三门峡会兴沟剖面黄土—古土壤序列的岩石磁学研究

岩石磁学是古地磁学和环境磁学研究的基础,是鉴定岩石和沉积物中磁性矿物种类、粒度和含量的有效途径。对黄土高原东南部三门峡盆地的水沟—会兴沟旧石器遗址会兴沟剖面黄土—古土壤序列(S_0~S_8)进行系统的岩石磁学研究表明:本剖面沉积物的主要载磁矿物为磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿,显示准单畴(PSD)磁性颗粒特征。所有磁学参数曲线均表现出基本一致的变化特征,与深海氧同位素曲线能够很好的对应,反映了第四纪以来的冰期—间冰期旋回中,东亚季风影响下的风尘黄土堆积中磁性矿物种类、粒度和含量的周期性变化特征。黄土中高矫顽力磁性矿物的相对含量要高于古土壤中的,而随着成土作用的加强,在古土壤中细粒的低矫顽力磁性矿物显著增加的同时,其中高矫顽力磁性矿物的绝对含量也相应增加。质量磁化率(χ)与非磁滞剩磁磁化率(χ_(ARM))和饱和等温剩磁(SIRM)及磁粒度参数χ_(ARM)/SIRM和χ_(ARM)/χ均呈明显的正相关关系,表明由成土作用产生的单畴(SD)颗粒和较小PSD颗粒对磁化率增强有显著的贡献。     

西菲律宾海西部沉积物磁学特征及其环境意义

磁学参数作为有效的气候环境变化替代指标,能为古环境演变和沉积物物源研究提供有价值的信息。对取自西菲律宾海西部的GX72柱状样沉积物进行系统的环境磁学研究,测量了磁化率(χ)、非磁滞剩磁(ARM)、等温剩磁(IRM)、磁化率变温曲线(κ-T曲线)、磁滞回线等磁学参数或曲线。结果表明,GX72柱状样沉积物中携磁矿物以低矫顽力磁铁矿为主,粒径以较粗粒准单畴(PSD)为主,这些磁性颗粒主要来源于河流输入的陆源碎屑物质,风成粉尘较少。剖面上多个磁学参数呈现出相同或相反的变化趋势,反映古气候对沉积物磁学性质的制约。χ高值样品通常对应于高饱和等温剩磁(SIRM)值、低ARM/SIRM值、低χARM/χ值以及低χfd值;这类沉积物样品中磁性矿物的含量相对更高,粒度相对较大,可能形成于冷期(相对)。相反,χ低值样品通常对应于低SIRM值、高ARM/SIRM值、高χARM/χ值以及低χfd值,这类样品中磁性矿物的含量相对较低,粒径相对较小,代表相对暖期沉积。     

德国Chiemsee湖磁性细菌干湖泥的磁学性质

对经历过实验室磁性细菌培养的Chiemsee湖的4块干湖泥样品进行了磁学参数、粒度和XRD测量,结果表明样品中的主要磁性矿物以磁铁矿为主,并含有少量的硫铁矿.培养深度1～ 2cn处的样品在磁化率、百分比频率磁化率、无磁滞剩磁、饱和磁化强度和矫顽力等磁学特征上表现出和其余样品差别较大,分析认为这种差异可能是由于该层位的样品受到较多的磁性细菌产生的磁小体影响所致.样品的低温饱和剩磁测量表明样品中除了单畴(SD)磁铁矿之外,还存在多畴(MD)磁铁矿颗粒,利用粒度频率分布曲线对沉积物的来源进行了分析,表明Chiemsee湖的沉积物可能主要是沉积在湖泊周围的一些风积物在地表水流作用下,与一些粗粒级沙粒一并进入湖泊所形成,样品中的粗粒多畴磁铁矿可能是这些沉积物所携带的,与后期的磁性细菌关系不大.因此,沉积物中的磁学信号除了磁性细菌产生的磁小体的贡献以外,其他物源沉积物的贡献显然也是不可忽略的重要因素.     

中亚地区现代表土磁学特征及其古环境意义*

在中国西北地区主要沙漠、绿洲和戈壁及蒙古国南部戈壁等亚洲中部粉尘源区采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,系统分析了样品的磁学性质(包括磁化率、无磁滞磁化率、等温剩磁、磁滞回线和热磁曲线)。结果表明,中亚地区表土样品中主要磁性矿物是铁磁矿,含有赤铁矿和磁赤铁矿,并伴有少量顺磁性矿物;磁性矿物粒度主要是准单畴(PSD)和多畴(MD),超顺磁性颗粒含量较低,接近于中国西部黄土地层含量。中亚地区表土磁性矿物含量总体都较低,磁性矿物含量在空间上与降雨量成正比。研究结果指示西部地区(准噶尔盆地和南部塔里木盆地)表土样品较北部地区(鄂尔多斯高原、阿拉善高原以及蒙古高原)表土样品,其粗颗粒磁性矿物含量高,而细颗粒磁性矿物含量低。本研究结果为黄土地层古土壤磁性增强源自成土过程提供了最直接的证据。     

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。     

罗布泊自生胶黄铁矿对磁性参数χARM/SIRM指示意义的影响

沉积物中磁性矿物的颗粒大小具有重要环境指示意义,是环境磁学研究的重要内容。磁性参数非磁滞剩磁磁化率/饱和等温剩磁（χ_ARM/SIRM）常被用于指示磁性颗粒大小,当沉积物磁性特征为较粗的多畴（MD）颗粒主导时表现为低值,而为较细的单畴（SD）颗粒主导时表现为高值。本研究对罗布泊盐湖LB剖面的沉积物进行了系统环境磁学测试,结果发现剖面中含有5个χ_ARM/SIRM值低于上覆层和下伏层的层位,指示其磁性颗粒较粗。但磁滞参数和扫描电镜结果显示这5个层位磁性颗粒明显细于上覆层和下伏层沉积物,显示χ_ARM/SIRM在这5个层位的指示意义失真。矿物鉴定结果显示这5个层位的主导磁性矿物为早期成岩成因的SD胶黄铁矿,赋存形态主要为颗粒团聚体、单颗粒或颗粒团聚体附着于硅酸盐矿物表面以及分布于薄片状硅酸盐内,这种赋存形态导致其具有较强的磁相互作用,并限制了χ_ARM的增加,最终造成χ_ARM/SIRM下降,指示意义失真。本研究显示当沉积物中存在胶黄铁矿等自生矿物时,利用比值参数χ_ARM/SIRM判断磁性矿物颗粒特征需谨慎。     

松科1井南孔嫩江组磁性矿物组合特征及其意义

对松辽盆地松科1井南孔嫩江组(嫩一段上部至嫩二段下部,972.46~1 060.24m)开展了岩石磁学研究,发现其顶部层段(A段,972.46~979m)的磁化率和剩磁均受控于磁铁矿,中间层段(B段,979~1 025m)和下部层段(C段,1 025~1 060.24m)的磁化率主要受控于顺磁性矿物,但其主要携磁矿物仍是少量的磁铁矿。A段沉积物中的磁铁矿含量最多,且粒度最粗;B段沉积物中的磁铁矿含量最少,粒度中等;C段沉积物中的磁铁矿含量中等,粒度最细。松科1井南孔嫩江组不同层段沉积物中磁性矿物组合的不同特征揭示了还原成岩作用对沉积物的影响、盆地的构造抬升运动和古气候变化。首先,不同层段沉积物受到还原成岩作用不同程度的影响,A段沉积物几乎不受影响,B段和C段沉积物均受到较强的影响,从而形成A/B界线。其次,磁学参数的周期性小幅波动记录了松辽盆地古气候的周期性变化。最后,B/C段界线处磁学参数的突然快速变化可能与松辽盆地东部逐渐抬升所引起的物源变化(由南北向转变为东西向)有关。     

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.     

长江口水下三角洲Y7柱样磁性特征及其影响因素

以长江口水下三角洲380cm长的Y7柱样为对象,在磁性测量、地球化学和粒度分析的基础上,探讨了近百年以来长江口水下三角洲沉积物磁性特征变化及其影响因素.研究结果表明,磁铁矿是主导Y7柱样磁性特征的主要矿物,相比常量元素和粒度的均一组成,磁性特征存在显著的垂向变化.220cm以下,频率磁化率(χfd)、非磁滞剩磁磁化率(χARM)、磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)、χARM/χ以及χARM/SIRM随深度增加而下降,而退磁参数S-100mT和S-300mT则呈相反变化趋势;220cm以上,χfd,χ,χARM/χ,χARM/SIRM以及S-100mT和S-300mT随深度变化不大,而SIRM和χARM则随深度增加呈现下降趋势.Y7柱样中硬剩磁(HIRM)随深度变化不大.结合Mn/Fe比值的变化,研究认为Y7柱样300cm以下层位,随深度增加沉积物磁性减弱和超顺磁颗粒急剧减少,还原成岩作用是重要因素之一,不完整反铁磁性矿物因相对稳定而导致其在磁性矿物组合中的比例上升.此外,长江中上游主要支流泥沙贡献率的变化可能会对Y7柱样磁性特征有一定影响,但尚需进一步的工作支持.     

火山碎屑岩的储层物性——以松辽盆地营城组为例

对松辽盆地营城组35口盆内深层钻井和2口剖面浅钻全取心井的对比研究揭示：在浅层（埋深<500 m）,火山碎屑岩储层物性（平均孔隙度18.7%、渗透率0.32×10^-3μm²）好于熔岩（14.0%,0.18×10^-3μm²）;在深层（埋深>2 800 m）,火山碎屑岩物性（2.6%,0.05×10^-3μm²）明显差于熔岩（7.3%,0.07×10^-3μm²）。熔岩和火山碎屑岩的储层物性总体上都随埋深增加而变差,但火山碎屑岩的变化率显著大于熔岩;所以当大于一定埋深（2 500~3 000 m）时,熔岩的物性优于火山碎屑岩而成为主力储层。熔岩与火山碎屑岩物性随埋深变化的差异主要源于它们成岩方式的不同：前者冷凝固结,骨架体积受压实影响很小;后者压实固结成岩,其特点同沉积岩。在中浅层勘探中（埋深小于2 500 m）火山碎屑岩可作为重点目标。     

慕士塔格新冰期以来冰碛物风化成土特征

对慕士塔格西坡冰碛物粒度及磁化率分析表明:<1 mm的冰碛物以4~6Φ (0.063~0.016mm)含量为主,平均粒径(Mean)在2~6Φ之间,分选系数(δ)在1~3之间,峰态系数(K_g)为1.5~3.5,偏度(SK)系数在-2~2之间;磁化率分别与时代较老的冰碛土的粘土,和时代较新的冰碛土的粗砂成正相关.土壤发育过程和风力作用是影响冰碛物演化的重要因素,原生冰碛物保留的平均深度在30 cm以下.     

塔里木西南缘棋盘河乡玄武岩锆石U-Pb年代学和地球化学研究

通过对塔西南棋盘河乡尤勒巴斯地区玄武岩进行了LA-ICP-MS 锆石 U-Pb同位素研究。获得锆石²⁰⁶ Pb/²³⁸ U同位素年龄为298.3±2.8 Ma(MSWD=2.6), 代表玄武岩的结晶年龄。本次研究的玄武岩具有高的Ti、Nb: Ti/Y为513.86~577.35、Nb含量为28×10^-6~35.7×10^-6、La/Nb为5.06~6.25以及低的Zr/Nb比值(10~10.86), 表明该玄武岩的形成与富集岩石圈地幔有关。而相对低的Nb/U(近30)和Ce/Pb(近15)比值, 指示研究区玄武岩来自大陆岩石圈或受一定程度的地壳混染。尤勒巴斯地区玄武岩具有高TiO₂和P₂O₅, 富集轻稀土和Rb、Ba, 指示具有地幔柱的地球化学成分特征。基于塔里木地区大规模的火山岩喷发以及富集不相容元素的地球化学特征和岩相古地理特征支持, 塔西南玄武岩可能是由地幔柱火山作用, 或由于地幔柱的供热和上升导致富集的岩石圈地幔部分熔融而形成。     

北京市昌平区钻孔岩芯的磁化率与粒度组份变化的相关性研究

以昌平区钻孔岩芯为例,分析沉积物粒级组分与磁化率大小变化的相关性。从厚约150 m的剖面选取590多个样品,分别测试从0.5~500 μm各个粒度区间颗粒的百分含量和磁化率。通过计算它们之间的相关关系,认为湖相沉积物磁化率的变化与0.5~30 μm间细粒物质的含量,特别是与0.5~10 μm区间悬浮物质的含量反相关,而与65~500 μm间较粗粒物质的含量正相关。这种相关性与黄土沉积刚好相反,反映了二者之间磁化率不同的变化机制, 蕴涵着一定的古气候信息。     

大陆下地壳高电导率的起源：矿物中的结构水

大地电磁学的测定结果显示，大陆下地壳可能具有异常高的电导率(10-4~10-2 S/m)。认识这种异常现象的起源，对于更好地理解地球内部的结构和一些典型的地质学过程具有重要的意义。虽然目前有多种机制试图对大陆下地壳高电导率现象进行解释，但是争论依然激烈，已有的模型(含水矿物模型、孔隙流体模型、颗粒边界石墨膜模型和正空穴电子对模型等)都不能提供令人信服的答案。对安徽女山下地壳麻粒岩包体中的主要组成矿物(斜长石、斜方辉石、单斜辉石)的Micro FTIR分析表明：这三种矿物普遍含有结构水，含量分别可以高至~1 700×10-6、~1 600×10-6和~2 400×10-6。麻粒岩中结构水的存在可能会对大陆下地壳的电导率分布产生重要的影响，从而可能为认识其起源提供一个新的解释方法。     

新疆卡拉麦里地区早泥盆世洋内弧：来自火山岩地球化学及锆石U-Pb 年龄的证据

新疆东准噶尔卡拉麦里地区早泥盆世火山岩由玄武岩和玄武安山岩组成,采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法,获得玄武安山岩锆石的U-Pb年龄为404.5±1.9 Ma,表明喷发时代为早泥盆世。岩石地球化学显示早泥盆世火山岩属岛弧拉斑系列,具相对较高的Mg^# 值(41.25～55.32)及较低的Nb(1.11×10^{- 6}～2.42×10^{- 6})、Zr(73.9×10^{- 6}～95×10^{- 6})和ΣREE(81.50×10^{- 6}～121.80×10^-6)含量。富集大离子亲石元素(LILE：K、Rb、Ba)和轻稀土元素(LREE),而亏损Ta、Nb和Ti高场强元素（HFSE：Ta、Nb、Ti）,并显示Eu弱的亏损,这些特征与岛弧火山岩类似,其原始岩浆可能起源于俯冲流体交代的亏损地幔楔的部分熔融。结合区域地质背景,认为早泥盆世火山形成于洋内弧的构造环境,为卡拉麦里古洋盆向北俯冲消减的产物。这是在卡拉麦里地区首次报道的洋内弧火山岩,这一新的发现和认识对研究东准噶尔古生代洋盆演化及区域构造格局均具有重要的意义。     

东北地区地温和冻结深度时空特征的细化分析

根据东北地区144个国家气象站1951—2016年的地温和土壤冻结深度资料,采用实测资料统计及统计建模推算的方法,对东北地区地温和冻结深度时空特征进行了细化分析。结果表明：东北地区地温整体由南到北逐渐降低,冻结深度逐渐增大。各层年平均地温呈向北2个纬度降低1 ℃左右,年平均最大冻结深度为向北2~3个纬度加深30 cm左右,极端最大冻结深度为向北2个纬度加深30 cm左右。地温和冻结深度与纬度关系显著,与经度和海拔也有一定相关性,但在东北北部的多年冻土区基本不受后两者影响。不同深度的地温季节特征不同,地表温度季节特征与气温一致,160 cm以下深度四季温度从高到低为秋、夏、冬、春。地表夏季与冬季温差达到33.5 ℃,而320 cm深处最热季与最冷季的温差仅为7 ℃。气候变暖使得东北地区各层地温升高、冻结深度减小、冻结期缩短,尤其在多年冻土区及其临近的高纬度季节冻土区更为显著。相对于下层土壤,地表升温最大。伊春地表升温趋势达到1.16 ℃?（10a）^-1,40~320 cm土层升温趋势为0.60 ℃?（10a）^-1左右,冻结深度减小、冻结期缩短趋势分别达到 23 cm?（10a）^-1、8 d?（10a）^-1,大幅升温不利于多年冻土的存在。     

苏北盆地XH 1＃钻孔沉积物磁化率与粒度组分相关性变化特征及其意义研究

对苏北盆地XH 1#钻孔沉积物磁化率与粒度组分的相关性进行了研究，研究结果表明，此钻孔沉积物磁化率与粒度组分的相关性在不同深度段内有着不同的表现:在350～247 m深度段内，磁化率大小与中值粒径大小表现为负相关、与4～12Φ各粒级组分百分含量表现为正相关；在234～0 m深度段内，磁化率大小与中值粒径大小表现为正相关，与1～3Φ粒级组分百分含量表现为密切的正相关；247～234 m深度段是上述两种相关性变化的一个过渡阶段。环境磁学实验结果也揭示出在上下两个深度段内磁性矿物组成上也存在差异。这种不同深度段内磁化率与粒度组分相关性上的大的变化，以及磁性矿物组成上的差异共同揭示出，在深度247～234 m这段沉积物的沉积过程中，苏北盆地内可能发生了一次重大的事件，正是这次重大事件的发生导致了碎屑沉积物来源的改变，出现了上下两部分磁化率大小与粒度组分相关性上的差异。     

河北省阳原盆地井儿洼钻孔磁化率、粒度反映的环境意义

根据河北省阳原盆地井儿洼钻孔岩芯湖相沉积物的粒度特征,划分出大约0.2Ma以来,井儿洼地区经历了湖沼-浅湖-滨浅湖-滨湖的演化过程,其中至少存在8个高-低水位变化旋回。湖泊不同的演化阶段应用不同的粒级颗粒含量来作为环境指标。在滨湖环境下,50~100μm,>50μm及中值粒径具有良好的环境指示意义;浅湖环境中,<5μm或2~50μm的细颗粒是较好的指标。不同的沉积相中,磁化率的强度与分粒级颗粒含量的相关性不同:滨-浅湖相中磁化率强度与粗粒沉积物呈正相关;湖滨沼泽相中磁化率强度与细粒含量呈正相关;咸化滨湖中磁化率与粒度基本不相关。      

鄂尔多斯高原距今15 ka以来环境演化

通过鄂尔多斯高原中部折家梁海子湖泊沉积物的粒度、磁化率、色度等环境指标综合分析,探讨鄂尔多斯高原距今15 ka以来的环境演化。鄂尔多斯高原在距今14.3~11.9 ka,深度205~235 cm,为冷干环境;距今11.9~4.0 ka,指标特征反映了降水较为丰富,湖泊扩张,湖泊演化为稳定的深湖环境。潮湿气候环境可能是由于季风活动加剧所致;距今4.0~0 ka,深度85~0 cm,以大幅度波动为特征,表明气候干冷和湿暖交替,风沙发生的频率和强度加强。其中又以距今1.2~1.4 ka期间,深度25~30 cm时气候最为干旱,沉积了较粗的砂,为一强沙尘暴多发时期。