磁铁矿的低温磁学性质研究进展

磁铁矿(Fe3O4)是自然界沉积物和岩石天然剩磁的最主要载磁矿物.本文主要评述低温条件下(2\|300K)磁铁矿的晶体结构特征、Verwey相变以及磁晶各向异性等,重点介绍了两种重要的剩磁随温度变化曲线.最后简单地介绍磁铁矿的低温磁学研究在地学中的应用以及氧化和超顺磁效应对低温磁学性质的影响.     

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.     

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.     

珠江三角洲沉积物的岩石磁学性质及其环境意义

选取珠江三角洲区域位于广州番禺的PD钻孔进行沉积物岩石磁学和环境磁学记录的研究. 岩石磁学实验表明钻孔大部分沉积物以低矫顽力的磁铁矿类矿物为主要控磁矿物, 但仍存在少量铁硫化物. 在有机质丰富的灰黑色黏土沉积中, 铁硫化物含量增加, 成为影响沉积物磁性特征的主要矿物, 标志着海退后富含有机质而缺氧的沼泽环境. 以赤铁矿和针铁矿类矿物为主要控磁矿物的花斑黏土, 表明了一个较长时期的暴露风化过程, 代表着沉积间断. 在以磁铁矿类矿物作为主要载磁矿物的沉积物中, 磁铁矿浓度及粒度的变化主导磁化率(κ)、饱和等温剩磁(SIRM)等环境磁学参数的变化, SIRM/κ 和χ_arm/SIRM的大小旋回响应于海平面的升-降过程, 它们的高值反映了磁性矿物粒度变细、海平面上升. 在沉积学分析的基础上, 根据环境磁学参数截然不同的变化规律, 结合微体古生物数据, 将珠江三角洲沉积物代表的环境分为两次显著的海平面上升－下降旋回, 晚更新世和全新世的海侵又包含若干个比较明显的次级海平面波动过程.     

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.     

一阶反转曲线(FORC)图的原理及应用实例

自然样品中的磁性矿物携带着丰富的环境演化信息．然而在一般情况下,自然样品的磁性是其含有的诸多磁性矿物的综合反映．为了分离这些磁信息,近年来发展了一种新的岩石磁学方法：一阶反转曲线（FORC）图．该方法不但可以确定磁性矿物矫顽力的分布以及磁性矿物颗粒之间磁相互作用的强弱,而且还可以帮助区分磁性矿物的种类和磁畴状态．本文首先详细介绍该方法的基本原理和其物理意义,在此基础上,给出了一个应用FORC图确定含铝的钛磁铁矿玄武岩样品中磁性矿物在加热过程发生转变的研究实例．在两个温度下的FORC图密度分布差的结果表明,这种新方法可以灵敏地检测样品中微弱的磁性矿物改变,因此在岩石磁学、环境磁学和古地磁学研究中具有很好的应用前景．     

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.     

钢铁厂周围不同污染介质的磁学性质及环境意义

为了通过钢铁厂周围不同污染介质的磁学性质研究,实现对环境污染的有效监测,本文系统地采集了河北兴隆和湖南娄底两个钢铁厂周围的树皮和草表面的飞灰、土壤及不同树种的年轮样品.其中前三者用来反映现今污染源,而树木年轮用来追踪长时间尺度的污染历史.通过综合岩石磁学实验分析（包括热磁曲线、磁滞性质和低温实验等）、电子扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)以及X射线衍射(XRD)分析,发现钢铁厂周围现今污染源中的主要粗颗粒磁性矿物为磁铁矿、赤铁矿和纯铁.其中8~50 μm的球形磁铁矿颗粒和呈棱角状的铁颗粒是钢铁厂污染物的特征磁性矿物.对不同树种来说,其中香樟树和枫树树木年轮中的磁性矿物以顺磁性物质为主, 不适合用于环境磁学的污染监测.而柳树中的磁性矿物（主要为磁铁矿）与现今污染源的磁性矿物相符.以上研究表明多参数岩石磁学测量并辅以微观分析等手段,可以精确地提取磁性矿物的种类及粒度特征, 判别重工业区污染源,为应用磁学方法来监测环境污染提供依据.     

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.     

岩石的磁学性质

岩石磁学是古地磁学和环境磁学的基础，正确认识岩石的磁学性质对获得可靠的古地磁学和环境磁学记录是至关重要的，本文较详细综述了自然界学了性矿物的晶体化学结构，主要磁学性质以及鉴定特征，并讨论了它们的磁学性质在古地磁学和环境磁学研究中的意义。     

大兴安岭地区的强磁性火山岩

在大小兴安岭进行航空磁测结果,得到了一副广泛分布着强度很大的杂乱磁场变化图景,经过对许多异常进行地面检查证实,它们都是由强磁性火山岩引起的,包括玄武岩、安山岩、流纹斑岩、粗面流纹岩等.在100米左右的飞行高度上磁异常强度最高可达5000γ,一般都有3000-4000γ,地面最大强度经常都在10000γ以上（丝悬式磁秤超格）.     

Rocks and minerals as objects of geophysical studies

Results derived from the study of petrophysical properties and mineralogy of rocks, minerals, and model objects differing in formation conditions and composition are presented. Petromagnetic and paleomagnetic characteristics of rock samples are examined and modeling experiments on crystallization of ferromagnetic minerals are carried out in a wide region of pressures and temperatures. Minerals of rocks of different origins and ages (igneous and metamorphic rocks, xenoliths, and megacrystals) are studied, and the physicochemical conditions of their formation are reconstructed. Constraints are obtained on redox conditions of occurrence of rocks, the depth of magma chambers, and implications of secondary superimposed processes of metasomatism and metamorphism for variations in physical properties of Earth’s interior substance with depth. The structural factor is shown to be of great significance for the formation of magnetic properties of iron oxides. Using mineral geothermobarometry, the deep distributions of temperature and oxygen fugacity beneath volcanically active regions are estimated.     

杭州城区土壤的磁性与磁性矿物学及其环境意义

对杭州城区四个不同功能区块土壤进行了系统的环境磁学测定,结果表明城市土壤的磁化率平均值为128×10^-8m³·kg^-1,频率磁化率平均值3.6%(样品数=182),城市土壤呈现明显的磁性增强. 城市土壤的磁化率与频率磁化率呈极显著指数负相关,表明城市土壤磁性增强明显区别于自然成土过程引起的以超顺磁性(SP)颗粒为主的表土磁性增强机理. 统计分析表明,城市土壤磁化率与软剩磁和饱和等温剩磁(SIRM)呈显著直线正相关,说明亚铁磁性矿物是城市土壤剩余磁性的主要载体. 综合等温剩磁获得曲线、热磁曲线、磁滞回线等岩石磁学测定和SEM/EDX分析,城市土壤的磁性矿物以磁铁矿和赤铁矿为主,磁性矿物以假单畴-多畴（PSD-MD）颗粒存在,粒度明显大于成土过程形成的磁性颗粒,这些磁性颗粒主要来自燃料燃烧、汽车尾气等环境污染物. 因此,城市土壤磁测可作为城市土壤污染监测、污染空间分布和污染物来源判断的新手段.     

Textural remanence: A new model of lunar rock magnetism

In reexamining the accumulated magnetic data on lunar rocks, several common patterns of magnetic behavior are recognized. Their joint occurrence strongly suggests a new model of lunar rock magnetism, which appeals only to partial preferred textural alignment of the spontaneous moments of magnetic grains, without requiring the existence of ancient lunar magnetic fields. This magnetic fabric, mimetic to locally oriented petrofabric, gives rise to an apparent “textural remanent magnetization” (TXRM). In order to account for the observed intensity of “stable remanence” in lunar rocks, only a minute fraction (10^?3 to 10^?5) of the single-domain iron grains present need be preferentially aligned. Several mechanisms operating on the lunar surface, including shock and diurnal thermal cycling, appear adequate for producing the required type and degree of magnetic alignment in all lunar rock classes. The model is supported by a wide variety of direct and indirect evidence and its predictions (e.g. regarding anisotropic susceptibility and remanence acquisition) can be experimentally tested.     

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。     

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.     

南海北部陆区岩石磁化率的矿物学研究

基于2517套现场测量资料,245块岩石样品的体积磁化率测量和详细的岩矿鉴定及硅酸盐全分析结果,结合单矿物磁化率特征及各岩石之间的对比研究,发现岩石磁化率主要受组成岩石的矿物磁化率控制.即岩石磁化率(κr)与组成岩石各个矿物磁化率(κ1)及其体积含量(C2)成正比.例如侵入岩磁化率,κr=-5.68×102Cq+2.8...