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.     

华北盆地南缘早古生代岩石的重磁化——Ⅱ.岩石磁学结果

华北盆地南缘早古生代岩石系统的岩石磁学研究表明,其岩石中的磁性矿物组合相当复杂,重磁化时代可分为晚二叠/早三叠世和早、晚白垩世2个大的阶段.焦作剖面具有原生剩磁和次生剩磁岩石共生的特征,以及细致的岩石磁学分析表明,未重磁化和重磁化岩石两者间磁铁矿颗粒度大小存在明显区别,这暗示了热粘滞剩磁是重磁化的重要原因之一,而济源和登封剖面不仅岩石遭受完全的重磁化,而且广泛发育早白垩时期形成的磁黄铁矿,磁黄铁矿形成则暗示着造山热液的渗透作用.     

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.     

湖泊沉积物中胶黄铁矿的鉴出及其磁学意义

对青藏高原东部若尔盖盆地钻孔获取的湖泊沉积物进行了详细的岩石磁学调查及矿物学鉴定, 发现大量胶黄铁矿存在, 并认定其为主要的磁载体. 该矿物颗粒细小, 粒度均匀, 可能为生物化学成因. 与大量文献报道的相反, 在长期暴露于空气后, 样品中的胶黄铁矿仍未被氧化. 这可能与钻孔内该矿物被硅质胶结物包裹有关. 研究结果初步揭示了湖泊沉积物磁学研究的复杂性, 同时也为环境磁学机理的研究提供了新的线索.     

塔里木大火成岩省柯坪地区早二叠世玄武岩岩石磁学性质研究

石炭-二叠纪时期被认为是全球构造运动机制由古到新的转换期.在这一时期内,塔里木板块内部经历了大规模的岩浆活动,构成了我国境内又一个大火成岩省.综合研究塔里木大火成岩省早二叠世玄武岩中磁性矿物组合类型、特征和粒径,可为进一步明确其快速形成过程提供必要的岩石磁学依据.本文对采自柯坪地区库普库兹满和开派兹雷克组样品进行了系统的岩石磁实验,包括饱和等温剩磁获得曲线、三轴等温剩磁系统热退磁实验、k-T曲线、磁滞回线和一阶反转曲线等.实验结果表明,库普库兹满组和开派兹雷克组样品中以钛磁铁矿和磁铁矿等低矫顽力磁性矿物为主,磁性矿物磁畴类型为SD、PSD与MD颗粒混合.本文结果还显示开派兹雷克组与库普库兹满组样品适宜开展进一步的古强度研究.     

西北太平洋采薇海山表层沉积的岩石磁学特征及其对深海环境过程的指示

采薇海山位于西北太平洋麦哲伦海山区,是由中国发现、命名并负责资源勘探的重点调查区之一.本文利用大洋27航次在采薇海山北坡MABC-05站获得的箱式沉积物样品,开展了详细的岩石磁学研究.结果显示表层沉积物中的磁性矿物以颗粒较细的、矫顽力较低的磁铁矿为主;利用对数正态分布函数可以区分三个具有不同矫顽力值的磁性颗粒组分,并发现磁性颗粒的矫顽力值变化可以有效指示沉积物埋藏后的早期成岩特征.在参考现代物理海洋过程的基础上,我们推测南极底层水团的演化和太阳辐射的变化可能共同影响了采薇海山区海洋底层环境过程.这一结果为探讨南极气候状况对北太平洋的可能影响,评估海洋上层与底层的相互作用等重要科学问题提供了新途径.

     

Rock magnetic properties of Nihewan sediments at Xujiayao

Rock magnetic measurements of Nihewan sediments from Xujiayao section demonstrate that magnetite, hematite and maghemite are dominant remanent magnetization carriers. Monitoring the variations of magnetic susceptibility (MS) and saturating isothermal remanent magnetization (SIRM) at low temperature are the attractive ways of detecting the presence of magnetite, maghemitization and superparamagnetic grain sizes. Low-temperature MS investigations suggest that susceptibility enhancement for Xujiayao samples is mainly due to the remarkable presence of SD/MD magnetite to some degree though some magnetite grains have been partially oxidized at some depths. It is tentatively concluded that both SD/MD magnetite and hematite are of detrital origin and carry a characteristic remanent magnetization (ChRM), whereas maghemite can be attributed to be chemical origin, overprinting a reversed polarity component of Matuyama age.     

渤海南部莱州湾Lz908孔沉积物的岩石磁学性质

亚洲大陆边缘海和陆表海在区域的物质和能量交换以及区域气候与环境演化过程中扮演了关键角色.磁性地层学和环境磁学方法是建立年代框架和环境演变序列的有效手段,但是,由于该地区边缘海和陆表海沉积物中磁性矿物来源十分复杂,磁性地层学和环境磁学研究的重要基础是要精细地解译沉积物的岩石磁学性质.为此,本文利用渤海南部莱州湾Lz908孔与钻孔附近的现代沉积物样品进行了详细的岩石磁学对比研究.结果显示,渤海南部沉积物中的磁性矿物主要是较粗颗粒(较大的准单畴至多畴)磁铁矿,还有少量磁赤铁矿,部分沉积物还含有赤铁矿和针铁矿,其中磁铁矿是特征剩磁的主要载体;莱州湾现代河流-海洋沉积物和钻孔样品之间的磁性特征无显著差异,说明莱州湾沉积物堆积之后尚未经历明显的沉积后期改造.     

Paleomagnetic dating of the Cenjiawan Paleolithic site in the Nihewan Basin, northern China

It draws much attention of scientists how early hu- mans occupy and adapt to the rigorous climate and environment at high northern latitudes in East Asia after they stepped out of Africa, passed West Asia and finally arrived in East Asia[1-4]. Reliable age determi- nations of Paleolithic sites from northeastern Asia not only help to find out the earliest occupation of early humans in this region, but also relate to the founda- tion of the overall framework of human origin and migration[1-8]…     

华北泥河湾盆地铺路哺乳动物群的磁性地层学定年

华北泥河湾盆地的晚新生代河湖相沉积地层, 产出了十分丰富的旧石器和哺乳动物化石, 记录了早期人类活动以及晚上新世以来哺乳动物群的演化过程.作为广义泥河湾动物群之一, 铺路动物群化石点位于盆地内的壶流河东侧, 含有晚上新世及早更新世哺乳动物化石.本文结合生物地层学和岩石地层学, 对含铺路哺乳动物化石的河湖相沉积物, 进行详细的岩石磁学及高分辨率的磁性地层学研究, 旨在对铺路哺乳动物群进行精确定年.结果表明, 铺路剖面河湖相沉积物的磁性矿物主要为磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿, 平均粒度以准单畴为主.铺路剖面河湖相沉积物记录了布容正极性时(Brunhes normal chron)早期、松山负极性时(Matuyama reverse chron)、高斯正极性时(Gauss normal chron)和吉尔伯特负极性时(Gilbert reverse chron)晚期, 铺路动物群产出在留尼旺(Réunion)地磁漂移之前, 凯纳(Kaena)负极性亚时之后, 年代约为3.0~2.2 Ma.本研究结果将广义泥河湾动物群的年代下限延至约3.0 Ma.此外, 结合泥河湾盆地古气候学及古环境学研究结果, 表明在上新世与更新世过渡期间, 泥河湾动物群的演化受气候环境变化的影响, 更适应干旱寒冷的生存环境.

     

Pleistocene magnetochronology of the fauna and Paleolithic sites in the Nihewan Basin: Significance for environmental and hominin evolution in North China

The fluvio-lacustrine sequences in the Nihewan Basin of North China (known as the Nihewan Formation) are rich sources of Early Pleistocene Paleolithic sites and mammalian fossils (known as the Nihewan Fauna sensu lato), which offer an excellent opportunity to investigate the evolution of early humans and land mammals in East Asia. Also abundant mammalian fossils provide clues about the general environmental and climatic setting of early humans. Among the Nihewan Fauna (sensu lato), the Daodi Fauna is one of the most complete and oldest in the eastern Nihewan Basin: seven mammalian fossil-bearing layers in the Nihewan Formation have been described. Except for a biostratigraphy, however, precise age control on the Daodi Fauna has remained unavailable. Here we report a new magnetostratigraphic record that stringently constrains its age. The seven fossil-rich layers span an age range of ca 2.5–1.8 Ma between the Gauss–Matuyama boundary and the termination of the Olduvai polarity subchron. Combining our new and recently published paleomagnetic data, we further establish a Pleistocene magnetochronology of the fauna and Paleolithic sites in the Nihewan Basin. Age ranges of about 2.5–0.5 Ma for the faunas and 1.7–0.3 Ma for the Paleolithic sites are deduced, which span most of the Pleistocene. The chronological framework and calculated proportions of mammals that were adapted to different environments indicate that mixed settings of dominant grasslands and subordinate forests continued at least from 2.5 to 0.5 Ma for early human occupation in the basin, similar to the mixed open savannah and woodland habitats of early humans in Africa. The Nihewan hominins consistently adopted a simple Oldowan-like technology (i.e., Mode 1 core and flake technologies) from at least ca 1.7 to 0.3 Ma. A more advanced Acheulean technology (Mode 2) has not been found in the Nihewan Basin, although it started to emerge in the Bose Basin of South China at ca 0.8 Ma. This implies that multiple groups of hominins distinguished by differential stone-tool-making capabilities may have coexisted in China after 0.8 Ma.     

澳大利亚悉尼Long Reef Beach中新世古土壤岩石磁学特征及环境意义

本文对发育在澳大利亚悉尼附近的Long Reef Beach中新世古土壤剖面进行了系统的岩石磁学研究,测量了磁化率、饱和磁化强度、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁等常温磁学参数和磁滞回线,并对所有样品进行了热磁分析.实验结果表明:全新世软土层主要磁性矿物为MD颗粒磁铁矿,磁性矿物含量与黄土高原黄土层相当.中新世老成土层随地层深度增加主要磁性矿物由磁铁矿转变为磁赤铁矿,随着磁铁矿向磁赤铁矿的转化,开始出现赤铁矿;磁性矿物粒径分布较广,以PSD颗粒为主,其次为SD颗粒,同时含有少量MD颗粒;磁性矿物含量高于黄土高原强发育古土壤层.中新世红土矿层主要磁性矿物为赤铁矿,同时含有少量磁赤铁矿和针铁矿,属于铁的富集层,赤铁矿以SD颗粒为主,含少量PSD和MD颗粒.Long Reef Beach中新世古土壤形成时期,对应着一种全球性高温多雨气候,地表化学风化作用十分强烈.丰富的降水,导致中新世老成土层发生淋溶作用,磁铁矿在向下淋溶迁移过程中逐渐氧化为磁赤铁矿和赤铁矿,铁氧化物最终在红土矿层淀积,磁赤铁矿经高温压实作用再结晶转化为赤铁矿.磁性矿物转化过程可概括为磁铁矿—磁赤铁矿化的磁铁矿—磁赤铁矿—赤铁矿,其中部分磁赤铁矿具有热稳定性,在空气(氩气)环境中加热到700℃未发生转化.     

塔里木盆地南缘8.5 ka以来的黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制

黄土岩石磁学参数是古气候研究中的重要指标,其中磁化率应用最为广泛,并在黄土高原地区取得重大进展,其受控于成壤作用的变化机制也被普遍接受.然而在黄土高原外缘的新疆地区,磁化率的变化机制仍不明确,导致磁化率的古气候意义在该区存在较大争议.本文选取塔里木盆地南缘具有精确年代控制的典型黄土剖面（羊场剖面）开展岩石磁学和高分辨率磁化率研究,利用交叉小波分析方法并结合剖面粒度、矿物及元素特征对该地区磁化率变化机制进行初步探讨.结果显示,羊场剖面的岩石磁学性质主要由粗颗粒软磁性矿物所控制,同时也表现出一定的顺磁性特征.根据载磁矿物和磁化率变化特征可将剖面进一步划分为两个阶段：阶段Ⅰ（8.5~2.5 ka）,载磁矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主,磁化率值整体较高;阶段Ⅱ（2.5~0.2 ka）,亚铁磁性矿物依然占据主导地位,但硬磁性矿物和以黄铁矿为代表的顺磁性矿物相对增多,磁化率值显著降低.相关性研究和交叉小波分析表明：阶段Ⅰ磁化率与粗颗粒组分的变化具有一致性,符合"风速论"模式;阶段Ⅱ磁化率不仅与粗颗粒组分具有明显的正相关关系,而且与指示成壤作用强度的频率磁化率百分含量呈现出显著的负相关关系,暗示了阶段Ⅱ的磁化率变化可能受到"风速论"和"还原性成壤"模式的共同影响.本文拓宽了对新疆地区黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制的深入理解,也为利用磁化率恢复新疆及中亚地区全新世以来的古气候变化历史提供了新的线索.     

福州盆地全新世沉积物的磁学性质及其对环境变化的响应

福州盆地位于海陆过渡地带,在海陆变迁过程中,沉积物记录了高分辨率的环境信息,是揭示沉积特征对环境变化响应过程及模式的理想区域.本文选择位于福州盆地的FZ5钻孔进行岩石磁学、环境磁学和古地磁学方面的研究,以期阐明该区域沉积物磁学性质对陆源碎屑输入、海平面变化和成岩作用的响应.岩石磁学结果表明钻孔沉积物以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主体,但是在不同的环境变化阶段,磁性矿物的类型有较大变化.在9~3 cal. ka BP的海侵过程中,沉积物中以磁铁矿为主体,存在菱铁矿和铁硫化物等还原性矿物.硫化作用使细粒磁铁矿溶解形成胶黄铁矿和黄铁矿,其峰面随碎屑磁性矿物的浓度变化而迁移.但硫化作用没有完全消除磁铁矿携带的特征剩磁和陆源碎屑输入量以及海平面升降对该阶段沉积物磁性的控制.在~3 cal. ka BP以来随着海平面下降、沉积环境向陆相氧化环境转化,虽然早期还原作用仍然存在,但后期氧化作用使磁性矿物向高矫顽力的赤铁矿等矿物转变,氧化作用基本扰乱了磁铁矿携带的剩磁.沉积及其后期成岩作用过程中,发生在约~8.2、~7.7、~7.5、~2.7、~1.5、~0.5 cal. ka BP六次强烈的古氧化界面反映了福州盆地当时异常干旱或湿热的气候事件.     

甘肃陇中盆地会宁关公滩剖面磁性地层年代学研究

本文对陇中盆地会宁含小哺乳动物化石的关公滩剖面河湖相沉积序列进行了详细的岩石磁学和磁性地层学研究,磁化率各向异性结果表明关公滩剖面沉积物记录了典型的原生沉积组构,沉积物沉积以后几乎没有受到后期的扰动.最大磁化率主轴方向与现今的古水流流向基本一致,表明区域西高东低的地貌至少在中更新世早期已经形成.磁滞回线、等温剩磁获得曲线的矫顽力谱分析、三轴等温剩磁退磁曲线等岩石磁学结果显示：关公滩剖面河湖相沉积物的磁性矿物有磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿,其中磁铁矿和赤铁矿是主要的剩磁载体,但其特征剩磁载体以赤铁矿为主.系统退磁结果显示,在大部分样品中,磁铁矿和赤铁矿均记录了几乎相同的特征剩磁的方向,整个剖面呈现单一的正极性.另外,关公滩剖面底部河湖相沉积物中产出丰富的小哺乳动物牙齿化石,经初步研究包括复齿鼠兔（Ochotonoides complicidens）、丁氏鼢鼠（Myospalax tingi）、方氏鼢鼠（Myospalax fontanieri）、变异仓鼠（Cricetinus varians）、大林姬鼠（Cricetinus varians）、复齿旱獭（Marmota complicidens）等六个种类,其中丁氏鼢鼠和复齿鼠兔是相对原始的种类,其时代跨越早更新世至中更新世早期,其他都是我国北方中、晚更新世常见的种类,该小哺乳动物化石组合性质表明其时代很可能为中更新世早期.因此,综合磁性地层学和小哺乳动物生物年代学结果,关公滩剖面记录了布容正极性时的沉积,剖面底部堆积及其哺乳动物群的时代应为中更新世早期.