广东小良水土保持观察站花岗岩风化壳磁化率特征及其与生态环境演替的关系

广东小良水土保持科学研究观测站位于北回归线上，是联合国“人与生物圈”定点观察站。本文在野外考察和系统采样的基础上，分别分析了同一花岗岩风化壳上光板地（生态破坏）剖面和生态恢复剖面样品的矿物学、磁化率特征，探讨它们与生态环境演替的关系。结果表明，在不同生态环境下的两剖面，其磁性矿物类型与粒度均不同，磁化率变化规律差异显著。其中，光板地剖面主要载磁矿物为赤铁矿、针铁矿等矿物，磁化率值很低，与含水量之间相关性较差，基本无超顺磁矿物的存在；生态恢复剖面主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿，低频磁化率值较高且与含水量之间具有良好的相关性，频率磁化率随剖面深度增加而递减，表明超顺磁矿物浓度的变化趋势，反映了生物因素对风化壳剖面的影响和改造。通过两剖面的对比研究说明生态系统的参与对风化壳结构的改变非常显著，磁化率特征可以作为表征这种改变的良好的替代指标。     

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室城、浙江长兴、江西九江及广西百色4个剖面不同层位红±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.     

泥河湾盆地大长梁剖面河湖相沉积序列的细腰磁滞回线性质及其环境意义

对华北泥河湾盆地大长梁剖面更新世河湖相沉积序列进行的多参数岩石磁学研究表明磁铁矿和赤铁矿是大长梁剖面最主要的磁性矿物.磁铁矿的粒度主要为准单畴和多畴,主要来自盆地周围侵蚀的碎屑矿物;赤铁矿主要为风成成因,来源于中国西北部的黄土高原或沙漠地区的化学风化作用产物;某些沉积层中还含有主要由碎屑成因的粗颗粒磁铁矿经低温氧化形成的磁赤铁矿,该过程可能与泥河湾古湖的氧化环境演化密切相关.大长梁剖面的磁滞回线大多具有细腰特征,细腰的明显程度主要由样品中磁铁矿和赤铁矿的相对贡献控制.因此,细腰磁滞回线可以用来衡量泥河湾河湖相沉积物中赤铁矿的相对含量,并进而在一定程度上指示亚洲内陆干旱/半干旱地区化学风化作用的强弱以及相对温湿或冷干的气候环境变化.     

天山北麓典型黄土沉积序列的磁学特征及主控因子初探

新疆黄土岩石磁学特征与地层性质的对应关系具有鲜明的区域特征.本文选取沙湾黄土剖面进行较为系统的岩石磁学分析.研究结果表明,沙湾剖面的磁性矿物组成与黄土高原及新疆北部其他黄土剖面相似,以亚铁磁性矿物(如磁铁矿、磁赤铁矿)为主要的载磁矿物,同时含有一定量的不完全反铁磁性矿物(如赤铁矿、针铁矿)和顺磁性矿物.假单畴(PSD)和多畴(MD)为样品的主要磁畴特征,部分土壤样品中磁性矿物磁畴状态表现为单畴(SD).进一步分析发现,磁化率与地层对应关系较为复杂,剖面3m以上地层中的磁化率及其他相关磁学参数与成壤强度呈现正相关关系,全新世以来发育的古土壤中磁化率值较高,细颗粒磁性矿物含量也较高;而3m之下地层中磁学参数显著表现为风力强度驱动变化模式.古风场强度的变化可能对剖面整体磁学性质具有一定的影响,成壤作用受到风动力条件的制约,主要决定了较细颗粒磁性矿物的含量变化.xARM/SIRM参数与磁化率相比对地层成壤强度的指示作用更为明显.     

黄土高原-阿拉善高原典型断面表土磁学特征研究

在黄土高原-阿拉善高原区域沿接近降水量最大梯度线方向系统采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,详细研究了其环境磁学、粒度和有机质含量等环境替代指标的变化特征.结果表明,整个断面表土中的强磁性矿物主要为磁铁矿和磁赤铁矿,并含有赤铁矿.阿拉善高原表土中磁性矿物颗粒多为多畴(MD),总体含量偏低,磁性矿物中硬磁组分含量较高;黄土高原区表土中磁性颗粒多为准单畴(PSD),总体含量偏高,磁性矿物中软磁组分含量较高.进一步分析发现,在干旱地区,频率磁化率与降水有良好的相关性,而常用的磁化率不能较好地反映降水量变化.本研究指示在干旱地区应用单一磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

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.     

华南中-晚二叠世之交碳酸盐岩磁学特征及环境意义

磁学参数作为可靠的古气候和古环境指标, 能为全球环境变化、气候过程研究提供有价值的资料.对广西来宾铁桥剖面瓜德鲁普-乐平统界线地层进行详细岩石磁学研究, 结果表明, 铁桥剖面样品中主要磁性矿物是顺磁性矿物以及少量磁铁矿、赤铁矿.在瓜德鲁普-乐平统界线附近, 岩石磁学特征发生显著变化, 磁化率先增大再减小, 携磁矿物成分呈硬磁性矿物(赤铁矿)→软磁性矿物(磁铁矿)→硬磁性矿物(赤铁矿)的变化趋势, 这些转变仅在界线上下大约4m的岩层内完成, 与中二叠世晚期的海平面变化、古海水温度变化同步.中-晚二叠世之交碳酸盐岩磁学参数的变化显著, 反映磁性矿物在各圈层之间的运移和转换发生了转变, 这一转变起因于当时的气候环境变化.瓜德鲁普世晚期和乐平世早期, 海平面较高, 来宾地区物源少, 铁桥剖面的携磁矿物主要来自粉尘赤铁矿; 中-晚二叠世之交短暂的大规模海退作用使华南古陆面积大幅度增加, 同时陆生植物大规模灭绝, 地表侵蚀加剧, 来宾地区物源增多, 此时, 铁桥剖面的携磁矿物主要来源于河流输入的磁铁矿.      

长江三角洲晚新生代沉积物磁性特征和磁性矿物及其指示意义

笔者通过对长江三角洲平原晚新生代钻孔SG7孔沉积物的粒度和磁性分析,揭示磁性矿物类型随时间的演变,探讨新构造运动、气候、海平面等对本区沉积物源、沉积环境的耦合作用。研究结果显示,上新世磁性强弱相间,且达到全剖面最强,磁性矿物为磁铁矿、磁赤铁矿、针铁矿和黄铁矿,反映本区气候暖湿,发育山间湖泊,沉积物主要来自周边白龙港玄武岩的风化产物;早更新世早期,磁性为全剖面最弱,以磁铁矿为主,反映在构造沉降作用下,发生物源改变,即主要来自贫铁的中酸性浅成岩或喷出岩,同时沉积物主要为冰期的河道相沉积,反映山间河流/冲积扇环境;早更新世晚期至晚更新世末,磁性显著增强且和沉积物粗细变化一致,粗颗粒沉积物中磁性矿物以变质岩来源的粗粒磁铁矿为主,细粒沉积物中磁性矿物见针铁矿、赤铁矿和黄铁矿,反映古地理环境逐渐向冲积平原、滨海平原演变;自晚更新世晚期出现细粒磁赤铁矿和磁铁矿,反映长江上游物源的加入。全新世沉积物磁性较更新世泥质沉积物显著增强,反映长江河口、三角洲环境。     

澳大利亚悉尼中新世古土壤形成时期的古气候特征

澳大利亚悉尼地区普遍分布着一套中新世早期(17Ma B.P.)发育的砖红壤地层,本文选取该古土壤剖面作为研究对象,进行了常量元素、岩石磁学和土壤色度测试.通过化学蚀变指数(CIA)、磁化率(x)、磁性矿物居里温度(TC)、土壤红度(a *)等环境代用指标,结合现代土壤诊断学特征进行综合分析,得出以下结论:1)该中新世古土壤形成时期地表化学风化作用十分强烈,悉尼地区当时可能为湿热的热带气候,通过古土壤化学风化指数对悉尼地区当时降水量进行半定量重建,年平均值高达1471.22mm;2)丰富的降水使土壤发生脱硅富铝铁过程,铁、铝氧化物沿地层自上而下淋溶淀积,在剖面底部富集形成铁结核和铁盘层;3)该古土壤剖面自上而下磁性矿物种类发生规律变化,磁性矿物由磁铁矿→磁赤铁矿化的磁铁矿→磁赤铁矿→赤铁矿逐渐转变,尤其是磁赤铁矿和赤铁矿的大量富集,说明古土壤形成时期对应着一种高温氧化环境.     

基于环境磁学的生态系统演化和磁性矿物的关系

以广西区岑溪市一花岗岩风化壳为研究对象,利用环境磁学原理研究其上生态系统演替过程中出现的不同磁性矿物变化特征,讨论磁性矿物对生态系统变化的响应过程。研究区磁性矿物的显著差别,显示在湿热气候条件下生物、化学风化作用的参与,对磁性矿物的转变有明显的促进作用。     

碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物

氧化铁矿物是碳酸盐岩红色风化壳的主要矿物成分和重要结构单元。运用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、穆斯堡尔谱和电子探针等方法对碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物进行了系统研究。碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物主要有针铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿。氧化铁矿物组合、含量和化学成分随成土环境和风化强度在剖面中呈明显的规律性变化,这为碳酸盐岩风化成土作用、红色风化壳成因与环境问题的深入研究提供了重要的矿物学依据。     

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。     

伊朗西部Shooshtar黄土岩石磁学特征及增强机制研究

黄土由风积形成,黄土堆积的地层不仅记录了古气候冷暖变化,地表分布的黄土区常常是旱作农业高度发展地区,并可能发展为古文明起源地,如中国黄河流域。两河流域的古巴比伦古文明是世界上最古老的文明,伊朗西部地区是两河流域古巴比伦文明的重要组成部分,也是古代丝绸之路重要的途径地;位于两河下游的波斯湾入海口附近,分布着大面积尚未被认识的风成黄土。文章通过对伊朗西部胡齐斯坦省Shooshtar(SH)地区所采集的疑似风成沉积物样品进行系统的环境磁学、粒度、稀土元素,以及漫反射光谱测量,探究该剖面的磁学性质及其磁性增强机制,以发掘其蕴含的环境信息。结果表明:SH剖面具有风成黄土粒度分布特征和风积物稀土元素分布特征;磁性矿物以软磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,并含少量硬磁性矿物针铁矿和赤铁矿,磁性颗粒以粗SSD颗粒为特征。该剖面磁性的增强受微弱的成壤作用和外源输入的磁性矿物共同影响,而外源输入的磁性矿物贡献更显著,SH剖面与东北部黄土-古土壤磁化率增强机制相似,但又存在区别,主要源于外源输入磁性矿物的差异和区域降水差异所导致的成壤强度不同。     

伊朗西部Shooshtar黄土岩石磁学特征及增强机制研究

黄土由风积形成,黄土堆积的地层不仅记录了古气候冷暖变化,地表分布的黄土区常常是旱作农业高度发展地区,并可能发展为古文明起源地,如中国黄河流域。两河流域的古巴比伦古文明是世界上最古老的文明,伊朗西部地区是两河流域古巴比伦文明的重要组成部分,也是古代丝绸之路重要的途径地;位于两河下游的波斯湾入海口附近,分布着大面积尚未被认识的风成黄土。文章通过对伊朗西部胡齐斯坦省Shooshtar(SH)地区所采集的疑似风成沉积物样品进行系统的环境磁学、粒度、稀土元素,以及漫反射光谱测量,探究该剖面的磁学性质及其磁性增强机制,以发掘其蕴含的环境信息。结果表明:SH剖面具有风成黄土粒度分布特征和风积物稀土元素分布特征;磁性矿物以软磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,并含少量硬磁性矿物针铁矿和赤铁矿,磁性颗粒以粗SSD颗粒为特征。该剖面磁性的增强受微弱的成壤作用和外源输入的磁性矿物共同影响,而外源输入的磁性矿物贡献更显著,SH剖面与东北部黄土-古土壤磁化率增强机制相似,但又存在区别,主要源于外源输入磁性矿物的差异和区域降水差异所导致的成壤强度不同。     

红粘土的磁学性质研究

本文对陕西宝鸡剖面红粘土上部进行了详细的岩石磁学研究，确定了该地区红粘土的主要磁性矿物是磁铁矿。赤铁矿相对含量很少，对剩余磁性贡献较小。磁性质不稳定的磁赤铁矿存在于红粘土中，但不影响剩磁稳定性。特征剩磁载体主要是磁铁矿。磁性矿物的粒度是以准单畴为主。红粘土的短时间弛豫粘滞剩磁很强，因此在零磁空间进行退磁和剩磁测量是非常重要的。     

兰州九州台黄土磁性特征及其古气候意义研究

本文选取黄土高原西部地区具有代表性的九州台黄土进行系统的磁性和粒度特征研究,结果表明其磁性特征主要由磁铁矿控制,同时含有磁赤铁矿和赤铁矿;磁性矿物粒度为假单畴,黄土的粒度组成以粉砂为主.＜2μm的细颗粒组分不能很好的反映黄土高原西部地区黄土末次间冰期的成壤强度.与磁化率相比,xARM/x.,和xARM/SIRM能更好的反映成壤强度和古气候变化.选取＞40μm的粒度百分含量和xARM/SIRM作为代用指标分别反映冬、夏季风变化,研究结果揭示冬、夏季风趋势并非同步异向变化,在倒数第二次冰期向末次间冰期过渡时,相对于夏季风,冬季风的变化具有一定的滞后性,暗示了冬夏季风的主控因素可能不同.     

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~(-8)m~3/kg,平均值为1033.1×10~(-8)m~3/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~(-8)m~3/kg,平均值为91.5×10~(-8)m~3/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。     

新疆尼勒克黄土岩石磁学特征及变化机制研究

新疆黄土与黄土高原黄土相比,无论在物源还是后期成土环境方面都存在较大差异,因此二者的磁学特征有所不同。本文选取伊犁尼勒克地区的一个黄土-古土壤剖面进行了系统的岩石磁学及粒度研究。实验结果表明尼勒克剖面中磁性矿物具有以下特征:1)以亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,并含有一定量的反铁磁性矿物赤铁矿和针铁矿;2)各黄土层成壤作用弱,磁性矿物以原始输入的粗颗粒MD和PSD为主。PS_1古土壤层成壤作用强,以细颗粒SD为主。弱发育古土壤层PS。既包含SD颗粒,又有粗颗粒。各地层均不含SP颗粒;3)PS_1古土壤层原始含铁矿物输入量略低于黄土高原地区,其他各地层均高于黄土高原地区,但受成土作用及其他因素影响,剖面中亚铁磁性矿物含量远低于黄土高原黄土-古土壤层。PS_1古土壤层成壤作用强,在新疆地区较为少见,但其磁化率却低于各黄土层,说明尼勒克黄土-古土壤磁化率变化机制与黄土高原地区不同。古土壤层原始输入含铁矿物的量较黄土层低,但原始含铁矿物只是影响剖面磁化率变化的原因之一。PS_1古土壤层在沉积后期受到间歇性水流作用,成土成因的强磁性SP磁铁矿/磁赤铁矿颗粒遭受破坏并转化为赤铁矿,导致PS_1古土壤层磁化率的急剧降低,并使该层赤铁矿的相对含量增加。     

塔里木盆地西北缘库孜贡苏剖面晚白垩世-早中新世沉积物岩石磁学研究

对塔里木盆地西北缘库孜贡苏剖面晚白垩世-早中新世沉积物进行了热退磁及岩石磁学研究,结果表明岩石热退磁及岩石磁学特征随沉积环境可分为三种类型:潮下、台地边缘浅滩相岩石主要磁性矿物为磁铁矿及少量针铁矿、磁赤铁矿,磁性矿物含量较少、颗粒较小（假单畴）,其天然剩磁强度较小,一般小于1×10-2 A/m,在250℃~500℃能获得稳定特征剩磁方向,特征剩磁由磁铁矿携带;潮间、潮上带岩石主要磁性矿物为磁铁矿,〖JP2〗并含有少量磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿,磁性矿物颗粒为假单畴和多畴,天然剩磁强度一般在1×10-2 ~1 A/m之间,在250℃~580℃能获得稳定特征剩磁方向,特征剩磁由磁铁矿携带;河湖相岩石主要磁性矿物为磁铁矿、赤铁矿,并含有少量磁赤铁矿、针铁矿,磁性矿物含量较多、颗粒较小（假单畴）,天然剩磁强度一般在1×10-1 A/m以上,多数样品特征剩磁由赤铁矿携带,少数由磁铁矿与赤铁矿共同携带。岩石磁学研究对于在沉积环境复杂剖面进行古地磁研究具有重要的意义。     

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。