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.     

环境磁学研究及其若干进展

从磁学的观点，一切物质皆具磁性，总体上可将物质分为铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性五种基本类型：环境物质（如土壤、沉积物）是由不同磁性质的矿物、有机质等组成，环境系统中的自然物质所表现出的磁性特征，与其所含的磁性矿物类型、含量和晶粒特征等有关，在一定程度上反映了物质来源、搬运过程、成土作用、     

火山灰地层磁学特征与地层对比探讨: 以冰岛为例

以冰岛东南地区两个土壤剖面为例, 利用环境磁学参数变化特征,研究了火山灰的磁学特征, 探讨了利用磁学方法进行火山灰地层对比的可能性. 研究结果发现, 冰岛火山灰的主要磁性矿物是以磁铁矿为主的亚铁磁性矿物和以赤铁矿为主的不完全反铁磁性矿物, 并含有大量顺磁性矿; 磁性矿物的颗粒大小为似单畴和多畴. 利用数学统计方法, 并根据火山灰地层的相对位置和火山灰的颜色等物理特征, 能够实现利用环境磁学手段进行不同剖面火山灰地层的对比.     

湖泊沉积物磁学性质的环境意义

对湖泊沉积物磁性矿物的来源及其鉴别方法进行了较为深入系统的分析，发现不同湖泊沉积物的磁学参数具有不同的气候响应过程，提出为了恢复古气候和古环境的变化过程，详细的岩石磁学和土壤磁学研究是认识湖泊沉积物磁学性质及其环境意义的基础。     

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.     

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.     

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.     

冲绳海槽沉积物不同粒级的磁性特征及其与环境的关系

对冲绳海槽4个沉积环境的代表性样品进行粒度分离, 并测量了多个磁性参数. 对所得结果就不同粒级的颗粒对磁化率的贡献, 磁性矿物成分和粒度大小及其与环境的关系进行探讨, 指出不同沉积环境磁性矿物均以磁铁矿为主, 磁性矿物粒度以假单畴为主, 在物源上表现出有一定的联系; 不同沉积环境对磁性矿物富集的沉积物粒级不同, 从陆架外缘、西陆坡到东、西槽底平原对磁化率贡献的粒级由粗到细再到粗细粒级均有贡献的变化规律, 既符合陆源物质由东海陆架向冲绳海槽输入的趋势, 又因受其他环境因素的影响, 体现出不同的磁性特征.     

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”.     

环境磁学及其应用

环境磁学主要是研究不同时间和空间尺度的环境与相应固体物质的磁性之间的相互关系,即根据沉积物所含矿物表现的各种磁行为,通过磁参数的测量、比较和分析,并结合其他相标志来说明环境的变化。     

湖光岩玛珥湖表层沉积物磁性粒度特征及其来源

为了确定湖光岩玛珥湖沉积物中磁性矿物的来源, 对表层沉积物及火山壁上岩石进行了激光粒度分析和磁性粒度研究. 结果显示: 表层沉积物粒度为黏土质粉砂; 磁性矿物为磁铁矿, 粒径约为0.03 μm; 火山壁上岩石磁性矿物为磁铁矿, 粒径约为0.05 μm. 沉积物中的磁性矿物种类和粒径与黄土中明显不同, 而更倾向于湖泊周边火山岩的磁性特征. 湖光岩玛珥湖沉积物中的细粒组分(<8 μm)可能有一部分来自风尘, 另一部分为湖泊周边风化产物经波浪作用变为细粒; 粗粒组分为湖四周火山岩风化产物. 磁性矿物主要来自湖四周的火山岩, 虽然不排除少量的风尘沉积, 但沉积物的磁学参数作为亚洲冬季季风强弱变化的替代指标很可能存在问题, 冬季季风与磁学参数的具体关系还有待进一步研究.     

南黄海EY02-2孔磁性地层及古环境意义

对采自南黄海中部平原的钻孔EY02-2(孔深70 m)进行了岩石磁学和磁性地层学研究. 磁化率随温度变化曲线(k-T)显示, 该钻孔沉积物磁性矿物的居里温度为580~600℃, 即主要磁性物质为磁铁矿. 磁滞回线测定结果表明, 南黄海磁性矿物的粒度随不同沉积环境变化很大, 总趋势是潮下滨岸大于陆相, 陆相大于海相, 与沉积物物源的距离远近和水动力强弱有关. 磁极性地层研究揭示出M/B极性转换界线位于该钻孔的63.29 m, 同时在布容期至少出现7次极性漂移(Nr1-7), 可以与布容期内的6次极性事件对应; 在松山期也出现3次正极性漂移, 最下部的两个正漂移可能是发生于886±3 kaBP的Kamikatsura正极性事件的反映. 磁化率和沉积物的粒度在不同的沉积相表现不同, 因此揭示了一些大的环境转换界面. 通常潮下滨岸和陆相的磁化率和粒度都要大于海相沉积物, 磁化率在10×10?5SI左右的稳定分布和平均粒径接近7Φ指示了水深较大的海相层. 但是, 磁化率和粒度不能作为气候变化指标与深海氧同位素δ 18O对比. 我们认为, 半封闭陆架海复杂的沉积物源和在冰期-间冰期沉积动力的变化是造成这种不能对比的原因.     

蓝田玉山第四纪中后期黄土-古土壤序列环境磁学研究

用岩石磁学的各种方法反演沉积物中磁性矿物性质的变化是重建古气候历史的一个重要途径. 对位于黄土高原东南缘的陕西蓝田县玉山剖面厚约40 m的黄土-古土壤地层(L15~S5, L和S分别指示黄土层和古土壤层, 下同)进行了详细的磁学测量. 研究表明, 磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿、针铁矿是本剖面沉积物的主要载磁矿物. 典型层位样品的热磁分析显示成壤强度越高的沉积物加热前后磁化强度变化越小, 这可能与黄土沉积受次生改造的程度有关. 多个磁学参数记录表明, 玉山剖面L15~S5时期黄土沉积和古土壤次生发育所反映的古气候变化特征与黄土高原其他相关记录以及深海沉积记录都有显著区别, 这反映出区域地质背景的巨大影响. 从S9-1向L9的快速剧烈转变, 以及在转变前后两个阶段(L15~S9-1, L9~S6的底部)的古气候演化趋势的明显不同, 同时也反映了这一时期东亚夏季风和冬季风的消长对本区古气候磁性载体的强烈改造.     

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.     

南海南部末次冰期浊流沉积的高分辨率沉积学和地球化学研究

通过对南海南部巽他陆坡底部MD05-2895孔末次冰期发育的浊流沉积物进行激光粒度和XRF岩芯元素扫描分析, 试图揭示其沉积学和地球化学特性, 进而对理解浊流形成过程提供帮助. 研究结果显示, 浊流沉积层中的碎屑颗粒粒径比正常深海沉积物有大幅度增加, 在地球化学成分上表现为Si, K, Ti, Fe 等元素异常富集, 表明浊流发生时有大量粗颗粒陆源碎屑物质输入. 显微观察发现, 这些粗颗粒碎屑物质主要由石英、长石、火山玻璃、以及少量含铁含钛重矿物组成, 推断应来源于巽他陆架上部的残留沉积, 可能与末次冰期时古巽他河输送的陆源物质有关. 分析认为这些浊流活动的发生可能与末次冰期时海平面快速变化造成的海岸线大幅移动及沉积物供给不稳定有关, 而在单次浊流活动中浊流沉积物的形成主要是受重力(对不同比重、粒级颗粒的)分选的控制.     

近700ka来西菲律宾海沉积物来源和东亚冬季风演化的常量元素记录

为系统了解西菲律宾海700ka以来柱状沉积物的常量元素组成特征及其物源和古环境指示意义,对本哈姆高原上MD06-3047孔的221个样品进行了粒度和常量元素组成分析,并测试了其中16个典型沉积物中碎屑态的常量元素含量.物源判别图解及R型因子分析结果均表明钻孔中主要氧化物含量在垂向上的变化主要受控于附近火山碎屑物质沉积作用和陆源风尘物质输入,而海洋生物沉积作用及热液活动的影响较小.特别是以Al2O3和K2O为代表的陆源风尘因子的得分变化表现出明显的冰期-间冰期旋回特征,并与南极冰芯的古温度记录及中国黄土的东亚冬季风记录间具有良好可比性,进而为揭示东亚冬季风强度及风尘源区干湿条件制约下的研究区内陆源风尘物质输入演化历史提供了新的替代性指标.     

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.     

东北平原钻孔的磁性地层定年及松嫩古湖演化

中国东北平原第四纪湖相沉积物是记录中纬度东亚季风和气候环境变化的理想载体.然而,目前关于该套湖相沉积地层尚缺乏高分辨率地层学和高精度的年代学研究,从而限制了对该区气候环境变化机理的理解.本研究重建了东北平原乾安令字(Qiananlingzi, QAL)孔的高分辨率磁化率地层,并对该套沉积进行了系统的古地磁和光释光年代学研究.结果显示, QAL钻孔记录了Olduvai正极性亚时以来的沉积.沉积物磁化率变化存在轨道时间尺度上的变化,粗颗粒的粉砂层一般呈现磁化率低值,细颗粒的黏土层一般呈现高值,岩石磁学参数表明磁化率低值层位高矫顽力硬磁性矿物贡献大,高值层位低矫顽力软磁性矿物贡献大;该套湖相地层的沉积年代约为1180～450ka,历时约730ka,松嫩古湖的几近消失可能与依舒断裂导致的多次沉降使得松花江将松嫩古湖湖水泄于三江平原有关.基于本文详细的磁化率地层和高精度的年代学结果,该湖相沉积有望成为解译中纬度中亚区域中更新世轨道时间尺度古气候变化的理想材料.     

西太平洋暖池晚第四纪黏土矿物的冰期旋回和岁差周期

西太平洋暖池晚第四纪370kaBP以来的黏土矿物含量呈现明显的冰期-间冰期旋回变化,蒙脱石(62%～91%)为主要的黏土矿物,含量在冰期时增高,间冰期时下降;绿泥石(4%～21%)、伊利石(4%～12%)和高岭石(2%～10%)含量依次递减,三者具有相同的变化型式,并与蒙脱石含量的变化呈镜像关系.研究认为,以蒙脱石为主的黏土矿物是陆源碎屑成因,绝大部分来自新几内亚岛的河流输入.黏土矿物含量在冰期-间冰期旋回上的变化与海平面升降有关.在海平面较低时,新几内亚岛的河流物质更容易穿越狭窄的陆架,直接输入向西流动的次表层流,汇入赤道潜流而最终沉积至西太平洋暖池核心区.蒙脱石含量的岁差周期反映了物源区新几内亚岛的机械剥蚀强度,表现为河流径流量的大小,受控于降雨量的分布,指示了赤道辐合带(ITCZ)在轨道尺度上的经向迁移.     

雄安新区西部GB014孔第四纪地层结构与演化过程

对雄安新区西部GB014孔进行了岩石磁学、古地磁和沉积学研究,建立了第四纪地层结构,为更科学利用地下空间提供基础地质支撑.岩石磁学和系统退磁实验揭示钻孔沉积物的载磁矿物主要为磁铁矿,其次为赤铁矿.依据古地磁和区域沉积特征,建立了GB014孔的磁性地层年代框架,下-中更新统界线(M/B界线)和第四系底界(G/M界线)埋深分别为33.8、135.0 m.依据沉积物岩性、结构,以及自然伽玛曲线、粒度、色度、环境磁学参数等将GB014孔划分为5个沉积体系,自下而上依次为:沉积体系Ⅴ为粗颗粒的冲积扇相,埋深为200～146.6 m,年龄为3.90～2.81 Ma,沉积速率为4.9 cm/ka;沉积体系Ⅳ为细颗粒的泛滥平原相,埋深为146.6～108.0 m,年龄为2.81～1.88Ma,沉积速率为2.76 cm/ka;沉积体系Ⅲ为粗颗粒的辫状河道相,埋深为108.0～57.6 m,年龄为1.88～1.02 Ma,沉积速率为5.86 cm/ka;沉积体系Ⅱ为细颗粒的泛滥平原相,埋深为57.6～35.8 m,年龄为1.02～0.79 Ma,沉积速率为9.48 cm/ka;沉积体系Ⅰ为夹决口扇的泛滥平原相,埋深为35.8～0 m,年龄为0～0.79 Ma,沉积速率为4.53 cm/ka.晚上新世以来GB014孔记录了3.90～2.81和1.88～0.79 Ma两次构造活跃期,其中1.88～1.02 Ma时期可能发生物源变化.太行山山前普遍存在这两期构造活动形成的粗颗粒沉积物,而中、晚更新世的砂层则可能与海侵进入渤海湾、区域降水增多有关.