磁化率各向异性测量在沉积学中的应用

本文利用磁化率各向异性来研究南京下蜀土的沉积组构?根据南京下蜀上的磁组构特征及其与华北黄土的对比分析,探讨了下蜀土的成因,并进而指出了磁化率各向异性测量对于沉积学的重要意义?     

中国黄土磁性矿物特征及其古气候意义

最直观、最直接的古气候记录莫过于陆相黄土地层,它由许多黄土和古土壤层叠覆而成,详细地记录了第四纪以来的古气候变化。黄土高原中部黄土和古土壤的风化和发育程度可以用磁学参数,如磁化率等来描述。本文作者对甘肃西峰剖面约13万年以来的黄土地层做了详细采样,测量其磁滞回线各参数,频率磁化率、低场和高场磁化率、温度磁化率、磁组构等参数。研究表明,黄土与古土壤中的磁性矿物组分相似而且稳定。磁铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿(主要是磁铁矿)的含量及其颗粒大小决定了它们的磁学特征。黄土和古土壤的磁学性质差别主要受成土过程中形成细小磁铁矿的影响。     

洛川黄土-红粘土序列铁氧化物组成及其古气候指示

对洛川黄土、古土壤和红粘土中磁性矿物组成、成因和相关系进行了研究。结果表明:黄土磁性矿物以风尘磁铁矿为主,少量的成土赤铁矿和成土磁赤铁矿;古土壤磁性矿物以成土磁赤铁矿为主,成土赤铁矿次之,少量的风尘磁铁矿和赤铁矿;红粘土磁性矿物以成土赤铁矿为主,风尘磁铁矿和成土磁赤铁矿次之,少量风尘赤铁矿。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成差异,反映了其形成期不同的古气候特性以及不同气候条件下生物地球化学作用强度的差异。干冷的冰期,黄土弱成土作用形成了以粗颗粒的风尘磁铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。间冰期的温暖湿润的古气候最有利于生物活动,强烈生物活动导致古土壤中大量纳米超细磁赤铁矿/磁铁矿产生,形成以磁赤铁矿为主,风尘磁铁矿核 赤铁矿边为辅的磁化率载体。红粘土成壤期,强降雨强蒸发的长干短湿的高温炎热的古气候使得红粘土化学风化强烈,生物地球化学活动较弱,形成以磁铁矿核 赤铁矿边和磁赤铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成、磁性矿物相关系是其形成期独特的古气候指示。     

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.     

南京地区下蜀黄土磁性地层年代与古环境变化

通过对南京江北泰山新村下蜀土剖面所采的144个样品和南京江南燕子矶下蜀土剖面所采的467个样品所进行的古地磁测年、磁化率测量和粒度测定,建立了南京地区下蜀黄土地层220kaB.P.以来较精细的时间标尺;在此工作基础上,将南京下蜀黄土堆积所记录的环境信息同北方经典黄土、深海沉积氧同位素记录进行了对比,发现燕子矶剖面磁化率曲线能够与深海沉积氧同位素曲线1—7阶段进行良好的对比,两者之间的细节变化具有一致性,其中S0表现为高值,可与氧同位素曲线阶段1对比,为一高温期;L1可以划分为两层黄土(L1LL1、L1LL2)和一层弱发育的古土壤(L1SS1),L1LL1和L1LL2可与阶段2和4对比,L1SS1可与阶段3对比;S1古土壤层由3个古土壤亚层(S1SS1、S1SS2、S1SS3)和2个弱成土亚层(S1LL1、S1LL2)叠置而成,磁化率曲线具有明显的三峰夹两谷形式,正好可与氧同位素阶段5对比,表明这一时期的古气候特点是在湿热的背景下有两次干冷波动,其中S1SS1、S1SS2、S1SS3分别对应于5a、5c、5e,S1LL1、S1LL2对应于5b、5d;L2黄土磁化率曲线整体呈谷形,但中下部有一次峰,下部磁化率偏高,与阶段6的曲线特征相吻合;S2古土壤层未见底,目前获得的磁化率曲线特征可与7a和7b对比。以上研究结果确立了江南风尘堆积的古气候全球变化意义。     

长江中下游地区下蜀黄土磁化率曲线与环境变迁

通过对镇江大港剖面地层结构和磁化率曲线特征的分析研究,以及与相邻地区风尘堆积研究成果的比较,认为长江中下游地区磁化率曲线的波动旋回很好的对应了黄土 -古土壤风尘堆积序列,记录着该区中更新世以来七次大的古气候冷暖旋回。古气候的旋回变化幅度较北方黄土区要小得多,冷期和暖期都存在着频繁的小尺度的气候冷暖波动,可与深海氧同位素曲线相比较 但各地下蜀黄土沉积速率和沉积环境有一定的差异。     

长江中下游地区下蜀黄土磁化率曲线比较研究

通过对镇江大港剖面地层结构和磁化率曲线特征的分析研究,以及与相邻地区风尘堆积研究成果的比较,认为长江中下游地区中更新世以来,经历了七次大的古气候冷暖旋回,旋回变化幅度较北方黄土共要小得多,冷期和暖期都存在着频繁的小尺度的气候冷暖波动,并可与深海氧同位素曲线相比较;另外,在镇江下蜀黄土磁化率测量中还发现,地下水的浸泡对剖面样品的磁化率有着较大的影响。     

新疆尼勒克黄土岩石磁学特征及变化机制研究

新疆黄土与黄土高原黄土相比,无论在物源还是后期成土环境方面都存在较大差异,因此二者的磁学特征有所不同。本文选取伊犁尼勒克地区的一个黄土-古土壤剖面进行了系统的岩石磁学及粒度研究。实验结果表明尼勒克剖面中磁性矿物具有以下特征:1)以亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,并含有一定量的反铁磁性矿物赤铁矿和针铁矿;2)各黄土层成壤作用弱,磁性矿物以原始输入的粗颗粒MD和PSD为主。PS_1古土壤层成壤作用强,以细颗粒SD为主。弱发育古土壤层PS。既包含SD颗粒,又有粗颗粒。各地层均不含SP颗粒;3)PS_1古土壤层原始含铁矿物输入量略低于黄土高原地区,其他各地层均高于黄土高原地区,但受成土作用及其他因素影响,剖面中亚铁磁性矿物含量远低于黄土高原黄土-古土壤层。PS_1古土壤层成壤作用强,在新疆地区较为少见,但其磁化率却低于各黄土层,说明尼勒克黄土-古土壤磁化率变化机制与黄土高原地区不同。古土壤层原始输入含铁矿物的量较黄土层低,但原始含铁矿物只是影响剖面磁化率变化的原因之一。PS_1古土壤层在沉积后期受到间歇性水流作用,成土成因的强磁性SP磁铁矿/磁赤铁矿颗粒遭受破坏并转化为赤铁矿,导致PS_1古土壤层磁化率的急剧降低,并使该层赤铁矿的相对含量增加。     

灵台红粘土—黄土—古土壤序列频率磁化率的古气候意义

通过对甘肃灵台晚新生代红粘土－黄土－古土壤序列的磁化率测量和频率磁化率分析，发现红粘土及黄土－古土壤的磁化率和频率磁化率化率存有良好的正相关关系，表明两套沉积在成壤过程中由生物作用或化学作用而形成的超顺磁性矿物含量，对磁化率和频率磁化率增大有重要的贡献。相比化率而言，受影响因素较少的频率磁化率变化，反映了不同气候条件下形成的超顺磁粒级铁磁矿物的相对含量，能更真实、敏感地记录不同时间尺度的古气候波动。灵台红粘土－黄土－古土壤序列的频率磁化等在2．6MaBP前后不同的变率特征，揭示了大冰期来临前后黄土高原的冷暖、干湿反差产生了显著变化，而与此相关的冬、夏季风变迁则表现出不同的组合特征。     

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.     

Rock Magnetism Study on Loess-Paleosol Sequence at Huixinggou Section of Sanmenxia Basin

Rock magnetism is the foundation of paleomagnetism and environmental magnetism study, and is effective in identifying the components, grain size and content of magnetic minerals in rocks and sediments. A systematic rock magnetism investigation has been conducted on the Huixinggou loess-paleosol sequence at Shuigou-Huixinggou Paleolithic site of Sanmenxia Basin in the southeastern Loess Plateau. Results show that the magnetic assemblage of the section is dominated by magnetite and maghemite, as well as hematite, exhibiting the average grain size of magnetic minerals is attributed to Pseudo-Single Domain (PSD). The variation curves of magnetic parameters are consistent and well comparable to marine oxygen isotope curves, with low values corresponding to the loess deposition during glacial periods, and high values corresponding to the paleosol development during interglacial periods, jointly demonstrating the glacial-interglacial cyclicities of magnetic mineral types, composition, and grain size of Chinese loess-paleosol sequences under the influence of alternating strengthening and weakening of Eastern Asian paleomonsoon over the Quaternary period. Comprehensive analysis reveals that the relative content of high-coercivity antiferromagnetic minerals is higher in loess than in paleosol, whilst the absolute content of high-coercivity antiferromagnetic minerals in paleosol is generally higher than that in loess accompanying increasing intensity of pedogenesis. The mass-specific magnetic susceptibility (χ) shows distinctly positive correlations with anhysteretic susceptibility (χ_ARM), Saturation Isothermal Remanent Magnetization (SIRM) and magnetic grain size dependent parameters (χ_ARM/SIRM and χ_ARM/χ), indicating that the pedogenic producing Single Domain (SD) and small PSD ferrimagnetic particles contribute significantly to the magnetic susceptibility enhancement.     

东秦岭地区黄土堆积的岩石磁学特征及磁化率增强机制探索

对东秦岭地区洛南盆地的上白川、刘湾和丹江上游的二龙山黄土剖面进行了岩石磁学研究。结果表明,大部分黄土和古土壤样品的磁性矿物以磁铁矿和磁赤铁矿为主,古土壤中亚铁磁性矿物的含量比黄土的多,极少数黄土样品以反铁磁性矿物为主。亚铁磁性矿物和反铁磁性矿物的含量随成土作用增强而增加,成土作用形成的细粒亚铁磁性矿物包括超顺磁性和单畴（似单畴）颗粒,但以单畴和（或）似单畴为主。古土壤磁化率增强与这些土壤成因的细粒亚铁磁性矿物含量有关,显示出受气候变化控制的特点。东秦岭地区黄土岩石磁学性质与黄土高原地区的相似,但也存在一定差异,而且三个剖面之间磁化率值整体差别较大。温湿的气候和复杂的山区地形可能是导致这种差异的原因。     

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。     

南京下蜀土的地球化学特征及其物源指示意义

风尘堆积的物源研究对于揭示物源区的环境演化状况、重建古风场强度和古大气环流格局等都具有重要的意义。目前长江下游地区下蜀土的物质来源问题仍然存在争议。为了解决这一争议问题,本文以南京泰山新村下蜀土剖面为研究对象,开展了系统的地球化学研究。通过对南京下蜀土的常量元素、微量元素、Nd同位素进行测试,并与黄土高原同期黄土进行对比分析,探讨其对长江下游下蜀土的物源指示意义。南京下蜀土与北方黄土具有相似的常、微量元素UCC标准化曲线和稀土元素球粒陨石标准化曲线,但是它的Zr、Hf含量较高,Tl、Pb含量较低,且具有较高的SiO2/Al2O3、TiO2/Al2O3、Nb/Ta和GdN/YbN,较低的SiO2/TiO2、Zr/Hf、Y/Ho、Lu/Hf和εNd(0)值,说明南京下蜀土的物质来源明显有别于黄土高原黄土。南京下蜀土与长江中游下蜀土在地球化学特征方面有较多的相似性,指示其物质来源与中游下蜀土的物质来源相似,主要来源于长江中下游地区的松散沉积物。     

黄土和古土壤中磁性矿物的粒度分布

磁化率是一种重要的环境替代性指标，对中国黄土中古土壤磁性增强已有不少讨论．本文对采自吉县、西峰和西宁的S₁和L₂的代表性样品进行了粒度分离，并测量了各个不同粒级的磁性参数，对所获得的结果就不同粒级的颗粒对磁化率的贡献、黄土和古土壤中磁性矿物颗粒的粒度和古土壤磁性增强的原因进行了初步的探讨，指出古土壤形成过程中并没有像一些学者所认为的那样，有大量超顺磁颗粒生成，它们对古土壤磁化率增大的作用有限。     

川西高原理县黄土磁学特征及其影响因素

川西高原河谷阶地和断陷盆地广泛分布厚层风成黄土-古土壤序列,目前对其磁学性质变化机制及古气候意义研究还很薄弱。文章对该区理县黄土-古土壤剖面进行了系统的岩石磁学研究,确定了其磁性矿物种类、含量和颗粒大小的特征及其变化规律。通过结合粒度、色度与地球化学参数,进一步探讨了理县黄土-古土壤磁性的主控因素。结果表明:1)理县剖面同时含有强磁性矿物(为磁铁矿和磁赤铁矿)以及弱磁性矿物(为赤铁矿和针铁矿);2)相对黄土层,古土壤层含有更高比例的亚铁磁性矿物;3)成土过程中生成的大量细小强磁性矿物颗粒,是古土壤层S1磁化率增加的主导因素,该模式与黄土高原相似;4)结合色度以及磁学性质,可以较为明确地区分成壤强度;(5)理县黄土剖面物源复杂,磁学特征受到沉积物来源、后期流水和气候的共同作用,利用单一磁学性质(比如磁化率)进行古气候研究会造成多解性。     

丰宁黄土-古土壤剖面常量元素地球化学特征

丰宁滦河上游的河谷地带有多处黄土堆积,由于该地区黄土分布零星、厚度较小,在以往的研究中却很少引起人们的关注,然而该地区黄土堆积是河北坝上地区环境演化和气候变化的重要地质记录.为了探讨该地区黄土的成因、物源以及化学风化强度,选取代表性的黄土-古土壤剖面77个样品进行了常量元素分析,并与已知典型风成堆积物的地球化学元素特征进行对比.结果表明:(1) 丰宁剖面的主要常量元素(SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃)之和以及UCC(Upper Continental Crust)标准化曲线均与典型风成堆积物具有较好的相似性, 表明丰宁黄土和古土壤为风成成因;(2) 丰宁黄土处于初等化学风化阶段,古土壤则进入了中等化学风化阶段.与典型风成堆积物相比,化学风化强度序列为:宣城风成红土＞＞西峰红黏土、镇江下蜀土＞丰宁古土壤、洛川古土壤＞洛川黄土＞丰宁黄土;(3) 常量元素迁移特征表明丰宁黄土和古土壤的化学风化已完成了早期去Na、Ca阶段,并进入到了中期去K阶段;(4) 丰宁黄土、古土壤的K₂O/Al₂O₃和Fe₂O₃/Al₂O₃比值与洛川黄土、洛川古土壤、镇江下蜀土、西峰红黏土较为接近,表明这些风成堆积物可能具有相似的源区.而TiO₂/Al₂O₃比值小于其他风成堆积物, 指示丰宁剖面具有其他物源.      

Anisotropy of magnetic susceptibility and magnetic properties of obsidians: volcanic implications

The anisotropy of magnetic susceptibility (AMS), hysteresis and thermomagnetic curves of two sets of obsidians with contrasting bulk compositions are reported in this work. The cooling and deformation history of one of those obsidians is perfectly known, as these specimens were produced in the laboratory using material from a basaltic lava flow. The other samples are occurrences of a more silicic composition and for which the AMS has been documented to have a close relationship with the distribution of microlites. The results of our measurements indicate that although the deformation and cooling histories of the lava might influence the exact composition of the ferromagnetic fraction, the relationship between the AMS and the deformation history does not seem to be altered. Furthermore, the results of this work indicate that the AMS can be associated to a population of ferromagnetic minerals of a submicroscopic size, despite of which it can be very well defined and yield large degrees of anisotropy. It is suggested that the AMS associated to such population of small grains might indeed be the origin of the AMS of other igneous rocks that have an optically observable fraction of mineral grains, although until present it had been overlooked in most instances. Use of tests designed to identify the contribution of a superparamagnetic fraction (SP) in the magnetic properties of a rock can help us to identify the presence of such a SP-related AMS in other cases.     

Particle size contributions to bulk magnetic susceptibility in Chinese loess and paleosol

The magnetic enhancement of paleosol is observed in the Chinese loess. The origin of this magnetic enhancement is still very uncertain. It is, however, a key problem in correctly understanding the paleoclimatic significance of changes of magnetic susceptibility and in transferring the magnetic signals to paleoclimatic parameters. Two main models have been proposed to explain the mechanism of magnetic enhancement in paleosols: a depositional model and a pedogenic model. Together with composition and concentration, grain size distribution of magnetic minerals also plays an important role to the magnetic enhancement of paleosols. Systematic susceptibility measurements were carried out on the samples of the upper part (S₀ to top of L₂) of three loess sections from Jixian, Xifeng, and Xining, along an east–west transect in the loess plateau, China. The samples with the highest value of magnetic susceptibility in S₁ and the lowest value in L₂ of each section were selected as the representatives. These representatives were separated into different grain size fractions based on Stokes’ law for coarse grains and by centrifuge for fine grains. Measurements of magnetic susceptibility and mass have been carried out on these fractions. Results show that for the loesses magnetic susceptibility changes little in the fractions with different grain size and for the paleosols it increases with decreasing grain size. The magnitude of changes is bigger in the east (Jixian and Xifeng) than that in the west (Xining). The fraction with the finest particle size in paleosols does not show very high magnetic susceptibility values. A new approach is used to estimate the contribution of each fraction to total magnetic susceptibility. The contribution comes mainly from coarse grains (>10 μm) for loess samples. It reaches about 90%. The main contribution comes, however, from the particles with medium size (10–0.2 μm). The very fine grained particle (<0.3 μm), which is considered to be with the pedogenic origin, contributes little to the bulk magnetic susceptibility, no more than 3% because of their very little amount. This approach provides a sounder basis for the study of the origin of the magnetic susceptibility enhancement in paleosols and of the paleoclimatic significance of magnetic susceptibility of loess and paleosols.