岩石磁学与古地磁实验室简介

近年来，中国科学院地质与地球物理研究所岩石磁学与古地磁学实验室始终以实验、观测和理论“三位一体”的研究思路为宗旨，提出了以先进的硬件设备、完善的测试环境和创新的实验方法为依托体系的现代实验室建设理念，富有创意地发展了一些实验技术和实验方法，建立了国际水平的实验条件和实验能力．良好的研究环境和富有开拓的研究思路，吸引了包括欧美国家在内的国际知名学者来实验室开展合作研究．近年来每年都有一批实验数据在Nature，JGR(Journal of Geophysical Research)，EPSL(Earth P1anet Sciences Letter)和中国科学、地球物理学报等国内外学术期刊发表．该实验室已逐步成为岩石磁学与古地磁学领域国内外研究中心之一，大大地提升了我国在该领域研究的国际地位．     

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.     

磁性矿物的磁学鉴别方法回顾

磁性矿物的组成和颗粒粒径的分布决定了岩石或沉积物的基本磁学性质及其所携带的天然剩磁在地质时期内的稳定性.由于自然界中磁性矿物的复杂性和多样性，如何有效的确定磁性矿物的成分和粒径分布一直是岩石磁学的基础和难点.本文对确定磁性矿物成分和粒径分布的常见方法进行了较为详细的总结和分析，并对常见磁性矿物在高温和低温下的磁学性质进行了详细的论述.最后对如何应用综合方法判定样品中的磁性矿物种类以及粒度分布进行了探讨.     

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.     

微磁模拟及在岩石磁学中的应用

岩石或沉积物的磁学性质受到所含矿物的种类、粒径、形状、相互作用以及环境等多种因素的作用,但是传统的岩石磁学实验很难定量解耦这些参数的影响.本文从微磁模拟与岩石磁学相结合的角度探讨了定量分析矿物磁学特征的研究进展.首先对微磁模拟的原理和发展历程进行了简要介绍.随后就矿物磁信息记录的物性影响和化学改造两个基本问题,总结了微磁模拟在岩石磁学领域的应用特色.最后对微磁模拟在岩石磁学中的研究前景提出了展望.以上讨论指出微磁模拟在地学中具有重要应用价值,加深了我们对地质过程中矿物磁学性质的理解.     

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.     

北京密云水库表层沉积物磁性矿物的鉴别

本文对密云水库表层沉积物中的磁性矿物进行了岩石磁学和透射电子显微学的综合研究.本实验建立的磁选方法实现将70%~85%左右的磁性矿物从沉积物中分离出来.岩石磁学研究表明,密云水库沉积物中的磁性矿物以多畴和单畴磁铁矿为主,还含有少量高矫顽力弱磁性载磁矿物(可能为赤铁矿).对磁选矿物的透射电镜观测表明,样品中部分单畴磁铁矿具有纳米尺寸和化学纯度高等特点,为拉长的立方-八面体磁铁矿,是趋磁细菌产生的化石磁小体;多畴磁铁矿多数具有微米尺寸,形状不规则,为碎屑成因;超顺磁磁铁矿粒径约为5~20nm,且含硅、铝等元素,可能为自生成因.研究结果表明,岩石磁学和透射电子显微学的综合应用可以更全面、准确地分析沉积物中磁性矿物的成分、含量、粒径和化学成分等信息,为环境磁学、生物地磁学和古地磁学研究提供依据.     

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.     

环境磁学研究现状和进展

环境磁学是八十年代逐步发展起来的具有学科交叉特点的边缘学科。它主要应用岩石和矿磁学研究磁性颗粒的搬运、沉积以及转化受大气圈、水圈和岩石圈环境变化影响的过程。近年来，环境磁学已提供了大量有关全球变化过程以及人类活动对环境影响等重要资料，其研究范畴迅速扩展，已成为当今地学的前沿学科之一。     

现代湖泊沉积物中磁性矿物的研究及其环境意义

通过固城湖沉积物中高分辨率的岩石磁学取样及其实验研究，取得了环境磁学参数及各种磁参数的比值随深度的变化曲线，结合其他气候指标和同位素年龄结果，表明湖泊沉积中磁参数及其比值的变化能与末次晚冰期以来的古气候变化很好地相对应，尤其是在４．００ｍ和１２．０３ｍ的气候转折点上，沉积物中环境磁参数及其比值同样出现明显的变化，有力地说明沉积物中磁参数及其比值能很好地记录湖泊沉积物沉积时的古气候变化，并且可用来认识古环境突变的界线．     

Paleomagnetism and magnetic anomalies in Iceland

The paper reviews several aspects of paleomagnetic research on Icelandic rocks in past decades, with emphasis on studies of remanence directions in composite lava sections of 1–15 Ma age. We first describe briefly the physical basis of this research and experimental techniques, and list the major studies carried out so far. This is followed by a discussion of the internal consistency of directional results, effects of alteration on magnetic properties, rates of buildup of the lava pile, and the use of paleomagnetic reversals and excursions in stratigraphic mapping. Another section of the paper discusses some contributions which paleomagnetic research in Iceland has made to knowledge of properties of the geomagnetic field.A final section is devoted to regional magnetic surveys over Iceland and the surrounding shelf, giving examples of how their results have revealed various features of geological structures in that area. Knowledge of the magnetization of basement rocks aids in the interpretation of the magnetic anomalies, but more detailed and comprehensive studies of these structures are needed.     

Varved clay paleomagnetism: Sedimentogenesis and secular variation record

The genesis, varve, and paleomagnetic informativeness of glaciolacustrine sediments are considered based on paleomagnetic and lithological studies. The magnetic properties of varved clays from periglacial basins have been considered using the sedimentological model of formation of varved clays as products of glacial turbidity currents, which explains the differences in the magnetic characteristics and degree of paleomagnetic informativeness of these clays. The distal zone sediments (formed due to precipitation from glacial turbidity currents, suspension, and sometimes along the periphery of the proximal zone) are most successfully used to study secular variations. The possible errors of the secular variation records in varved clays and such errors in estimating annual bedding of these clays have been analyzed. It has been indicated that information about the composition, concentration, and magnetic fraction size should be completed with detailed lithological studies, which make it possible to reconstruct the character of clastic material income into a basin and to decipher a paleomagnetic record. An analysis of the magnetic susceptibility anisotropy parameters and the magnetization formation in a sediment makes it possible to take into account disturbances caused by the sedimentation process and, thereby, to detect a pure geomagnetic signal     

Paleomagnetism of the type Pliocene/Pleistocene boundary section at Santa Maria de Catanzaro,Italy, and the problem of post-depositional precipitation of magnetic minerals

In order to assist in global correlation of the Pliocene/Pleistocene boundary, a paleomagnetic survey has been made of the world type section for the boundary, in Calabria, Italy. A total of 116 specimens from 36 sites were collected from the section, which as sampled is about 30 m thick. All sites possess stable remanent magnetism and northern hemisphere virtual geomagnetic poles, consistent with deposition during a period of normal polarity. If this period was during the Gilsa event, a minimum sedimentation rate of 17 cm per 1000 years would be required. Since a normal polarity chemical overprint, acquired during the last 0.69 m.y. could also explain the data, thermomagnetic analyses were made of selected samples. The results show the presence of highly unstable superparamagnetic material, which is most likely a product of post-depositional chemical precipitation. This observation enhances the possibility that any longer-duration precipitation could have created coarse and thus magnetically more stable components, the effects of which could not be readily distinguished from the original remanent magnetism.The difficulties of distinguishing between original depositional remanent magnetism and post-depositional chemical remanent magnetism, in outcropping marine sediments, as well as the large range of possible natural causes of the latter, is summarized in the form of a discussion of feasible Eh and pH changes occurring between original deposition at upper bathyal dephts and final sampling above sea level. It is considered that, in the absence of experimental means to distinguish the roles of original and chemically overprinted paleomagnetic signals, similarity of magnetic polarity stratigraphy between sections of sediments representing different paleoenvironments and sedimentation rates is a necessary if insufficient requirement for diagnosis of real geomagnetic behavior during deposition, as opposed to posidepositional effects.     

中国东部红土的磁性及其环境意义

通过中国东部红土剖面的环境磁学参数（磁化率、频率磁化率、非磁滞剩磁、饱和等温剩磁等）测量,获得了红土剖面磁性矿物浓度、粒度和类型等特性随深度的变化曲线以及红土经连二亚硫酸钠一柠檬酸钠一重碳酸钠溶液（ＤＣＢ）处理后的磁性参数变化．根据红土剖面环境磁学参数及其磁参数比值的变化可将红土分为３个层段,各层段的磁性矿物特征存在明显的差异．证实了红土剖面中的磁性载体主要是磁赤铁矿、赤铁矿和针铁矿,并分离出了球粒状磁颗粒．认为红土磁性矿物的数量、粒度、类型等的变异指示了其形成时的环境特征,其频率磁化率和ＤＣＢ处理的磁化率损失量指示了红土成壤化作用的强弱,可作为在红壤区研究过去全球变化的一种新途径．     

环境磁学在城市环境污染监测中的应用和进展

环境磁学是一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的边缘科学，已广泛应用于很多领域.本文在简述了环境磁学参数和不同环境中磁性矿物变迁和演化过程的基础上,介绍了环境磁学在城市环境污染的不同方面所取得的进展,探讨了环境磁学在土壤污染和大气等城市环境污染研究中的不足,提出了环境磁学在城市环境污染研究领域的发展趋势.