环境磁学及其在地理环境研究中的应用

环境磁学兴起于20世纪70年代，是一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的边缘学科。其原理是测量土壤、岩石和沉积物等自然物质和人类活动产生的物质在人为磁场中的磁性响应，提取地理环境的信息。由于系统磁性测量技术本身的优点，高灵敏度测试仪器，以及计算机处理磁测数据，使环境磁学广泛应用于湖泊及流域古地理研究、土壤形成和分类、黄土－古土壤研究和环境污染研究等许多研究领域。近年来环境磁学有一些新的发展趋势。     

江汉平原长湖近代沉积物磁性测量及其气候意义

根据１９９２年长湖所取代表性９２－５ 面沉积物磁性测量结果并结合化学分析和孢粉分析,研究长湖近代沉积物磁性参数变化与气候变化的关系,指出该地区最近４００ａ来气候变化总趋势是一个由冷变暖的过程。     

贵州麦岗水库沉积物的矿物磁性特征及其土壤侵蚀意义

对取自贵州西南部紫云县麦岗水库的沉积物柱芯MG1-1进行了包括SIRM、ARM、χlf、χfd、IRM-20mT和IRM-100mT等磁性参数的矿物磁性测量,并计算了ARM/SIRM、HIRM和IRM-100mT/SIRM。根据沉积物的这些矿物磁性特征,并结合137Cs、粒度、TOC、C/N分析结果,推测了麦岗水库流域在1960～2007年(47年)间的土壤侵蚀变化情况。研究表明:麦岗水库流域的土壤侵蚀强度变化虽然存在一些波动,但整体上呈现由强到弱到强再到弱的变化过程。结合降水资料和土地利用/土地覆被变化情况,探讨了影响土壤侵蚀变化的主要原因。结果表明,降水量对流域土壤侵蚀变化的影响不大,而人类活动,特别是土地利用的变化可能是引起流域土壤侵蚀变化的主要原因。     

贵州石板桥水库沉积物的矿物磁性特征及其土壤侵蚀意义

对取自贵州省关岭县石板桥水库的岩芯做了矿物磁性测量（lχf、ARM、IRM20mT、SIRM、IRM-100mT）并计算了ARM/SIRM、HIRM、IRM-100mT/SIRM。将这些结果与同时完成的137Cs、粒度、TOC和C/N分析结果相结合,推测了过去的42年（1960²002年）中这一水库的汇水流域内的土壤侵蚀状况。在这一时期,尽管存在着若干次一级的波动,土壤侵蚀总体上呈加剧的趋势。将这些结果与收集的降水和土地利用/土地覆被变化资料数据相结合,探讨了土壤侵蚀状况发生变化的原因。土壤侵蚀的总体加剧可能是由1960年以来林地面积的减小和农田面积的增大以及1990年以来因植树而较强翻动地表物质造成的,而土壤侵蚀的次一级的波动可归结为降水的波动。     

粘土矿物在古环境研究中的指示作用

粘土矿物普遍存在于各种类型的沉积物和沉积岩中。作为次生矿物,粘土对环境的变化极为敏感,因而粘土矿物的沉积分异、组合特征、矿物成分及其含量和矿物结晶度都从不同的角度记录了粘土矿物形成过程中各种环境因素的变化。这些对恢复古环境,研究全球变化具有重要的指示意义。     

科尔沁沙地风沙沉积物磁学特征及其古环境意义初探

选取位于科尔沁沙地东北缘的六户屯剖面风沙沉积物为研究对象,进行系统的磁学特征和粒度分析。结果表明：六户屯剖面磁性矿物含量较少,磁学性质主要受亚铁磁性磁铁矿控制,并含有少量赤铁矿和针铁矿,磁性矿物粒度较细,以稳定单畴和超顺磁颗粒为主。沉积物中磁性矿物的粒度分布受风力大小与成壤强度的影响,单畴颗粒相对含量随风力的增强而增加,随土壤发育程度的增强而减少,χARM/χlf和χARM/SIRM可以指示冬夏季风的相对强弱。六户屯剖面磁性矿物粒度主要受冬季风强度及其动力分选作用的控制,磁性矿物粒度与沉积物总体粒度呈反相关;但在某些层位,夏季风影响下的成土过程对其改造作用不容忽视。成壤过程中形成的超顺磁颗粒是磁化率增强的主要因素,单畴颗粒对土壤发育适宜期磁化率的增加贡献相对较弱。     

青土湖沉积物粒度特征及其古环境意义

青土湖沉积物的粒度特征反映了青土湖降水、水动力搬运强度以及湖面水位高低的变化。利用石羊河古终端湖泊青土湖剖面沉积物的粒度资料，分析了粒度组成、粒度参数等粒度特征，并探讨了古终端湖泊的沉积环境。结果表明青土湖从11000aBP年以来大致经历了4次极端干旱时期和4次温暖时期。通过对青土湖沉积物粒度频率曲线的分析，讨论了湖泊的几种可能沉积作用，区分出了湖相沉积、风成沉积浅湖相沉积以及水流和风力作用混合沉积，从而揭示了沉积时的古环境特征。青土湖全新世以来的环境演变，具有连续和沉积速率大的特点，不仅可以作为古环境与古气候变化的自然记录，而且为研究本区土地退化、荒漠化等问题提供了自然背景。     

粤北小流域河漫滩沉积物的粒度与磁性特征及其古洪水识别意义

随着全球气候变化加剧,台风和强降雨等导致的洪涝灾害频发。如何在沉积记录中有效识别洪水事件,对于查明洪水频发规律具有重要意义。文章对粤北小流域的河漫滩沉积断面（秀丰断面）的沉积物进行了系统的粒度分析和磁性测量,深入分析洪水期沉积层和平水期沉积层不同的粒度和磁学特征,试图为沉积记录的古洪水识别提供新途径。结果表明：1）沉积物粒度组成主要为粉砂,从洪水期沉积层往平水期沉积层有变细的趋势。其中,洪水期沉积层识别出3层含砂量和平均粒径（Mz）表现为较高峰值的洪水事件记录。2）不同沉积层中磁性矿物的组成和来源基本一致,以磁铁矿为主,含有部分赤铁矿。矿物来源除流域内母质自然风化产物外,还包含大宝山尾矿库的输入。3）沉积物主要为悬浮沉积,前汛期持续的长期高水位有利于沉积物分选和沉积,导致处于洪水期沉积层的磁性矿物偏细;随着水动力的增强,洪水期沉积层中识别出的3个洪水事件记录中细粒磁铁矿和赤铁矿含量从河漫滩中部向顶部方向依次增加,同时磁性颗粒粒径变粗。因此,结合磁性参数与对磁性矿物组分的分析能更准确地识别洪水事件。研究区域细颗粒磁铁矿和赤铁矿对饱和等温剩磁的贡献高值叠加粗颗粒磁铁矿贡献降低的磁学特征可作...     

粘土矿物在过去环境变化研究中的应用

粘土矿物是一种广泛分布于地表的沉积物,其组合及含量的变化记录了源区过去气候环境变化的信息。因此,可以根据粘土矿物的含量和组合变化等信息推知其形成时期的气候环境,重建古环境,揭示气候环境演变的规律。粘土矿物是一种研究古环境演化重要的代用指标,在过去气候环境变化研究中有广阔的应用前景。     

藏南沉错沉积物的粒度特征及其古环境意义

通过对藏南沉错粒度参数的分析 ,并结合与其它环境代用指标的比较 ,可以将本地区约 1 40 0年来环境变化分为四个阶段 :约 5 93A.D.～ 82 1 A.D.是湖泊水位相对较高而且变化频繁的时期 ,反映了波动较大且比较湿润的气候状况 ;约 82 1 A.D.～ 1 343A.D.是一个较长的气候相对稳定时期 ,粒度指示该阶段湖泊扩张 ,湖面升高 ,反映了湿润的气候状况 ;约 1 343A.D.～ 1 892 A.D.是一个气候波动十分剧烈且频繁的时期 ,其中约 1 60 2 A.D.前后可能出现了一次短时间的流水突然增加 ,而在这前后各有一个浅水阶段 ( 1 343A.D.～ 1 5 1 2 A.D.和 1 670 A.D.～ 1 892 A.D.) ,反映了湖泊补给程度的减弱 ;1 892 A.D.～1 998A.D.是一个相对稳定的时期 ,湖面变化不太明显 ,而 1 892 A.D.前后具有一个明显的补给水动力减弱的变化。粒度参数所反映的湖面波动与环境变化得到了其他环境代用指标较好的支持。     

干旱盆地古湖相沉积物生物标志物分布特征及环境意义——以柴达木盆地为例

柴达木盆地大面积裸露于地表的古湖相沉积物长期受到物理风化的剥蚀作用,成为风尘堆积的主要物源。而沉积物中的生物标志物在一定条件下会被保存下来,记录了古环境变化。利用气相色谱-质谱联用仪对采自柴达木盆地察尔汗盐湖古湖相沉积物样品进行了分析,结果检测出一系列具有生物源指示意义的生物标志物,主要包括系列正构烷烃、系列正烷基-2-酮、正构脂肪酸/醇/酯、系列支链烷烃、系列烷基酰胺以及若干五环三萜类（非藿烷系列）及甾类化合物。研究发现柴达木盆地察尔汗古湖湖泊沉积物中生物标志物未受强烈的成岩作用及微生物活动的改造,基本保持了原有的分布特征。正构烷烃高碳数系列明显的奇碳优势以及样品中高含量的非藿类五环三萜类生物标志物的检出说明在高原封闭性盐湖中曾经存在着大量高等植物碎屑的输入,指示了沉积时期气候湿润、植被相对繁盛,与柴达木盆地的现代自然地理环境截然不同。     

汉江上游晏家棚段古洪水沉积物粒度空间分布特征

对汉江上游流域进行了深入的地层学及地貌学调查,在郧县河段河流一级阶地上覆黄土-古土壤沉积剖面中发现了典型的古洪水沉积层。对其进行了系统采样和粒度分析,结果表明,古洪水沉积层的粒度在空间上有明显的变化。水平方向上,相同层位的粒度自然分布曲线、概率累积曲线和平均粒径基本相同;垂直方向上,从上向下粒度自然分布曲线、概率累积曲线和平均粒径明显不同,粒径逐渐变细。水平方向上的粒度特征说明,古洪水同层位的样品可以相互替代;垂直方向上的变化与前人在泾河以及渭河流域等地研究发现的古洪水沉积层呈从下向上逐渐变细的沉积模式不同,说明古洪水沉积层的沉积模式并非只有一种,而是存在多种沉积模式,这种变化可能与洪水过程有关。     

兰州“930505”特大尘暴沉积物重矿物研究

本文对兰州“９３０５０５”特大尘暴沉积物进行了重矿物研究，鉴定重矿物共２７种，其中不稳定矿物３种、较稳定矿物１１种、稳定矿物６种和极稳定矿物７种。重矿物组合及含量特征指示特大尘暴沉积物主要来自中酸性花岗质侵入岩并混有变质岩的风化产物。从而可以认为尘暴物源区应在甘肃北山及其东邻沙漠地带，与特大尘暴开始“起沙成暴”的主要地区基本一致。若与兰州马兰黄土之重矿物组合特征相比，现代尘暴之物源区较之末次冰期时不同。     

江苏海州湾海区表层沉积物的孢粉研究

对江苏海州湾近岸海区的表层沉积物进行孢粉分析，总结该研究区的孢粉分布规律及成因。笔者认为该区的松花粉主要来自西北部胶东半岛；落叶阔叶乔木花粉来源于连云港市云台山；草本植物花粉与陆缘植被相应，以盐生的蒿、藜科花粉占优势，表明花粉沉积与当地及周边地区植被密切相关。蕨类孢子是从陆地由水流携带搬运而来，百分含量的高低可能是受补偿率的影响。     

1899—2011年青藏高原南部枪勇错沉积物磁性矿物的环境意义

重金属污染物因具有持久性和难降解性,严重影响生态系统健康。青藏高原湖泊远离人类污染区,是研究人类污染物远端效应的理想区域。基于定年数据,湖泊沉积物可以追踪近百年内的人类污染物变化趋势。环境磁学具有经济、快捷和无损耗的特点,被广泛证实可以有效指示重金属污染;但目前还缺乏对青藏高原湖泊沉积物中的相关环境磁学研究。为此,选取青藏高原南部枪勇错1899—2011年的沉积物,进行系统的环境磁学分析,探讨磁性矿物与重金属Hg的相关关系及环境指示意义。结果表明：1899—2011年磁性矿物的类型没有发生变化,可分为4类组分,其中：组分C1（赤铁矿）占比不断增多,C2（针铁矿）占比相应减少,C3和C4（磁铁矿）的占比基本保持不变。样品的饱和等温剩磁和低频磁化率与Hg含量相关性较低。然而C1组分与Hg含量呈现良好的正相关关系。本文认为在近百年全球和青藏高原气温不断增高的趋势下,枪勇错的主要补给——枪勇冰川融化加速,导致原来被冰川或冰尘封存的人类污染产生的Hg重新释放。在这个过程中,C1（赤铁矿）组分因表面积大而易于富集Hg,最终二者一同随融水进入到枪勇错。本研究表明,环境磁学可以应用于青藏高原南部湖泊的重金属研究,并为揭示Hg在青藏高原南部湖泊中的富集过程提供新的视角。     

山东长岛黄土沉积物的磁性与碳酸盐特征及其环境意义初探

通过对长岛沉积物采样和磁性测试,分析和讨论了长岛黄土沉积物的磁性特征:该剖面磁性矿物的含量并不是很高,且以亚铁磁性矿物为主,磁性矿物的粒度主要以细粒为主,亚铁磁性矿物的变化在沉积物磁性变化中占主导地位.通过对沉积物磁性特征和碳酸盐特征的对比发现:该剖面沉积物磁化率和碳酸盐具有很好的对应关系,并且明显表现出4个阶段的主要变化,对应了暖湿和冷干的气候旋回.根据沉积物的磁化率与古气候环境的内在联系,结合碳酸盐含量变化情况,对该地区风成沉积物的物源变迁及环境演变也进行了初步探讨和分析.     

新疆博斯腾湖全新世沉积磁性矿物组成与沉积环境探讨北大核心CSCD

中国西北干旱区湖泊沉积物存在磁性矿物种类复杂和磁化率普遍偏低等问题,使得利用环境磁学手段重建古环境、古气候的方法受到了限制。选择新疆博斯腾湖BST12B钻孔顶部岩芯(深度0~2.5 m)不同沉积相的代表性样品,进行载磁性矿物富集,并将原样品和富集获得的样品分别做XRD(X荧光衍射)岩石矿物检测。结果显示,所有湖相样品中均有黄铁矿和磁铁矿检出,而没有磁黄铁矿和针铁矿检出,说明博斯腾湖全新世湖相沉积物的主要磁性矿物是磁铁矿,并含有少量黄铁矿;富集获得的样品中粘土矿物(如绿泥石等)含量明显增加,石英、长石和方解石含量降低,富集后的残留样品的磁化率大幅度降低,说明粘土矿物对干旱区湖泊沉积物的磁学贡献不容忽视。结合沉积物粒度、色度、硫元素含量以及沉积物磁性矿物的组合特征推断,黄铁矿可以作为湖泊高水位的指示矿物种类,因而具有重建湖泊古水位变化的潜力,并应用到博斯腾湖的全新世湖泊环境重建,发现博斯腾湖BST12B钻孔位置早全新世为接近氧化环境的浅湖相环境,而中晚全新世为深湖相沉积环境并存在一个浅水的湖滨相沉积环境。研究结果说明,利用载磁性矿物富集的方法对干旱区湖泊沉积物中所含磁性矿物进行富集后检测是开展干旱区湖泊环境磁学研究的可行手段,对研究湖泊环境变化具有重要意义。     

巴丹吉林沙漠盐湖面积变化对湖泊边缘表层沉积物盐类矿物组合影响

选择巴丹吉林沙漠17个代表性盐湖,采集了2013年春季和秋季湖泊边缘表层沉积物样品,通过X衍射分析其盐类矿物组成和百分含量;应用Landsat 8遥感数据提取了上述两时段湖泊面积。结果发现,自春季到秋季13个面积减小的湖泊中,碳酸盐类矿物百分含量均较低,变化不明显;氯化物矿物和总盐类矿物百分含量均有增加,其增加幅度与湖泊面积变化有关。面积减少超过10%的湖泊,氯化物矿物或硫酸盐矿物百分含量总体明显增加;其余面积减少的湖泊,氯化物矿物百分含量均较春季有一定的增加,盐类矿物总百分含量也有一定程度的增加,但与湖泊面积减小程度相比没有更为明显的规律。4个面积增大的湖泊中沉积物的总盐类矿物百分含量和各盐类矿物的百分含量并未呈现显著相关性,表明在该区域湖泊面积的变化过程中,湖泊边缘表层沉积物中的盐类矿物百分含量对盐湖萎缩的指示意义相对高于湖泊扩张时期,氯化物矿物百分含量变化对湖泊面积萎缩变化响应更为敏感。