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。     

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.     

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.     

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上部和古土壤层S0)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S0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S0古土壤中的磁赤铁矿含量要高于L1黄土.靖远和古浪剖面L1黄土和S0古土壤的亚铁磁性矿物平均粒度都分布在准单畴(PSD)范围,并且L1黄土平均粒径比S0古土壤更靠近多畴(MD)范围.通过与黄土高原东部黄土剖面L1黄土和S0古土壤的磁化率对比分析,认为导致靖远和古浪S0古土壤磁化率增强的主要因素是气候,但是,研究区受物源影响较大,来自粉尘源区的粗颗粒磁性矿物对磁化率贡献不可忽略.     

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.     

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^-8m³·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.

     

华北盆地南缘早古生代岩石的重磁化——Ⅱ.岩石磁学结果

华北盆地南缘早古生代岩石系统的岩石磁学研究表明,其岩石中的磁性矿物组合相当复杂,重磁化时代可分为晚二叠/早三叠世和早、晚白垩世2个大的阶段.焦作剖面具有原生剩磁和次生剩磁岩石共生的特征,以及细致的岩石磁学分析表明,未重磁化和重磁化岩石两者间磁铁矿颗粒度大小存在明显区别,这暗示了热粘滞剩磁是重磁化的重要原因之一,而济源和登封剖面不仅岩石遭受完全的重磁化,而且广泛发育早白垩时期形成的磁黄铁矿,磁黄铁矿形成则暗示着造山热液的渗透作用.     

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.     

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.     

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.     

Integration of magnetism and heavy metal chemistry of soils to quantify the environmental pollution in Kathmandu, Nepal

Abstract Soil profiles of the Kathmandu urban area exhibit significant variations in magnetic susceptibility (χ) and saturation isothermal remanence (SIRM), which can be used to discriminate environmental pollution. Magnetic susceptibility can be used to delineate soil intervals by depth into normal (< 10^?7 m³/kg), moderately enhanced (10^?7–< 10^?6 m³/kg) and highly enhanced (≥ 10^?6 m³/kg). Soils far from roads and industrial sites commonly fall into the ‘normal’ category. Close to a road corridor, soils at depths of several centimeters have the highest χ, which remains high within the upper 20 cm interval, and decreases with depth through ‘moderately magnetic’ to ‘normal’ at approximately 30–40 cm. Soils in the upper parts of profiles in urban recreational parks have moderate χ. Soil SIRM has three components of distinct median acquisition fields (B_1/2): soft (30–50 mT, magnetite‐like phase), intermediate (120–180 mT, probably maghemite or soft coercivity hematite) and hard (550–600 mT, hematite). Close to the daylight surface, SIRM is dominated by a soft component, implying that urban pollution results in enrichment by a magnetite‐like phase. Atomic absorption spectrometry of soils from several profiles for heavy metals reveals remarkable variability (ratio of maximum to minimum contents) of Cu (16.3), Zn (14.8) and Pb (9.3). At Rani Pokhari, several metals are well correlated with χ, as shown by a linear relationship between the logarithmic values. At Ratna Park, however, both χ and SIRM show significant positive correlation with Zn, Pb and Cu, but poor and even negative correlation with Fe (Mn), Cr, Ni and Co. Such differences result from a variety of geogenic, pedogenic, biogenic and man‐made factors, which vary in time and space. Nevertheless, for soil profiles affected by pollution (basically traffic‐related), χ exhibits a significant linear relationship with a pollution index based on the contents of some urban elements (Cu, Pb, Zn), and therefore it serves as an effective parameter for quantifying the urban pollution.     

泥河湾盆地大长梁剖面河湖相沉积物的岩石磁学性质

以热磁分析为主,对中国北方泥河湾盆地更新世河湖相地层中灰绿色粉砂和灰黄色粉砂/细砂两种典型沉积物进行了详细的岩石磁学研究,有效确定了这两类沉积物中磁性矿物的种类、粒度特征以及加热过程中磁性矿物的变化过程和产物,并对其包含的古环境意义进行了初步探讨.灰绿色粉砂样品主要含有磁铁矿和赤铁矿两种磁性矿物,磁性相对较弱,颗粒相对较细;灰黄色粉砂/细砂主要含有磁铁矿和磁赤铁矿,磁性相对较强,颗粒相对较粗.在氩气环境中经700℃加热处理后,这两种沉积物中的绿泥石都分解,并生成超细粒（处于超顺磁和单畴颗粒区间）的磁铁矿,导致磁化率大幅升高.因此泥河湾盆地沉积物的热磁特征可以用来检测样品中绿泥石的相对含量,进而反映该地区化学风化作用强度的变化.此外,灰绿色粉砂样品中绿泥石含量比灰黄色粉砂/细砂样品的含量高,在氩气中加热后,磁化率升高幅度也较高,可能反映了化学风化相对较弱的沉积环境.     

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.     

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(κi)及其体积含量(Ci)成正比.例如侵入岩磁化率,κr= -5.68×102Cq +2.86×102Cf +3.28×102Ca +1.18×104Cb +1.27×104Cam +5.35×105Cm;其中多项式各项的系数是与该矿物磁化率值成正比的常数,C为该矿物在该岩石中的体积含量,依次为石英q(κ=-1.3)、斜长石f(κ=0.01)、碱性长石a(κ=0.01)、黑云母b(κ=100)、角闪石am(κ=80)和磁铁矿m(κ=100000).对区内火山岩、侵入岩、沉积岩和变质岩磁化率研究发现,其他三类岩石磁化率与其组成矿物磁化率的关系和侵入岩的情况相同,矿物对岩石磁化率的贡献顺序为铁磁性矿物>顺磁性矿物>逆磁性矿物.其中,火成岩磁化率变化大,主要取决于岩石中磁铁矿、角闪石和黑云母的含量;沉积岩多为无磁性、弱磁性,其磁化率主要由黑云母、碱性长石及岩屑提供;变质岩的磁性变化较大,从无磁性到极强磁性,主要决定于其原岩的类型,副变质岩(沉积原岩)磁化率类似于沉积岩类,正变质岩(火成原岩)类似于火成岩类;石英岩和碳酸盐岩是所有岩石中磁性最弱的.岩石蚀变会对其磁化率产生显著性影响,通常,黑云母、角闪石等铁镁硅酸盐矿物经蚀变会因形成含铁质氧化物而使岩石的磁化率升高;长石等弱顺磁矿物的粘土矿化、绢云母化会升高磁化率而碳酸盐化、高岭土化作用会使磁化率降低;岩石的绿泥石化会增加磁化率;含铁磁性矿物的岩石风化时会因高磁性组分破碎、流失而致使岩石的磁化率降低.从岩石磁化率与其组成矿物的磁化率之间的关系,推测地质体的总磁化率与构成地质体各个岩石的磁化率-体积含量之间也应存在类似关系.     

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.     

塔里木盆地前寒武地层岩石磁化率

在塔里木盆地前寒武结晶基底研究过程中,为了准确建立地层地磁模型,对库鲁克塔格地区岩浆岩、柯坪地区沉积岩、塔什库尔干地区变质岩地层进行系统取样及岩石薄片鉴定和准确命名,并测量岩石密度、磁化率.研究发现:①库鲁克塔格地区:基性、超基性岩蛇纹石化析出磁铁矿,磁化率剧烈变化,而中、酸性侵入岩磁化率随黑云母含量增加而增大;②柯坪...     

苏州澄湖SC7孔沉积物粒度特征及其古环境意义

苏州澄湖湖底主要由硬粘土组成,同时残留有湖沼洼地和古河道,古河道大致呈NNW-SSE延伸,与历史文献所载"古三江"之一的东江基本一致.保存着硬粘土平原形成后从河流到湖泊环境演化的良好沉积记录,通过对湖心区古河道SC7孔2cm间隔取样和AMS14C测年、粒度、磁化率等测试分析,初步探讨了该孔的沉积粒度特征及古环境意义,研究结果表明,沉积物粗粉砂含量极少或不含,中-细粉砂和粘土分别占53%-65.8%和19.7%-40.1%;与河床硬粘土相比,粉砂含量较低,粘土含量较高,平均粒径较小,为正偏(硬粘土为极正偏),磁化率也明显较高,多种粒度指标和磁化率指标均表明,澄湖的形成具有河流、河流-湖泊过渡到湖泊的阶段性演化特点,为太湖平原湖荡区湖泊的河泛成因提供了新的证据,现代澄湖则明显受到人类活动的扰动影响.     

Stability of iron oxides and their role in the formation of rock magnetism

Thermodynamic conditions (first of all, temperature) are the main dynamic factors in the transformation process of ferrous to ferric iron (TFFI). TFFI usually takes place within a temperature range of 473–843 K (most active at temperatures above 673 K) and does not require presence of the oxidizing agents above 673 K. Analysis of the chemical composition of different rocks and minerals indicates that only for some sedimentary rocks is the relative content of ferrous iron oxide less than its value in magnetite, and this value is minimal for oceanic sediments. The relative content of ferrous iron oxide in oceanic magmatic rocks exceeds this value in continental magmatic rocks and depends on the rate of rock cooling. An investigation of the role of the titanium oxide content of different rocks on stability of ferrous iron oxide against its transformation to ferric iron oxide shows that a significant correlation (r = 0.79) does exist between the relative content of ferrous iron oxide and ratio of TiO₂/Fe₂O₃. Temperature within the solar nebula at location of the Earth was within the temperature range of the TFFI. During the Earth accretion and its early evolution, ferric iron oxide was unstable and most likely did not exist. The first magnetic minerals containing ferric iron could have appeared only after the Earth’s surface had cooled below ∼843 K. The formation of the first Algoma-type banded iron formations could be used as a marker of the Earth’s surface cooling below ∼843 K.