矿中出溶所致.因此,κ T（即磁化率随温度变化）曲线中呈现约580℃居里点是由加热过程中次生的磁铁矿引起,而并非代表原始（即加热前）样品中的磁铁矿成分.     

四川旺苍地区中三叠世雷口坡组重磁化机理初步研究

对四川北部旺苍地区中三叠世雷口坡组进行了古地磁学和岩石磁学研究,结果表明,主要载磁矿物为多畴磁铁矿和磁赤铁矿,所携带的特征剩磁在地理坐标下与近代地磁场方向接近,可能是由于后期白云岩化作用和热粘滞剩磁引起的重磁化所致.     

不同尺度裂缝对弹性波速度和各向异性影响的实验研究

裂缝广泛分布于地球介质中并且具有多尺度的特点,裂缝尺度对于油气勘探和开发有着重要的意义.本文制作了一组含不同长度裂缝的人工岩样,其中三块含裂缝岩样中的裂缝直径分别为2 mm、3 mm和4 mm,裂缝的厚度都约为0.06 mm,裂缝密度大致相同(分别为4.8%、4.86%和4.86%).在岩样含水的条件下测试不同方向上的纵横波速度,实验结果表明,虽然三块裂缝岩样中的裂缝密度大致相同,但是含不同直径裂缝岩样的纵横波速度存在差异.在各个方向上,含数量众多的小尺度裂缝的岩样中纵横波速度都明显低于含少量的大尺度裂缝的岩样中纵横波速度.尤其是对纵波速度和SV波速度,在不同尺度裂缝岩样中的差异更明显.在含数量多的小尺度裂缝的岩样中纵波各向异性和横波各向异性最高,而含少量的大尺度的裂缝的岩样中的纵波各向异性和横波各向异性较低.实验测量结果与Hudson理论模型预测结果进行了对比分析,结果发现Hudson理论考虑到了裂缝尺度对纵波速度和纵波各向异性的影响,但是忽略了其对横波速度和横波各向异性的影响.     

改进的各向异性标准化方差探测斜磁化磁异常源边界

针对存在强剩磁作用磁化方向不明的磁异常,本项研究探索直接处理斜磁化磁异常的识别,提出了基于磁力梯度张量模的各向异性边界探测方法.首先利用各向异性尺度改进了各向异性标准差的核函数,突出各向异性高斯函数的作用;结合磁力梯度张量模来消弱斜磁化的影响.数值实验模拟了一组复杂磁异常模型,在斜磁化条件下分析该研究方法的边界探测效果.实验表明：改进方法,即磁力梯度张量模的各向异性标准化方差,它可以探测非垂直磁化磁异常的磁源边界;同时指出,改进方法比基于三维解析信号振幅的各向异性标准化方差对磁化方向的依赖性更小.将该方法应用于中国西部某磁铁矿集区的精细探测,在非垂直磁化条件下对实测磁异常直接进行边界探测,获得了较为理想的处理结果.     

福州盆地全新世沉积物的磁学性质及其对环境变化的响应

福州盆地位于海陆过渡地带,在海陆变迁过程中,沉积物记录了高分辨率的环境信息,是揭示沉积特征对环境变化响应过程及模式的理想区域.本文选择位于福州盆地的FZ5钻孔进行岩石磁学、环境磁学和古地磁学方面的研究,以期阐明该区域沉积物磁学性质对陆源碎屑输入、海平面变化和成岩作用的响应.岩石磁学结果表明钻孔沉积物以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主体,但是在不同的环境变化阶段,磁性矿物的类型有较大变化.在9~3 cal. ka BP的海侵过程中,沉积物中以磁铁矿为主体,存在菱铁矿和铁硫化物等还原性矿物.硫化作用使细粒磁铁矿溶解形成胶黄铁矿和黄铁矿,其峰面随碎屑磁性矿物的浓度变化而迁移.但硫化作用没有完全消除磁铁矿携带的特征剩磁和陆源碎屑输入量以及海平面升降对该阶段沉积物磁性的控制.在~3 cal. ka BP以来随着海平面下降、沉积环境向陆相氧化环境转化,虽然早期还原作用仍然存在,但后期氧化作用使磁性矿物向高矫顽力的赤铁矿等矿物转变,氧化作用基本扰乱了磁铁矿携带的剩磁.沉积及其后期成岩作用过程中,发生在约~8.2、~7.7、~7.5、~2.7、~1.5、~0.5 cal. ka BP六次强烈的古氧化界面反映了福州盆地当时异常干旱或湿热的气候事件.     

固体传压高温高压实验中岩样环境温度场实验分析

固体传压高温高压实验中,岩样环境温度是重要参数。本文用有限元法进行了理论估算,并用热电偶实测了岩样区的温度场分布。给出了场的特征分析。     

河西走廊早新生代红层次生剩磁及其对原生剩磁影响评价

系统研究了河西走廊火烧沟组陆相红层200个采点岩石的热退磁行为和17个代表性样品的岩石磁学特征,结果表明有102个采点可以分离出A、B、C三个剩磁分量,有82个采点只有一个分量(C分量),16个采点只能分离出A、B分量.A、B分量分别由针铁矿和磁赤铁矿携带,C分量在砂岩中由磁铁矿携带,在泥质砂岩和泥岩中由磁铁矿和赤铁矿共同携带.A、B分量剩磁方向随机分布,不能获得置信水平的古地磁平均方向,为次生剩磁.它们的存在并不影响岩石原生剩磁的分离,也不影响原生剩磁信号的稳定性和获得的古地磁数据的可靠性.16个砂岩采点中不能分离出C分量,是由于后生的赤铁矿彻底改变了由磁铁矿携带的原生剩磁组分,在高密度采样的情况下剔除这些采点并不影响古地磁极性柱的构建和解释.     

磁化岩石层球面各向同性统计模型

磁化岩石层产生的磁场是利用磁场观测研究地球发电机过程的最主要障碍之一。基于对球面各向同性随机矢量场及其空间两点关联张量的认识,建立了球面各向同性磁化岩石层的统计模型。结果表明,如果岩石层的剩余磁化强度和磁化率均为球面各向同性,那么在地表观测到的岩石层磁场由球面各向同性和准各向同性两个部分组成。因此,即使统计性质最简单的磁化岩石层,其产生的磁场的统计性质也要复杂得多。     

泰国Khorat盆地二叠纪石灰岩的重磁化研究

泰国Ｋｈｏｒａｔ盆地西部的晚二叠世石灰岩的古地磁研究表明磁铁矿为稳定剩磁的主要载体多组分磁分量分离技术揭示了高温磁组分（或高矫顽力）具有呈对分布的正、反极性．但是，应用逐渐展平岩层法可以发现各采样点的平均特征磁化方向在岩层展平至３０％时．磁化方向最为集中．这一发现表明二叠纪石灰岩中所揭示出的磁化方向很可能形成于褶皱（期）过程中．野外观察表明，二叠纪石灰岩在印支期发生强烈褶皱并被晚三叠世湖相石灰岩角度不整合覆盖．所以二叠纪石灰岩的重磁化很可能发生在中、晚三叠世的印支期．这些石灰岩样品切片后经显微镜、扫描电镜和电子探针分析，次生磁铁矿多数与方解石微晶和铁质碳酸钙粒共生，且多分布在方解石脉附近．重磁化很可能是由于印支期造山运动时，铁质碳酸钙受碳水化合物流体的蚀变作用所引起的。     

许家窑泥河湾沉积物的岩石磁学性质

对许家窑泥河湾河湖相沉积物开展的一系列岩石磁学实验结果显示: 磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿为主要的载磁矿物; 低温磁化率和低温剩磁测量是查明磁铁矿、磁赤铁矿化及超顺磁颗粒存在的非常有效的手段; 尽管在局部深度上部分磁铁矿可能经历了低温氧化, 但SD/MD磁铁矿颗粒的大量存在仍是沉积物磁化率增强的主要原因之一; SD/MD磁铁矿和赤铁矿为碎屑成因, 由二者为主要磁性载体的特征剩磁(ChRM)反映了沉积物形成时的原始磁场, 而磁赤铁矿则可能代表了叠加于原生剩磁上后生的化学成分.     

黄铁矿热转化矿物相变过程的岩石磁学研究

对天然黄铁矿样品在氩气和空气环境中受热发生的矿物相变过程进行了系统的岩石磁学研究,结果表明：氩气环境（还原环境）下,黄铁矿受热分解转化的产物是磁黄铁矿,其粒度为单畴,矫顽力和剩磁矫顽力分别约为20和30mT,它在还原环境中是稳定的．而空气环境（氧化环境）中黄铁矿受热分解、转化后的最终产物为单畴赤铁矿,FORC图显示其矫顽力高达1400mT,相应的热转化序列为：黄铁矿→磁黄铁矿→磁铁矿→赤铁矿．上述结果对于理解还原环境沉积物的磁性、岩石次生化学剩磁和陨石磁学性质都具有重要参考意义．     

中国黄土中磁性矿物赋存形式研究

磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿和针铁矿是中国黄土-古土壤序列中主要的磁性矿物和磁信号载体．利用X射线衍射（XRD）、光学显微镜和电子显微镜（场发射扫描电镜SEM和高分辨透射电镜TEM）对这些磁性矿物的物相关系和存在形式进行了深入研究．结果表明：强磁性的磁铁矿和磁赤铁矿以独立单一物相和多相复合磁性颗粒形式存在．大颗粒的风尘磁铁矿在沙漠源区就已经经受了低温氧化,粉尘沉积后的成土作用加剧了这种低温氧化过程,形成具有赤铁矿镶边结构的磁铁矿复合磁性颗粒．针铁矿与赤铁矿共存,部分针铁矿经脱水过程,在其边缘形成纳米级的赤铁矿．以上研究对解译中国黄土．古土壤序列的磁信息及相关的古气侯含义提供了最直接的矿物学支撑．     

剩磁影响下磁性体磁化方向估计的一种简单算法

磁测资料处理解释通常需要已知场源的磁化方向信息.在剩磁影响下,总磁化方向与感应磁化方向并不一致,这使得处理解释变得复杂.本文研究提出从近等轴状磁总场异常估计磁化方向的偶极源互相关法,即用磁偶极源的理论磁异常与实测磁异常作互相关,用一系列递变的偶极源位置和磁化方向做试错,取互相关最大化对应的磁化方向作为估计结果.理论数据试验和中国西北某金属矿勘探区航磁资料试验表明本文方法能从近等轴状磁异常有效估计出总磁化方向.