岩石的磁学性质

岩石磁学是古地磁学和环境磁学的基础，正确认识岩石的磁学性质对获得可靠的古地磁学和环境磁学记录是至关重要的，本文较详细综述了自然界学了性矿物的晶体化学结构，主要磁学性质以及鉴定特征，并讨论了它们的磁学性质在古地磁学和环境磁学研究中的意义。     

拉萨地块中二叠统洛巴堆组岩石磁学及其地质意义

拉萨地块是研究班公湖—怒江特提斯洋和雅鲁藏布江特提斯洋演化过程的关键,但印度—亚洲大陆的碰撞可能导致拉萨地块遭受不同程度的重磁化影响,为寻找理想地层进行古地磁研究,本文对拉萨地块中二叠世洛巴堆组砂岩、火山岩及灰岩样品进行详细的岩石磁学研究,以确定各类岩石是否具备记录原生剩磁信息的能力．结果表明砂岩样品中主要载磁矿物为磁黄铁矿,火山岩及灰岩样品中主要为磁铁矿或赤铁矿．结合区域地质资料和部分样品退磁实验,本文认为砂岩样品可能遭受林子宗群火山和岩浆活动所提供的区域热扰动影响,记录了古近系重磁化信息;火山岩和灰岩样品可能记录了岩石形成时期的原生剩磁信息,有望从中获得可靠古地磁数据．     

黄土沉积物的岩石磁学特征 与土壤化作用的关系

对黄土高原由北向南分布的靖边、宜川和段家坡3个采样点上,黄土-古土壤序列黄土层L8和古土壤层S8详细的岩石磁学实验表明1)从北到南,高场磁化率逐渐增高,反映了粘土矿物含量增加,土壤化作用加强的趋势;2)3个采样点黄土层的低场磁化率基本相同,而古土壤层S8的低场磁化率则表现为宜川高于靖边,而段家坡剖面磁化率低于宜川剖面磁化率的特征,表明低场磁化率值的大小与土壤化作用、古降雨量之间的关系是很复杂的;3)随着磁化率的升高,超顺磁性颗粒的含量明显增加,但磁性矿物含量的增加对磁化率增强的影响可能大于磁性矿物粒度变化的影响;4)3个剖面黄土层L8的磁化率-温度曲线形状基本相同,磁赤铁矿相对含量与土壤化作用成正相关.对古土壤层S8而言,段家坡剖面的温度磁化率曲线稍微不同于其他两个采样点,可能是由于磁性矿物粒度的差异造成的.     

甘肃西山坪遗址岩石磁学性质及其研究意义探讨

对甘肃西山坪遗址剖面样品进行磁化率、频率磁化率、热磁分析、非磁滞剩磁和等温剩磁等一系列岩石磁学实验测试,分析环境磁学参数特征变化,试图探讨西山坪遗址研究意义,为今后深入研究该沉积序列蕴含的古环境记录提供了岩石磁学基础.结果表明：西山坪遗址剖面沉积物中磁性矿物主要以低矫顽力的磁铁矿和磁赤铁矿为主,高矫顽力磁性矿物赤铁矿含量极其有限,越向剖面表层,强磁性矿物含量逐渐增加.磁性矿物颗粒表现出黄土的典型特征,以单畴、准单畴为主,含有一定量的超顺磁颗粒,颗粒度越向剖面表层越细.从物源上看,遗址沉积物主要来自近源的黄土风尘堆积,主要是风成堆积,并混合大量人类活动信息,给今后综合研究岩石磁学与人类活动特征的关系有一定借鉴意义.     

吐鲁番山间盆地早白垩世岩石的磁组构和古地磁新结果

为进一步认识天山褶皱带及其南北两侧块体在印度板块和欧亚大陆始新世碰撞前的古构造格局, 揭示该地区在印度/欧亚大陆碰撞后的总的运动学特征, 我们在中国西部的吐鲁番山间盆地内开展了系统的白垩纪古地磁研究. 经系统热退磁, 绝大多数样品可分离出一具双极性特征的高温剩磁分量. 热退磁特征和岩石磁学结果表明这一高温特征分量主要为赤铁矿所携带. 正的褶皱和倒转检验结果表明此高温特征分量为成岩时或稍后获得的原生剩磁. 与中国西部各块体上所获得的白垩纪古地磁结果相类似, 吐鲁番山间盆地的早白垩世古地磁结果相对于稳定的欧亚大陆之间仍存在一定的倾角偏差. 但磁组构研究表明吐鲁番盆地早白垩世胜金口组砂岩不仅具有较弱的磁化率各向异性度, 且磁化率各向异性度与高温特征剩磁倾角之间几乎没有相关性. 由吐鲁番盆地早白垩世古地磁极与塔里木和准噶尔地块的结果及稳定欧亚大陆的古地磁视极移曲线相对比, 发现吐鲁番山间盆地在新生代印度板块的碰撞和持续挤压下相对于其南侧的塔里木地块未发生明显的构造运动; 但相对于其北侧的准噶尔地块和欧亚大陆之间可能存在明显的南北向构造缩短.     

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.     

珠江三角洲沉积物的岩石磁学性质及其环境意义

选取珠江三角洲区域位于广州番禺的PD钻孔进行沉积物岩石磁学和环境磁学记录的研究. 岩石磁学实验表明钻孔大部分沉积物以低矫顽力的磁铁矿类矿物为主要控磁矿物, 但仍存在少量铁硫化物. 在有机质丰富的灰黑色黏土沉积中, 铁硫化物含量增加, 成为影响沉积物磁性特征的主要矿物, 标志着海退后富含有机质而缺氧的沼泽环境. 以赤铁矿和针铁矿类矿物为主要控磁矿物的花斑黏土, 表明了一个较长时期的暴露风化过程, 代表着沉积间断. 在以磁铁矿类矿物作为主要载磁矿物的沉积物中, 磁铁矿浓度及粒度的变化主导磁化率(κ)、饱和等温剩磁(SIRM)等环境磁学参数的变化, SIRM/κ 和χ_arm/SIRM的大小旋回响应于海平面的升-降过程, 它们的高值反映了磁性矿物粒度变细、海平面上升. 在沉积学分析的基础上, 根据环境磁学参数截然不同的变化规律, 结合微体古生物数据, 将珠江三角洲沉积物代表的环境分为两次显著的海平面上升－下降旋回, 晚更新世和全新世的海侵又包含若干个比较明显的次级海平面波动过程.     

古地磁学岩心定向方法回顾

岩心定向在矿产资源开发中具有重要意义.由于油田和矿业钻孔上的岩心大多为无定向岩心,无法准确识别裂缝等信息,因此需对岩心进行定向.岩心定向方法主要包括摄影工具、倾角仪法、钻孔成像技术、全岩心扫描技术、古地磁法等5种方法,相比于前4种方法,古地磁法具有经济、效率、精度较高等优点.本文首先综述了5种岩心定向方法的优缺点,阐述了古地磁法岩心定向的前提条件和定向原理.同时介绍了古地磁法岩心定向的流程,随后论述了岩石磁学对岩心定向的作用.继而重点阐述了岩心定向结果可靠性检验方法,主要包括露头检验、磁倾角检验、古地磁极位置检验等3种直接检验方法和间接检验.最后对古地磁法岩心定向的前景提出了展望.     

豫北早古生代灰岩的岩石磁学研究

对一些可分离出岩石形成时原生剩磁的样品进行深入的岩石磁学研究,发现天然剩磁的特征通常取决于磁铁矿的颗粒度(或单、多磁畴状态),单、多磁畴磁铁矿的含量不同,导致了中温与高温剩磁分量不同程度的叠加,也就造成了不同磁分量分离难易程度的不同     

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.     

Stability of iron oxides and their role in the formation of rock magnetism

Thermodynamic conditions (first of all, temperature) are the main dynamic factors in the transformation process of ferrous to ferric iron (TFFI). TFFI usually takes place within a temperature range of 473–843 K (most active at temperatures above 673 K) and does not require presence of the oxidizing agents above 673 K. Analysis of the chemical composition of different rocks and minerals indicates that only for some sedimentary rocks is the relative content of ferrous iron oxide less than its value in magnetite, and this value is minimal for oceanic sediments. The relative content of ferrous iron oxide in oceanic magmatic rocks exceeds this value in continental magmatic rocks and depends on the rate of rock cooling. An investigation of the role of the titanium oxide content of different rocks on stability of ferrous iron oxide against its transformation to ferric iron oxide shows that a significant correlation (r = 0.79) does exist between the relative content of ferrous iron oxide and ratio of TiO₂/Fe₂O₃. Temperature within the solar nebula at location of the Earth was within the temperature range of the TFFI. During the Earth accretion and its early evolution, ferric iron oxide was unstable and most likely did not exist. The first magnetic minerals containing ferric iron could have appeared only after the Earth’s surface had cooled below ∼843 K. The formation of the first Algoma-type banded iron formations could be used as a marker of the Earth’s surface cooling below ∼843 K.     

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.

     

Tectonic activity and earthquake risk in the Cheng-nanhe fault zone in Weihai city,Shandong province,China, obtained by using an integrated prospecting technique in geophysics and geology

For city planning and reducing potential earthquake risk, it's necessary to detect the information of the buried faults in an urban area especially, including the location and activities. An integrated technique with geophysical and geological methods, including the shallow seismic reflection profile, electrical resistivity measurement, geologic borehole section, and exploration trench, was used to detect the Chengnanhe fault, which is one of the two main faults passing through the Weihai urban area in Shandong province, China. The results show that it is a normal fault striking with E-W direction, and it is relatively inactive and stable. By using the thermoluminescence (TL) dating, we found that the Chengnanhe fault initiated in mid-Pleistocene and there was no offset after late Pleistocene. Such an integrated technique with multiple geological and geophysical methods provides a significant assessment of earthquake risk for city planning in urban areas.     

拉萨地块中部晚白垩世火山岩Ar-Ar年代学和古地磁研究结果及其构造意义

为进一步确定拉萨地块白垩纪-古近纪的古地理位置,我们对青藏高原拉萨地块措勤地区林子宗火山岩18个采点进行了古地磁研究.结果表明高温(高场)特征剩磁分量主要为亚铁磁性的磁铁矿所携带,特征剩磁分量在95%置信水平下通过了褶皱检验. 倾斜校正后采点平均的特征剩磁方向为D/I=16.2°/17.7°, α95=5.6°,对应古地磁极位置为63.1°N,224.6°E,A95=5.1°. 另一方面,Ar-Ar年代学结果表明采样剖面的林子宗火山岩形成年龄为~99-93 Ma, 与拉萨地块林周盆地的林子宗群火山岩的形成年龄存在较大差异.由此我们得到晚白垩世拉萨地块中部措勤地区的古纬度为8.5°±6.9°N,与林周盆地古近纪林子宗群典中组和年波组所揭示出的古纬度相当,进一步表明亚洲大陆最南缘的拉萨地块在晚白垩世-古近世期间位于北半球~10°N的低纬度地区.结合最新的特提斯海相地层古地磁结果,晚白垩世-古近世拉萨地块的古地理位置限定了印度与欧亚大陆的初始碰撞时间不晚于60.5 Ma;~93 Ma以来,拉萨地块和单一刚性欧亚大陆之间存在~1900 km的构造缩短.     

Integration of magnetism and heavy metal chemistry of soils to quantify the environmental pollution in Kathmandu, Nepal

Abstract Soil profiles of the Kathmandu urban area exhibit significant variations in magnetic susceptibility (χ) and saturation isothermal remanence (SIRM), which can be used to discriminate environmental pollution. Magnetic susceptibility can be used to delineate soil intervals by depth into normal (< 10^?7 m³/kg), moderately enhanced (10^?7–< 10^?6 m³/kg) and highly enhanced (≥ 10^?6 m³/kg). Soils far from roads and industrial sites commonly fall into the ‘normal’ category. Close to a road corridor, soils at depths of several centimeters have the highest χ, which remains high within the upper 20 cm interval, and decreases with depth through ‘moderately magnetic’ to ‘normal’ at approximately 30–40 cm. Soils in the upper parts of profiles in urban recreational parks have moderate χ. Soil SIRM has three components of distinct median acquisition fields (B_1/2): soft (30–50 mT, magnetite‐like phase), intermediate (120–180 mT, probably maghemite or soft coercivity hematite) and hard (550–600 mT, hematite). Close to the daylight surface, SIRM is dominated by a soft component, implying that urban pollution results in enrichment by a magnetite‐like phase. Atomic absorption spectrometry of soils from several profiles for heavy metals reveals remarkable variability (ratio of maximum to minimum contents) of Cu (16.3), Zn (14.8) and Pb (9.3). At Rani Pokhari, several metals are well correlated with χ, as shown by a linear relationship between the logarithmic values. At Ratna Park, however, both χ and SIRM show significant positive correlation with Zn, Pb and Cu, but poor and even negative correlation with Fe (Mn), Cr, Ni and Co. Such differences result from a variety of geogenic, pedogenic, biogenic and man‐made factors, which vary in time and space. Nevertheless, for soil profiles affected by pollution (basically traffic‐related), χ exhibits a significant linear relationship with a pollution index based on the contents of some urban elements (Cu, Pb, Zn), and therefore it serves as an effective parameter for quantifying the urban pollution.     

西沙群岛西科1井晚中新世-上新世生物礁沉积的磁性地层学初步结果

本文对西沙群岛西科1井钻孔岩心晚中新世-上新世生物礁沉积进行了详细的岩石磁学、磁性扫描与磁性地层学研究.结果显示,西科1井生物礁相沉积中的载磁矿物主要是磁铁矿.我们推测,这些磁铁矿的微小颗粒主要来自海水中含有的陆源物质,在生物生长过程中通过珊瑚体或其它寄生生物对海水的过滤与吸附作用保存在生物礁沉积中.进一步的磁性地层学研究及其与地磁极性年表的对比发现,在上新统莺歌海组、上中新统黄流组内部可获得多个年龄控制点,并对莺歌海组和黄流组的底界位置给出了初步制约.其中,莺歌海组记录了C2An.3n和C3n.4n,黄流组记录了C3An.2n至C5n.2n.虽然这一对比方案存在一定不确定性,但是在现阶段生物地层年代及其它年代学资料相对匮乏的情况下,我们认为本项研究的磁性地层学结果能为西沙群岛晚中新世以来的生物礁沉积提供更多可靠的年龄控制点,并为今后的区域地层对比提供磁性地层年代学依据.     

淮南深地地磁总场连续观测与时变特征

深地实验室具有电磁干扰小的"超净"地磁观测优势,已成为地磁观测的新平台和研究热点.为了评估淮南深地实验室地磁环境、认识地磁总场时变特征及地下与地面耦合性,我们于2022年在地下巷道（-848 m）和地表（+22 m）同步实施了地磁总场长期连续观测,对观测数据进行了功率谱、小波谱、地磁总场变化特征的分析及与附近的蒙城地磁台比对.研究结果表明：（1）地下无（或弱）磁干扰点位的地磁环境较优越,与蒙城地磁台相媲美,适用于地磁场变化的高精度、长期连续观测;（2）地下地磁观测可有效过滤地表上由工业与人类活动等的电磁干扰,其记录的地磁总场变化与蒙城地磁台具有较好的耦合性;（3）地下磁测可清晰记录地磁总场的平静变化、不同周期磁暴、地磁脉冲等丰富的时变信息,可为地球系统科学研究提供地磁学依据.     

ArcGeophysics 1.0:GIS环境下综合处理、解释地球物理与地质、地球化学、遥感等资料的组件(COM)包与应用实例

地球物理资料综合处理与解释在油气、煤田、矿物勘探\[5\]、水文分析、水文工程与环境评价中有重要应用.然而,目前的(位场)地球物理处理与解释可视化程度低,无法利用其它资料有效的约束、关联分析与综合快速解释.虽然地理信息系统(GIS)是目前综合多种资料,进行空间处理、分析,提供决策支持的强有力工具,但是,GIS是为一般地理问题分析定制的,缺少综合地球物理处理解释的工具.本文给出了解决上述问题的,用组件对象模型(COM)实现的软件包－ArcGeophysics. 在ArcGeophysics中,实现了勘探数据的有效管理,空间统计分析,地球物理（正演、反演）,地球化学与遥感处理、分析、解释与可视化,信息集成与勘探靶区预测等功能.特别需要指出的是：(1) ArcGeophysics 无缝地结合了ArcObject (ArcGIS, ESRI),也就继承了当前国际上占主导地位的GIS软件包中所有的GIS功能;(2) ArcGeophysics是建立在COM基础之上,任何支持COM的应用环境(如MS Office),编程环境(如MS Visual Studio (.Net), Borland Delphi等都可以调用这些功能(相当于通用开发工具包); (3)ArcGeophysics对地球物理资料的处理解释结合了非线性系统、多尺度分析与多维分形理论.本文不仅给出了各向异性奇异性的应用实例,而且还给出了位场在Fourier空间处理分数维导数,以及在余弦变换空间多维分形模型(C-SA).本文应用加拿大Nova Scotia省南半部的地球物理、地球化学、地质与成矿资料进行了试算,得到了理想的结果,文中图２～图５均直接出之ArcGeophysics的输出.