青藏高原东北部黄土堆积的岩石磁学性质及其古气候意义

对青藏高原东北部青海拉拉口、盘子山和东川等地的黄土-古土壤样品进行的磁化率、频率磁化率、c-T曲线、饱和等温剩磁和磁滞回线等测试分析结果表明, 晚第四纪青藏高原东北部风尘堆积黄土和古土壤中的磁性矿物都以磁铁矿为主, 还有磁赤铁矿和赤铁矿. 古土壤中的磁赤铁矿含量高于黄土, 说明在成壤过程中除了形成赤铁矿外, 还新生成了磁赤铁矿, 这些土壤成因的磁赤铁矿使古土壤磁化率明显增强. 这与六盘山以东黄土高原的黄土-古土壤具有相似的特征. 另一方面, 青藏高原东北部的黄土层和古土壤层中的亚铁磁性矿物的平均粒度都是准单畴, 但黄土层中亚铁磁性矿物的平均粒度较粗, 明显偏向多畴区域. 研究区黄土-古土壤序列的磁化率高低与超顺磁颗粒的含量和土壤发育强度基本呈正相关. 气候作用是主导高原黄土-古土壤磁化率增强的主要因素, 即温湿气候增强土壤化作用, 从而导致磁化率增强.     

伊犁黄土磁化率的增减及其成因

中国伊犁黄土磁化率一般在S0最高,但在其他古土壤层低,磁化率增减机制存在争议.对尼勒克县的一个剖面进行系统的磁学研究后发现,黄土层含有风成多畴磁铁矿,S0含有较多成壤成因的超细粒亚铁磁性矿物,其他古土壤层含有较多过湿条件下形成的非亚铁磁性矿物.非亚铁磁性矿物高含量、高矫顽力、亚铁磁性矿物低含量与较细的磁颗粒粒径对应于较高的成壤强度,揭示存在相互竞争的磁化率成壤增强过程和成壤削弱过程,以成壤削弱过程为主,导致磁化率降低.成壤削弱过程中,磁颗粒粒径发生变化.伊犁黄土磁化率变化成因多样,对磁学参数的解释要全面考虑磁性矿物的风成输入和成壤成因的磁性增强及磁性削弱作用.     

黄土中强磁性矿物透射电子显微镜观察和成因分析

透射电子显微镜(TEM)分析结果表明, 黄土-古土壤序列中强磁性矿物包括磁铁矿和磁赤铁矿. 原生磁铁矿具有风成碎屑颗粒物形貌和表面特征, 又可以分为高钛和低钛两种类型, 可能分别指示岩浆岩和变质岩源区. TEM纳米尺度观察研究证实, 部分原生微米粒级碎屑磁铁矿在成壤过程中风化成5 ~ 20 nm磁赤铁矿, 并保持风成碎屑磁铁矿的假象形态. 部分绿泥石在成壤风化作用过程中形成纳米磁铁矿或磁赤铁矿. 这两种矿物的风化作用都形成超顺磁颗粒, 可能是古土壤磁化率增强的重要机制. 部分绿泥石风化形成的磁铁矿或磁赤铁矿含有少量的磷和硫, 具生物成因标志, 表明微生物可能对绿泥石的风化及超顺磁颗粒形成起到一定作用.     

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.     

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.     

西伯利亚南部黄土沉积物的磁学性质

对西伯利亚南部Ｋｕｒｔａｋ剖在末次间冰期以来黄土－古土壤进行了较为详细的岩石磁学研究。实验结果表明该剖面磁化率变化特征与阿拉斯加风成沉积物相同,与中国黄土完全相反,Ｋｕｒｔａｋ剖面黄土和古土壤的频率磁化率值基本一致,这表明其成土作用较弱,磁化率随温度的变化特征以及等温剩磁测定结果揭示出黄土和古土壤的磁性的都是以磁铁矿为主,只含有极少的磁赤铁矿和赤铁矿,磁化率各向异性研究表明,Ｋｕｒｔａｋ地区黄土沉     

黄土中磁性矿物的穆斯堡尔效应及其磁化率机理解析

1984年Heller和刘东生教授首次把磁化率这一物理参数引入中国黄土研究,用来描述古土壤-黄土地层序列,同时发现古土壤-黄土磁化率曲线与深海氧同位素变化曲线间具有良好的可比性。自此以后,磁化率曲线在黄土第四纪地质研究中得以广泛地应用。前人对磁化率成因机理的研究主要集中在岩石磁学方面的工作:磁物相测试与磁粒度测试。本文主要运用穆斯堡尔谱学方法研究黄土-古土壤的细粒级的磁性矿物,做部分矿物学方面的工作,这有助于我们理解古土壤-黄土地层序列中磁性矿物的来源、黄土磁化率变化机理。     

秦安中新世黄土-古土壤序列石英颗粒形态特征、粒度分布及其对成因的指示意义

对QA-I剖面中新世黄土-古土壤序列的石英颗粒进行扫描电镜观察和粒度测试, 并与第四纪典型黄土样品进行了对比. QA-I剖面石英颗粒以次棱角状和棱角状为主, 与第四纪黄土一致; 粒度以小于50 μm的粉砂级组分占绝对优势, 最大粒径小于120 μm, 进一步支持QA-I剖面为典型风尘沉积. 古土壤层的石英和全岩粒度均小于黄土层, 指示它是加积型古土壤, 具有季风环境下土壤的典型特征. 本研究为中新世黄土的成因和形成过程提供了新的沉积学证据.     

末次间冰期黄土高原夏季风气候的初步研究

中国黄土-古土壤地层序列的古气候研究表明,黄土高原的黄土是冬季风的产物,与之相间的古土壤则发育于夏季风环境效应优势期.约130～70kaB.P.的末次间冰期,黄土高原以夏季风强盛为其基本气候特点,发育了一套由三层复合的、成壤作用较强的古土壤S1.为了半定量地恢复这一时期黄土高原夏季风气候,我们布置了几乎覆盖整个黄土高原的三条大剖面线(图1(a)),沿线尽可能等间距选择典型地层剖面,对末次间冰期以来黄土-古土壤序列进行了实测,对各剖面的夏季风替代性指标-磁化率作了较为系统的测量.通过对104个地     

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.     

俄罗斯北部泰米尔半岛褶皱带岩床和玄武岩岩石磁学及磁各向异性

对泰米尔半岛东南部23个采点的样品进行了磁性测量, 这些样品以明显变形的火成岩为主. 通过岩石磁学技术和反射光显微镜分析, 发现细粒钛磁铁矿及磁铁矿是岩床的主要磁组构载体, 而颗粒较大一点的含钛低至中等的钛磁铁矿是玄武岩流的主要磁性矿物. 为了观察研究实验室加热对火成岩磁化率各向异性性质的影响, 对180个没有加热处理过的样品和128个在古地磁研究中被热退磁至600℃的样品进行了磁化率各向异性测量, 研究发现实验室加热对这些火成岩样品的各向异性变化影响很大.     

红壤中磁性矿物的磁性与含量的穆斯堡尔谱研究

土壤中的磁性矿物的磁性与含量,是研究土壤磁性的发生机理及其在地球物理、考古学和环境科学中应用的基础,本文根据前人关于磁赤铁矿、磁铁矿和赤铁矿等的穆斯堡尔谱研究结果,提出了以四极分裂(Q。S。)区分磁性矿物(磁铁矿、磁赤铁矿)与赤铁矿等的土壤穆斯堡尔谱分析法。采用FH—1918型穆斯堡尔谱仪鉴定矿物,NaOH熔融土壤测土壤全铁量,WCL-1型磁化率仪测定土壤磁化率,然后综合三部分资料,对红壤中磁性矿物的磁性与含量进行了初步的研究。     

甘肃龙担早第四纪黄土-古土壤序列磁组构特征与古风场恢复

磁组构作为恢复古季风风向的一种手段, 近来被广泛地应用到中国黄土沉积中. 通过测量青藏高原东北缘临夏盆地龙担剖面早第四纪黄土-古土壤序列磁组构的各项参数, 初步得出龙担剖面磁组构特征为正常沉积, 磁化率各向异性主要由磁面理控制, 磁化率椭球体表现为压扁状. 龙担剖面早第四纪磁化率各向异性长轴方向的偏角较好地指示了古冬季风的方向, 为NW—SE向.     

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”.     

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.     

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.     

空气环境菱铁矿分解氧化过程的穆斯堡尔效应研究

在对天然菱铁矿热处理中磁化率变化研究的基础上 ,利用穆斯堡尔效应分析了空气环境下菱铁矿的分解氧化过程及其矿物组合变化 .结果表明 ,菱铁矿在 41 0℃已分解氧化生成少量磁铁矿 ,在 5 30℃时完全分解并全部氧化生成磁铁矿 ,之后向磁赤铁矿和赤铁矿转化 ,赤铁矿含量随温度的进一步升高而增加 ,在 6 80℃时氧化产物主要由赤铁矿和部分磁赤铁矿组成 .在分解氧化的早期阶段 ,可能出现FeCO3 →FeO +CO2 和 3FeO +CO2 →Fe3 O4+CO中间过程 ,FeO被立即氧化成磁铁矿而在穆斯堡尔谱中未见 .解释了菱铁矿热处理过程中磁性变化的原因 .     

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.     

最近130ka黄土高原夏季风变迁的Rb和Sr地球化学证据

我国的黄土-古土壤序列完整地记录了最近2.5Ma东亚古气候的变化,其中的磁化率被证明是指示夏季风环流强弱的一个较好的代用指标.近年来,有关黄土和古土壤中磁化率成因已有多种模式提出,研究工作仍在深入.为此,从地球化学角度出发,在黄土-古土壤剖面中找出分辨率高、指示性强、成因清楚的气候代用指标,对于揭示磁化率的成因和指示古气候的变化均有重要意义.笔者在分析了大量元素之后,选择了Rb和Sr进行深入探讨,取得了较为满意的结果.由于Rb和Sr表生地球化学行为主要受风化成壤作用强度,尤其是土壤湿度控制,因此黄土-古土壤中Rb/Sr比有可能成为揭示黄土高原夏季风变迁历史的又一替代性指标.1 样品的采集与分析样品采自洛川黑木沟剖面,该剖面位于陕西省洛川县城南约5km(35°45′N,109°25′E).采样层位包括全新世黑垆土(S_0)、马兰黄土(L_1)、离石黄土顶部第1层古土壤(S_1)及其下伏黄土(L_2).采样从黑垆土底部开始,采样间距20cm.样品同时进行磁化率测试和Rb和Sr的含量分析.磁化率测量在中国科学院西安黄土与第四纪地质国家重点实验室完成,采用英国Bartington公司制造的MS2磁化率仪进行测试.Rb和Sr含量分析在南京大学现代分析中心进行,采用X射线荧光光谱方法(XRF),其分析误差为±1(×10~(-6)).     

热处理中菱铁矿的磁化率变化与其各向异性交换特征

弱磁性矿物菱铁矿广泛存在于各地质时代岩石中 ,而它的基本磁学特征常常被人们忽视 .实验室岩石磁学和矿物学手段综合研究结果表明 ,随温度变化菱铁矿样品磁化率规律性增减 ,出现AMS椭球最大主轴(K1)与最小主轴 (K3)的交换现象 ,这是菱铁矿受热氧化分解转变为磁铁矿 (4 10～ 530℃ )和磁赤铁矿到稳定赤铁矿的系列变化所引起的 .