风成沉积物磁组构与中国黄土区第四纪风向变化

通过对黄土高原几个剖面黄土样品磁化率各向异性的初步研究，发现了风成沉积物中的磁组构特征，且它的形成受沉积作用控制并与黄土高原形成时的古风场有关，即风成沉积物磁化率椭球体主轴方向及各轴比值与磁性颗粒分布排列方式亦即与空气动力条件相关．阐明了风成沉积物磁组构形成机制及其与古风向的关系，提出一种能够定量研究黄土高原形成时古风场的方法，为研究黄土高原形成演化和第四纪以来气候变化提供了基础数据．     

磁组构与构造变形

磁组构通常指磁化率各向异性,即AMS(Anisotropy of Magnetic Susceptibility),是一种重要的岩石组构,是弱变形沉积岩地区灵敏的应变指示计.近年来,AMS在造山带及前陆地区的广泛应用为构造变形研究提供了极大的帮助,同时提升了该方法的理论认识.本文在研读最新相关文献与著作的基础上,结合笔者及研究团队在龙门山地区获得的磁组构研究成果,综述了磁组构在沉积岩地区构造变形研究中的应用进展,并基于现有的研究认识对关键问题进行讨论,提出以下几点认识:(1)磁性矿物分析是AMS研究的关键,应结合多种岩石磁学实验及光学与电子显微构造研究手段展开详细的磁性矿物学分析;(2)磁化率椭球与应变椭球的对应主轴在绝大多数情况下相互平行,但在不同期次、不同种类复杂的磁性矿物组成,或者多期次构造变形的影响下,AMS与应变的关系相对复杂,应比对高场和低温AMS及非磁滞剩磁各向异性(AARM)测试结果,获得不同矿物的优选定向特征,并对获得的组构进行分期;(3)AMS可以揭示造山带及其前陆地区的构造演化历史,并且是分析断层相关褶皱的有限应变特征和变形机制的重要方法,同时也是厘定断裂带变形性状和期次及运动学分析的有效手段;(4)磁组构形成于成岩作用早期或构造变形的最早阶段,能很好地记录褶皱和逆冲作用之前的平行层缩短变形,因此可以揭示同沉积阶段的古构造应力方向.后期足够强烈的构造变形能局部改造或彻底掩盖先存AMS记录,构造流体有关的同构造期结晶矿物或先存矿物的重结晶导致的再定向被认为是其根本原因;(5)斜交磁线理是一种特殊的磁组构类型,反映了区域构造叠加或多期构造变形作用或隐伏斜向逆冲等可能的构造过程,有必要结合多方面的地质证据对其成因作出合理解释.     

韩城断裂带NE段构造应力特征

断裂带的区域构造应力特征是研究其活动性的重要依据。在应变指示计较少的弱应变地区,磁组构是有效可选的手段。在韩城断裂带1/5万活动断层填图工作的基础上,对断裂带NE段的上峪口、渚北庄与邵家岭剖面进行了系统的岩石磁组构研究。结果表明,该区域三叠纪岩石样品磁化率椭球体以"扁球型"为主,表现出弱变形组构的典型特征。磁化率椭球体最大轴Kmax沿NWSE向与最小轴Kmin沿NE-SW向的分布趋势,以及断层两盘明显的差异性垂直运动、断层划痕与河流扭曲等野外证据,反映出韩城断裂带NE段受控于NW-SE向的拉张应力,兼有相对较弱的NESW向的水平挤压应力作用。断裂带不同地方的应力状态也存在一定的差异,研究区的上峪口与渚北庄剖面受到的水平挤压应力相对较弱;邵家岭则表现出较强的挤压应力作用。但邵家岭剖面大多数样品仍然落于"扁球型"区域内,可能说明在拉张应力控制的构造单元,即使挤压应力较为明显,沉积岩中的"拉长型"磁组构仍难以形成。     

磁组构研究现状

磁组构技术作为一种快速、经济和无损性方法测量岩石组构方法,已被广泛用于地质和古今环境研究。随着测试仪器和磁学理论的不断完善,除磁化率各向异性（ＡＭＳ）测量外,近几年非磁滞剩磁各向异性（ＡＡＲ）和等温剩磁的各向异性（ＡＩＲ）的研究较多。同时随着扫描电镜等非磁方法研究和岩石磁性参数测量相结合,人们认识到磁性矿物组成对磁各向异性的重要控制作用。岩石应变磁组构测量在过去几年得到较大发展。岩浆岩的研究主要信     

岩石磁组构可以揭示应变吗？——以华南地块早三叠世灰岩为例

一般认为磁组构能有效地反映岩石所经历的应变特征.为了研究不同类型的磁组构和不同期次应变之间的关系,对来自华南地块两个地区的早三叠世灰岩样品进行了岩石磁学、磁组构以及应变特征的对比分析.来自湖北通山县的样品经历了三期构造变形,这为解析磁组构和多期次应变提供了理想的机会.岩石磁学结果显示携磁矿物主要为磁铁矿.磁化率各向异性（AMS）和非磁滞剩磁各向异性（AAR）结果显示其最小轴与层面垂直,最大轴和中间轴分布于层面内,反映了沉积和压实作用产生的应变,而后期构造应变在磁组构中没有体现.来自广东连县的样品发育有渗透性压溶缝面理和方解石脉,说明经历了构造应变.AMS结果没有显示占优势的组构方向.AAR结果显示三轴组构,其最大轴分布于最大应力方位,与构造应变特征吻合,最初的压实组构被构造应变组构所代替.上述结果表明：（1）AAR可以很好地反映渗透性应变的特征,而AMS有时会失效;（2）应变的尺度要小于样品的尺度,磁组构才能有效地反映应变.     

岩石磁组构对剩磁稳定性的制约探讨:以印支地块中生代碎屑岩和拉萨林周盆地设兴组红层为例

岩石磁组构因能提供磁性矿物晶体形状、排列方式等赋存信息而被广泛应用于判别岩石剩磁是否受到了后期构造应力的显著影响;但常规岩石磁化率各向异性(AMS)是否能够准确限定岩石剩磁的稳定性,目前尚无深入探讨.本文以印支地块Nakhon Thai盆地中生代Nam Phong、Phu Kradung和Phra Wihan组三套碎屑岩样品及拉萨地块林周盆地设兴组红层样品为例,通过岩石磁化率组构和剩磁组构的对比分析发现,尽管Nam Phong组绝大多数样品和Phu Kradung组全部样品的AMS组构显示其具有铅笔状至强劈理过渡型构造变形组构特征,但高场等温剩磁各向异性(hf-AIR)显示其高矫顽力赤铁矿所携带的特征剩磁组构仍具有典型沉积组构特征,表明其以赤铁矿为主的载磁矿物未遭受后期构造应力的显著影响,仍然能够准确记录岩石形成时期的古地球磁场方向.另一方面发现有且仅有剩磁组构才是判别碎屑沉积岩特征剩磁是否遭受了后期构造应力影响的充分必要条件.也就是说,如果岩石剩磁组构(如以赤铁矿为主要载磁矿物的岩石hf-AIR组构)指示其原始沉积组构已被构造组构显著叠加或取代,则必然说明该岩石剩磁方向已受到构造应力...     

用旋转式磁化率仪和卡帕桥对岩样磁组构的比测

磁化率各向异性(AMS)是岩石的普遍特性,它反映岩石磁性矿物的择优取向,即磁组构(Magnetic fabric).近三十年来,磁组构技术逐渐应用于地质和地球物理学,显示广阔的研究前景.测量磁组构的仪器有多种,原理不一,故有必要用同一样品在不同原理的仪器上进行比测,以便确认数据的一致性和可靠性.用黄土、变质岩、玄武岩及掺有铁粉的断层泥制成正方体或圆柱体样品,在卡帕桥(KLY-1和KLY-2)和旋转式磁化率仪(Minisep)上进行比测发现:(1)前者的精度(即重复性)在多数情况下优于后者;2)用旋转式磁化率仪测量之前,必须先测得样品z轴的体磁化率,其标定值取决于厂家在标准样品上标示的数值及被测样品与标准样品的相对体积.就旋转样品测量AMS而言,其标定值应为z轴体磁化率测量标定值的一半.      

塔里木盆地南缘8.5 ka以来的黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制

黄土岩石磁学参数是古气候研究中的重要指标,其中磁化率应用最为广泛,并在黄土高原地区取得重大进展,其受控于成壤作用的变化机制也被普遍接受.然而在黄土高原外缘的新疆地区,磁化率的变化机制仍不明确,导致磁化率的古气候意义在该区存在较大争议.本文选取塔里木盆地南缘具有精确年代控制的典型黄土剖面（羊场剖面）开展岩石磁学和高分辨率磁化率研究,利用交叉小波分析方法并结合剖面粒度、矿物及元素特征对该地区磁化率变化机制进行初步探讨.结果显示,羊场剖面的岩石磁学性质主要由粗颗粒软磁性矿物所控制,同时也表现出一定的顺磁性特征.根据载磁矿物和磁化率变化特征可将剖面进一步划分为两个阶段：阶段Ⅰ（8.5~2.5 ka）,载磁矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主,磁化率值整体较高;阶段Ⅱ（2.5~0.2 ka）,亚铁磁性矿物依然占据主导地位,但硬磁性矿物和以黄铁矿为代表的顺磁性矿物相对增多,磁化率值显著降低.相关性研究和交叉小波分析表明：阶段Ⅰ磁化率与粗颗粒组分的变化具有一致性,符合"风速论"模式;阶段Ⅱ磁化率不仅与粗颗粒组分具有明显的正相关关系,而且与指示成壤作用强度的频率磁化率百分含量呈现出显著的负相关关系,暗示了阶段Ⅱ的磁化率变化可能受到"风速论"和"还原性成壤"模式的共同影响.本文拓宽了对新疆地区黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制的深入理解,也为利用磁化率恢复新疆及中亚地区全新世以来的古气候变化历史提供了新的线索.     

巴基斯坦Bahawalpur黄土岩石磁学特征及磁化率变化机制研究

风成黄土是陆地上分布最广泛的沉积物之一,记载了各种古气候演化信息.目前巴基斯坦的黄土研究甚少,磁化率与气候对应的变化机制研究尚未开展.本文对位于巴基斯坦印度河平原Bahawalpur地区新发现的黄土-古土壤剖面进行系统的岩石磁学研究,结合粒度和漫反射光谱(DRS)数据,讨论巴基斯坦黄土的磁化率变化机制.实验结果显示:Bahawalpur(BH)剖面黄土层主要的载磁矿物为磁铁矿,同时含有少量磁赤铁矿和针铁矿,磁性颗粒以原生的MD和PSD颗粒为主.相对于黄土层,古土壤层则是以针铁矿为主,含有顺磁性矿物和少量磁铁矿.BH剖面磁化率与成土作用关系和中国黄土高原典型剖面相反,磁化率的变化可能存在一个阈值12.8×10^-8 m³·kg^-1,在阈值之上,强磁性矿物(磁铁矿、磁赤铁矿)占主导;阈值之下,以弱磁性矿物(主要是针铁矿)为主,这种磁性矿物的转变可能导致磁化率降低.本文可为今后利用磁化率解读该地区地层蕴含的古气候信息提供新线索.     

磁组构（上）

地球科学领域岩石磁组构的研宄,对许多人来讲,还是一个陌生的课题。磁组构测量的是用磁化率量值椭球描述的岩石磁化率各向异性。由于它保留了成岩环境、动力变质的信息,可用于环境科学和应变分析。这期我们刊登科普文章《磁组构》,叙述这项技术的理论依据、测量及数据统计分析方法;介绍几项新成果,包括中国黄土、金伯利岩管及阜平县双重褶皱磁组构的研究,旨在向大家展示这一新的课题在地震地质、地球科学领域研究的可观前景。     

聂拉木地区高喜马拉雅岩石磁组构及其构造含义

利用岩石磁化率量值椭球体与岩石构造应变椭球体的共轴性,在缺乏岩性标志层的高喜马拉雅结晶基底（聂拉木地区）进行岩石磁组构研究,进而研究喜马拉雅造山带的变形期次和过程.磁组构特征表明：磁化率各向异性度P在樟木镇北1km处的片岩最高为172,在康山桥南1km处最低,为113;百分率各向异性度H在1182%～4507%之间;磁性线理L在102～109之间,磁性面理F在106～160之间,磁性面理F比磁性线理L发育;磁化率椭球体的形状因子T在019～076之间,磁化率椭球的扁率E在104～149之间,磁化率椭球体的形状为一压扁椭球;樟木镇北1km到肉切村,平均最小磁化率主轴方向D3为S－N（除聂拉木北1km的MA9外）,大多数样品最小磁化率主轴方向倾角I3＞51°,最高达726°,局部发育有拉长形磁化率量值椭球体.本文研究结果表明,聂拉木地区早期经历强烈的韧性变形,推测可能是一条巨大的右旋逆冲韧性变形带,晚期构造掀斜.     

细粒碎屑岩的常温和低温磁组构:以秦岭造山带白垩纪徽成盆地为例

盆地内细粒沉积物的磁组构特征可以记录盆地发育演化的关键构造信息.然而,反转盆地内细粒沉积物的磁组构有何特征,其与盆地发育和反转变形有何关系,目前仍需要深入探索.针对这一问题,本文以东、西秦岭分界处的白垩纪徽成盆地为例,在野外构造观察的基础上,对该盆地内的细粒沉积岩,特别是同沉积断层附近的细粒沉积岩(包括生长地层),开展了系统的岩石磁学、常温和低温磁组构研究.野外观察表明,徽成盆地白垩纪地层内发育了大量NNE走向的正断层,邻近断层的局部区域可见露头尺度的生长地层.盆地内细粒沉积物的磁化率值总体较低,岩石磁学实验表明,磁化率主要由顺磁性矿物控制,但也含有少量磁铁矿和赤铁矿等铁磁性矿物的贡献.常温和低温磁组构特征都表明,徽成盆地白垩纪地层内透入性的发育了NWW-SEE向的磁线理,与主要的(同沉积)正断层垂直或高角度相交,并显示出初始变形组构的特征,记录了盆地发育时以NWW-SEE向拉张为主的古应力信息.这一伸展应力场与控制徽成盆地发育的文县—太白断裂带呈锐夹角,表明断裂带在盆地发育时以左行走滑伸展为主.此外,与常温磁组构相比,低温磁组构显著提高了顺磁性组构的信号强度,突显了磁组构的优势方位,可以更为有效的反映岩石组构和应变信息.尽管徽成盆地白垩纪地层经历多期次构造变形,但其初始变形组构并未明显改造,为解析盆地构造属性提供了重要信息.     

大荔人遗址黄土-古土壤剖面岩石磁学性质研究

自从大荔人化石被发现以来,其遗址剖面便成为研究热点.先前的研究主要集中在地层的对比划分与头盖骨年龄的推断方面,然而对于载磁矿物的鉴定及其古气候含义方面的研究却相对较少.鉴于此,本文运用热磁分析、饱和等温剩磁和剩磁矫顽力谱分析、磁滞回线分析、频率磁化率分析、热退磁分析等方法,对大荔人遗址剖面进行了系统的岩石磁学性质研究,鉴定出其主要载磁矿物为磁铁矿,赤铁矿,磁赤铁矿,磁畴状态主要是似单畴.磁铁矿,赤铁矿是样品中特征剩磁的携带者;主要起源于成土作用的超顺磁颗粒和新生成的亚铁磁性矿物,是古土壤样品磁化率增强的主要贡献者;古土壤中软磁性矿物的含量高于黄土.样品中磁赤铁矿的含量并不高.黄土-古土壤样品的频率磁化率曲线,古里雅冰芯氧同位素、细微粒浓度曲线,岐山五里铺剖面有机质含量曲线在古气候记录方面具有一致性,都展示出至少从MIS5以来,气候从冰期到间冰期的变化是渐变的,反之则表现了突变特征.上述岩石磁学研究丰富了大荔剖面的磁学领域研究内容,为相关课题的深入研究提供了依据.     

磁化率各向异性在火成岩中的应用

磁化率各向异性(AMS)表征岩石及其组成矿物的低场磁化率在不同方向上的变化.AMS以其高精度、经济省时和无损测量等优点,广泛应用于地学各个领域.火成岩原生的磁组构可用于分析岩石结构,指示熔岩流、火山碎屑流、浅成侵入岩以及深成岩体的岩浆流动方向、侵位方式和岩浆来源,研究岩石在侵位期间经历的构造事件,从而进行火成岩同构造侵位过程的研究;而利用次生磁组构则可分析岩石在侵位期后经历的改造作用.AMS结合传统岩石学、构造学方法,能有效解决特定的地质问题.     

中国与西伯利亚黄土磁化率古气候记录-氧化和还原条件下的两种成土模式分析

近20多年来随着中国黄土深入研究, 揭示了中国黄土地层磁化率与成土古气候温湿程度基本成正比例关系, 黄土地层磁化率也因此成为一个重要的古气候参考指标在第四纪古气候研究中, 不仅在黄土堆积物而且也在湖相和海相沉积物中广泛应用. 但是中国黄土地层磁化率与古土壤成壤强度(古气候温湿程度)呈正比的模式却不是到处都适用, 黄土高原的周边地区就有不少例外的报道. 而西伯利亚和阿拉斯加黄土则显示出另一极端的情形, 一个完全相反的磁化率特点: 在气候干冷期的黄土层获高值, 而在气候温湿期的古土壤层获低值. 过去的研究一直认为, 其磁化率主要是反映古风力大小的变化, 与成土作用基本无关. 磁学测量研究发现, 西伯利亚黄土和古土壤的差别, 不仅有颗粒从大到小的变化, 而且还有矿物组分变化: 如磁赤铁矿从多到少, 最后完全消失并取而代之出现了完全不同热磁行为的另一种矿物. 这种矿物相变现象难以用单纯的风力强弱来解释. 说明中国黄土和西伯利亚黄土可能存在两种不同的机制模式: 中国黄土高原大部分处于蒸发量大于降雨量的干旱氧化环境, 适当的水分或降雨有利于细小的磁铁矿和磁赤铁矿的形成, 使得磁化率与古气候呈正比. 而西伯利亚以及相应的高纬度地区, 地理上属苔原或苔缘地区, 湿润是该区域基本特点. 间冰期更加温湿的气候使其湿润增加以致过剩, 导致地表成土环境向还原方向移动. 它使得喜氧化的强磁性矿物磁赤铁矿和磁铁矿渐趋不稳定, 并逐渐转化形成适合其还原环境的弱磁性矿物如褐铁矿或其他铁的硫化物. 间冰期气候越潮湿, 还原程度也越高, 强磁性矿物就被损耗得越多. 正是这种高纬度的成土作用可能是导致其古土壤磁化率比黄土更低的主导因素之一.     

秦祁接合带造山缝合带磁组构特征及其构造意义

结合构造及磁化率各向异性研究详细解剖了秦祁接合带唐藏—关子镇—武山和新阳—元龙造山缝合带的应变及岩组特征.41个采点168个构造岩样品的平均磁化率全部较低,磁化率椭球形态分析表明其以平面和压扁应变为主,磁化率各向异性度普遍较高,属强变形岩石组构类型,结合野外观察认为其与变形强度明显正相关.此外,磁化率各向异性参数T、P′可能受岩石类型一定程度的影响.磁化率椭球主轴方位与变形密切相关,提供了丰富的岩组信息.两构造带具有类似的岩组特征,磁面理大致分为呈共轭形态的两组,暗示高应变剪切带在平面上可能以网格状形态出露;高倾伏角磁面理与占优势的低倾伏角、近水平磁线理表明了构造带明显的走滑特征,部分高角度磁线理可能与构造带的挤压和（或）转换挤压相关;磁组方法不能简单用于判别复杂强变形带的运动指向,糜棱面理的复杂变化及K_min与构造带夹角过高使其判别结果意义不明,而野外及显微构造观察都表明了构造带的右行走滑特征.上述结果表明,沿缝合带大规模的右行转换挤压形成了秦祁接合带反“S”型的平面构造形态,暗示在南北板块拼合过程中,西秦岭诸中、小块体一定程度的向西挤逸.     

伊犁黄土的磁学性质及其与黄土高原对比

近20多年来黄土高原的黄土磁学性质与古气候研究取得了重要进展, 极大地推动了东亚古季风演化、亚洲内陆干旱化及过去全球变化的研究, 但对亚洲内陆天山地区的黄土磁学性质知之甚少. 选择天山伊犁盆地黄土剖面进行了系统的磁性测量, 包括磁化率、无磁滞磁化率、高低温磁化率和磁滞参数等, 并与黄土高原进行了对比, 开展了伊犁黄土的X射线衍射矿物学分析, 初步探讨了伊犁黄土磁化率增强的机制. 结果表明, 伊犁黄土磁性矿物的总含量要远远低于黄土高原, 但磁性矿物类型与黄土高原黄土基本类似, 以磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿为主, 部分样品还有钛铁矿等. 在磁性矿物中磁赤铁矿占的比例总体上要比黄土高原黄土低, 而磁铁矿和赤铁矿占的比例比黄土高原黄土要高. 磁性矿物的粒度要比黄土高原粗, 以准单畴(PSD)和多畴(MD)为主. 成壤作用产生的细粒超顺磁体对磁化率的贡献非常有限, 粒径为PSD和MD的磁铁矿和磁赤铁矿为伊犁黄土磁化率的主要贡献者. 伊犁黄土磁化率增强既有风速论模式(阿拉斯加或西伯利亚黄土成土模式), 又有黄土高原超细颗粒成壤模式, 但以前一种模式为主导. 伊犁黄土磁化率增强除与源区的原生磁性矿物有关以外, 还与当地的地形气候环境和地质背景有关. 伊犁黄土磁化率增强的机制十分复杂, 将磁化率应用古气候的解释时要慎重.     

磁化率各向异性在沉积岩学岩浆岩学和结构构造学中的应用

一、引言正如Graham(1954)曾指出的那样,磁化率各向异性在研究地质过程中有许多应用。这种各向异性代表岩石的感应磁化强度随方向的变化,主要反映的是岩石中的铁氧化物,特别是磁铁矿和赤铁矿的感应磁化强度在方向上的差异。磁化率各向异性通常用一个椭球来表示,它的主轴从最大到最小依次为K_1、K_2、K_3。虽然椭球形状的确定与磁晶各向异性和仪器技术方面的因素有关(Ellwood等人,待发表,1987),但一般用岩石中磁性矿物颗粒的分布和形状来进行解释。地质学家在分析磁化率各向异性数据时,所遇到的首要问题是确定磁化率各向异性的地质成因,然后将其与磁性矿物颗粒分布的自然过程联系起来。磁性矿物的分布可以是推断的,也可以是测得的。     

浅议中国黄土磁化率的物理意义

中国的陆相黄土地层连续地记录了第四纪以来的古气候变化。基于中国黄土磁化率曲线与深海氧同位素记录具有可比性这一事实，磁化率作为一种气候替代性指标在黄土研究中得到广泛的应用。但是，磁化率的物理意义仍不清楚。本文作者对陕西榆林蔡家沟剖面末次间冰期以来的风成沉积作了研究，指出黄土、古土壤的磁化率差异不仅与前人提出的碳酸盐淋失、空隙度变化、“就地”新生成磁性矿物等作用有关，而且还可能与有机质有重要关系。有机     

北京房山岩体的磁组构特征及其 对岩体侵位的约束

岩浆岩的磁组构与岩浆流动、侵位时应力和冷凝后遭受后期构造改造作用有关.本文分析了北京房山岩体东山口-凤凰亭剖面岩石磁化率各向异性(AMS)变化.热磁曲线和磁滞回线分析显示,岩石的主要载磁矿物为多畴磁铁矿颗粒.AMS磁化率椭球体呈压扁状,磁面理发育且产状陡倾,磁化率各向异性度P值平均值高达1.189.自边缘相(东山口)到中心相(凤凰亭),岩石磁化率椭球的扁率E值和形状因子T值逐渐减小,说明磁组构主要反映岩浆流动和岩体侵位时近NNE-SSW方向的挤压作用,在侵位冷凝后并没有遭受到明显的构造改造.