南方红土的磁性矿物组成及其区域性差异

位于我国热带、亚热带地区的南方红土是我国分布最广的第四纪土状沉积,其经历了较强的化学风化作用,具有典型的磁性矿物组成。磁性矿物是沉积物的重要组成成分。磁性矿物的种类、粒度和含量等信息可以反映沉积物形成时的温度、降水等气候条件。因此,了解红土沉积物磁性矿物组成对于研究南方红土区的环境演化具有重要意义。本文综合分析了安徽宣城、浙江长兴、江西九江及广西百色4个剖面不同层位红土样品的x-T曲线、三轴等温剩磁热退磁曲线等岩石磁学结果,发现南方红土的磁性矿物组成主要为磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿及针铁矿,这些磁性矿物的相对含量不仅具有地带性差异,而且在不同风化阶段也存在差异。其中百色剖面顶部棕色土中磁赤铁矿含量相对其他剖面较高,与百色地区现今较强的风化作用相符。同一剖面内网纹红土中赤铁矿的含量较高,磁赤铁矿的含量相对较低,指示网纹化时期较强的成土作用引起磁赤铁矿向赤铁矿的转化。此外,岩石磁学结果显示百色剖面网纹红土及均质红土中含有一种特殊性质的磁性矿物,即粒度较细、解阻温度较低的成土成因赤铁矿,该矿物为后期强烈风化作用的产物。该次生矿物携带了较强的化学剩磁,引起了百色剖面初始碎屑剩磁的重磁化。该研究表明磁性矿物组成的差异还可以用来解释南方红土剩磁记录的多样性。     

中国亚热带风尘沉积物磁学特征对比研究

中国亚热带地区的风尘沉积包括均质红土、黄棕色土、网纹红土和下蜀土等不同类型沉积层。本文选择江西九江(JL)、浙江浦江(PJ)和江苏新港(XG-3)3个剖面,进行了多种磁学参数测量。研究结果表明:1)黄棕色土与网纹红土在剖面上叠加组成加积型红土剖面构型,两者的磁性矿物含量、类型和磁畴的差异,导致磁化率的不同。黄棕色土磁化率高,磁性矿物含量高,磁性颗粒以细小的亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主。根据半定量估算,黄棕色土样品中SP颗粒含量大多介于50%~75% 之间,其中的古土壤样品SP颗粒含量多数大于75%。网纹红土磁化率低,磁性矿物含量低,磁性颗粒粒径较黄棕色土粗,矿物类型以不完整反铁磁性矿物赤铁矿为主。2)下蜀黄土具有较高的X,Xfd,SIRM和XARM; X和Xfd呈正相关关系(r2=0.87),黄土层的XARM/SIRM与XARM/X远低于古土壤,反映除较细的粒度组分外,还有较粗的 PSD/MD 颗粒存在。细颗粒亚铁磁性矿物对磁化率贡献较大。3)据磁学参数辅以其他理化指标推测,黄棕色土与下蜀黄土形成环境与现在亚热带环境类似,但黄棕色土以较低的粉砂与粘土比值反映其化学风化作用较下蜀黄土强,显示了一定的纬度效应。4)广泛分布于亚热带地区的网纹红土磁学特征类同,粒度组成和地球化学指标也相似,反映形成时期区域内的自然要素的地带性分异不及今日明显。另一方面,网纹红土中较高的HIRM、矫顽力和居里温度指示其含有较多的赤铁矿,而且磁性矿物颗粒较其上的黄棕色土粗,全铁含量略高于黄棕色土,87Sr/86Sr 比值也较黄棕色土高,所有这些都佐证网纹红土与黄棕色土可能具有不完全相同的物质来源。     

中国南方红土环境磁学

第四纪红土是中国南方古环境演化与气候变迁的最佳载体之一,记录了南方的古地理、古气候环境变迁信息。典型红土剖面由现代红壤层、均质层、网纹层、砾石层或基岩层组成,均质红土磁化率值多在80×10-8~250×10-8m3/kg,网纹红土磁化率约低一个数量级。红土的磁化率-温度（-T）曲线、等温剩磁获得曲线、XRD和TEM分析认为,成土过程产生的细粒磁性矿物（包括磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿）是红土磁性的主要载体。对红土的岩石磁学和矿物学综合分析认为,红土磁性矿物的含量、粒度、类型等可能指示其形成时期的某种环境变化,红土磁性是南方第四纪环境变迁研究的重要手段,但由于红土的物源以及受后期化学风化改造的复杂性,红土的环境磁学研究需要新的思路和方法。     

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1823×10-8m3/kg,平均值为1033.1×10-8m3/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385.73×10-8m3/kg,平均值为91.5×10-8m3/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。     

浙江玄武岩风化壳红土磁性特征及其对成土过程的响应

以位于浙江磐安县的玄武岩风化壳红土（XZ剖面）为研究对象,对其进行系统环境磁学分析,结合常量元素、漫反射光谱、有机质等分析手段,研究玄武岩风化壳红土的磁性特征,并探讨磁性特征与风化成土过程之间的关系。结果表明：在风化成土初期,玄武岩风化壳红土磁性较强,具有较高的磁化率（χ）和饱和等温剩磁（SIRM）,磁性矿物主要为原生多畴（MD）颗粒亚铁磁性矿物（磁铁矿、钛磁铁矿）,磁性特征继承了母岩特性;随着风化成土作用的增强,土壤中的原生亚铁磁性矿物逐渐转化为次生不完全反铁磁性矿物（赤铁矿、针铁矿等）,导致土壤磁性降低,但细颗粒磁性矿物逐渐增加;强风化成土阶段,原生亚铁磁性矿物进一步减少,反铁磁性矿物仍表现出一定高值,同时大量成土成因的细颗粒次生强磁性矿物（SP颗粒磁铁矿、磁赤铁矿）逐渐生成,导致土壤χ持续升高。本研究显示玄武岩风化壳红土的磁学特征与风化成土过程具有紧密的关系,磁性参数χ_fd%可作为亚热带地区玄武岩风化壳红土成土过程和成土强度的指示指标。

     

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。     

武夷山紫色土磁学特征及其对成壤的指示意义

紫色土是非地带性土壤, 具有磁性本底值低的特征, 是研究成土初始阶段土壤磁性矿物与成土因素关系的良好材料。目前, 国内紫色土系统的环境磁学研究处于起步阶段。本研究以福建省武夷山市的紫色土剖面(简称WYS剖面, 地理坐标为27°44'24'N, 118°00'36'E; 海拔216.3m)为分析对象。该剖面发育于白垩系紫红色粉砂质泥岩之上, 厚度为0.9m。通过系统的环境磁学研究, 结合漫反射光谱一阶导数曲线、色度指标和常量地球化学元素指标, 分析其磁学特征的层次分异, 探讨磁学参数对成壤的指示意义。结果表明: 1)WYS剖面以反铁磁性矿物赤铁矿为主。A层的亚铁磁性矿物磁铁矿含量略有增加, 超顺磁(SP)颗粒含量更高, 磁颗粒相对更细。成壤作用是造成A层和C层的磁学特征差异的主导因素。2)WYS剖面母岩具有易于物理风化、不易化学风化的特征。由于成土时间短, 即便在湿热气候条件下, 母质中磁性矿物转化微弱。母质和成土时间是影响紫色土磁学性质的主导因素。3)成壤过程中, 少部分赤铁矿转化为磁铁矿。磁学参数的微小变化响应于弱成壤作用, 表明紫色土磁学特征可以非常敏感地指示成壤强度。

     

亚热带地区花岗岩风化壳上发育红土的磁性矿物转化机制——基于非磁学指标和岩石磁学的综合分析

选取亚热带地区发育于花岗岩风化壳上的两个典型红土剖面(福州剖面和泉州剖面)作为研究对象,在前期系统岩石磁学研究的基础上,结合常量地球化学元素、色度、粒度指标,分析磁学特征与环境条件的内在联系,重点探讨亚热带湿热气候条件下红土中磁性矿物转化途径及机制。结果显示:1)两个剖面硅(SiO2)、铝(Al2O3)、铁(Fe2O3)等常量地球化学元素含量及其随剖面深度变化规律基本一致;衡量风化强度的化学蚀变指数(CIA)、风化淋溶指数(ba指数)以及元素比率(如硅铝率和硅铝铁率)在数值上非常相近。常量地球化学参数表明两个剖面土壤均处于脱硅富铝化的成土阶段。2)两个剖面红度和黄度值差异较大,表明福州剖面土壤中赤铁矿和针铁矿含量相对较高;色度参数在两个剖面中随深度变化规律具有较好的一致性。3)两个剖面粒径均随风化程度增强而变细,强风化层位粘粒含量最高;相较于泉州剖面,福州剖面粒度更细。综合分析野外土壤发生特征及上述参数,认为福州红土剖面由于成土时间较长,因此经历了更强的后期风化作用。在此基础上,分析土壤磁性转化影响因素及转化机制,得出如下结论:1)亚热带地区湿热的气候条件是磁性矿物总体特征变化的主导因素;2)土壤母质和成土时间是亚热带地区不同红土剖面磁性矿物特征差异的主控因子;3)亚热带地区土壤磁性矿物转化途径不同于温带地区:湿热气候条件对原生磁性矿物改造作用更为明显,并且影响次生磁性矿物的赋存形式。     

石英砂工业区内土壤剖面的磁学特征及其环境意义

对安徽凤阳石英砂工业区土壤剖面的磁学参数和SiO₂含量进行测试,结果显示：土壤剖面磁性矿物含量低,磁学性质由磁赤铁矿控制,土壤剖面由上而下可分成3个磁性层;从第一层到第三层磁性逐渐减弱;第三层磁学性质主要由成土母质决定,第一层存在明显的磁性增强现象,引起这种现象的原因可能是次生磁赤铁矿和燃烧作用。磁学参数和SiO₂含量显示土壤剖面的第一层已被弱磁性石英尾砂污染,在石英尾砂的稀释作用下,其磁性结构特征发生了改变,磁性矿物含量降低。土壤剖面的磁学参数组合特征及SiO₂含量反映了弱磁性石英尾砂对第一层土壤的污染过程。     

湿润亚热带花岗岩风化壳发育红壤中不同类型磁赤铁矿及其成因

本研究对福建省武夷山市发育于花岗岩风化壳上的亚热带红壤剖面进行了系统的热磁和常温磁学测量,剖析该剖面磁学性质与成土因素（气候和母质）的关系,探讨2种类型磁赤铁矿的成因。研究结果表明：该剖面具有较高的亚铁磁性矿物含量,磁颗粒以多畴（MD）颗粒为主。土壤发育过程中,成土作用使磁颗粒变细、单畴（SD）颗粒增加、亚铁磁性矿物含量降低使得磁化率减小。红壤剖面中至少存在2种不同类型的磁赤铁矿：磁赤铁矿A,在300~450℃即转化为赤铁矿,不能测得居里点;磁赤铁矿B,在650℃以上才较为完全地转化为赤铁矿,可测得645℃的居里点。磁赤铁矿A是水铁矿转化为赤铁矿的中间产物,该化学反应过程在氧化环境下广泛存在,是被普遍认识的一类磁赤铁矿。土壤淀积层、淀积-母质过渡层、母质层的主导磁性矿物磁赤铁矿B由含铁硅酸盐矿物经风化成土作用演化而成,而非原生磁铁矿低温氧化;磁赤铁矿B形成与气候条件（较高的气温）和母岩/母质物质组成有关,两者缺一不可。

     

洛川黄土-红粘土序列铁氧化物组成及其古气候指示

对洛川黄土、古土壤和红粘土中磁性矿物组成、成因和相关系进行了研究。结果表明:黄土磁性矿物以风尘磁铁矿为主,少量的成土赤铁矿和成土磁赤铁矿;古土壤磁性矿物以成土磁赤铁矿为主,成土赤铁矿次之,少量的风尘磁铁矿和赤铁矿;红粘土磁性矿物以成土赤铁矿为主,风尘磁铁矿和成土磁赤铁矿次之,少量风尘赤铁矿。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成差异,反映了其形成期不同的古气候特性以及不同气候条件下生物地球化学作用强度的差异。干冷的冰期,黄土弱成土作用形成了以粗颗粒的风尘磁铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。间冰期的温暖湿润的古气候最有利于生物活动,强烈生物活动导致古土壤中大量纳米超细磁赤铁矿/磁铁矿产生,形成以磁赤铁矿为主,风尘磁铁矿核 赤铁矿边为辅的磁化率载体。红粘土成壤期,强降雨强蒸发的长干短湿的高温炎热的古气候使得红粘土化学风化强烈,生物地球化学活动较弱,形成以磁铁矿核 赤铁矿边和磁赤铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成、磁性矿物相关系是其形成期独特的古气候指示。     

丰宁黄土-古土壤剖面常量元素地球化学特征

丰宁滦河上游的河谷地带有多处黄土堆积,由于该地区黄土分布零星、厚度较小,在以往的研究中却很少引起人们的关注,然而该地区黄土堆积是河北坝上地区环境演化和气候变化的重要地质记录.为了探讨该地区黄土的成因、物源以及化学风化强度,选取代表性的黄土-古土壤剖面77个样品进行了常量元素分析,并与已知典型风成堆积物的地球化学元素特征进行对比.结果表明:(1) 丰宁剖面的主要常量元素(SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃)之和以及UCC(Upper Continental Crust)标准化曲线均与典型风成堆积物具有较好的相似性, 表明丰宁黄土和古土壤为风成成因;(2) 丰宁黄土处于初等化学风化阶段,古土壤则进入了中等化学风化阶段.与典型风成堆积物相比,化学风化强度序列为:宣城风成红土＞＞西峰红黏土、镇江下蜀土＞丰宁古土壤、洛川古土壤＞洛川黄土＞丰宁黄土;(3) 常量元素迁移特征表明丰宁黄土和古土壤的化学风化已完成了早期去Na、Ca阶段,并进入到了中期去K阶段;(4) 丰宁黄土、古土壤的K₂O/Al₂O₃和Fe₂O₃/Al₂O₃比值与洛川黄土、洛川古土壤、镇江下蜀土、西峰红黏土较为接近,表明这些风成堆积物可能具有相似的源区.而TiO₂/Al₂O₃比值小于其他风成堆积物, 指示丰宁剖面具有其他物源.      

西峰黄土-红粘土序列有机质记录及其对磁化率古气候意义启示

大量研究证实成壤磁铁矿和磁赤铁矿是黄土-红粘土磁化率变化主要原因,但是对这些磁性矿物起源于无机沉淀还是生物作用尚需深入研究。为此,本文选择黄土高原200余米厚的西峰黄土-红粘土序列为主要研究对象,采用化学分析和透射电镜手段,对其中有机质含量和磁性矿物成因进行研究,结果表明: S5以来的沉积层有机质含量相对较高,集中在0.25%~0.50% 之间,有机质含量变化与黄土和古土壤层磁化率变化基本一致,即有机质高值对应磁化率高值,有机质与磁化率值成正相关;S5以下至午城黄土底部不仅有机质含量降低而且变化幅度减小; 红粘土沉积层中,虽然不能完全遵循磁化率高值对应有机质高值,但基本符合峰-峰和谷-谷对应规律。有机质和磁化率的相关性以及透射电镜研究表明,生物成因磁性矿物是风尘序列磁化率变化的主要原因,有机质含量高低反映风尘序列成壤过程中生物地球化学强度变化,生物将磁化率和古气候密切联系起来。黄土和红粘土磁化率古气候意义相似,但是由于黄土和红粘土形成于不同气候背景下,不能仅仅利用二者磁化率大小对比反演古气候,利用表土磁化率重建古气候要考虑气候载体形成的气候背景差异。     

陇东新近纪红粘土与第四纪黄土地球化学特征及其物源和风化指示意义

甘肃省平凉市灵台县邵寨镇剖面风尘堆积底界年龄大约为5.23 Ma B.P.,通过对该剖面新近纪红粘土与第四纪黄土-古土壤序列的常量元素、 微量元素、Nd同位素的测试,分析其在物源和风化方面的指示意义,发现新近纪红粘土与第四纪黄土具有相似的常量、 微量元素UCC标准化曲线和稀土元素球粒陨石标准化曲线,指示二者皆来自广阔的...     

加积型网纹红土网纹化机制及形成环境

选取九江地区JL剖面网纹层段典型样品,针对红基质与白网纹的物质组成及理化性质展开异同分析,在此基础上探讨网纹红土形成环境。初步得到以下结论:1)红基质与白网纹的粒度组成、元素组成、风化特征基本一致,但铁元素有显著差异,"网纹"并非原生构造,不是岩性差异及差异风化的产物,而是同源物质经历化学风化过程中元素分馏的结果。2)地球化学分析、磁学分析和粘粒级矿物组成分析一致表明,白网纹与红基质在铁含量、铁氧化物形态、铁矿物类型方面存在明显差异。白网纹与红基质相比,全铁含量(4.30%)低于红基质(8.63%);Fe³⁺/Fe²⁺比值(40.66)低于红基质(90.95);游离铁量及游离度(7.01 g/kg,32.96%)低于红基质(76.21 g/kg,77.52%);铁活化度和晶胶率(25.31%,37.77%)高于红基质(8.77%,9.69%);赤铁矿和针铁矿含量极少,这充分表明白网纹局部存在明显的铁淋失。3)白网纹局部脱色机制主要受控于赤铁矿及其转化,红基质主导矿物为赤铁矿,并含有一定的磁赤铁矿和针铁矿,而白网纹则不含磁赤铁矿,赤铁矿含量也极...     

安徽池州地区下蜀组沉积环境及成因探讨

采用磁化率、黏土矿物测试及粒度分析等手段,结合区域第四纪地质特征,从气候演变和岩相古地理等角度探讨了安徽池州地区下蜀组的沉积环境及成因.该区下蜀组磁化率曲线呈波峰、波谷旋回特征;黏土矿物以伊利石为主,个别层位以蒙脱石、高岭石、绿泥石为主;粒度以粉砂为主,个别层位以粉砂及中粗砂为主.下蜀组沉积期间存在多次寒冷干燥到温暖潮湿的气候转换,整体为寒冷干燥气候的风成沉积,受古地理位置影响,沿江局部地区夹温暖潮湿气候条件下的长江水系冲积沉积.     

不同类型沉积物磁化率的比较研究和初步解释

沉积物的磁化率分析以被广泛应用在第四纪古气候研究中,不同类型沉积物磁化率的解释可能存在明显的差异.本文选择了黄土、冲积物、湖积物、风沙堆积和南方红土等五种不同类型的沉积物,进行了磁化率的测试,粒度和孢粉分析,试图通过对沉积物磁化率和相关古环境指标的研究,对不同类型沉积物的磁化率予以对比并进行初步解释.研究结果表明,黄土和湖泊沉积中磁化率的变化主要受气候变化的影响,是指示古气候的重要指标;河流沉积物和风沙沉积物的磁化率主要受粒度的影响;影响南方红土磁化率的因素十分复杂,其磁化率的解释比较困难有待进一步的研究.这一研究表明,鉴于不同沉积物磁化率的影响因素存在明显的不同,因此在运用磁化率进行古环境解释时须持慎重态度.