高速公路附近树叶的磁学性质及其对环境污染的指示意义

近年来, 随着日益加速的城市化和工业化进程, 大都市及周边的大气环境质量日益受到关注. 本文通过对北京首都机场高速公路旁树叶样品的磁学研究, 揭示出: 高速公路旁树叶样品中的磁性矿物为准单畴的磁铁矿, 平均粒径介于0.2～5 μm之间; 树叶样品中磁性矿物的含量和粒径随着与高速公路沥青路面距离的增大而减小, 现代交通污染磁响应高值区局限于距高速公路沥青路面大约2 m宽的条带状区域内. 此外, 尽管磁化率测量可作为一种简单、快速且廉价的交通污染检测方法, 但当污染样品磁性很弱时, 饱和等温剩磁(SIRM)可取代磁化率而成为大气微粒含量的指示器. 因此, 多参数岩石磁学研究能有效地确定微粒的含量及粒度特征, 是一种有效的且经济、快速的大气污染监测手段.     

低温氧化作用对中国黄土记录剩磁的影响

系统地研究了黄土/古土壤样品在加热中磁性矿物及其粒径的变化. 实验结果表明, 在100~200℃之间, 因样品中有机质燃烧而产生的还原环境可以提高样品所含磁铁矿的纯度, 并影响样品的岩石磁学性质, 主要表现在: (1) 样品的矫顽力(Hc)和剩磁矫顽力(Hcr)显著减小; (2) 多畴(MD)磁性矿物的含量增多, 而超顺磁(SP)磁性矿物的含量降低; (3) 天然剩磁热退磁有异常显示; (4) 上述变化随成土作用增强而减弱. 进一步的研究表明, 这一还原过程可有效地消除黄土中MD磁铁矿由天然低温氧化作用(LTO)而携带的次生化学剩磁.     

塔里木盆地风积物表土磁学特征及其与物源物质、气候条件的关系

黄土高原地区地表土壤磁化率与气候的温湿程度(温度和降水)呈明显的正相关关系, 目前成壤过程中形成的细颗粒软磁性矿物被认为是导致土壤磁化率增加的主要原因, 磁化率作为一个夏季风代用指标在该区得到广泛应用. 但相对于黄土高原地区比较成熟的岩石磁学研究来说, 目前对主要由西风带所控制的塔里木盆地及其周边地区的表土岩石磁学性质的研究还相对较少, 对控制该区表土岩石磁学性质的主要原因也还不是十分清楚. 为进一步理解不同气候、不同环境条件下土壤磁化率与气候的关系, 对塔里木盆地及其南缘49 个风尘堆积表土样品进行了详细的岩石磁学和粒度分析. 结果表明, 研究区表土样品的岩石磁学性质主要由来自源区的粗颗粒软磁性矿物所控制, 成壤作用形成的细颗粒磁性矿物对其影响非常有限. 其中, 沙漠样品的磁化率和饱和等温剩磁都表现为最低值, 主要由富含软磁性矿物的颗粒含量较少所造成. 亚砂土和黄土样品的磁化率和饱和等温剩磁均高于沙漠样品, 且随着海拔的升高有明显减小的趋势, 来自源区的粗颗粒软磁性矿物的含量是导致这种变化的主要原因.     

北京市区尘土与表土的磁学性质及其环境意义

对北京市区主要交通干道收集的尘土和表土样品进行详细的环境磁学测量, 包括磁化率、非磁滞剩磁、等温剩磁以及典型样品的磁化率随温度变化特征和磁滞参数等. 结果表明, 尘土和表土样品颗粒磁学特征存在明显差异, 主要表现在: 尘土样品中磁性矿物的含量和高矫顽力组分均高于同一采点的表土样品; 磁性颗粒粒度较表土样的偏粗. 尘土和表土样品中剩磁载体均为亚铁磁性矿物, 部分尘土样品中含有少量单质铁. 尘土样品反映了城市工业和交通产生的磁颗粒特征, 表土样品反映了自然和人为两个来源的磁颗粒特征. 磁参数空间分布特征受采点周围工业区、车流量及道路状况等多种环境因素的影响, 其中HIRM的分布可能指示了道路交通来源的磁颗粒特征. 2006年4月采集的北京市区沙尘暴样品的磁性特征与自然来源的黄土、古土壤和尘土样品存在差异, 可能是运移过程中混入了途经地区和/或北京市区近地表人为来源的颗粒物.     

黄土高原东南缘黄土-古土壤序列的环境磁学结果及其古气候意义

对黄土高原东南缘三门峡地区曹村黄土剖面L1~L13(时间跨度约1 Ma)的环境磁学研究表明: (1) 质量磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)和非磁滞剩磁(ARM)等及其组合磁参数均呈明显的线性相关关系. 由于超顺磁(SP)磁性颗粒对磁化率贡献最大而对剩磁(包括ARM和IRM)没有贡献, 因而这种线性关系意味着古土壤中由成土作用形成的磁性颗粒仍主要以相对偏细的单畴颗粒(SSD)为主, 而前人所认为的SP颗粒对磁化率的贡献可能被高估了; (2) 曹村剖面的磁粒度参数χARM/χ与黄土高原腹地典型黄土剖面的中值粒径曲线表现出很好的相似性, 在某种程度上反映了χARM/χ可以表征黄土-古土壤序列磁性颗粒的粒径相对变化; (3) 磁组分参数S-ratio和HIRM测试结果表明, 在由成土作用形成的低矫顽力强磁性矿物含量显著增加的同时, 高矫顽力的弱磁性赤铁矿/针铁矿的绝对含量也相应增加.     

塔里木盆地早奥陶世白云岗组灰岩中的磁铁矿及其古地磁意义

塔里木早奥陶世白云岗灰岩样品中,包含有原生剩磁和重磁化等多磁组分,同一岩层中的多重磁组分具有重要的岩石磁学意义.岩石中磁性矿物类型和样品成岩历史的差异,均会使岩石产生不同类型的重磁化.对多重磁组分的解释,取决于对携磁矿物的种类、产状及其与岩石中其他矿物关系的认识.以往对磁性矿物的研究,常采用化学溶蚀法获得岩石中的磁性矿物,但它与周围矿物的结构构造关系在提取过程中被破坏,后者对指示重磁化的地质意义极为重要.本文在对白云岗组灰岩进行剩磁及等温剩磁测试的基础上,通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察了样品岩石薄片中携磁矿物的结构构造、结晶特征、形态、颗粒大小和矿物共生组合,区分出了原生剩磁和次生剩磁的携磁矿物,获得了有关携磁矿物的岩石学证据,并解释了白云岗组炭岩的原生剩磁与重磁化产生的原因.1 样品及其古地磁结果样品采自库鲁克塔格雅尔当山剖面下奥陶统白云岗组,为黑色致密状灰岩、泥晶灰岩、瘤状灰岩.对该剖面的古地磁研究表明,样品经历了部分重磁化,但天然剩磁中保留有相当强度的原生剩磁组分.对白云岗组样品的剩磁特征分离结果显示有三组磁组分:(1)软磁组分,在100℃左右被清洗;(2)中等稳定性磁组分,该组分几乎全部集中在现代地磁场附近,其平均方向为D=15.3°     

山西宁武公海湖泊岩芯的环境磁学特征及中世纪暖期湿润气候探讨

对山西宁武公海GH09B1孔2.8m长岩芯进行的磁化率、非磁滞剩磁、等温(饱和)剩磁、J-T 曲线、磁滞回线和XRD 等测试结果表明, GH09B1 孔岩芯磁性矿物以磁铁矿为主, 磁性矿物含量高的岩芯段, 磁性颗粒也较细, 形成于湖盆流域土壤发育较强、降水量较多的时期, 而磁性矿物含量低的时期则相反. 公海湖泊沉积物环境磁学参数变化主要受控于湖盆流域土壤发育程度, 进而指示亚洲夏季风强弱, 尤其是χ与S_-300 参数清晰地记录了近1200 年来宁武公海地区夏季风的变化历史, 发现中世纪暖期(910~1220 AD)显著湿润, 夏季风强盛, 这一结果得到同岩芯孢粉记录的支持. 3~6 年分辨率的环境磁学参数记录还显示, 中世纪暖期内部存在980~1050 AD 的次级干旱阶段. 公海沉积物磁学参数记录的近千年夏季风变化与历史文献记载、万象洞石笋氧同位素和气候模拟结果一致, 共同指示了中世纪暖期季风强盛的湿润气候环境且内部存在百年尺度的气候干湿波动. 环境磁学参数可作为高分辨率湖泊沉积记录的季风气候变化的有效参数.     

兰州市城市街道尘埃磁学特征时空变化规律

城市环境问题日益受到关注. 兰州市是中国西北典型工业城市之一, 对不同时空条件下兰州市街道尘埃样品的磁学特征进行了研究. 结果表明, 尘埃样品中磁性矿物以假单畴磁铁矿为主; 磁性矿物含量随季节变化显著, 冬春季高, 而秋季低; 磁性矿物含量在工业区、密集街区以及交通要道等区域高. 这些观测表明尘埃样品中的磁性颗粒物来源于自然源和人类活动两方面的贡献. 研究结果指示磁学参数χ_lf和SOFT%能够有效的指示污染物中磁性矿物的含量变化. 磁学方法能够有效、快速和经济的监测城市街道尘埃污染状况.     

元谋盆地小河地区河湖相沉积物岩石磁学性质研究及其古气候意义

对元谋盆地小河地区竹棚豹子洞箐剖面河湖相沉积物进行的磁化率及磁化率各向异性、κ-T曲线、非磁滞剩磁、(饱和)等温剩磁、低温磁学性质和磁滞回线等测试分析结果表明, 沉积物的磁性矿物以赤铁矿为主, 并含有少量磁铁矿; 磁性矿物的含量和类型随沉积时间呈现有规律的变化, 至少可以识别出8个磁铁矿含量较高的短期事件, 这些短期事件对应的古气候条件可能与元谋盆地现今的亚热带干热气候相似. 综合岩石磁学和岩石地层研究结果, 认为元谋盆地晚中新世处于一个较为稳定的接受沉积区, 以温暖湿润气候为主, 间有短期的干热气候, 为理解约8.1 MaBP前后我国西南地区气候转型及古猿演化提供了较为丰富的古环境信息.     

孟加拉湾MD77-181岩芯磁学记录及其古环境意义

对位于孟加拉扇的MD77-181岩芯进行了详细的环境磁学测量, 包括磁化率、非磁滞剩磁、等 温剩磁, 以及典型样品的磁化率随温度变化特征和磁滞参数等. 结果表明: (1) ~9.82 m以上层段(相当 于~160 ka以来)以亚铁磁性的准单畴磁铁矿为主, 磁性颗粒组合随冰期/间冰期发生周期性变化, 冰期时磁铁矿的含量较相邻间冰期高, 且粒度较相邻间冰期粗, 反映了冰期时印度夏季风的减弱; ~6.50 m以上层段(相当于~70 ka以来), 磁性颗粒的粒度变化揭示了印度夏季风变化与北大西洋Heinrich快速冷 事件之间的遥相关. (2) ~9.82 m以下层段(相当于~160 ka以前)几乎不含亚铁磁性颗粒, 顺磁性物质的影响显著, 并出现黄铁矿, 推测该段岩芯磁记录受还原成岩作用影响强烈. MD77-181岩芯磁记录与孟加拉扇MD77-180岩芯和阿拉伯海ODP722B岩芯具有很好的可对比性. 据三支岩芯的对比研究推测, ~160 ka时可能发生一次改变整个北印度洋区氧化还原环境的古海洋学事件, 此事件发生之前本区还原成岩作用对沉积物磁记录影响强烈, 之后的环境变化抑制了还原成岩作用对沉积物磁记录的影响.     

江汉平原沉积物磁学特征及对长江三峡贯通的指示

长江三峡何时贯通是研究长江形成的关键问题之一, 也是目前长江研究中争议最大的热点问题之一. 为了解决这一世纪难题, 采取目前国际共识的从源到汇的物质追踪的研究思路和方法, 对采自于江汉平原沉积中心的2个钻孔中的沉积物的岩性特征、磁学参数及磁性矿物特征进行了分析研究. 结果显示: 在孔深约110 m附近的岩芯中粗颗粒成分和稳定磁性矿物成分的含量均明显增高, 同时沉积物磁化率、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁磁化率值也突然增高, 这些均表明在井深110 m附近江汉平原水系曾发生过重要调整, 江汉平原的沉积环境和物质成分均发生了重大改变. 该层位可能就是长江三峡贯通的层位, 其贯通时间古地磁测年表明约在1. 17~1. 12 Ma之间.     

西藏纳木错全新世沉积物的环境磁学参数变化机理

青藏高原的高分辨环境记录对于理解全球气候与环境变化至关重要.湖泊沉积物的磁学参数能够记录沉积环境和古气候信息.纳木错是西南季风过渡区大湖的典型代表,前人在该湖开展了大量地球化学、微体化石、沉积学和生物化学分析,极大地推动了该区古气候环境的重建工作.但迄今为止,还缺乏对纳木错湖泊沉积物系统的环境磁学研究.因此,本文选取纳木错湖芯NC08/01孔全新世以来(11.3calkaBP)的湖泊沉积物进行详细的岩石磁学与环境磁学研究,结合地球化学指标,在明确的气候背景下探讨该湖沉积物磁性参数的变化机制.结果表明,纳木错全新世沉积物的磁性参数受到陆源磁性矿物输入、还原溶解作用和磁细菌活动的共同影响.根据各磁学参数系统的变化趋势,可将该研究段样品分为3段:第Ⅰ段(236～199cm,11.3～7.8calkaBP)主要载磁矿物为粗颗粒磁铁矿,粒度均一,含量较高,并与Ti含量呈正相关关系,指示该段磁性矿物受后期溶解作用影响较小,其含量主要反映物源输入信息;第Ⅱ段(198～102cm,7.8～2.1calkaBP),磁性矿物颗粒变细,含量明显降低.在该段,湖面下降,水动力减小,进而输入的磁性矿物粒径也减小,容易受到后期溶解作用的影响;第Ⅲ段(101～0cm,2.1～0calkaBP),磁性矿物以生物成因单畴磁铁矿和陆源碎屑成因磁铁矿为主,磁性颗粒含量的变化与Ti含量不相关.以上结果表明,在弱还原环境中,湖泊沉积物磁性矿物的保存状态及磁学性质与其初始粒径密切相关.通过对磁性矿物信息的系统研究(包括粒径和含量变化等)并结合陆源输入指标(如Ti含量),能够较为准确地反映湖泊环境氧化还原程度的变化.以上结果为正确解译该湖沉积物的环境磁学指标提供了基础.     

磁性相变微胶囊的制备与表征

以石蜡为芯材, 脲醛树脂(UF)为囊材, 纳米铁粒子为磁性材料, 用原位聚合法制备了磁性相变微胶囊. 采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)对产品的热性能、表面形态、磁性能以及微胶囊中纳米铁粒子含量进行了表征和测量, 研究了纳米铁粒子的加入对微胶囊的表面形态的影响. DSC测试结果显示石蜡微胶囊化后并不影响其相变点, 保持了石蜡原有的储热特性. VSM和ICP测试表明磁性相变微胶囊的比饱和磁化强度和剩余比磁化强度等磁性参数随纳米铁粒子含量的增加而增大.     

非晶态R_4Fe_(77.5)B_(18.5)合金的磁性和晶化

低Nd快淬Nd-Fe-B合金,由于具有高的剩磁和磁能积可望成为实用性永磁材料。我们已在Nd-Fe-B三元相图的富Fe区,系统地研究了快淬Nd-Fe-B合金的相组成和磁性,重点研究了低Nd(3—5at％)快淬Nd-Fe-B合金的永磁性。在Nd_4Fe_(77.5)B_(18.5)合金中,获得室温最大矫顽力H_c=231kA/m和磁能积(BH)_(max)=104kJ/m~3,并研究了Co,Al,Ga等元素的替代对快淬Nd_4Fe_(77.5)B_(18.5)合金磁性的影响。本文报道非晶态R_4Fe_(77.5)B_(18.5)(R=Y,Ce,Pr,Nd,Gd,Dy)合金的磁性和晶化以及晶化对磁性的影响。     

NdCoFeB永磁体的晶粒取向对矫顽力及其角度关系的影响

研究了NdCoFeB永磁体的宏观磁性与晶粒取向的关系 .随着晶粒取向程度的增强 ,永磁体的矫顽力减小、剩磁增加 ,且矫顽力的减小率低于剩磁的增加率 .矫顽力Hc(θ)随磁场角度θ的增加而上升 ,且晶粒取向好的永磁体Hc(θ)上升幅度较大 .用矫顽力的发动场理论满意地解释了这一实验事实     

北京北安河地表沉积物的岩石磁学特征及环境意义

地表沉积物的磁性能够记录自然环境变化以及人类活动对环境的影响. 北京北安河地表沉积物的类型为全新世洪积、湖积粉砂和黏土. 岩石磁学研究表明这些沉积物中的磁性矿物以磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿为主. 该剖面磁参数变化特征和已报道的北京其他区域的典型污染剖面显著不同, 例如, 磁化率和饱和等温剩磁随剖面深度增大而逐渐减小, 表明研究剖面的沉积物中磁性矿物的浓度从地表向深处逐渐降低. ARM/SIRM等指示磁性矿物粒度的磁参数的值从上往下逐渐增大, 表明磁颗粒粒度向下逐渐变细. 磁黄铁矿从22 cm深度处往下突然出现, 指示了沉积剖面中存在氧化-还原界面. 因此, 北安河地区地表沉积物的磁性变化受控于还原成岩作用和成壤作用两种地质过程. 这为在北京地区利用磁性来调查污染状况提供了一个可供参考的“基准点”.     

Ni对FeNiBPNb非晶合金非晶形成能力及软磁性能的影响

研究了Ni元素对(Fe1-xNix)75.5B14.5P7Nb3(x=0～0.6)系合金非晶形成能力及其软磁性能的影响.结果表明,添加Ni能有效地提高该合金系过冷液相区的稳定性,并使其更接近共晶点,非晶形成能力和软磁性能明显提高.随着Ni含量的增加,过冷液相区从49增加到75K,约化玻璃转变温度从0.540增加到0.594,γ参数从0.373增加到0.405.当Ni含量为0.5和0.6时,采用铜模铸造法成功制备了直径为1mm的块体非晶.该非晶合金系具有优异的软磁性能,其饱和磁感应强度为0.37～1.20T,矫顽力为1.4～3.3A/m,在1kHz频率时的有效磁导率为13100～20900,为开发新型FeNi基软磁块体非晶合金提供了良好的前景.     

强磁场中射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的结构及磁性

研究了强磁场对射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的微结构和磁性能的影响. 在O2流量比小于1.0%、外加磁场低于1.0 T的溅射条件下, 得到了中孔型、相分离型和混合型3种典型的样品宏观形貌, 表明强磁场不但影响等离子体的分布而且影响溅射原子的角分布. 在O2流量比大于2.0%,外加磁场高于2.0 T的条件下制备的Fe-Si-O薄膜中, 经X射线衍射分析发现了强(110)取向的Fe3O4相；磁性测量发现垂直膜面方向上的剩磁和矫顽力大于平行膜面情况. 这些结果表明在薄膜沉积过程中, 强磁场不但使磁性薄膜取向, 而且在膜中诱导出了显著的垂直磁各向异性.     

青藏高原念青唐古拉峰冰川区夏季风期间大气气溶胶元素特征

为了研究夏季风期间青藏高原冰川区的大气气溶胶元素特征及其来源, 于2006年6~10月, 在青藏高原南部念青唐古拉峰扎当冰川垭口(30°28′N, 90°39′E, 5800 m a.s.l.)采集了7个大气总悬浮颗粒物样品, 利用ICP-MS测定了样品中27种元素的含量. 结果表明, 垭口冰川区大气气溶胶的元素浓度, 特别是典型地壳元素的浓度不仅低于同时期该地区较低海拔的气溶胶元素值, 而且远低于青藏高原其他较低海拔地区(如五道梁、瓦里关站等)的值. 因而冰川区的气溶胶代表了青藏高原对流层中上部大气的本底状况. 元素富集因子的研究表明, 与人类活动密切相关的元素(如B, Zn, As, Cd, Pb, Bi)有较高的富集, 由于夏季青藏高原南部大气环境主要受西南夏季风影响, 气团轨迹也显示该时期的气团来自南亚大陆, 因而推断南亚的污染物在夏季风期间影响了青藏高原冰川区的大气环境.     

南海南部YSJD-86GC孔沉积物磁性特征及其环境意义

选取位于南海南部的YSJD-86GC(简称86GC)孔沉积物柱状样进行环境磁学研究,结合已发表的年代框架,揭示MIS3阶段以来沉积物的磁学变化特征.岩石磁学结果表明钻孔沉积物以低矫顽力的磁铁矿类矿物为主要携磁矿物,同时存在部分赤铁矿.反映磁性颗粒大小的King图和Day图表明沉积物中磁性矿物以细粒伪单畴为主.磁学参数与地球化学指标剖面变化的对比分析表明86GC孔沉积物磁性特征反映的是陆源物质的信息;研究钻孔沉积物的磁学性质同时受陆源物质输入量、物源区的氧化-还原条件及搬运环境和距离等多种因素共同影响.全球气候变化引起的海平面升降是导致研究钻孔沉积物中磁性矿物含量和磁性颗粒大小变化的主要原因,沉积物磁学性质的变化可间接指示本地区的海平面升降.