黄土高原与伊犁黄土磁学特征对比及启示

近30年来世界黄土磁学性质及其古气候意义研究取得了重大进展,并提出了“成壤说”和“风速论”两种主要的磁化率增强模式.由于两种模式是针对特定地区黄土地层的磁学性质变化规律提出的,其应用范围有限,然而模型描述的影响磁化率的增强因素是否可能普遍适用于黄土地层?近些年来的研究结果倾向于肯定这种假设.本研究选取黄土高原和伊犁地区黄土进行磁学分析进一步探讨这个假设存在的可能性.磁化率测量结果发现伊犁地区的古土壤/黄土层与xlf曲线的峰/谷对应关系不明确,且分布范围和平均值的差别小,区别于黄土高原.岩石磁学分析结果表明黄土高原和伊犁地区黄土/古土壤地层的磁学性质受磁铁矿(和磁赤铁矿)控制,细粒磁性矿物和低矫顽力矿物对地层总体磁性的贡献与成壤强度呈正相关关系;区别在于黄土高原黄土的磁性矿物含量与地层成壤强度呈现良好正相关关系,伊犁黄土中磁性矿物含量与成壤强度无明确相关关系,且总体高于黄土高原黄土.后者的细粒磁性矿物和低矫顽力矿物百分比含量显著高于伊犁黄土.研究结果表明两种磁化率增强因素在黄土中是普遍存在的,在不同环境下两种因素对磁化率的贡献不同,因此磁化率在不同的环境下具有不同的环境指示意义,磁化率作为降水量的代用指标并不适用于所有黄土剖面.相比较而言,反映细粒磁性矿物和低矫顽力矿物百分比含量的磁学参数以及反映粗粒磁性矿物含量的磁学参数更适合于古气候研究.     

断裂岩岩石磁学研究进展

断裂岩的岩石磁学研究可以揭示地震断裂作用的物理和化学环境,对于探讨地震断裂作用机制具有重要作用。本文在断裂岩岩石磁学最新文献的基础上,结合笔者及所在研究团队在龙门山断裂带获得的研究成果,综述了断裂岩的岩石磁学研究进展。大量研究发现断层泥和假玄武玻璃通常具有磁化率值或剩磁强度异常特征。顺磁性矿物在摩擦热或流体作用下形成新的铁磁性矿物是断层泥和假玄武玻璃高磁化率值或高剩磁强度的主要原因;地震断裂摩擦熔融作用中形成的单质铁是假玄武玻璃中高磁化率值或高剩磁强度异常的另一个重要原因。蠕滑断裂和出露于浅地表的断裂带中可见一些具有低磁化率值异常的断层泥,原因可能是流体作用或断裂带未经历高温摩擦热。断裂岩的岩石磁学研究为地震断裂带的应力应变、形成温度、摩擦热效应、流体作用、形成深度和氧化还原特征等提供了重要信息,可用于分析地震断裂的孕震和发震环境。综合岩石磁学测试和微米至纳米尺度的超显微学研究,并辅助地震断裂岩的摩擦实验、高温热模拟实验等研究可以更好地获得断裂岩的岩石磁学信息。     

中国黄土高原红粘土环境磁学研究进展

黄土高原地区的红粘土沉积序列蕴含着晚新生代气候变化和高原隆升的信息.最近的研究表明,红粘土与上覆的黄土-古土壤序列具有相似的磁学性质,用环境磁学的方法可以成功地提取红粘土中的古环境、古气候信息.文章评述了近年来红粘土环境磁学研究所取得的一系列进展,对黄土高原红粘土的磁学性质、磁学参数的古环境意义以及红粘土磁化率所记录的米兰科维奇气候周期和东亚夏季风的演化历史等问题进行了回顾和讨论.     

中国东部表层土壤磁化率特征及其指示意义

磁化率是环境磁学研究中较常用、较易获得的指标之一,但其解释和意义又最为复杂.对采自中国东部从北到南涵盖中国主要气候带的风化-成壤成因的79个表层土壤样品进行高、低频磁化率和非磁滞剩磁测试并分析其与降水量、年均温等气候参数的关系.结果表明:(1)发育于不同类型母岩的风化-成壤成因表层土壤磁学性质之间存在显著差异,各磁化率参数与气候条件参数之间的关系大不一样,在大空间尺度进行磁学与气候条件的关系研究时,必须充分考虑地质背景与母岩类型的差异.(2)发育于花岗岩的表层土壤非磁滞剩磁磁化率与年降水量和年均温间呈显著负相关关系;而发育于玄武岩的表层土壤非磁滞剩磁磁化率与年降水量呈显著正相关关系.被广泛认可的黄土-古土壤序列磁化率与成壤的关系不一定适用于大空间尺度的其他气候区域.(3)在风化-成壤过程中,磁性颗粒有变细的趋势,但降水强度增大时,一些超细颗粒较易被搬运离开原地,单一磁学参数结果难以反映气候条件及环境变化.(4)风化-成壤成因表层土壤非磁滞剩磁磁化率能较好地反映风化成因土壤的风化程度,但风化-成壤表层土壤磁学性质变化的机制特别是对相应土壤剖面的磁性矿物迁移转化有待深入研究.      

黄土高原及相邻地区表土磁化率与降水量的关系

在黄土高原阿拉善高原区域沿年均降水量线最大梯度方向采集了61个表土样品, 分析了其磁化率、粒度和有机碳含量等环境变化替代性指标的变化特征. 结果表明: 在母质类型多样和地貌特征差异较大的该广阔区域, 频率磁化率与降水有良好的相关性, 而常用的磁化率不能用作反映降水量变化的理想指标, 与以往土壤磁学研究存在一定差异. 研究结果指示, 在干旱地区应用磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

环境磁学及其在西北干旱区环境研究中的问题

环境磁学是一门新兴交叉学科,它介于磁学、地学和环境科学之间,主要利用矿物和岩石磁学技术,研究环境中磁性颗粒的风化、剥蚀、搬运、沉积和转化受环境变化影响的过程,为全球环境变化和气候过程研究提供代用指标,环境磁学技术在各种环境研究中得到了广泛应用。文中在简要介绍环境磁学原理和方法的基础上,就目前环境磁学在土壤、黄土、沉积物和大气尘埃等方面研究状况进行了阶段性总结。环境磁学参数在干旱和半干旱地区黄土气候和环境记录重建研究中取得了重大进展,但仍存在较大争议。黄土地层中经常使用的磁化率其粉尘贡献到底有多大?磁学参数在季风区和西风区表现迥异,原因何在?不同粉尘源区的环境磁学参数是否存在较大差异?哪些磁学参数适用于干旱区气候与环境重建?这些问题既是国际学术界亟待解决的重大科学问题,也是环境磁学应用在干旱半干旱区环境研究中所面临的主要问题。深入研究提供黄土物质的干旱半干旱地区现代环境磁学过程或许对解决上述问题具有重要的启示意义。     

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。     

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.     

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.     

地磁学、古地磁学和环境磁学的研究新进展——第32届国际地质大会学科总结和评述

第32届国际地质大会接受关于地磁学、古地磁学、环境磁学方面的摘要120余篇,主要内容涉及：（1）古地磁学在古大陆再造中的应用;（2）地磁场倒转和长期变的理论、观测和应用以及磁性地层学;（3）磁化率测量在地层划分和对比中的应用;（4）气候变化的环境磁学证据;（5）环境污染监测的环境磁学方法等研究领域。此外,磁法勘探也有很好的成果展出。基于物质磁学和地磁学的方法技术在日益广阔的地学研究领域中有很好的应用前景。     

油藏储层的岩石磁学描述

油气田勘探中已取得了海量的岩屑,其所蕴含的地质信息有待再利用.岩石磁学在辽河油田储层描述中的应用已取得了成果.在辽河油田曙光潜山,对3口油井的岩屑磁性进行了研究,发现碳酸盐岩储层中含油层位具有较低的磁化率特征,通过井间的磁化率曲线可以较精细地进行地层岩性层位的划分与对比.在辽河油田大民屯凹陷静西陡坡带,沙河街组储层碎屑岩磁化率与总孔隙度、有效孔隙度、泥质含量间具有相关关系;重砂矿物分析表明,在强水动力条件下形成的沉积岩以碎屑岩为主,具有较高的磁化率,其储层性质较好;弱水动力环境下形成的泥质岩磁化率较低,储层性质较差.8口井1009件岩屑磁性数据对该区进行了剖面的、平面的储层性质的岩石磁学描述.两个地区的例子说明,岩石磁学在油藏储层描述中具有极大的潜力.     

汶川地震断裂带多次地震活动新证据

虹口乡八角庙出露完整的映秀—北川断裂带剖面断层岩,高分辨率磁化率测试揭示出多个具有高磁化率特征的断层岩带。系统的岩石磁学分析证明一层褐色断层岩相对围岩具有最大的磁化率值,存在新生成的磁铁矿和拥有相似的天然剩磁(NRM)和非磁滞剩磁(ARM)强度衰减过程。高磁化率特征是含铁顺磁性矿物受到断层滑移过程产生摩擦生热作用生成磁铁矿所致。同时断层岩还获得了热剩磁,记录了地震活动磁学信息。结合汶川地震科学钻探项目1号孔(WFSD-1)磁化率和岩石磁学研究结果,说明映秀—北川断裂带包含多层具有高磁化率特征的断层岩,暗示了多次强震的发生。具有高磁化率特征的断层岩可以作为判定地震活动的标志之一。     

花岗岩上发育的亚热带红土岩石磁学特征

本文对发育于花岗岩上的两个亚热带红土剖面进行了系统的岩石磁学研究,测试了磁化率、频率磁化率、等温剩磁、非磁滞剩磁、磁滞回线等常温磁学参数,选取代表性样品进行了高低温岩石磁学分析,拟探讨亚热带红土磁性矿物的特征及湿热环境下土壤中磁性矿物的转化规律。实验结果表明:亚热带红土的强磁性矿物为磁铁矿、磁赤铁矿;弱磁性矿物为赤铁矿和针铁矿,滞水土层中含有纤铁矿。花岗岩具有较强的磁性,在其上发育的红土也因此具有较强的磁性。花岗岩中的亚铁磁性矿物的磁畴以多畴占主导地位,随着风化强度的增强,逐渐形成较细粒的超顺磁与单畴磁性矿物。亚热带红土中的磁赤铁矿与位于半干旱区黄土高原成土作用形成的磁赤铁矿存在着磁学性质上的差异,表现为具有更高的居里点(约600℃和640℃),可能说明亚热带红土中的磁赤铁矿粒径更粗。两个剖面在磁学性质上存在着明显的差异,泉州剖面磁性矿物以磁铁矿为主,磁化率最高可达1823×10~(-8)m~3/kg,平均值为1033.1×10~(-8)m~3/kg,具有较低的剩磁矫顽力;福州剖面磁性矿物以磁铁矿和部分热稳定磁赤铁矿为主,磁化率最高为385.73×10~(-8)m~3/kg,平均值为91.5×10~(-8)m~3/kg。基于磁学参数分析,认为母质与后期成土作用共同造成了两个剖面的磁学性质差异,但后者起主导作用。磁化率在两个剖面中,均随着深度减小而减小,与温带地区表层土磁化率增强有很大区别。湿热环境条件下,强磁性矿物溶解或转化为弱磁性矿物的程度主导剖面磁化率变化。     

马兰黄土和离石黄土的磁学性质

中国黄土-古土壤系列的磁学性质,如磁化率等被广泛用于古气候和古环境研究,这必须建立在对黄土-古土壤的剩磁的性质和获得剩磁的机制以及古土壤磁性增强的原因有深入了解的基础之上。作者通过对洛川和吉县剖面马兰黄土和离石黄土的磁学性质的深入研究,对黄土与古土壤磁学性质差异的各种表现,对它们剩磁的性质,对古土壤磁性增强的原因以及磁性变化对古气候、古环境研究的意义进行了讨论,并对利用某些磁学性质建立的黄土-古土壤形成的时间模式提出了质疑。     

磁学方法及其在环境污染研究中的应用

针对日益突出的环境问题,磁学方法依靠自身便捷、经济等一系列优势在环境污染研究方面得到了广泛的应用.文章总结了环境研究中磁性矿物的特征和鉴别方法及主要的环境磁学参数,回顾了磁学方法在地表沉积物污染、水环境污染和大气环境污染方面的应用进展.并指出增进对磁性物质与污染源关系、污染物磁性形成机理的理解,加强从单纯的磁化率测量到多磁性参数的综合运用以及与矿物学、地球化学等方法的结合来查明污染物质的多源性、记录环境信息在时空尺度上的不确定性和不同环境对污染物承载能力的差异性,是提高磁学方法在环境污染研究领域应用效果的关键,有利于使环境污染监测和评价由定性研究向定量化研究发展.     

中国第四纪黄土环境磁学研究进展

中国黄土分布广泛、沉积连续性好,是进行磁性地层研究和重建古环境、恢复古气候的理想材料。中国黄土高原黄土—古土壤序列的环境岩石磁学性质详细地记录了2.5 Ma BP以来古气候和古环境变化的信息,尤其是黄土和古土壤的磁化率作为很好的气候代用指标已得到广泛应用。古土壤磁化率增强成因机制一直在争论中,其中,与气候变化关系密切的成壤作用对古土壤磁化率增强起主导作用的观点已被普遍接受,目前利用不同方法建立了磁化率气候转换函数,从而使重建古降水量和古温度成为可能。     

中国南方红土环境磁学

第四纪红土是中国南方古环境演化与气候变迁的最佳载体之一,记录了南方的古地理、古气候环境变迁信息.典型红土剖面由现代红壤层、均质层、网纹层、砾石层或基岩层组成,均质红土磁化率值多在80×10-8～250×10-8 m3/kg,网纹红土磁化率约低一个数量级.红土的磁化率-温度(χ-T)曲线、等温剩磁获得曲线、XRD和TEM分析认为,成土过程产生的细粒磁性矿物(包括磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿)是红土磁性的主要载体.对红土的岩石磁学和矿物学综合分析认为,红土磁性矿物的含量、粒度、类型等可能指示其形成时期的某种环境变化,红土磁性是南方第四纪环境变迁研究的重要手段,但由于红土的物源以及受后期化学风化改造的复杂性,红土的环境磁学研究需要新的思路和方法.     

临夏盆地黑林顶剖面沉积物在8.6 Ma前后岩石磁学特征及其意义

通过对临夏盆地黑林顶剖面晚新生代沉积物的岩石磁学研究, 揭示在11.8~8.6 Ma 磁化率波动较小, 基本保持相对稳定的低值(0.58~6.9/10-8 m3kg-1); 从8.6 Ma 开始受软磁性矿物控制明显持续增加(0.75~10.6/10-8 m3kg-1)。通过沉积物磁学性质与环境变化之间的模式分析, 结合盆地周围构造条件研究, 认为物源的变化可能是造成黑林顶剖面磁化率增强的主要原因。     

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。     

运用磁化率各向异性方法来确定沉积动力方向综述

从磁化率各向异性特征被发现以来,众多学者开始越来越多的运用这种方法来研究地质问题,特别是在构造地质学、沉积学以及第四纪环境等方面得到广泛应用,本文集中总结阐述运用磁化率各项异性的方法来恢复沉积物沉积时的沉积动力最新研究成果、存在的争议问题及新的研究方向,此外在研究沉积动力之前确定载磁矿物也是至关重要,确定磁性矿物的种类和粒径是岩石磁学研究的基础,因为不同的磁性矿物具有不同的意义的磁化率各项异性特征。