巴基斯坦Bahawalpur黄土岩石磁学特征及磁化率变化机制研究

风成黄土是陆地上分布最广泛的沉积物之一,记载了各种古气候演化信息.目前巴基斯坦的黄土研究甚少,磁化率与气候对应的变化机制研究尚未开展.本文对位于巴基斯坦印度河平原Bahawalpur地区新发现的黄土-古土壤剖面进行系统的岩石磁学研究,结合粒度和漫反射光谱(DRS)数据,讨论巴基斯坦黄土的磁化率变化机制.实验结果显示:Bahawalpur(BH)剖面黄土层主要的载磁矿物为磁铁矿,同时含有少量磁赤铁矿和针铁矿,磁性颗粒以原生的MD和PSD颗粒为主.相对于黄土层,古土壤层则是以针铁矿为主,含有顺磁性矿物和少量磁铁矿.BH剖面磁化率与成土作用关系和中国黄土高原典型剖面相反,磁化率的变化可能存在一个阈值12.8×10^-8 m³·kg^-1,在阈值之上,强磁性矿物(磁铁矿、磁赤铁矿)占主导;阈值之下,以弱磁性矿物(主要是针铁矿)为主,这种磁性矿物的转变可能导致磁化率降低.本文可为今后利用磁化率解读该地区地层蕴含的古气候信息提供新线索.     

中国与西伯利亚黄土磁化率古气候记录-氧化和还原条件下的两种成土模式分析

近20多年来随着中国黄土深入研究, 揭示了中国黄土地层磁化率与成土古气候温湿程度基本成正比例关系, 黄土地层磁化率也因此成为一个重要的古气候参考指标在第四纪古气候研究中, 不仅在黄土堆积物而且也在湖相和海相沉积物中广泛应用. 但是中国黄土地层磁化率与古土壤成壤强度(古气候温湿程度)呈正比的模式却不是到处都适用, 黄土高原的周边地区就有不少例外的报道. 而西伯利亚和阿拉斯加黄土则显示出另一极端的情形, 一个完全相反的磁化率特点: 在气候干冷期的黄土层获高值, 而在气候温湿期的古土壤层获低值. 过去的研究一直认为, 其磁化率主要是反映古风力大小的变化, 与成土作用基本无关. 磁学测量研究发现, 西伯利亚黄土和古土壤的差别, 不仅有颗粒从大到小的变化, 而且还有矿物组分变化: 如磁赤铁矿从多到少, 最后完全消失并取而代之出现了完全不同热磁行为的另一种矿物. 这种矿物相变现象难以用单纯的风力强弱来解释. 说明中国黄土和西伯利亚黄土可能存在两种不同的机制模式: 中国黄土高原大部分处于蒸发量大于降雨量的干旱氧化环境, 适当的水分或降雨有利于细小的磁铁矿和磁赤铁矿的形成, 使得磁化率与古气候呈正比. 而西伯利亚以及相应的高纬度地区, 地理上属苔原或苔缘地区, 湿润是该区域基本特点. 间冰期更加温湿的气候使其湿润增加以致过剩, 导致地表成土环境向还原方向移动. 它使得喜氧化的强磁性矿物磁赤铁矿和磁铁矿渐趋不稳定, 并逐渐转化形成适合其还原环境的弱磁性矿物如褐铁矿或其他铁的硫化物. 间冰期气候越潮湿, 还原程度也越高, 强磁性矿物就被损耗得越多. 正是这种高纬度的成土作用可能是导致其古土壤磁化率比黄土更低的主导因素之一.     

佳县红粘土堆积的磁学性质及其古气候意义

对佳县剖面红粘土作了较为详细的岩石磁学研究. 实验结果显示, 该地区红粘土堆积与黄土高原黄土-古土壤及其他红粘土堆积既具有相似的磁学性质, 又有明显的自身特点, 磁性矿物以磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿为主, 褐铁矿/针铁矿含量较小. 同时, 红粘土与剖面上部午城黄土中的古土壤和黄土相似, 较强发育的古土壤层与弱发育的古土壤层相比, 显示低矫顽力特征和较高的超细颗粒含量, 说明在相对湿润气候条件下成壤作用的增强对超细颗粒的形成和磁性矿物的转化具有重要贡献, 体现出晚第三纪红粘土发育的古气候环境与黄土-古土壤相似, 具有波动变化的特点. 与黄土高原东部和南部风尘堆积的磁滞回线特征相比, 佳县红粘土样品达到饱和需要相对较高的磁场强度, 进一步证明了硬磁性矿物的存在和相应较弱的生物化学作用特征, 说明黄土高原北部与东部和南部的气候环境存在一定的差异性, 干旱化的程度相对较高.     

天山北麓黄土环境磁学特征及其古气候意义

新疆黄土-古土壤序列环境磁学参数的变化机理及其气候意义仍存在争议.本文选择天山北麓的中梁黄土剖面,系统开展了低温和常温下环境磁学参数的测试与研究,测量包括室温的磁化率与饱和磁化强度,以及磁化率与饱和剩余磁化强度的低温变化.结果发现,该剖面黄土和古土壤样品的磁性矿物主要由磁铁矿与磁赤铁矿组成,不含任何粒级成壤形成的超顺磁矿物颗粒,其磁化率信号主要记录了粉尘磁性矿物含量变化,较高的磁化率指示较强的风动力状况或者较近的风尘源区,新疆黄土的这种环境磁学"风尘输入模式"可用来重建干旱区的风动力强弱变化.     

Bartington MS2和Kappabridge MFK1-FA不同频率的磁化率在黄土、红粘土和湖相沉积物中的应用

通过Bartington MS2 和Kappabridge MFK1-FA两种仪器对黄土-古土壤、红粘土和湖相沉积物样品进行了5个频率的磁化率测试,并计算得到了4个频率磁化率.通过对比分析不同类型样品磁化率-频率变化曲线可知,当样品中细颗粒磁性矿物含量较高时,磁化率在较低频率即可达到峰值,而当样品中细颗粒磁性矿物含量较低时,磁化率在较高频率时才能达到峰值.因此,在黄土-古土壤等样品的应用中,成壤作用较强,细颗粒亚铁磁性矿物含量较高,Bartington MS2的低频(465 Hz)与Kappabridge MFK1-FA的F₁(976 Hz)和F₂(3905 Hz)频率均处于磁化率峰值区域,可以检测到SP/SD阀值区域颗粒的信息,但是对于红粘土和湖相沉积物等细颗粒亚铁磁性矿物含量较低的样品,磁化率峰值对应的频率较高,MS2型磁化率仪无法有效地检测其中细颗粒的含量,而MFK1-FA中F₂(3905 Hz)和F₃(15616 Hz)两个频率间的频率磁化率则可以较好地完成这一任务.     

大荔人遗址黄土-古土壤剖面岩石磁学性质研究

自从大荔人化石被发现以来,其遗址剖面便成为研究热点.先前的研究主要集中在地层的对比划分与头盖骨年龄的推断方面,然而对于载磁矿物的鉴定及其古气候含义方面的研究却相对较少.鉴于此,本文运用热磁分析、饱和等温剩磁和剩磁矫顽力谱分析、磁滞回线分析、频率磁化率分析、热退磁分析等方法,对大荔人遗址剖面进行了系统的岩石磁学性质研究,鉴定出其主要载磁矿物为磁铁矿,赤铁矿,磁赤铁矿,磁畴状态主要是似单畴.磁铁矿,赤铁矿是样品中特征剩磁的携带者;主要起源于成土作用的超顺磁颗粒和新生成的亚铁磁性矿物,是古土壤样品磁化率增强的主要贡献者;古土壤中软磁性矿物的含量高于黄土.样品中磁赤铁矿的含量并不高.黄土-古土壤样品的频率磁化率曲线,古里雅冰芯氧同位素、细微粒浓度曲线,岐山五里铺剖面有机质含量曲线在古气候记录方面具有一致性,都展示出至少从MIS5以来,气候从冰期到间冰期的变化是渐变的,反之则表现了突变特征.上述岩石磁学研究丰富了大荔剖面的磁学领域研究内容,为相关课题的深入研究提供了依据.     

塔里木盆地南缘8.5 ka以来的黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制

黄土岩石磁学参数是古气候研究中的重要指标,其中磁化率应用最为广泛,并在黄土高原地区取得重大进展,其受控于成壤作用的变化机制也被普遍接受.然而在黄土高原外缘的新疆地区,磁化率的变化机制仍不明确,导致磁化率的古气候意义在该区存在较大争议.本文选取塔里木盆地南缘具有精确年代控制的典型黄土剖面（羊场剖面）开展岩石磁学和高分辨率磁化率研究,利用交叉小波分析方法并结合剖面粒度、矿物及元素特征对该地区磁化率变化机制进行初步探讨.结果显示,羊场剖面的岩石磁学性质主要由粗颗粒软磁性矿物所控制,同时也表现出一定的顺磁性特征.根据载磁矿物和磁化率变化特征可将剖面进一步划分为两个阶段：阶段Ⅰ（8.5~2.5 ka）,载磁矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主,磁化率值整体较高;阶段Ⅱ（2.5~0.2 ka）,亚铁磁性矿物依然占据主导地位,但硬磁性矿物和以黄铁矿为代表的顺磁性矿物相对增多,磁化率值显著降低.相关性研究和交叉小波分析表明：阶段Ⅰ磁化率与粗颗粒组分的变化具有一致性,符合"风速论"模式;阶段Ⅱ磁化率不仅与粗颗粒组分具有明显的正相关关系,而且与指示成壤作用强度的频率磁化率百分含量呈现出显著的负相关关系,暗示了阶段Ⅱ的磁化率变化可能受到"风速论"和"还原性成壤"模式的共同影响.本文拓宽了对新疆地区黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制的深入理解,也为利用磁化率恢复新疆及中亚地区全新世以来的古气候变化历史提供了新的线索.     

捷克黄土的磁学性质及古气候意义

对捷克Znojmo剖面末次间冰期以来黄土-古土壤序列进行了较为详细的岩石磁学和X射线衍射实验研究, 结果表明捷克黄土-古土壤磁化率变化与中国黄土高原风成沉积物具有相似的特征, 即土壤化作用使磁化率升高. 磁化率随温度的变化特征和等温剩磁测定以及X射线衍射实验揭示出Znojmo剖面黄土和古土壤的主要磁性矿物是磁铁矿, 并含有少量的磁赤铁矿、赤铁矿和黄铁矿或磁黄铁矿以及针铁矿. 磁化率各向异性研究表明, Znojmo剖面黄土和古土壤的磁线理小于磁面理, 这说明磁化率椭球体为压扁形, 最大轴的方向呈现随机分布特征, 不能指示大气传输尘埃沉积时的古风向.     

伊犁黄土的磁学性质及其与黄土高原对比

近20多年来黄土高原的黄土磁学性质与古气候研究取得了重要进展, 极大地推动了东亚古季风演化、亚洲内陆干旱化及过去全球变化的研究, 但对亚洲内陆天山地区的黄土磁学性质知之甚少. 选择天山伊犁盆地黄土剖面进行了系统的磁性测量, 包括磁化率、无磁滞磁化率、高低温磁化率和磁滞参数等, 并与黄土高原进行了对比, 开展了伊犁黄土的X射线衍射矿物学分析, 初步探讨了伊犁黄土磁化率增强的机制. 结果表明, 伊犁黄土磁性矿物的总含量要远远低于黄土高原, 但磁性矿物类型与黄土高原黄土基本类似, 以磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿为主, 部分样品还有钛铁矿等. 在磁性矿物中磁赤铁矿占的比例总体上要比黄土高原黄土低, 而磁铁矿和赤铁矿占的比例比黄土高原黄土要高. 磁性矿物的粒度要比黄土高原粗, 以准单畴(PSD)和多畴(MD)为主. 成壤作用产生的细粒超顺磁体对磁化率的贡献非常有限, 粒径为PSD和MD的磁铁矿和磁赤铁矿为伊犁黄土磁化率的主要贡献者. 伊犁黄土磁化率增强既有风速论模式(阿拉斯加或西伯利亚黄土成土模式), 又有黄土高原超细颗粒成壤模式, 但以前一种模式为主导. 伊犁黄土磁化率增强除与源区的原生磁性矿物有关以外, 还与当地的地形气候环境和地质背景有关. 伊犁黄土磁化率增强的机制十分复杂, 将磁化率应用古气候的解释时要慎重.     

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.     

青藏高原东北缘中新世红色土状堆积序列的成因及其对亚洲干旱过程的指示

对青藏高原东北缘堆积于河流阶地上的晚新生代红色土状沉积物进行了地貌与地层、沉积特征、土壤微结构和地球化学等的研究. 结果表明, 这套红色土状堆积物可分出25套发育较弱的黄褐色土壤(7.5YR6/4)和发育较强的红棕色古土壤(2.5YR5/4)组合, 与黄土高原典型的红黏土具有相似的结构和构造. 红色土状堆积序列的颗粒总体上偏细, 主要组分为粉砂和黏土, 砂粒级含量几乎为零. 显微镜下, 红色土状堆积物为黏土质结构, 粗颗粒组分主要包括石英、钾长石、云母和少量辉石、角闪石等, 且矿物颗粒都呈似棱角-棱角状; 其常量和微量化学元素的含量与特征、稀有元素的分配模式等与典型的第四纪黄土、古土壤具有可对比性. 上述证据表明, 这套沉积为风成起源. 磁性地层指示这套风成成因的红色土状堆积物底界年龄为约11.4 Ma, 证明中国西北地区晚新生代大面积的风尘沉积分布范围扩展到了青藏高原东北缘. 后湾红色土状堆积物与上覆晚第四纪黄土-古土壤序列有着相近的物源和相似的风力搬运系统. 与晚第四纪黄土-古土壤相比, 后湾红色土状堆积物的颗粒较细、沉积速率较小, 反映了搬运动力较弱和(或)源区干旱化程度较低. 古气候替代指标的变化表明源区干旱程度和(或)风搬运动力有多次的波动, 并且在约10 Ma BP和7~8 Ma BP前后, 各有一次干旱化加剧的过程, 可能表明了高原的隆升或(和)全球变冷促进了亚洲内陆干旱化进一步加剧. 10 Ma BP前后古气候由高频高幅波动转变为较为低频低幅变化, 指示了一次重要的环境转型. 这次环境转型事件可能是全球性的事件在青藏高原东北缘的表现.     

伊犁风成黄土不同组分对磁化率的影响

为了研究中亚黄土中的碳酸盐、有机质和可溶性盐等不同组分对磁化率的影响,本文对伊犁黄土样品分别进行盐酸、醋酸、蒸馏水和双氧水等处理,并与黄土高原黄土样品进行了对比.结果表明,盐酸不但可以溶蚀样品中的碳酸盐而且还可以与磁性矿物中的铁离子反应,分解超顺磁性颗粒(SP)中细颗粒组分,造成磁化率降低.与原样相比,中亚和黄土高原醋酸样品质量磁化率(x(f))和频率磁化率(x(fd))分别增加20.3％、53.4％o和4.8％、13.0％,说明中亚黄土碳酸盐对磁化率影响远大于黄土高原,醋酸对Sp没有影响或者影响很小.双氧水和蒸馏水样品x(f)变化幅度小于4％,说明黄土中有机质和易溶组分对磁化率的影响均非常小.此外,通过对中亚和黄土高原盐酸和醋酸样品的温度磁化率(TDS)曲线对比分析,表明黄土高原黄土退热过程磁性矿物的转化可能主要是SP组分中的细颗粒成分,伊犁黄土中纤铁矿和磁赤铁矿或针铁矿含量较黄土高原低.     

陕西交道全新世黄土-黑垆土磁化率的CBD研究

根据黄士高原中部交道剖面全新世黄土－黑垆土剖面的非磁滞磁化率和ＣＢＤ提取前后的磁化率、频率磁化率以及热磁分析结果,分析了磁性矿物的种类和磁畴状态,讨论了古土壤的磁化率增强,指出ＣＢＤ技术强有力的支持古土壤磁化率增强的土壤成因观点．虽然ＣＢＤ能非常有效地溶解土壤成因的磁赤铁矿,但并不是完全选择性地溶解土壤成因的磁铁矿颗粒．此外,通过对样品ＣＢＤ处理前后磁化率数据的分析,从土壤化学角度为黄土的风成说提供了新证据。     

风成沉积物4～16 μm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

风成沉积物4~16 mm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

三门峡盆地晚新生代沉积物磁性载体类型

对三门峡盆地晚新生代沉积岩样品进行岩石磁学研究,通过三轴饱和等温剩磁和剩磁矫顽力实验、交变退磁和热退磁实验及磁化率测定,发现黄土-古土壤、河湖相灰绿层和冲洪积层3种不同岩性的磁载体存在显著差异.即黄土-古土壤以磁铁矿为主,赤铁矿和磁赤铁矿很少;河湖相灰绿色沉积磁性矿物含量较低,主要为赤铁矿和磁铁矿,但磁铁矿较多,此外还有一些不稳定磁性矿物(如针铁矿、菱铁矿等);冲洪积物以磁铁矿和赤铁矿为主,磁铁矿相对较多.     

印度河-恒河平原风成黄土的发现及其意义

风成黄土堆积包含了丰富的古气候演化信息,如中国黄土古环境研究在过去几十年取得了重要进展.目前在印度地区黄土研究大都集中于其北部喜马拉雅山南坡的Kashmir地区,其他地区很少见到风成黄土的报道.通过对印度新德里-安格拉-斋普尔地区平原沉积物的地貌地形及沉积物地层的野外观察,发现其与大部分中国黄土古土壤序列相似,地层之间为过渡的渐变关系,不具有河流冲积物层理,且发育着明显的土壤层次,说明印度河-恒河平原很有可能存在未被识别的风积黄土古土壤序列.为了进一步确定其存在性,本文对位于印度河-恒河平原的一处疑似黄土堆积进行了采样及室内分析,结果表明代表性样品的粒度分布及稀土元素(REE)的配比模式与中国黄土极为相似,同时代表性样品的单颗粒石英扫描电镜(SEM)图像显示出新鲜的贝壳状断口、丰富的撞击圆麻点、机械撞击形成的碟型坑等风尘颗粒具有的特征.此外,环境磁学与岩石磁学实验表明,样品中的主导磁性矿物为亚铁磁性的磁铁矿及磁赤铁矿,可能含有少量的赤铁矿,并且其常温磁学参数与中国黄土具有很好的可比性.综合以上结果,我们认为印度河-恒河平原地区广泛分布着风成黄土堆积,且黄土的存在可能促进了印度农耕的发展,从而推动印度古文明的兴起与繁荣.这也为日后对该地区地层中蕴含的古气候信息解读提供了新的更成熟的研究载体.     

中中新世秦安黄土-古土壤序列磁性增强机制及其环境意义

中中新世黄土高原风尘堆积序列磁化率显著增高,在区域内已成为地层对比标志,然而其磁性增强机制依然不清楚.本文对秦安地区QA-I剖面约14～17.1 Ma期间的黄土-古土壤样品进行了系统的环境磁学、岩石磁学(热磁性质、磁滞性质、非磁滞剩磁与饱和等温剩磁比值χ_ARM/SIRM等)和色度指标分析.结果表明,QA-I剖面黄土-古土壤序列样品中磁性矿物为准单畴(PSD)磁铁矿、超顺磁/单畴(SP/SD)磁赤铁矿和赤铁矿,古土壤中细粒磁赤铁矿含量高于上下相邻黄土层.CBD(Citrate-Bicarbonate-Dithionite)处理方法显示,中中新世风尘序列中碎屑成因的PSD磁铁矿含量变化不大,约14.5～16.0 Ma期间成壤成因SP/SD磁赤铁矿含量的增多,是导致该时期风尘堆积序列磁化率增强的主要原因;这与该时期较低的土壤发育程度并不一致,表明CBD处理方法虽然可有效获取成壤成因SP/SD磁赤铁矿信息,却无法区分其为当地还是源区成壤成因.低温磁学研究表明,QA-I剖面约14.5～16.0 Ma期间SP/SD磁赤铁矿可能为碎屑磁铁矿颗粒的风化外壳,其含量高低变化与风尘样...     

浅议中国黄土磁化率的物理意义

中国的陆相黄土地层连续地记录了第四纪以来的古气候变化。基于中国黄土磁化率曲线与深海氧同位素记录具有可比性这一事实，磁化率作为一种气候替代性指标在黄土研究中得到广泛的应用。但是，磁化率的物理意义仍不清楚。本文作者对陕西榆林蔡家沟剖面末次间冰期以来的风成沉积作了研究，指出黄土、古土壤的磁化率差异不仅与前人提出的碳酸盐淋失、空隙度变化、“就地”新生成磁性矿物等作用有关，而且还可能与有机质有重要关系。有机     

黄土高原西北缘末次冰期晚期以来黄土沉积物的岩石磁学性质

以黄土高原西北缘的靖远和古浪剖面(包含黄土层L1上部和占土壤层SO)作为研究对象,选取代表性样品进行磁化率、频率磁化率、热磁曲线、等温剩磁获得曲线和磁滞回线等测定.结果表明,靖远和古浪L1黄土和SO古土壤具有相似的岩石磁学特征.磁性矿物含量相对较低,载磁矿物均以磁铁矿为主,同时含有磁赤铁矿和赤铁矿,且SO占土壤中的磁赤...