龙门山灌县—安县断裂带断层泥低磁化率的矿物、化学响应和蠕滑作用环境

断层带内的流体不仅可以通过水岩反应改变断裂岩的矿物组成和化学成分,从而导致化学性质和物理性质的变化,而且可以影响或控制断裂带的变形行为.断裂带中岩石磁学特征是由特定化学环境下磁性矿物的种类和含量所决定的,因此,从矿物学和地球化学角度探讨断裂岩的磁性变化,对揭示断层的变形行为和环境具有一定的指示作用.本文以汶川科钻WFSD-3P钻孔中龙门山灌县—安县断裂带断裂岩为研究对象,运用高分辨率磁化率测试、XRD矿物成分半定量分析、XRF元素扫描以及不同价态Fe元素含量分析等多种方法开展断层磁学变化和变形环境的研究.磁化率测试结果表明灌县—安县断裂带断层泥的磁化率值普遍低于对应的围岩磁化率平均值.结合前人研究成果表明造成该断层泥低磁化率异常的原因是在间震期的长期流体作用下,铁磁性矿物（例如磁铁矿）转变成顺磁性矿物（铁硫化物、菱铁矿或含铁的黏土矿物）.新生铁硫化物和含铁黏土矿物是在间震期缓慢形成的,而黏土矿物含量的增加弱化了断层强度,促进断层蠕滑,这说明断层泥低磁化率异常可能指示了该断裂在间震期长期缓慢活动,即为蠕滑变形.断层泥中黄铁矿的发育和高Fe²⁺和S元素、低Fe³⁺的特征显示灌县—安县断裂作用环境通常是在低温、还原环境中进行的.这些结果与低磁化率值的相关性暗示断层泥低磁化率异常可能对活动断层的低温还原环境具有指示意义.     

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.     

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．     

杭州城区土壤的磁性与磁性矿物学及其环境意义

对杭州城区四个不同功能区块土壤进行了系统的环境磁学测定,结果表明城市土壤的磁化率平均值为128×10^-8m³·kg^-1,频率磁化率平均值3.6%(样品数=182),城市土壤呈现明显的磁性增强. 城市土壤的磁化率与频率磁化率呈极显著指数负相关,表明城市土壤磁性增强明显区别于自然成土过程引起的以超顺磁性(SP)颗粒为主的表土磁性增强机理. 统计分析表明,城市土壤磁化率与软剩磁和饱和等温剩磁(SIRM)呈显著直线正相关,说明亚铁磁性矿物是城市土壤剩余磁性的主要载体. 综合等温剩磁获得曲线、热磁曲线、磁滞回线等岩石磁学测定和SEM/EDX分析,城市土壤的磁性矿物以磁铁矿和赤铁矿为主,磁性矿物以假单畴-多畴（PSD-MD）颗粒存在,粒度明显大于成土过程形成的磁性颗粒,这些磁性颗粒主要来自燃料燃烧、汽车尾气等环境污染物. 因此,城市土壤磁测可作为城市土壤污染监测、污染空间分布和污染物来源判断的新手段.     

亚热带富铁土的磁学性质及其磁性矿物学

通过５５个亚热带富铁土的磁化率（χ）、频率磁化率(χ_ｆｄ)、非滞后剩磁（ＡＲＭ）和饱 和等温剩磁（ＳＩＲＭ）等磁性参数测定,结合氧化铁化学形态分析和矿物鉴定,初步明确了亚热 带富铁土的磁学特征及其磁性矿物．磁测数据表明富铁土中存在强磁性的矿物,其磁化率χ 与土壤游离氧化铁（Ｆｅ_ｄ）含量呈极显著指数正相关（Ｒ^２＝０．５９７１）,频率磁化率χ_ｆｄ与土壤游离氧 化铁含量呈极显著直线正相关（Ｒ^２＝０．４２８９）．富铁土的χ_ｆｄ和非滞后磁化率χ_ＡＲＭ。值表明土壤 中的磁性矿物以超顺磁性（ＳＰ）和稳定单畴（ＳＳＤ）颗粒为主,富铁上的χ和χ_ＡＲＭ呈极显著直线 正相关（Ｒ^＝ ０．９４２９）,证明富铁土的磁性是由风化成土过程产生的 ＳＰ和 ＳＳＤ磁性颗粒贡献 的．矿物磁测结合Ｘ－衍射证明富铁土中的氧化铁矿物由赤铁矿、磁赤铁矿和针铁矿组成。     

CBD方法对天然样品磁性矿物影响

本研究选择川西高原、天山和西伯利亚Kurtak剖面的黄土古土壤样品及亚热带非风成样品进行CBD处理,系统测量并对比处理前后的磁学参数,包括低频磁化率、频率磁化率、非磁滞剩磁、饱和等温剩磁、剩磁矫顽力和热磁曲线(J-T曲线),分析处理前后磁性矿物种类、含量和磁畴的变化.结果表明,CBD方法对于磁性矿物的溶解并无明显的选择性,在温度与反应时间一定的条件下,磁性矿物的溶出量主要受控于其粒径分布.CBD方法可以非常有效地去除具有更大比表面积的细粒(< 1 μm)磁性矿物,同时溶解粗粒(>1 μm)磁性矿物外缘,使其粒径变细.CBD处理后磁化率变化存在多种可能,对于成土作用较强的古土壤,CBD方法可以较为准确地提取成土成因的磁性信息;而干旱和过度湿润条件下的风积黄土,不宜使用CBD方法区分原生与次生磁性矿物.     

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．     

龙门山构造带WFSD-2钻孔岩心磁化率特征及其对大地震活动的响应

岩石磁化率特征可以帮助判断岩石的形成环境,对地震过程中滑动摩擦伴随高温的物理-化学变化具有显著反应.本研究以钻穿龙门山中段构造带的汶川地震断裂科学钻探2号孔(WFSD-2)岩心为研究对象,使用Bartington MS2K磁化率仪对500~2283.56 m深度的岩心进行高分辨率无损磁化率测试,并结合岩性特征和显微结构探讨了龙门山构造带主要岩石单元的磁化率特征及其地震断裂活动的磁学响应.磁化率测试结果表明,由花岗岩和火山碎屑岩组成的彭灌杂岩体的磁化率值(数十到数千个10~(-6)SI)普遍高于上三叠统须家河组沉积岩的磁化率值(数个到数十个10~(-6)SI).从WFSD-2岩性分布来看,彭灌杂岩上下出露四段,其磁化率值特征反映它们属于不同的岩石单元,它们与下伏须家河组地层呈断层接触,构成叠瓦状构造,指示了龙门山构造带具有强烈的地壳缩短作用.断裂带中处于滑动带的断层泥和假玄武玻璃具有高磁化率特征,而断层角砾岩和碎裂岩不具有高磁化率值特征,表明断层岩磁化率增高的原因可能主要与地震断裂滑动摩擦过程中高温作用下发生的磁性矿物转换有关,断层岩中高磁化率异常可作为大地震活动的证据.WFSD-2岩心中的映秀—北川断裂带(600~960 m)可识别出约80条高磁化率异常的断层岩带,揭示映秀—北川断裂带是一条长期活动的断裂带,龙门山构造带形成演化过程中伴随着大地震活动.     

缅甸掸邦地块二叠纪-三叠纪灰岩的岩石磁学初步研究结果

对缅甸东部掸邦地块二叠纪-三叠纪灰岩样品进行了饱和等温剩磁获得曲线及反向场退磁曲线、三轴等温剩磁的系统热退磁、磁化率-温度曲线等岩石磁学测试分析,试图通过岩石磁学方法识别缅甸掸邦地块二叠纪和三叠纪灰岩样品中的磁性矿物种类、含量等信息,为研究样品中主要磁性矿物所携带的特征剩磁分量的磁化年龄等性质提高可靠的基础,从而为进一步研究掸邦地块及滇缅泰地块晚古生代-早中生代的古地理位置等提供有力的证据.结果表明缅甸掸邦地块二叠纪和三叠纪灰岩样品中的主要磁性矿物为磁铁矿,或磁铁矿和针铁矿的组合,少部分三叠纪灰岩样品显示有赤铁矿、磁赤铁矿和针铁矿的组合.     

南京某钢铁公司周边耕作土壤的磁学性质与重金属污染的相关性研究

对取自于南京西南郊某钢铁公司附近水稻田土壤NJ008样芯进行了磁性测量和重金属含量分析,探讨了利用农业耕作土壤的磁参数指示工业区周围重金属污染的可行性。环境磁学测试结果表明：磁化率（χ）、非磁滞剩磁（ARM）及饱和等温剩磁（SIRM）在土壤剖面上部20cm显著增强,磁化率平均值达到112.5×10^-8m^3·kg^-1;20cm以下呈现为较低磁背景特征,磁化率平均值为27.8×10^-8m^3·kg^-1。进一步的磁学实验证明低矫顽力的亚铁磁矿物主导了NJ008样芯的磁性特征,不完整反铁磁性矿物在20cm以下土壤中含量相对较高。Ni,Cu,Fe,Pb,V和Zn等重金属与磁化率呈现相同的变化特征。主成分分析表明亚铁磁性矿物和重金属受同一主成分控制,且磁指标（χ,ARM和SIRM）与重金属（Ni,Cu,Fe,Pb,V和Zn）呈显著相关关系（0.69≤R≤0.98）。对远离钢铁公司的同种耕作土壤剖面NJ013测试表明：其磁化率随深度变化不大,绝对值与NJ008在20cm以下磁背景值基本一致。表明耕作过程中的化肥和农药对土壤磁化率影响不大,钢铁公司释放的工业污染是NJ008土壤剖面中磁化率显著增强的主要原因。耕作土壤由于反复翻种,虽然不能用于污染历史及污染物迁移过程研究,但基于磁指标与部分重金属之间的显著相关性,耕作土壤仍然可以用于重金属污染分布范围的圈定和相对污染程度评价。     

海原断裂带老虎山段晚第四纪滑动速率精确厘定与讨论

如何准确测定断裂滑动速率是近年来活动构造研究的前沿与热点.随着高精度地形数据获取手段与第四纪测年方法的不断进步,位错量和地貌面年龄的精度均得到大大提高.在进行滑动速率计算时还要考虑地质过程是否合理,蒙特卡洛方法为获取更加符合地质过程的滑动速率提供了重要工具.本文以滑动速率研究程度较低的海原断裂带老虎山段为例,基于LiDAR高精度地形数据,测得T1—T4阶地面年龄分别为1~3 ka,9~11 ka,15~17 ka,40~45 ka,陡坎前缘的位错分别为7~14 m,28~36 m,59~66 m,180~190 m.综合多地点的左旋走滑位错量及不同时代的地貌面年龄数据,并考虑滑动历史,利用蒙特卡洛模拟方法,将位错-时间两个参数的不确定性定量化,限定老虎山断裂45 ka以来平均滑动速率为4.3±0.16 mm·a^-1,17ka以来的平均滑动速率为4.0±0.15 mm·a^-1,与前人研究得到的狭义海原断裂滑动速率4.5±1.0 mm·a^-1基本一致.综合整个海原断裂带滑动速率,本文结果更支持低滑动速率变化趋势,即海原断裂带整体滑动速率趋于稳定,向东至六盘山断裂,滑动速率开始降低,推测海原断裂带的左旋走滑在尾端主要为马东山—六盘山隆起所吸收.结合老虎山断裂历史地震资料和深部锁闭浅部蠕滑的动力学特征,推测老虎山断裂具备与相邻断裂一起触发强震的能力.     

渤海BH08孔磁学参数变化机制与环境指示

边缘海-陆架区是研究海陆交互作用的理想区域,该区沉积物记录了海平面、气候与构造变化的重要信息.渤海作为我国的内海,前人对该区虽然进行了环境磁学方面的研究,但是受复杂的沉积环境影响,渤海沉积物的磁性变化机制十分复杂,因而需要对该区沉积物磁学性质及变化机制进行深入研究.针对这一问题,本文详细研究了渤海BH08孔岩芯沉积物的磁学性质,结果表明：①沉积物中主要载磁矿物是磁铁矿,部分层位含有高矫顽力的矿物;②岩芯整体磁学性质变化复杂,各项磁学参数变化剧烈,其总体波动与S/Cl值、沉积物红度a^*和深海底栖有孔虫δ¹⁸O相关性较好;③在主要的海陆交替边界层位发现胶黄铁矿,表明是富硫的弱还原环境,而快速变化的沉积环境和较高的沉积速率是胶黄铁矿得以保存的重要因素,因而胶黄铁矿可作为沉积环境发生转变的一种特征矿物.这些新认识为深入开展渤海地区,乃至陆架-边缘海区古环境研究提供了新的思路和方法.     

利用Sentinel-1合成孔径雷达干涉测量技术监测海原断裂现今地壳变形特征

20世纪20年代,青藏高原东北发生了两次8级以上强震,其中1920年12月16日发生的海原M8.5地震距今已经100年。海原断裂带作为青藏高原东北缘最活跃的断裂带之一,至今仍控制着该区域微震及中强地震活动。本文基于ISCE软件和StaMPS平台,以2017年3月至2020年6月覆盖研究区的72景哨兵一号（Sentinel-1）SAR影像为数据源,采用PS-InSAR技术对海原断裂带进行时序形变监测,并以区域内GPS速度场进行校正,获取了其三年多来雷达视线向（Line of sight,LOS）的年平均形变速率。研究结果表明：①海原断裂带南北两盘形变速率差异明显,这与左旋走滑的运动性质相符;②毛毛山断裂、老虎山断裂西段处于闭锁状态,老虎山断裂中东段处于较为活跃状态,观测到蠕滑变形;海原地震破裂带部分断裂浅部处于愈合状态;③老虎山断裂中东段的蠕滑变形是青藏高原东北缘最为显著的区段,推断与1888年和1990年景泰的两次六级地震有关。     

汶川地震断裂带滑移行为、物理性质及其大地震活动性——来自汶川地震断裂带科学钻探的证据

断裂带物质组成、结构及其物理性质是理解断裂变形机制和地震破裂过程的基础和关键,断裂带地震（黏滑）和非地震（蠕滑）滑移行为不仅对了解地震活动性和山脉隆升过程具有重要意义,而且直接为防震减灾提供科学依据.我们以穿过龙门山映秀—北川和灌县—安县断裂带的汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）岩心和地表出露的断裂带为研究对象,通过对断裂岩组成、结构、显微构造和钻孔物性测井数据进行分析研究,确定了龙门山逆冲断裂带滑移行为和物性特征,初步探讨了大地震活动性和有关断裂带的隆升作用：（1）映秀—北川断裂带倾向NW,浅部倾角~65°,发育的断裂岩厚约180~280 m,由碎裂岩、假玄武玻璃（地震化石）、断层泥和断层角砾岩组成.断裂带具有高自然伽马、高磁化率值、低电阻率、低波速等物理性质以及对称型破碎结构.断层泥普遍具有摩擦热效应的高磁化率值和石墨化作用特征,是古地震滑动的岩石记录.表明映秀—北川断裂带为经常发生大地震的断裂带,晚新生代以来类似汶川地震的大地震复发周期小于6000—10000年,具有千年复发周期特征.（2）灌县—安县断裂带倾向NW,浅部倾角~38°,发育的断裂岩厚约40~50 m,仅由断层泥和断层角砾岩组成,具有典型的"压溶"结构,表现出蠕滑性质.除压溶作用外,定向富集的层状黏土矿物和微孔隙的发育使断层强度变弱.断裂带具上盘破碎的非对称型破碎结构,除具低磁化率值特征外,其他物性与映秀—北川断裂带一致.（3）根据断裂岩厚度与断层滑移量相关经验公式关系,以及断层产状,粗略估算映秀—北川断裂带自中生代以来累积垂直位移量大于9 km,灌县—安县断裂带累积垂直位移量小于3 km.映秀—北川断裂带长期大地震产生的累积垂直位移量是龙门山隆升的主要贡献.     

兰州盆地渐新世沉积物岩石磁学性质探究

我国西北地区出露大量富含哺乳动物化石的"第三纪红层",探明这些地层的岩石磁学特征对进一步开展磁性地层、环境磁学和古气候学研究具有重要意义.本文对青藏高原东北缘兰州盆地渐新世地层进行了详细的岩石磁学研究,分别确定了咸水河组下部砂岩和泥岩中磁性矿物含量、种类及其在加热过程中的转变;并结合X射线衍射,漫反射光谱和粒度分析等非磁学手段,揭示了磁性矿物种类与沉积环境的关系.结果表明,剖面底部和顶部的砂岩为河道沉积,磁性矿物含量较低,主要为高矫顽力的赤铁矿和针铁矿;中部泥岩为湖相沉积,指示了一个相对稳定的静水沉积环境,其磁性矿物含量比砂岩要高,不仅含有高矫顽力的赤铁矿和针铁矿,也含有低矫顽力的磁铁矿.在岩石磁学和环境磁学结果的基础上,结合野外考察和古生物证据,我们推测兰州盆地在晚渐新世为半湿润半干旱的气候条件,这为赤铁矿的生成提供了有利条件,导致盆地中富含赤铁矿的红色泥岩广泛发育.     

含碳结构对龙门山断层带电导率影响的实验探索

碳是影响岩石电导率大小的一个重要因素,可能是造成龙门山断层带电导率异常的重要原因之一.为了研究不同的碳含量、矿物颗粒粒径与碳晶体结构对断层带电导率的影响,在干燥、常温、0.2~300 MPa的压力条件下实验研究了人工模拟断层泥样品(石英粉末与含碳粉末混合的样品,简称模拟样品)和采自映秀-北川断层八角庙剖面的天然断层岩样品(简称天然样品)的电导率.实验结果显示,当模拟样品中的含碳粉末连通时,电导率与碳体积率的关系符合逾渗理论模型;而含碳粉末未连通时,电导率随总孔隙度降低而指数性升高.同时模拟样品的电导率也随石英颗粒粒径的变化而发生改变.相比于模拟样品中的含碳粉末主要分布于石英颗粒支撑的孔隙中,天然样品中的碳则主要以碳膜的形式赋存在颗粒边缘,导致碳体积率相同的条件下,模拟样品的电导率小于天然样品.此外,天然样品的电导率(9×10~(-4)S·m~(-1))也要小于野外大地电磁探测的结果(0.03~0.1 S·m~(-1)).在今后的实验中还需要考虑在动态摩擦条件下对含有完整含碳结构的天然样品进行电导率的实验研究.     

北京密云水库表层沉积物磁性矿物的鉴别

本文对密云水库表层沉积物中的磁性矿物进行了岩石磁学和透射电子显微学的综合研究.本实验建立的磁选方法实现将70%~85%左右的磁性矿物从沉积物中分离出来.岩石磁学研究表明,密云水库沉积物中的磁性矿物以多畴和单畴磁铁矿为主,还含有少量高矫顽力弱磁性载磁矿物(可能为赤铁矿).对磁选矿物的透射电镜观测表明,样品中部分单畴磁铁矿具有纳米尺寸和化学纯度高等特点,为拉长的立方-八面体磁铁矿,是趋磁细菌产生的化石磁小体;多畴磁铁矿多数具有微米尺寸,形状不规则,为碎屑成因;超顺磁磁铁矿粒径约为5~20nm,且含硅、铝等元素,可能为自生成因.研究结果表明,岩石磁学和透射电子显微学的综合应用可以更全面、准确地分析沉积物中磁性矿物的成分、含量、粒径和化学成分等信息,为环境磁学、生物地磁学和古地磁学研究提供依据.     

Changes in magnetic and fractal properties of fractured granites near the Nojima Fault, Japan

Abstract Anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) has been used to infer finite strain fabrics in plastically deformed rocks, but there are few studies of magnetic properties in fractured fault rocks. Changes in magnetic and fractal properties of fractured granites from the Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University (DPRI) 500 m drilling core towards the Nojima Fault and of the well-foliated fault gouge are described. Fractal analysis of fractured granites shows that the fractal dimension ( D ) increases linearly toward the gouge zone of the fault. In weakly fractured granites ( D = 1.05–1.24), it was found that the degree of AMS correlates positively with the fractal dimension, suggesting a fracture-related magnetic fabric due to fracturing. In strongly fractured granites ( D = 1.25–1.50), weaker, nearly isotropic AMS is found, suggesting erasure by the fragmentation of the magnetic minerals. Within the fault gouge zone, an isotropic AMS fabric was found, as well as twofold increases in magnetic intensity and susceptibility. These changes reflect the production of new magnetite grains, subsequently confirmed by hysteresis studies, which suggests that fault gouge might be regarded as the source of the regional geomagnetic field contrast along active faults. Thus, AMS is clearly a potentially useful tool for inferring the fracturing texture of magnetic minerals in fractured rocks and detecting active faults from the high susceptibility contrast of fault gouge.