晚更新世以来南海中央海盆沉积物的磁学特征：对物源和东亚季风演化的指示

南海沉积物记录了丰富的高原隆升剥蚀、古海洋、东亚季风和区域构造演化信息,是研究东亚季风和古环境演化的理想材料.但是,由于南海沉积环境复杂,物质来源多样,使得沉积物定年和环境气候探讨的难度加大.为此,本文选取南海中央海盆的SCS-01钻孔作为研究对象,建立其准确的年代框架,综合利用磁学和地球化学分析方法,探讨沉积物物源及其对东亚季风演化的指示.首先,通过对沉积物样品的岩石磁学特征分析,表明沉积物的主要载磁矿物为低矫顽力的假单畴磁铁矿,载磁矿物颗粒大小均一、含量变化小,基本符合建立地磁场相对古强度(Relative Paleointensity, RPI)曲线的“均一性”标准.在此基础上利用磁化率和非磁滞剩磁对天然剩磁进行归一化处理得到RPI,将钻孔的RPI曲线与全球或区域的标准RPI曲线(Sint-200, NAPIS-75和SCS-PIS)进行比较,得到了6个年龄控制点,并结合AMS-¹⁴C测年结果,建立了南海中央海盆75 ka以来的时间框架.SCS-01钻孔的RPI记录和其他全球性观测结果的一致性表明,南海的沉积物记录了全球尺度的地磁场古强度行为模式.综合稀土元...     

四万年以来南海西北次海盆地磁场古强度演化及其地球动力学意义

海洋沉积物能够记录较为连续的古地磁信息.对沉积物记录的天然剩磁(NRM)进行归一化处理,可以构建过去较为连续的地磁场相对古强度(RPI)信息,这对于研究地磁场演变与全球记录对比具有重要的科学意义.本文以南海西北次海盆地区L07岩芯作为研究对象,利用等温剩磁(IRM)作为NRM的归一化参数,构建了南海西北次海盆地区37ka以来的RPI曲线.实验结果显示,L07岩芯中载磁矿物的成分较为单一,以单畴(SD)-细粒准单畴(PSD)低矫顽力磁铁矿为主,能够作为古强度记录的载体.此外,在11.5ka处RPI出现峰值.进一步结合东亚地区鄂霍茨克海岩芯的RPI记录以及中国黄土10Be的丰度变化,我们认为该RPI峰值是由于地球非偶极子场影响所致.这说明东亚正磁异常的影响范围可以达到中国南海等中低纬度地区,这为理解东亚地区磁场演化提供了新证据,同时也为该区千年尺度RPI记录变化特征提供了新机制.     

南海南部约80ka以来的古地磁记录

晚更新世以来以一系列地磁漂移事件是区域地层对比和确定沉积物年代框架的重要工具.但是在海相沉积物中,识别这些地磁漂移事件多依赖相对磁场强度(RPI)的变化,在地磁方向异常方面鲜有报到,从而影响对这些事件可靠性的讨论.本文选择南海南部巽他陆架附近重力活塞钻孔BKAS2PC的沉积物,进行系统的岩石磁学和古地磁研究,获得该钻孔沉积记录的RPI和磁倾角变化信息.岩石磁学及扫描电镜结果表明沉积物的原生主要载磁矿物为单畴(SD)和假单畴(PSD)钛磁铁矿.在一些层位,沉积后发生的还原作用形成胶黄铁矿等铁硫化物.磁性矿物的浓度和粒度等参数呈现显著的两阶段变化特征,上部(约220 cm以上)含量低而粒度细,下部含量高但粒度相对较粗,整体上均在一个数量级范围内波动.样品的交变退磁特征显示当交变场超过60 mT时,受胶黄铁矿影响产生旋转磁化,剩磁强度反而上升.因此,在20～60 mT之间确定原生特征剩磁,并把RPI定义为NRM_((20-40)mT)/ARM_((20-40)mT).通过~(14)C限定,并与其他有良好年代控制的相对磁场强度曲线进行对比,建立了钻孔的年代框架.结果显示,钻孔沉积物记录了几次显著的地磁漂移事件,这为联合应用RPI与磁场方向异常构建海相沉积物年代学框架提供了新的依据.     

菲律宾海西北部岩芯记录的125 ka以来的地磁场强度及其影响因素

沉积物记录的地磁场强度首先提供了模拟地磁场演化的数据约束,其次提供了沉积物的年龄信息. 本文报道了菲律宾海西北部岩芯记录的地磁场相对强度,并结合岩石磁学和沉积学性质探讨了影响强度的各个因素. 除底部红粘土层的局部磁偏角偏转可能揭示了沉积后改造以外,磁化率各向异性和地磁场方向特征表明沉积物为原状沉积. 岩石磁学性质表明沉积物符合磁性均一性,可以记录可靠的地磁场强度. 由于红粘土层及其下部的磁偏角异常,本文讨论其上部约125 ka的结果. 常规归一方法获得的两个地磁场强度参数NRM/ARM(特征剩磁和非磁滞剩磁比值)和NRM/κ(特征剩磁和磁化率比值)与其它记录对比得到时间-深度对比点,对比点之间的年龄为线性内推或者外推. 地磁场强度时间模型上的岩芯氧同位素与全球氧同位素综合曲线一致证明强度结果的有效性和对比的正确性. 磁化率为归一参数的强度大多低于以非磁滞剩磁为归一参数的强度,频谱和相关分析证明NRM/ARM不与ARM和磁性矿物粒度(ARM/κ)相关,也没有轨道周期性,而NRM/κ却与κ和ARM/κ相关,而且有13~12 ka的周期. 由此我们认为NRM/ARM记录的地磁场强度比NRM/κ更好地消除了气候印记. 进一步探讨了超顺磁含量、碳酸钙含量、磁性矿物组成以及磁性矿物粒度变化与地磁场强度差值的关系,发现末次间冰期较高的超顺磁含量和磁性矿物粒度的较大范围变化造成了地磁场强度差值,后者至少造成了90%差异. 中等含量的碳酸钙和较小的磁性矿物组成变化不是磁场强度差值产生的原因. 如何校正磁性矿物粒度变化的影响将是下一步工作的重点.     

陕西延安两个坡度不同土壤剖面磁学性质及其在古降雨量重建中的意义

土壤具有空间分布广泛、时间分布连续的特点,并且其物理化学性质与气候因素密切相关,因此,可用于古气候重建．以陕西延安两个距离相近、坡度不同的土壤剖面LP和LPM（LP水平,LPM坡度为20。）为研究对象,利用环境磁学方法研究土壤剖面地形（地表坡度）对其磁学性质的影响及对古气候重建的意义．结果表明,LP磁化率平均值和最大值均为LPM两倍,两个剖面磁性矿物类型和粒径分布相似．因此,在应用传统磁学参数磁化率进行古降雨量重建时,同一地点的不同土壤剖面磁化率可能存在很大差异．另外,LP与LPM两剖面因成土作用引起的磁化率增强值与母质的比值分别为2.27和2．04,饱和等温剩磁增强比值分别为1．80和1．86,两剖面比值相差不大．将LP和LPM两个剖面频率磁化率（枷）及非磁滞剩磁（ARM）和“硬”等温剩磁强度（HIRM）进行线性拟合,得到的线性拟合斜率Zm／HIRM和ARM／HIRM,包含成土作用生成的亚铁和反铁磁性矿物信息且受母质影响很小,LP和LPM的ZvD／HIRM拟合斜率分别为28．7×100和28．9×10-5Am-1,ARM／HIRM分别为0．35和0．33．这些结果表明土壤剖面磁化率（或饱和等温剩磁）增强值、xFD/HIRM和ARM／HIRM受土壤母质和地形影响较小,在大范围内用来重建古降雨量可能比传统磁学参数（如磁化率）更适合．     

苏北盆地兴化1#钻孔沉积物的岩石磁学特征

对苏北盆地兴化1#钻孔岩心沉积物进行了质量磁化率、频率磁化率、变化曲线、等温剩磁和磁滞回线等参数的测试分析，结果表明，粘土质沉积物中的主要载磁矿物为磁铁矿和赤铁矿；砂质沉积物中的磁性矿物除了磁铁矿和赤铁矿外，还含有少量的磁赤铁矿和针铁矿.针铁矿普遍存在于钻孔下部的样品中.整个钻孔沉积物中的磁性矿物颗粒都是介于单畴和多畴之间的准单畴颗粒，但粘土质沉积物中的磁性矿物颗粒更趋近于单畴颗粒，而砂质沉积物中的磁性矿物颗粒更趋近于多畴.根据不同的磁性矿物组合特征，选择合理的温度和磁场强度区间对古地磁退磁结果进行分析，得到沉积物可靠的特征剩磁方向，为古地磁年代学提供依据.     

中国东部红土的磁性及其环境意义

通过中国东部红土剖面的环境磁学参数（磁化率、频率磁化率、非磁滞剩磁、饱和等温剩磁等）测量,获得了红土剖面磁性矿物浓度、粒度和类型等特性随深度的变化曲线以及红土经连二亚硫酸钠一柠檬酸钠一重碳酸钠溶液（ＤＣＢ）处理后的磁性参数变化．根据红土剖面环境磁学参数及其磁参数比值的变化可将红土分为３个层段,各层段的磁性矿物特征存在明显的差异．证实了红土剖面中的磁性载体主要是磁赤铁矿、赤铁矿和针铁矿,并分离出了球粒状磁颗粒．认为红土磁性矿物的数量、粒度、类型等的变异指示了其形成时的环境特征,其频率磁化率和ＤＣＢ处理的磁化率损失量指示了红土成壤化作用的强弱,可作为在红壤区研究过去全球变化的一种新途径．     

西安市道路灰尘磁学特征及其对环境的响应

西安市道路表面灰尘样品的环境磁学研究显示磁化率(χ)、非磁滞磁化率（χ_ARM）以及饱和等温剩磁（SIRM）均比较高,表明样品中磁性矿物含量较高.其中磁化率（χ）主要受人类活动强度影响,而非磁滞磁化率（χ_ARM）及饱和等温剩磁（SIRM）则由人为活动强度和磁性矿物种类共同决定.κ-T曲线以及等温剩磁（IRM）获得曲线显示样品中磁铁矿和磁赤铁矿等亚铁磁性矿物占主导,并可能含有少量的单质铁,其相对含量与人类活动种类有关：与单纯的交通排放及冶金活动相比,密集的人群流动可带来更多的单质铁矿物.磁畴图谱显示磁性矿物粒径变化不大,以准单畴及多畴颗粒等粗颗粒为主,明显大于成土作用形成的磁性颗粒.综合磁性矿物含量种类以及粒径可辨别污染及污染来源,提供污染监测的磁学手段,并初步进行污染来源划分.     

海原断裂带老虎山段断层岩磁学研究及其构造意义

断层岩,尤其是断层泥的磁性异常近年来被研究人员广泛关注,但关于其磁性异常的形成原因尚没有统一的解释．海原断裂是青藏高原东北缘一条重要的走滑断裂,前期研究发现海原断裂带景泰段出露有数十米至上百米的断层岩,是理想的研究材料．本研究选取海原断裂带景泰段老虎山山前一个断层岩剖面作为研究对象,拟通过测量断层岩的磁化率（χ）、非磁滞剩磁（ARM）、饱和等温剩磁（SIRM）、等温剩磁（IRM）以及磁化率随温度变化曲线（χ-T曲线）等磁学参数并结合粒度、碳含量、X射线衍射（XRD）等分析方法来探究海原断裂带老虎山段不同颜色断层岩的磁性特征及其形成机制．磁学研究显示黑色、红色及杂色断层泥相较于围岩和破碎带显示了低磁性,尤其是黑色断层泥,其磁化率值均小于10×10~(-8 )m~3·kg~(-1)．碳含量及矿物相分析结果指示黑色断层泥与断裂带附近石炭系煤层具有相似的矿物相组成,结合相似的χ-T曲线推断石炭系煤层为黑色断层泥的母岩．石炭系煤层经断层活动卷入断层,在断层强烈剪切摩擦作用下不断细化,形成伊利石等黏土矿物,并促使一部分顺磁性含铁硅酸盐矿物或其他含铁矿物发生化学变化形成亚铁磁性矿物,使得黑色断层泥的磁化率较其母岩石炭系煤层有一定升高．通过黑色断层泥的铁磁性磁化率结合χ-T曲线计算获得断层泥所经历的最高温度约为420℃,不超过450℃．老虎山段厚层碳质断层泥的存在为该地区发现的浅层蠕滑现象提供了一种解释．     

秦岭丹凤群蛇绿岩古地磁学再研究

本文是对秦岭丹凤县桃花铺郭家沟剖面和商县三十里铺剖面丹凤群蛇绿岩标本的古地磁学研究结果.逐步热退磁和剩磁方向主分量分析表明,60％以上的标本含有可明显区分的3个剩磁组分.另外的约30％-40％的标本,尽管它们具有很高的天然剩磁强度,在150-200℃时,其剩磁强度即衰减50％以上,且显示出不稳定的方向.两种不同的磁性表现与不同的岩石组成和结构有关,特别是与岩石的结晶程度有关.经对3个剩磁组分成因的分析及与变质变形关系的研究,表明高温剩磁组分是原生.由高温剩磁组分得到丹凤群古地磁极位置为43.0°N,274.5°E,古纬度值为12.0°S.比较丹凤群的古地磁极位置和华北扬子块体古地磁极移曲线,发现它们之间存在显著差异,这表明丹凤群在古生代不从属于华北或扬子块体,而是一个独立的地体,很可能是秦岭古洋壳的残片,从而给丹凤群蛇绿岩赋予新的大地构造含义.     

Gauss-Matuyama极性转换期间地球磁场方向和强度变化特征

粒度分析和风化强度研究表明 ,黄土高原渭南阳郭剖面黄土层L33沉积期间成壤化作用相对较弱 .在此基础上 ,为研究极性转换期间地球磁场变化特征 ,本文对黄土层L33进行了详细的岩石磁学和古地磁学研究 ,其结果表明黄土层L33的主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿 ,并以沉积剩磁为主 ;由逐步热退磁确定的特征剩磁 （ChRM ）揭示了G M（Gauss Matuyama）极性转换过程的持续时间为 9 43± 0 64ka;在G M极性转换之前 ,地球磁场曾发生过持续时间为 2 2± 0 1 3ka的短极性漂移事件 ;相对强度研究表明 ,G M极性转换期间地球磁场强度减弱 .     

Blake亚时及其形态学研究

本文对西宁黄土剖面古土壤层S₁的721块定向样品进行了详细的岩石磁学和古地磁学研究,获得了Blake亚时转换过程中地球磁场变化特征较精确的记录。主要结果为:1.Blake亚时位于S₁的中下部;与地球磁场方向和强度变化相联系的持续时间分别为3900a和5000a。2.Blake亚时转换过程中地球磁场主体变化特征是由6次快速倒转构成,每次快速倒转所经历的时间为百年的量级,虚地磁极（VGP）极移曲线沿美洲大陆移动,这意味着在此期间地球磁场可能仍以偶极子场为主。3.Blake亚时是一次不成功的极性转换。4.黄土高原西部黄土-古土壤序列的主要磁性矿物可能仍是磁铁矿,次生剩磁主要是粘滞剩磁,当加热温度达到300℃之后即可获得单一组分的特征剩磁。     

川北旺苍-南江地区晚侏罗世古地磁学研究与真极移的探讨

本文对四川北部旺苍-南江地区晚侏罗世蓬莱镇组进行了较为详细的岩石磁学和古地磁学研究．逐步热退磁揭示出蓬莱镇组岩石所携带的剩磁由两个分量组成,其中低温组分（次生剩磁）的解阻温度低于420℃;高温组分（特征分量）可通过褶皱及倒转检验,由此求得磁偏角和磁倾角分别为18．4°和29．3°（构造校正后）,95％置信回（α95）为8．5°,对应的古地磁极经纬度分别为236．4°E和66．6°N．基于古地磁结果,并结合已有的地质证据,提出根据古地磁学确定的扬子地块晚侏罗世古纬度偏低的原因可能是由真极移造成的．     

川北旺苍-南江地区晚侏罗世古地磁学研究与真极移的探讨

本文对四川北部旺苍-南江地区晚侏罗世蓬莱镇组进行了较为详细的岩石磁学和古地磁学研究．逐步热退磁揭示出蓬莱镇组岩石所携带的剩磁由两个分量组成,其中低温组分（次生剩磁）的解阻温度低于420℃;高温组分（特征分量）可通过褶皱及倒转检验,由此求得磁偏角和磁倾角分别为18．4°和29．3°（构造校正后）,95％置信回（α95）为8．5°,对应的古地磁极经纬度分别为236．4°E和66．6°N．基于古地磁结果,并结合已有的地质证据,提出根据古地磁学确定的扬子地块晚侏罗世古纬度偏低的原因可能是由真极移造成的．     

非磁滞剩磁(ARM)及其在地学中的应用

非磁滞剩磁(ARM)是实验室中人为产生的剩磁之一,其获得过程是在一个幅度逐渐降低的交变场中,同时叠加上一个很小的直流场所获得的剩磁.非磁滞剩磁作为岩石磁学重要的剩磁参数之一,已广泛地应用于古气候环境演化及古磁场相对强度变化的研究中.同其他岩石磁学参数相似,非磁滞剩磁具有较为复杂的性质并受多种因素影响.因此,正确认识非磁滞剩磁的性质对于解决复杂的地学问题至关重要.本文从物理基础出发,系统地论述了非磁滞剩磁的特征及其主要的影响因素(包括颗粒的粒径、磁相互作用、交变退磁场幅值的衰减率等),并对比了其与热剩磁(TRM)之间的异同.最后,简要介绍了非磁滞剩磁在相对古强度和海陆古气候变化中的应用.     

Blake极性事件与古土壤层S1的沉积环境

对黄土高原定边、西峰、渭南三个剖面中古土壤层S1的定向连续古地磁样品作了详细的岩石磁学和古地磁学研究，均未发现Blake极性事件．在对其成因进行了分析研究后，提出如下看法：（1）六盘山以东黄土高原北部边缘的风成沉积可能存在局部的不连续性，因而没有记录Blake极性事件；（2）黄土沉积物的主要载磁矿物力磁铁矿，次生磁性矿物对剩磁的贡献可能大于原生磁铁矿，故在六盘山以东黄土高原北部边缘没有发现Blake极性事件；（3）六盘山以东黄土高原中部和南部地区，强烈的成土作用掩盖了持续时间较短的Blake极性事件；（4）六盘山以西的黄土高原具高速稳定沉积的特点，且成土作用弱，可记录Blake极性事件．     

黄河兰州段2018年汛期沉积物的磁学特征研究：对古洪水重建的启示

现代洪水沉积物的沉积学特征研究是开展古洪水重建的一项基础工作.2018年黄河汛期洪水沉积物在兰州体育公园形成了一道天然堤.对该天然堤剖面的岩石磁学研究显示:沉积物中的磁性矿物既有磁铁矿,又有赤铁矿/针铁矿.磁化率、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁、S-ratio和L-ratio等参数在剖面上没有明显变化,指示2018年洪水沉积物源区、磁性矿物的种类和含量变化不显著.剖面下部(66～110 cm)沉积物的磁化率各向异性(AMS)椭球最大轴偏角集中分布(K_1-Dec=22.8°±10.3°),上部(0～64 cm)沉积物的磁化率最大轴偏角在上半平面内随机分布;下部沉积物的磁性矿物粒度指标(X_(ARM)/X和X_(ARM)/SIRM)和天然剩磁(NRM)强度低于上部;指示洪水沉积物的下部和上部分别形成于2018年黄河二号和三号洪水期间.由于二号洪水流量及水位陡升陡降、持续时间短,三号洪水水位升降相对缓慢、持续时间长;造成了两次洪水沉积物的AMS特征、X_(ARM)/X、X_(ARM)/SIRM以及NRM强度差异.本研究揭示洪水沉积物的磁学参数能够灵敏地响应不同水动力条件和持续时间的洪水期次,从而具有高分辨率区分洪水事件的潜力.     

~(10)Be产率-地磁场转换方程的建立及其在黄土研究中的应用

建立了10Be产率-古地磁场强度的便捷转换方程,并以洛川剖面最近80ka的10Be浓度记录结合磁化率等气候代用指标为研究对象,利用全新的LGM分离方法将影响黄土10Be浓度的气候因素和地磁场因素进行了分离,成功示踪了末次冰期阶段拉尚(Laschamp(42ka))、莫诺湖(Mono Lake(32ka))等古地磁漂移事件,进而定量重建了最近80ka地磁场强度变化历史.重建结果与全球典型地磁场强度曲线(SINT-200,NAPIS75等)具有几乎同步的变化特征,从而表明采用LGM方法和新的转换方程在利用黄土10Be记录示踪和重建古地磁场强度研究中的实用意义及应用前景.通过分析表明,季风区降水的不均匀性是导致黄土10Be浓度无法直接示踪古地磁场漂移事件的主要原因,而来自粉尘源区的尘降10Be浓度和尘降磁化率具有"准恒定分布"特征.     

多剩磁成分的主成分法分离及其应用

岩石的多剩磁成分的分离是古地磁研究的重要环节之一.Kirschvink（1980）提出的主成分分析法（PCA）能有效地进行多剩磁成分的方向分离.作者认为,最大角偏差（MAD）值的选择应视各磁成分的剩磁谱组合特征而定,剩磁相似度的提出,可以帮助确定MAD值选取的最佳值.在主成分法分离的剩磁方向的基础上,作者提出了一种多剩磁成分的强度分离方法,籍此可以进一步研究各分离磁组分的剩磁谱特征及其成因,并将以上方法应用于新疆柯坪地区晚古生代地层的剩磁分离.     

塔里木地块奥陶纪古地磁新结果及其构造意义

本文报道塔里木地块阿克苏—柯坪—巴楚地区奥陶纪古地磁研究新结果.对采自44个采点的灰岩、泥灰岩及泥质砂岩样品的系统岩石磁学和古地磁学研究表明,所有样品可分成两组：第一类样品以赤铁矿和少量磁铁矿为主要载磁矿物,该类样品通常可分离出特征剩磁组分A;第二类样品以磁铁矿为主要载磁矿物,系统退磁揭示出这类样品中存在特征剩磁组分B.特征剩磁组分A分布于绝大多数奥陶纪样品中,具有双极性,但褶皱检验结果为负,推测其可能为新生代重磁化.特征剩磁组分B仅能从少部分中晚奥陶世样品中分离出,但褶皱检验结果为正,且其所对应古地磁极位置（40.7°S,183.3°E,dp/dm=4.8°/6.9°）与塔里木地块古生代中期以来的古地磁极位置显著差别,表明其很可能为岩石形成时期所获得的原生剩磁.古地磁结果表明塔里木地块中晚奥陶世位于南半球中低纬度地区,很可能与扬子地块一起位于冈瓦纳古大陆的边缘;中晚奥陶世之后,塔里木地块通过大幅度北向漂移和顺时针旋转,逐步与冈瓦纳大陆分离、并越过古赤道;至晚石炭世,塔里木地块已到达古亚洲洋构造域的南缘.