武夷山紫色土磁学特征及其对成壤的指示意义

紫色土是非地带性土壤,具有磁性本底值低的特征,是研究成土初始阶段土壤磁性矿物与成土因素关系的良好材料。目前,国内紫色土系统的环境磁学研究处于起步阶段。本研究以福建省武夷山市的紫色土剖面(简称WYS剖面,地理坐标为27°44′24″N, 118°00′36″E;海拔216.3 m)为分析对象。该剖面发育于白垩系紫红色粉砂质泥岩之上,厚度为0.9 m。通过系统的环境磁学研究,结合漫反射光谱一阶导数曲线、色度指标和常量地球化学元素指标,分析其磁学特征的层次分异,探讨磁学参数对成壤的指示意义。结果表明：1)WYS剖面以反铁磁性矿物赤铁矿为主。A层的亚铁磁性矿物磁铁矿含量略有增加,超顺磁(SP)颗粒含量更高,磁颗粒相对更细。成壤作用是造成A层和C层的磁学特征差异的主导因素。2)WYS剖面母岩具有易于物理风化、不易化学风化的特征。由于成土时间短,即便在湿热气候条件下,母质中磁性矿物转化微弱。母质和成土时间是影响紫色土磁学性质的主导因素。3)成壤过程中,少部分赤铁矿转化为磁铁矿。磁学参数的微小变化响应于弱成壤作用,表明紫色土磁学特征可以非常敏感地指示成壤强度。     

宝鸡剖面S5古土壤磁化率变化机制

运用岩石磁学和地球化学相结合的方法对宝鸡剖面S5和S3古土壤的磁性特征进行了详细对比分析,结果表明S5古土壤层Rb/Sr比值较高,S5古土壤形成期气候温暖湿润,成壤程度比S3时期强.S5层亚铁磁性矿物含量低于S3层,反铁磁性矿物主要为针铁矿;而S3层的反铁磁性矿物主要为赤铁矿.S5层土体表面及土壤空隙中可见大量黑褐色的铁锰胶膜分布,由于沉积后土壤长时期处于偏干或偏湿的氧化、还原交替环境中,细粒的磁铁矿和/或磁赤铁矿、赤铁矿溶解转化成褐铁矿、针铁矿等弱磁性矿物,主要转化成在局域湿润环境下能够稳定存在的针铁矿,这种磁性矿物的转化可能导致了成壤强的S5古土壤超顺磁亚铁磁性矿物含量的减少和磁化率的降低.     

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。     

天山北麓典型黄土沉积序列的磁学特征及主控因子初探

新疆黄土岩石磁学特征与地层性质的对应关系具有鲜明的区域特征.本文选取沙湾黄土剖面进行较为系统的岩石磁学分析.研究结果表明,沙湾剖面的磁性矿物组成与黄土高原及新疆北部其他黄土剖面相似,以亚铁磁性矿物(如磁铁矿、磁赤铁矿)为主要的载磁矿物,同时含有一定量的不完全反铁磁性矿物(如赤铁矿、针铁矿)和顺磁性矿物.假单畴(PSD)和多畴(MD)为样品的主要磁畴特征,部分土壤样品中磁性矿物磁畴状态表现为单畴(SD).进一步分析发现,磁化率与地层对应关系较为复杂,剖面3m以上地层中的磁化率及其他相关磁学参数与成壤强度呈现正相关关系,全新世以来发育的古土壤中磁化率值较高,细颗粒磁性矿物含量也较高;而3m之下地层中磁学参数显著表现为风力强度驱动变化模式.古风场强度的变化可能对剖面整体磁学性质具有一定的影响,成壤作用受到风动力条件的制约,主要决定了较细颗粒磁性矿物的含量变化.xARM/SIRM参数与磁化率相比对地层成壤强度的指示作用更为明显.     

江汉平原主要河流沉积物磁学特征及其与物源区表壳岩性的响应

为了建立江汉平原沉积物示踪的磁学模型,对汇入江汉平原的主要河流现代沉积物磁学特征进行了研究,结果表明:(1)在江汉平原范围内,无论长江、汉江,还是周边的漳河、沮水、玛瑙河和清江,它们的现代沉积物的磁学参数特征均显示出明显的差异,而且和源区表壳岩性也显示出极好的相关性;(2)长江和汉江现代沉积物中铁磁性矿物均以亚铁磁性矿物为主,它们主导了样品的磁性特征,但长江沉积物比汉江沉积物亚铁磁性矿物含量高;(3)长江和汉江沉积物的亚铁磁性矿物晶粒都以假单畴-多畴为主,并且长江沉积物磁性颗粒总体上要比汉江的粗;(4)在汇入江汉平原的主要支流中,汉江的亚铁磁性矿物含量远远高于其他支流,且磁性矿物的晶粒也比其他支流的粗;(5)除汉江以外的支流中,玛瑙河沉积物中磁性矿物的晶粒比较细且不完全反铁磁性矿物含量较高,漳河中的超顺磁物质含量较高,而清江中不完全反铁磁性矿物含量较高且磁性矿物的晶粒相对较粗.上述结果表明,在江汉平原利用沉积物的磁学特征可达到沉积物物源示踪的目的.      

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。     

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。     

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。     

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.     

浙江金衢盆地界首红土剖面磁性特征及环境意义

通过对浙江金衢盆地界首红土剖面的研究,探讨其磁性特征垂向变化、影响因素及其古环境意义.结果表明,界首红土剖面粒度组成以粉砂(4～63μm)和粘土(＜4μm)为优势组分,砂含量极少,“风尘基本粒组”(10～50μm)含量较高,平均值为34％,呈现出一定的风成特性.粒度频率分布曲线显示,剖面上部(0～ 430cm)与剖面下部(430～920cm)具有相似的特性,但剖面下部更为复杂,混杂有粗粒级组分.粒度与磁性特征的相关分析表明,亚铁磁性矿物与粉砂粒级组有密切关系,而不完整反铁磁性矿物多赋存于细粒级的粘土组分中,并具有附着于石英颗粒表面的特征.界首剖面下部地层中尽管存在近源搬运或水成成因的粗粒级组分,但因其含量极少,对磁性特征的贡献往往被含量较多的细粒级组分所掩盖.该剖面磁性矿物组合自底部向上由不完整反铁磁性矿物主导向亚铁磁性矿物主导变化,这一变化特征与九江九庐(JL)风积成因红土剖面具有极大的相似性,反映了气候变化通过影响红土风化成土形成的磁性矿物组合,控制了南方红土磁性特征的变化.总体上,界首红土剖面的磁性特征自下而上的变化指示了中国南方自中更新世以来气候由湿热向冷干演变的趋势.     

大同盆地高砷地下水系统沉积物环境磁学特征

为了研究高砷含水层沉积物中砷与磁性矿物的关系, 对大同盆地高砷地区含水层钻孔样品进行了环境磁学和地球化学分析, 结果表明亚铁磁性矿物是决定含水层沉积物磁性特征的主要磁性矿物.通过对比砷和磁性参数在垂向上的变化趋势发现, 高砷含量往往对应着低的饱和等温剩磁(SIRM) 值, 揭示出砷和顺磁性矿物之间也存在联系.沉积物砷含量与磁性参数的相关系数均小于0.5 (α=0.05), 表明砷和亚铁磁性矿物及不完整反铁磁性矿物之间不存在明显的联系.在所有磁性参数中磁化率(χ)和砷含量之间相关性最显著, 相关系数均在0.4 (α=0.05) 左右, 低的相关系数与亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物对顺铁磁性矿物的稀释有关.该地区高砷地下水的形成可能与水铁矿及纤铁矿等砷的赋存矿物在还原条件下的还原溶解有关.      

赤道东太平洋C-C区硅质沉积物的磁性特征及细菌合成磁铁矿

对分布于赤道东太平洋克拉里昂和克里帕顿断裂带之间 (C-C区 )的硅质沉积物所作的环境磁学研究表明,沉积物的磁性特征由亚铁磁性矿物主导,亚铁磁性矿物颗粒以单畴 (SD)和超顺磁 (SP)为主。磁性参数和透射电镜(TEM )分析表明,该区沉积物中存在着细菌合成的磁铁矿,并观察到磁铁矿存在不同程度的溶解。这一发现是微生物参与C-C区铁元素循环的直接证据。不完整反铁磁性矿物在氧化性较强的西区沉积物中含量较高,且随着纬度升高而增加,显示随着远离赤道,沉积物氧化性趋强.     

长江、汉江沉积物磁学特征比较研究

长江和汉江现代沉积物的磁学特征分析研究结果表明：  1）长江和汉江现代沉积物中铁磁性矿物均以亚铁磁性矿物为主,它们主导了样品的磁性特征。但长江沉积物比汉江沉积物亚铁磁性矿物含量要高;  2)长江和汉江沉积物的亚铁磁性矿物晶粒都以假单畴~多畴为主。相对汉江沉积物,长江沉积物磁性颗粒总体上要比汉江的粗;   3）长江沉积物中的不完全反铁磁性矿物含量比汉江高,但不完全反铁磁性矿物对沉积物磁性参数和SIRM的贡献却比汉江的小;   4）长江上游金沙江段比长江中游（宜昌-武汉）江段沉积物中亚铁磁性矿物含量要高,且长江中游沉积物样品磁性颗粒要比长江上游的偏细,这可能与搬运距离有关;   5）长江样品的磁性参数的变化区间比汉江大,数据间的相关性也比汉江差。这可能与长江较汉江流域范围广、支流多、物源复杂有密切的关系。     

陆地生态系统演替过程中的磁性矿物响应——以粤西小良水土保持观测站为例

位于广东茂名的小良水土观测站因同时保持了人类活动破坏生态后的光板地区域和在光板地上人工恢复生态的区域,而成为联合国"人与生物圈"考察点和"中国科学院水土保持实验推广站".文章通过对源于同一花岗岩的风化壳生态恢复剖面MX-1和光板地剖面MX-2进行系统的环境磁学研究,揭示出两个剖面磁性矿物类型有显著差别.MX-1剖面亚铁磁性矿物,如磁赤铁矿、磁铁矿控制了剖面的磁性特征,它们浓度与粒度的变化很好的指示了风化壳的结构;MX-1剖面磁性矿物粒度的变化反映了成土作用强度对磁性矿物形成的控制作用;MX-1剖面的磁组构特征也反映了风化壳发育过程中不同层位体积变化与矿物形成的情况.MX-2剖面的磁性矿物则以反铁磁性矿物,如赤铁矿、针铁矿为主.两剖面磁性矿物类型的差别,显示在湿热气候条件下,生物风化作用与化学风化作用的共同参与,对磁性矿物的转变具有明显的促进作用.     

X射线光电子能谱在环境磁学中的应用

近年来,环境磁学方法被广泛应用到古环境和现代环境问题的研究中[1～4].不同种类的磁性矿物具有不同的磁性强度以及磁畴范围[1],磁性矿物种类的确定是研究需要解决的首要问题.目前磁性矿物种类主要运用环境磁学比值参数,以及热磁曲线、磁滞回线等传统的磁学方法鉴别[5～8],然而这些方法对弱磁性矿物(如反铁磁性矿物)不敏感,信号常被亚铁磁性矿物掩盖.近年来,XRD矿物衍射[9,10]、漫反射光谱[11]等技术被引入到磁性矿物鉴别中,但矿物衍射的方法对于研究对象中磁性矿物的含量有一定要求,对于磁性矿物含量比较低的天然样品,如被有机质以及其他矿物稀释的湖泊沉积物,难以满足实验要求.     

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.      

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.     

阿勒泰地区表土磁学特性及变化机制研究

现代表土的磁学性质反映了物源、成土过程与气候环境之间的重要信息,对认识磁学参数在气候环境研究中的应用有重要意义.干旱区表土的磁学特性表现出极大的复杂性和差异性,为了理解不同气候和环境条件下表土磁学参数的特性、变化机制及控制因素,选择位于新疆北部阿勒泰地区不同景观带的表土样品作为研究对象.通过详细系统的环境磁学分析,并结合X衍射和粒度等方法,结果表明磁性矿物来源相对稳定,磁学性质主要由来自源区的粗颗粒软磁性矿物所主导,xif(低频磁化率)和SIRM(饱和等温剩磁)与磁性颗粒表现出正相关的关系,磁性矿物浓度越大,磁畴颗粒越粗;反之,浓度越低,颗粒越细.磁性矿物的浓度和颗粒大小在不同景观带表现出一.定的差异,荒漠带表土中磁性矿物的浓度较高,磁畴主要为粗颗粒的PSD(准单畴)+MD(多畴),而其他景观带(森林、灌丛、草原和湿地)矿物浓度明显较低,磁畴也相对较细.相比较,其他景观带表土受后期改造作用比荒漠区强,主要是由于在海拔升高到1300m之后,区域气候环境因素(如气温、降水以及蒸发)发生明显变化,导致强磁性矿物的破坏,土壤矿物浓度和粒径发生变化,磁性降低.成壤作用形成的SP(超顺磁畴)颗粒相对较少.     

磁性矿物在成土过程中的生成转化机制及其气候意义

土壤作为重要的地球表层生态系统记录了丰富的地质和环境信息。在土壤的形成和发育过程中,其所含磁性矿物也会随之改变。因此,土壤磁性与成土时期的气候环境信息相关,进而可用于重建古环境。然而,土壤的磁学性质由磁性矿物种类、含量和粒径等多参数控制。明确磁性矿物在成土过程中的生成和转化机制及其与环境因子之间的响应关系、减少解释的不确定性,是土壤环境磁学研究的理论基础。本文综述了磁性矿物成土机制及其与环境因子之间响应关系的研究进展,并对该领域的发展方向进行了讨论。