珊瑚礁岩石磁学、环境磁学和磁性地层学研究进展

本文系统总结了珊瑚礁的岩石磁学、环境磁学和磁性地层学研究,尤其是磁性矿物类型、来源以及磁学性质对气候的响应等方面的成果,归纳出珊瑚礁磁性矿物的主要类型为:磁铁矿、磁铁矿或磁赤铁矿的混合物、碎屑钛磁铁矿颗粒等,且磁性矿物的粒径从单畴到多畴都有分布.关于磁性矿物的来源,目前存在以下3种观点:磁性矿物主要来自海水中含有的陆源物质;微生物成因;火山碎屑矿物成因.在气候响应记录方面,珊瑚礁的环境磁学参数与其他方法相结合,可以很好地指示气候的冷暖状态、大陆输入通量、火山或地震活动,以及海啸灾难等重大突发构造活动或气候事件.综上,珊瑚礁中的磁性矿物类型和来源多样,因此需要采用磁学与非磁学方法进行多学科交叉研究,才能更深入探讨其磁性特征对气候事件的响应与记录.     

澳大利亚黄土磁学性质及环境意义

澳大利亚内陆广大而干旱,发育着大面积沙漠,却没有多少黄土的报道.本文对惟一报道的黄土,新南威尔士州Mackenzie地区Waterholes Creek剖面进行了详细的采样和磁学参数测量,并与中国黄土高原洛川和西峰经典剖面进行了对比.结果表明该剖面磁学性质与中国黄土高原有许多异同.它成土特征强,百分比频率磁化率较高,但...     

佳县红粘土磁学性质

黄土/古土壤序列和红粘土均已被证明是风积成因,然而红粘土研究的程度远低于黄土/古土壤序列,比如强发育红粘土获得比较低磁化率值的原因并没有得到清楚解释,红粘土磁化率代用指标问题和红粘土搬运路径等问题还存在较大的争议,红粘土记录古气候意义研究也相对薄弱,因此加强对红粘土的研究,有助于对古气候的理解。佳县位于黄土高原与毛乌素沙漠交接地区,季风区与非季风区过渡地带。对佳县厚60m的红粘土样品进行系统磁学参数测量分析发现,佳县红粘土以软磁性矿物(磁铁矿、磁赤铁矿)为主,同时含有一定量硬磁性矿物(赤铁矿、针铁矿,主要是赤铁矿); 强发育古土壤层含有较多软磁性矿物,弱发育古土壤层含有较多硬磁性矿物; 磁颗粒粒径基本在0.2μm以下,X>64×10-8m3/kg时,磁颗粒粒径小于0.1μm。剖面底部磁学参数变化存在异常,原因可能是:赤铁矿含量增加,超顺磁(SP)亚铁磁性颗粒含量急剧减少,单畴(SD)颗粒相对含量增加。该异常原因解释符合前人提出的成壤路径:水铁矿→SP磁赤铁矿→SD磁赤铁矿→SD赤铁矿。     

环境磁学样品干燥过程中的磁性效应

对长江口南岸潮滩沉积物柱样和表层样品的烘干、风干和冻干法处理,然后进行系统磁性测量和水分、有机质的测定。实验结果得知:以冻干法为参照,烘干和风干方法对样品的磁参数的稳定性影响很小,但研究质地粘重样品时,应避免采用风干方法或校正风干样含水量质量后计算相关的磁参数。有机质的含量与主要磁参数成正相关,它对磁参数的影响很小     

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。     

腾格里沙漠边缘表土磁学性质及其意义

通过对腾格里沙漠边缘表土进行岩石磁学的测试和分析,发现样品中的磁性矿物主要是铁的氧化物。主要为磁铁矿,其次为磁赤铁矿和赤铁矿。磁颗粒以多畴和准单畴为主。样品之间低频磁化率值相差很大,靠近雅布赖山附近的样品明显高于其他样品。频率磁化率普遍很弱,最大3.7%,反映了该沙漠边缘区的干旱条件下所进行的以物理风化为主的地质过程。结果表明,本地区磁化率几乎不受成土作用的影响。磁化率增强机制与黄土高原不同,可能主要反映了局部地区的母质、地形和微气候的影响。     

太行山红层磁学性质及古环境意义初探

环境磁学研究磁性矿物特征（磁性矿物类型、含量和颗粒大小）及其转化与环境关系,在不同地质时期古气候和古环境重建中得到广泛应用。本文将磁学方法应用于太行山中元古界红层研究,并从其磁学性质角度初步探讨太行山红层的古环境。对太行山红色石英砂岩和紫红色砂质泥岩样品进行了高温磁学和常温磁学系统测试。结果显示,太行山红层主要以硬磁性的赤铁矿为主,包含少量磁铁矿,部分样品赤铁矿是唯一磁性矿物;磁性颗粒大小以单畴为主;红色石英砂岩不同样品间磁性差别显著,反映沉积环境的不稳定性。紫红色砂质泥岩中的青灰色层表现为顺磁性特征,原因可能是紫红色砂质泥岩中的赤铁矿在后期还原环境下溶解或转化为弱磁性矿物所致,说明紫红色层并非形成于长期的水下还原环境。太行山红层中普遍存在的红色波痕和泥裂说明水环境对其有短暂影响,但是红层及赤铁矿的富集说明其长时间处于氧化环境,推断太行山红层可能形成于高度氧化的陆地环境。     

长江中下游第四纪沉积物发育土壤磁性增强的环境磁学机制

对长江中下游第四纪沉积物 (Q₃ 黄土,Q₂ 红土和Q₃ 红土 )发育土壤的磁性增强现象及其物理机制进行了讨论。结果表明 :(1)铁磁性矿物是土壤磁性的主要载体,它们是成土过程中形成的稳定单畴 (SSD)和超顺磁性 (SP)态的次生磁性矿物,没有显示重要的反铁磁性矿物的贡献;(2 )土壤磁化率 (χ)的高低与成土过程产生的稳定单畴和超顺磁性颗粒呈极显著正相关,指示了风化成土作用的强度,磁化率可作为反映成土环境变化的代用指标;(3)频率磁化率 (χfd) 5 %可作为土壤中的超顺磁性颗粒存在与否的临界值,土壤 χfd值的高低同样反映了风化成土作用的强度,可用作研究第四纪环境变化的有用工具之一。     

热带玛珥湖沉积物的磁组构特征及对湖水动力条件的指示

热带玛珥湖湖水动力条件的变化,是反映区域有效降雨量的重要指标,为探测有效降雨的时空分布特征及其机制提供了良好的基础素材。对位于雷琼半岛的双池岭和湖光岩两个玛珥湖进行沉积物磁组构的分析,结果表明尽管湖泊沉积物磁面理发育、磁线理值很小,玛珥湖的水动力条件比较微弱,但各向异性度P 和水流速度函数Fs 呈现向上递减的长期趋势,与湖泊草本植物孢粉含量向上增加、有机碳含量减低、沉积物颜色从黑褐色向青灰色过渡的特征一致,反映了大约9cal.kaB.P.以来,华南区域有效降雨量逐渐增加、湖水平面上升的过程。这种变化的机理可能是当夏季风减弱时,热带辐合带(ITCZ)南移、ENSO活动加强的结果。     

用脉冲磁场方法研究现代沉积物中趋磁细菌的趋磁性和趋化性

光学显微镜下直观显示水体环境中趋磁细菌沿磁场方向定向排列和游动,人们对其认识主要来自这些镜下观察的总结。但实际上趋磁细菌主要生活在沉积物环境中,很难对它们进行直接观察。因此,趋磁细菌在沉积物环境中的趋磁性、趋化性、以及在记录古地磁过程中可能起到的作用等方面均尚未得到足够实际观测数据的支持。本研究利用脉冲磁场反转趋磁细菌(Candidatus Magnetobacterium bavaricum)极性的特性,将趋北趋磁细菌(NS)转变为趋南趋磁细菌(SS),并在只含有NS的沉积物中以脉冲磁场反转的SS为"示踪体",分析趋磁细菌在沉积物环境中的趋磁性和趋化性。使沉积物所处的外界磁场与脉冲磁场方向保持一系列角度Φ(0°~180°),利用施加脉冲磁场后出现的SS%与Φ关系估算趋磁细菌在沉积物中沿外界磁场的排列程度,证实了趋磁细菌在沉积物中沿地磁场排列程度非常低(<1%)。将脉冲SS分别置于4种不同的磁场条件(磁场方向指向上、指向下和水平)和生存环境(上部适宜环境和下部不适宜环境),一定时间后SS的垂直分布相对直观地证实了:趋磁细菌游动方向受趋化性决定,趋磁性的优势在于使趋磁细菌更有效地到达其最佳生存环境。脉冲磁场方法在理解和研究沉积物中趋磁细菌趋磁性、趋化性和古地磁应用方面有可观的应用前景。     

黄渤海表层沉积物环境磁学特征分类及物源诊断

黄渤海是我国东部陆架的重要组成部分, 基于黄渤海130个表层沉积物样品详细的环境磁学研究探讨了磁学特征分类及物源。按照黄渤海表层沉积物样品的S-300、SIRM/X与SIRM磁性参数特征, 将研究区表层沉积物分为4个类型: 类型1磁性矿物含量较高, 亚铁磁性矿物含量中等, 磁性矿物颗粒中等, 与黄河物质磁学特征极为相似, 这里沉积动力中等, 为中等水动力黄河沉积区; 类型2磁性矿物含量中等, 亚铁磁性矿物含量中等, 磁性矿物颗粒细, 与长江及黄河物质磁学特征较为相似, 水动力环境较弱, 为弱水动力黄河-长江混合沉积区; 类型3磁性矿物含量较低, 亚铁磁性矿物含量较低, 磁性矿物颗粒中等, 主要是该海域存在的残留沉积, 水动力中等, 命名为中等水动力残留沉积区; 而类型4磁性矿物含量高, 亚铁磁性矿物含量高, 磁性矿物粒级粗, 与长江沉积物具有相似的磁学特征, 沉积动力强, 命名为强水动力长江沉积区。以上四类沉积物具有不同的环境磁学和沉积环境特征, 从而可以帮助识别黄渤海沉积物的分布及物源信息。     

近7000年巢湖沉积物环境磁学特征及其指示的亚洲季风变化

利用巢湖ACN钻孔,通过多参数磁性测量、粒度和AMS14C测年分析,探讨了近7000年以来巢湖沉积物磁性特征变化及其控制因素,并进而探讨了其对亚洲季风变化的指示意义。研究结果表明,ACN钻孔磁性特征由磁铁矿主导,其变化主要受沉积动力环境控制,间接反映了流域降水的变化。总体上粘土含量高的沉积物中磁性矿物含量较低、颗粒较细,形成于高湖泊水位环境,对应了降水量高的时期;而>32μm组分含量高的沉积物磁性较强、颗粒较粗,形成于低湖泊水位环境,对应了降水量低的时期。巢湖ACN的磁性记录(尤其是XARM/X和XARM/SIRM两个参数)揭示了近7000年以来巢湖流域降水具有减少的趋势,导致湖泊收缩和沉积物中磁性矿物颗粒变粗。在这一长期变化的基础上,还存在6000aB.P.,5500aB.P.和3800aB.P.附近的显著干旱事件。这一磁性记录与中国东部地区的石笋、湖泊等记录可以很好地对比,是亚洲季风演变的区域响应结果。     

红枫湖、百花湖沉积物中磷的存在形态研究

湖泊沉积物中磷存在形态,是理解湖泊系统中磷的生物地球化学循环的重要方面,对研究湖泊富营养化等环境问题具有重要意义。本次工作中,采用连续提取化学分析技术,对红枫－百花尖沉积物中磷的存在形态及其剖面变化进行了研究,磷的存在形态包括：吸附态磷（Ｌｏｓｅｌｙ ｓｏｒｂｅｄＰ）、铁结合态磷（Ｆｅ－ｂｏｕｎｄ Ｐ）、钙结合态磷（Ｃａ－ｂｏｕｎｄ Ｐ）、矿物晶格中结合力强的残留态磷（Ｄｅｔｒｉａｌ－Ｐ）和有机态     

黑龙江省五大连池近百年环境变化研究

2009年6月用重力采样器在黑龙江省五大连池的三池和五池分别采集岩芯钻孔(wdlc-3孔和wdlc-5孔),运用核素 210Pb 和 137Cs进行定年,同时分析了岩芯沉积物的理化指标,包括烧失量(LOI550℃)、总磷(TP)、总氮(TN)、粒度、金属元素和磁化率,研究近代五大连池湖泊环境演化过程以及人类活动的影响。结果表明: 1920s~1950s,湖泊沉积物中值粒径较大,LOI550℃和TN呈增长趋势,两孔Al和Fe含量呈增长趋势或处于高值阶段,可能与该期人类活动如开垦荒地有关; 1950s~1980s,中值粒径较小或呈减少趋势,而TN,Al和Fe及重金属的含量呈增加趋势,人类活动如毁林、毁草开荒开始成为湖泊环境变化的主导因素; 1980s~2000s阶段氮、磷增加更为迅速,重金属的含量也呈快速增长趋势,这可能与化肥、农药、含磷物品、含铅汽油的大量使用以及增强的工业活动有关; 2000s以来,湖泊主要面临营养水平增加导致的富营养化问题。     

泥河湾盆地东谷坨剖面磁性特征及环境意义

泥河湾盆地东谷坨剖面的环境磁学研究表明泥河湾盆地湖相地层的物源具有多重性,既有来自周边山地的风化碎屑,又有来自西北和北方沙漠地区的粉尘物质,导致了其古环境和气候记录的复杂性。湖相地层除记录了松山反极性时晚期和布容正极性时这两个大的极性时段以外,还记录了哈拉米洛极性亚时和另外3个短期极性漂移事件。磁组构参数表明东谷坨剖面的地层是在正常的重力分异条件下沉积的,且自沉积结束以来没有受到明显的后期扰动。磁化率最大轴的方位角显示东谷坨剖面处乃至泥河湾盆地东部的古水流方向主要(或大多数时候)为北北西-南南东向。     

河北省区域岩石磁性的统计特征

对河北省地矿系统约7500个岩石磁性数据进行了统计整理,其成果供在河北省境内进行磁法勘查、地质调查工作时参考使用。     

长江三角洲地区晚新生代沉积物岩石磁学特征及其物源指示意义

对长江三角洲地区7个晚新生代钻孔沉积物的岩石地层和磁化率特征进行详细对比,并进一步选择浦东机场孔（PD孔）进行了详细的岩石磁学测试,讨论了该地区的晚新生代沉积物物源的演变。结果显示沉积物磁性的4次显著变化：  1）各钻孔上新世磁性强弱差异明显;   2）早更新世早期本区普遍表现出弱磁性;   3）从早更新世中晚期至全新世,磁性强度一般随粒度粗细变化波动,即砂质沉积磁性强,泥质沉积磁性弱;   4）晚更新世晚期以来,细颗粒沉积物的磁性较明显增强。磁性参数分析显示上新世和早更新世早期磁性矿物晶体颗粒较细,早更新世中晚期-晚更新世以粗晶粒磁性矿物为主,全新世细晶粒磁铁矿再次占主导。我们认为上述磁性变化反映构造沉降控制下现代长江三角洲地区物源区的不断扩大。