城市道路尘埃的磁性特征及其环境意义

城市环境磁性研究表明,道路尘埃中的粗颗粒磁性载体(频率磁化率系数χ′FD＜5%)多为人为源,磁性矿物以单畴和多畴状态的磁铁矿为主,同时含有少量的赤铁矿和其他磁性矿物;细颗粒磁性载体(χ′FD为7%～11%)多为自然源,磁化率较低(小于100×10-8 m3/kg).磁性物质在迁移时往往与粗一级粒径的尘埃颗粒相伴生,磁性参数(如磁化率)和重金属元素(如铅、锌)质量分数之间呈相关关系,它们之间的关系可以用回归分析方法确定.利用电镜分析、因子分析和聚类分析方法可以识别道路尘埃物质的污染源.因此,道路尘埃的磁性特征研究在城市环境评价中具有潜在的重要意义.     

中国亚热带风尘沉积物磁学特征对比研究

中国亚热带地区的风尘沉积包括均质红土、黄棕色土、网纹红土和下蜀土等不同类型沉积层.本文选择江西九江(JL)、浙江浦江(PJ)和江苏新港(XG-3)3个剖面,进行了多种磁学参数测量.研究结果表明:1)黄棕色土与网纹红土在剖面上叠加组成加积型红土剖面构型,两者的磁性矿物含量、类型和磁畴的差异,导致磁化率的不同.黄棕色土磁化率高,磁性矿物含量高,磁性颗粒以细小的亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主.根据半定量估算,黄棕色土样品中SP颗粒含量大多介于50％ ～ 75％之间,其中的古土壤样品SP颗粒含量多数大于75％.网纹红土磁化率低,磁性矿物含量低,磁性颗粒粒径较黄棕色土粗,矿物类型以不完整反铁磁性矿物赤铁矿为主.2)下蜀黄土具有较高的x,xfd,SIRM和xARM;x和xfd呈正相关关系(r2 =0.87),黄土层的xARM/SIRM与xARM/x远低于古土壤,反映除较细的粒度组分外,还有较粗的PSD/MD颗粒存在.细颗粒亚铁磁性矿物对磁化率贡献较大.3)据磁学参数辅以其他理化指标推测,黄棕色土与下蜀黄土形成环境与现在亚热带环境类似,但黄棕色土以较低的粉砂与粘土比值反映其化学风化作用较下蜀黄土强,显示了一定的纬度效应.4)广泛分布于亚热带地区的网纹红土磁学特征类同,粒度组成和地球化学指标也相似,反映形成时期区域内的自然要素的地带性分异不及今日明显.另一方面,网纹红土中较高的HIRM、矫顽力和居里温度指示其含有较多的赤铁矿,而且磁性矿物颗粒较其上的黄棕色土粗,全铁含量略高于黄棕色土,87Sr/86Sr比值也较黄棕色土高,所有这些都佐证网纹红土与黄棕色土可能具有不完全相同的物质来源.     

武汉天兴洲近代沉积物的磁性特征及其环境意义

利用多磁性参数(包括质量磁化率、频率磁化率、饱和等温剩磁、退磁系数以及热磁曲线)及磁组构分析,以长江中游武汉天兴洲近代河流沉积物为研究对象, 探讨了近100年以来沉积物磁性参数变化特征及其对长江中上游水文变化及气候环境的指示.结果表明,上部组合带(0.60~1.50 m)和下部组合带(2.40~3.30 m)沉积物的磁性载体以亚铁磁性矿物磁铁矿为主,同时存在少量较稳定的不完整反铁磁性物质,中部(1.50~2.40 m)亚铁磁性矿物相对较少,且剖面上部沉积物的超顺磁(SP)颗粒对沉积物χ贡献较大.整个沉积剖面自下而上磁性矿物含量呈“C”字型变化,反映了“软”-“硬”-“软”的磁性特性.沉积物磁组构组合带研究显示,历史时期沉积环境水动力强度、颗粒排列有序化程度以及长江流速发生了明显的变化,沉积环境水动力强度经历了“不稳定”－“稳定”－“不稳定”的变化过程,反映了长江古水文状况的变化.近代沉积物磁性特征变化格局与1900年以来以来长江中上游“暖湿”-“温凉”-“暖湿”气候环境变化和“强降水”-“弱降水”-“强降水”以及长江汉口站流量变化过程相吻合.这一研究成果为深刻认识历史时期长江流域气候环境变迁其及对长江古水文和沉积环境的影响提供了重要的参考资料.      

长江口水下三角洲Y7柱样磁性特征及其影响因素

以长江口水下三角洲380cm长的Y7柱样为对象,在磁性测量、地球化学和粒度分析的基础上,探讨了近百年以来长江口水下三角洲沉积物磁性特征变化及其影响因素.研究结果表明,磁铁矿是主导Y7柱样磁性特征的主要矿物,相比常量元素和粒度的均一组成,磁性特征存在显著的垂向变化.220cm以下,频率磁化率(χfd)、非磁滞剩磁磁化率(χARM)、磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)、χARM/χ以及χARM/SIRM随深度增加而下降,而退磁参数S-100mT和S-300mT则呈相反变化趋势;220cm以上,χfd,χ,χARM/χ,χARM/SIRM以及S-100mT和S-300mT随深度变化不大,而SIRM和χARM则随深度增加呈现下降趋势.Y7柱样中硬剩磁(HIRM)随深度变化不大.结合Mn/Fe比值的变化,研究认为Y7柱样300cm以下层位,随深度增加沉积物磁性减弱和超顺磁颗粒急剧减少,还原成岩作用是重要因素之一,不完整反铁磁性矿物因相对稳定而导致其在磁性矿物组合中的比例上升.此外,长江中上游主要支流泥沙贡献率的变化可能会对Y7柱样磁性特征有一定影响,但尚需进一步的工作支持.     

腾格里沙漠边缘表土磁学性质及其意义

通过对腾格里沙漠边缘表土进行岩石磁学的测试和分析,发现样品中的磁性矿物主要是铁的氧化物.主要为磁铁矿,其次为磁赤铁矿和赤铁矿.磁颗粒以多畴和准单畴为主.样品之间低频磁化率值相差很大,靠近雅布赖山附近的样品明显高于其他样品.频率磁化率普遍很弱,最大3.7％,反映了该沙漠边缘区的干旱条件下所进行的以物理风化为主的地质过程....     

中国黄土和阿拉斯加黄土磁化率气候记录的两种模式探讨

在中国和中欧黄土-古土壤研究中发现的磁化率与成壤作用(或古气候温湿程度)的正相关性已被第四纪科学家广泛认识,并应用于古气候研究中.成壤过程形成的亚铁磁性矿物被认为是古土壤磁化率增加的主要原因;然而,这一模式并不一定适用于其他黄土沉积地区,如阿拉斯加和西伯利亚黄土沉积显示了一个完全相反的磁化率行为,即在黄土层获高磁化率值而在古土壤层获低磁化率.这种相反的关系过去被解释为磁化率反映的是与风动力吹来的亚铁磁性矿物的含量,即与风速或风力大小有关.本研究发现阿拉斯加黄土与古土壤的磁性矿物性质有明显差异,不仅仅是粒径的大小,还有磁性矿物的种类即矿物相的差别.这一证据很难单纯以风力强度的大小来解释,意味着阿拉斯加古土壤的低磁化率至少部分是在成壤过程中亚铁磁性矿物发生改变(如溶解)而造成,表明阿拉斯加黄土和中国黄土的磁化率与古气候记录可能存在两种模式,即氧化和还原条件下的成土模式.黄土磁化率在不同的气候(温度湿度)条件下有着不同的对应关系:在低降水量、高蒸发量的干旱氧化成壤条件下,利于亚铁磁性矿物的生成,其磁化率与古气候的关系呈正相关,如中国和中亚黄土;在高纬高湿的还原成壤条件下,亚铁磁性矿物会被破坏被分解,其磁化率与古气候呈负相关关系,如阿拉斯加黄土.如果成壤条件在氧化和还原之间来回变换,那么就很难找到两者之间的联系.因此,将磁化率应用于古气候的重建时要加倍的小心.     

直流场和交变场对泥岩磁化率的影响

磁化率值不仅受控于天然岩石和环境物质中磁性颗粒的组合特征,还与实验室内的处理过程有关,包括热处理过程和加场处理过程.热处理过程通常改变磁性矿物的类型,使样品的磁化率值发生明显变化,因而备受关注.但加场处理过程对样品磁化率的影响在于改变其中所含磁性颗粒的磁畴结构,这种变化是微观的,目前尚未受到应有的重视.本文选择8块泥岩样品进行了加场处理对其磁化率影响的研究.样品取自松辽盆地松科1井青山口组一段,主要携磁矿物为准单畴( PSD)或多畴(MD)磁铁矿.在逐步获得等温剩磁直至饱和的过程中,逐步测量样品的磁化率值.随后对其进行单轴系统交变退磁,逐步测量剩磁后,完成磁化率测量.结果发现:1)直流场使样品的磁化率值增大.在低于50mT的外加场中,随外加场的增强,样品的磁化率值快速增大;之后,随外加场的增强,样品的磁化率值基本不变,直到600mT; 600mT ～ 1T之间样品的磁化率值又大幅增大;最终,样品的磁化率较初始值(x0)增大0.84％ ～ 3.40％.这种磁化率值的增大受控于样品内PSD或MD磁铁矿磁畴结构的改变,与磁铁矿的含量无关.2)样品获得SIRM后进行的逐步交变退磁使其磁化率值有所降低,随交变场的增强,其降低的幅度也增大,但是,交变场达到100mT时,样品的磁化率值仍较x0高.经逐步交变退磁后,样品的磁化率较x0增加0.03％ ～ 2.42％.因而,天然样品在进行磁化率测量之前,不能将其置于任何直流场或交变场中处理.     

黄土高原-阿拉善高原典型断面表土磁学特征研究

在黄土高原-阿拉善高原区域沿接近降水量最大梯度线方向系统采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,详细研究了其环境磁学、粒度和有机质含量等环境替代指标的变化特征.结果表明,整个断面表土中的强磁性矿物主要为磁铁矿和磁赤铁矿,并含有赤铁矿.阿拉善高原表土中磁性矿物颗粒多为多畴(MD),总体含量偏低,磁性矿物中硬磁组分含量较高;黄土高原区表土中磁性颗粒多为准单畴(PSD),总体含量偏高,磁性矿物中软磁组分含量较高.进一步分析发现,在干旱地区,频率磁化率与降水有良好的相关性,而常用的磁化率不能较好地反映降水量变化.本研究指示在干旱地区应用单一磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

罗马尼亚第四纪黄土沉积的岩石磁学特征及成土模式探讨

欧洲罗马尼亚发育着典型的第四纪风积黄土-古土壤地层,通过对Mircea Voda剖面黄土-古土壤样品进行磁化率、频率磁化率、非磁滞剩余磁化强度、等温剩磁、热磁曲线和磁滞回线等岩石磁学参数测试分析,发现罗马尼亚Mircea Voda黄土-古土壤序列磁化率曲线形态与中国黄土高原中部西峰黄土极为相似;而且所含磁性矿物种类也很相似,主要以亚铁磁性矿物(磁铁矿和磁赤铁矿)为主,也含有反铁磁性矿物(赤铁矿和针铁矿).罗马尼亚Mircea Voda黄土与中国西峰黄土有相似的成土模式,成土过程都是在干旱氧化环境中进行,磁化率与成土作用基本成正相关关系.磁化率在成土弱的黄土层中获低值,在成土强的古土壤层中获高值,反映冰期、间冰期旋回在全球范围内对气候影响的一致性.成±过程粒度小的超顺磁(SP)和单畴(SD)亚铁磁性矿物相对含量的增加是罗马尼亚Mircea Voda剖面古土壤磁化率增强的主要原因.罗马尼亚Mircea Voda黄土的磁化率数值整体低于中国西峰黄土的值,物源的差异以及罗马尼亚气候的水热不同期使得古土壤发育弱于中国黄土,以及地下水对剖面底部土壤层的淋溶作用,可能是造成Mircea Voda黄土磁化率低于西峰黄土的原因.     

渭河流域典型黄土剖面的环境磁学特征及其古气候意义

对黄土高原南部耀县全新世黄土地层的形成及保存环境进行了研究.结果表明:地层中磁性矿物主要为软磁性矿物,硬磁性矿物对地层的磁学性质贡献小;随着成壤强度的增加,硬磁性矿物的相对含量在减少.本区全新世地层的形成和保存环境为氧化环境,适宜用磁学手段反演全新世古气候.对磁化率和频率磁化率、无磁滞剩磁磁化率的对比分析,可以看出:成壤强度较低时,细粒磁性矿物相对于磁性矿物总量的增加速率相对较快;成壤强度较高时,细粒磁性矿物的相对含量会达到或趋近饱和,相对于磁性矿物总量的增加速率相对较慢.研究表明,在黄土地层中,χfd%和χARM/χ等指示细粒磁性矿物的磁学参数可以显示更细微的气候变化;在古土壤中,χlf的气候指示意义相对更好.     

第四纪沉积物磁性勘查油气法的原理及应用

本文介绍了利用第四纪沉积物磁性调查油气的原理,地下油气藏会在近地表第四纪沉积物中产生磁性矿物并形成多种磁性参量异常。检验了形成磁性异常的磁性矿物的种类;发现了油田地区土壤中存在着趋磁细菌。在5个油田地区近450km²范围应用该方法调查油气分布的研究结果表明,各种磁性异常(κ、Mn、Mr、Ir、Iκ)呈综合异常的形式,它们的形成及分布特征受油气活动、通道及环境条件的控制。实际资料证实,磁性综合异常能反映油田地区油气活动的分布状态。该方法作为综合勘查方法之一,应进一步推广。     

土耳其Nallihan黄土-古土壤岩石磁学特征及其环境意义

黄土广泛分布在东欧和西亚地区,但位于欧亚大陆连接地带的土耳其未见风积黄土的报道,本文对位于土耳其首都安卡拉西北的Nallihan新发现的黄土-古土壤剖面进行系统的环境磁学研究,结合粒度参数和稀土元素指标,讨论土耳其黄土的成因和磁化率变化机制.研究结果显示:土耳其Nallihan S0～L3黄土剖面与典型风积的西伯利亚和中国西峰黄土的粒度特征图形态相似4暗示它们的成因相似性;稀土分配模式与黄土高原黄土基本一致,为上地壳平均值,指示了风积黄土在搬运过程中经过充分混合,整个剖面上下稀土模式分配高度吻合,说明研究区黄土堆积期间物源区相对稳定.热磁和磁滞分析表明样品的主要载磁矿物是亚铁磁性矿物磁铁矿/磁赤铁矿.该剖面磁化率在古土壤获得高值,在黄土层获得低值,磁化率与成土作用和指示细颗粒磁性矿物贡献的xfd％、xARM正相关,说明成土作用生成的细颗粒亚铁磁性矿物是磁化率增强的主导因素,土耳其黄土剖面磁化率总体上低于中国黄土高原地区黄土.该黄土剖面中有一层古土壤层S2,其顶部覆盖一层砾石层,说明在该间冰期发生过洪水作用,将高坡风化的砾石层冲到土层中堆积下来,在该砾石层之下的古土壤层,磁化率降低,可能与该时期土壤层湿度大,形成湿润氧化环境,导致部分强磁性的超顺畅/稳定单畴(SP/SSD)颗粒磁性矿物转化为弱磁性矿物,使得磁化率降低.     

磁化率各向异性的原理及应用实例

磁化率各向异性(AMS)在地质领域中的应用极为广泛,可以用来研究古流向造成的磁性矿物的定向排列,以及构造应力作用引起的岩石内磁性矿物的定向重结晶、定向排列及韧性变形。本文介绍了AMS的基本原理和参数,并并介绍了前人及作者应用AMS详细分析研究了二个实例:(1)以假多畴(MD)高钛磁铁矿为主要载磁矿物的玄武岩样品的AMS变化及其对构造运动的响应;(2)以MD磁铁矿为主要载磁矿物的湖泊沉积物样品在沉积过程中AMS变化。AMS可以灵敏地检测样品中磁性矿物的定向排列,因此在在地质领域中具有很好的应用前景。     

鹤庆盆地湖相岩心磁化率记录及其古环境意义

鹤庆盆地位于受印度季风影响的中国西南地区, 沉积连续, 厚度大, 是古环境研究的理想场所。本文主要通过对鹤庆湖相岩心磁化率记录的分析研究, 并结合碳酸盐、烧失量和粒度特征对古环境变化的响应机理, 探讨了沉积物中磁化率的古环境指示意义。本研究发现, 磁化率与碳酸盐和烧失量具有显著的相反变化; 而与粒度的关系较为复杂。磁化率与指示粗颗粒变化的中值粒径在含砂(砾)层具有较好的正相关关系; 与指示细颗粒变化的 < 4μm颗粒的相对含量, 在湖相粘土沉积中具有较为明显的正相关关系, 表明湖相沉积物中的亚铁磁性矿物主要来自于外源带入的粘土粒级碎屑物中。通过分析磁化率对古环境变化的响应机制, 并结合碳酸盐含量、烧失量和粒度变化特征, 本研究认为鹤庆盆地湖相岩心的磁化率记录可以用来反映水动力对物源区地表的侵蚀强度和搬运状况, 与流域内植被覆盖和降雨量密切相关。在干旱的冰期, 植被覆盖度较低, 地表侵蚀加剧, 带入湖泊的粘土粒级碎屑含量增加, 磁化率增高; 在湿润的间冰期, 植被覆盖度较高, 地表侵蚀减弱, 粘土粒级碎屑物的带入量减少, 磁化率降低。      

2006年4月17日北京降尘的粒度分布与磁学特征

对2006年4月17日北京降尘的粒度和磁学性质进行深入分析,提出降尘磁化率相对黄土样品较高是现代降尘磁化率的特点,源区表土磁化率普遍较高是本次降尘磁化率值高的主要原因,污染产生的磁性物质对其也有一定的影响。同时通过对比几次降尘的粒度特征和传输方式提出粒度可以有效地指示源区的变化。结合降尘的粒度、磁化率分析与沙尘暴的监测信息和卫星云图,认为此次降尘粒度为0.8～20.0μm的组分可能是来自内蒙古西部的物质;20～70μm与>70μm的组分可能是来自距离北京较近的河北北部和内蒙古中部发生强烈沙尘暴的地区。     

西昆仑山黄土的岩石磁学特征及其磁化率增强机制

成壤过程中形成的细颗粒的软磁性矿物被认为是导致古土壤磁化率增加的主要原因。但近来的研究表明,在一些地区,尤其是靠近沙漠边缘的黄土-古土壤序列,源区对黄土磁化率的影响要远大于成壤作用。因此,有必要对不同地区、不同环境条件下的典型黄土堆积进行详细的岩石磁学研究。日前,我们在西昆仑山北侧钻取了一根长达671m的岩芯,这为研究极端干旱区黄土的岩石磁学性质提供了难得的契机。本文对第一期黄土钻探得到的207m岩芯进行了详细的岩石磁学研究,结果表明: 昆仑山黄土的主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿,同时还含有少量的针铁矿、赤铁矿;  该地区磁化率的变化主要受源区粗颗粒的软磁性矿物含量的影响,成壤作用形成的细颗粒磁性矿物对磁化率的贡献极小;  磁化率、粒度在0.5Ma左右急剧升高和变粗,主要与气候干旱化加剧有关。     

用于环境研究的磁性参数简介

根据体积磁化率，饱和等温剩磁，剩磁矫顽力，非磁滞剩磁四种主要磁性参数的特征，分别阐述了它们在环境研究中的作用及解决的问题，并介绍了近年来国外在这方面的实际应用结果。