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1 新 疆 - 公 路 剖 面 地 层 接 触 关 系 黄 宝 春 研 究 员 现 场 教 学

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3 研 究 深 度 探 讨 征 稿 方 式 : 该 刊 物 将 由 我 们 实 验 室 2008 年 即 将 过 去, 回 眸 PGL-Letters 走 过 的 路 程, 不 免 让 人 心 生 诸 多 感 慨 与 感 动 犹 如 婴 儿 必 经 母 亲 十 月 辛 苦 孕 育 方 得 以 出 世 一 样, 从 酝 酿 探 讨 起 草 征 稿 设 计 到 刊 出 的 整 个 过 程, 亦 倾 注 了 所 有 参 与 创 作 人 员 无 数 的 心 血 与 期 待 如 今, PGL-Letters 这 个 新 生 婴 儿 在 大 家 的 关 心 和 爱 护 下 正 一 点 点 成 长, 并 力 图 以 更 加 丰 富 多 彩 的 内 容 出 现 在 各 位 面 前 作 为 2009 年 的 贺 岁 之 作, PGL-Letters 第 二 期 不 但 含 有 大 量 精 彩 的 专 业 内 容, 而 且 在 学 术 氛 围 科 研 产 出 甚 至 科 学 与 文 学 的 关 系 方 面 亦 展 开 了 系 列 的 探 讨, 希 望 它 丰 富 的 内 容 能 给 您 以 点 滴 的 启 示 该 刊 物 宗 旨 : 大 家 刊 物 大 家 办, 办 好 刊 物 为 大 家! 该 刊 物 的 定 位 : 融 知 识 性 与 趣 味 性 为 一 体, 在 拓 宽 知 识 面 的 同 时, 加 强 所 有 人 员 参 与 创 作, 同 时 欢 迎 同 行 业 人 员 投 稿 发 行 对 象 : 向 本 实 验 室 内 部 人 员, 及 国 内 古 地 磁 界 的 同 行 ( 参 考 资 料 ) 发 行 方 式 : 电 子 版 本 ( 彩 色 ) 和 纸 质 版 本 ( 黑 白 ) 经 过 初 步 探 讨, PGL-Letters 将 包 括 以 下 栏 目 : 期 刊 首 语 人 物 介 绍 ( 在 地 磁 学 方 面 做 出 贡 献 的 专 家 以 及 实 验 室 人 员 介 绍 ) 专 题 介 绍 ( 每 期 设 置 一 主 题 ) 文 献 导 读 ( 地 学 领 域 最 新 文 献 简 介 ) 研 究 进 展 ( 包 括 本 实 验 室 最 新 的 研 究 进 展, 成 果 总 结 等 ) Seminar 专 栏 ( 包 括 来 访 报 告 者 及 其 报 告 内 容 简 介 等 ) 实 验 专 栏 ( 包 括 仪 器 使 用, 方 法 改 进, 实 验 心 得 等 ) 重 点 连 载 ( 包 括 教 学 专 栏, 文 献 综 述 的 连 载 等 ) 疑 难 问 答 ( 主 要 是 专 业 问 题 的 交 流 探 讨 ) 文 化 动 态 ( 该 部 分 内 容 较 为 灵 活, 包 括 实 验 室 组 织 的 活 动 图 片, 生 活 感 悟 等 抒 发 胸 臆 或 看 法 等 方 面 的 小 篇 幅 文 字 )

4 第 2 期 目 录 2008 年 12 月 潘 永 信 1 学 术 报 告 气 氛 探 讨 1 如 何 提 高 科 研 产 出 2 MBB 的 年 龄 问 题 3 红 海 的 海 平 面 和 内 陆 粉 尘 记 录 (36-64Ka) 3 奇 特 的 生 物 成 因 磁 铁 3 泥 河 湾 盆 地 磁 性 地 层 定 年 与 早 期 人 类 演 化 4 南 方 红 土 磁 性 地 层 年 代 学 小 综 述 4 黄 土 古 地 磁 结 果 与 沉 积 连 续 性 5 三 轴 等 温 剩 磁 热 退 曲 线 方 法 简 介 5 岩 石 磁 组 构 6 古 地 磁 野 外 地 质 考 察 物 品 清 单 9 Ar-Ar 实 验 室 设 备 检 漏 操 作 10 磁 化 率 11 利 用 FORC 技 术 研 究 趋 磁 细 菌 磁 小 体 磁 铁 矿 的 几 点 体 会 16 科 学 与 文 学 ( 连 载 一 ) 18

5 (2) 中 国 科 学 院 知 识 创 新 工 程 重 要 方 向 项 目, 地 磁 场 对 生 物 的 影 响 及 其 机 理 ( ) (3) 国 家 自 然 科 学 基 金 委 优 秀 创 新 群 体 基 金, 地 球 磁 场 与 地 球 外 核 动 力 学 ( ) (4) 国 家 自 然 科 学 基 金 委 重 点 基 金 项 目, 超 静 磁 期 间 地 磁 场 强 度 对 地 球 深 部 过 程 的 制 约 ( ) 学 术 报 告 气 氛 探 讨 研 究 员 博 士 生 导 师 潘 永 信 1985 年 中 国 地 质 大 学 ( 武 汉 ) 获 学 士 学 位 1988 年 中 国 地 质 大 学 ( 武 汉 ) 获 硕 士 学 位 ;1998 年 中 国 科 学 院 地 球 物 理 所 获 博 士 学 位 年 太 原 理 工 大 学 ( 原 山 西 矿 业 学 院 ) 助 教 讲 师 ; 年 中 国 科 学 院 地 质 与 地 球 物 理 所 副 研 究 员 ;2002 年 至 今 地 质 与 地 球 物 理 所 研 究 员 年 英 国 皇 家 学 会 皇 家 访 问 学 者 ( 利 物 浦 大 学 ), 年 德 国 洪 堡 访 问 学 者 ( 慕 尼 黑 大 学 ) 年 获 得 国 家 自 然 科 学 基 金 委 杰 出 青 年 基 金 资 助 年 获 第 九 届 中 国 青 年 科 技 奖. 目 前 主 要 研 究 方 向 : 1. 古 地 磁 与 地 球 深 部 过 程 : 研 究 地 质 历 史 时 期 地 磁 场 古 强 度 变 化, 特 别 是 超 静 磁 期 间 和 地 球 早 期 地 磁 场 强 度 等, 探 讨 地 球 深 部 过 程 2. 生 物 地 磁 学 : 生 物 学 和 地 学 交 叉, 研 究 趋 磁 细 菌 为 代 表 的 生 物 成 因 纳 米 磁 性 矿 物 结 构 磁 学 性 质 与 应 用, 研 究 实 验 室 条 件 下 和 自 然 环 境 中 的 生 物 矿 化 作 用 探 讨 地 磁 场 变 化 对 生 物 的 影 响. 科 研 项 目 : (1) 国 家 自 然 科 学 基 金 委 杰 出 青 年 基 金 项 目, 沉 积 物 生 物 磁 学 研 究 及 其 环 境 意 义 ( ) 我 们 实 验 室 每 周 三 下 午 从 2:30 开 始 学 术 报 告, 这 也 是 我 们 所 目 前 坚 持 最 久, 效 果 最 好 的 系 列 报 告 朱 岗 昆 我 们 实 验 室 有 这 多 优 秀 的 教 授 和 研 究 生, 学 术 报 告 气 氛 应 该 更 活 跃 朱 日 祥 那 么 如 何 活 跃 实 验 室 的 学 术 报 告, 如 何 发 挥 大 家 的 创 造 精 神? 其 中 可 能 的 答 案 是 知 识 面 不 够, 尤 其 是 对 国 际 刊 物 上 发 表 的 论 文 不 能 消 化, 没 有 一 定 的 知 识 积 累, 达 不 到 厚 积 薄 发 王 华 沛 专 业 思 维 僵 化 或 狭 隘, 眼 界 只 限 于 自 己 本 方 面 的 内 容, 对 于 非 专 业 本 方 向 的 知 识, 持 事 不 关 己, 高 高 挂 起 的 态 度, 如 此 以 来 对 其 他 人 的 方 向 基 本 上 是 知 其 然, 而 不 知 其 所 以 然 或 者 也 就 只 知 其 皮 毛 而 已 这 就 使 得 在 学 术 报 告, 尤 其 是 专 业 性 很 强 的 工 作 报 告 上, 由 于 不 了 解 或 不 懂, 更 是 不 感 兴 趣 而 只 能 是 正 襟 危 坐, 而 闭 口 无 言, 这 样 的 状 态 很 难 形 成 各 抒 其 见 的 活 跃 气 氛 张 春 霞 对 于 听 众 来 说, 要 了 解 报 告 人 的 心 态 作 为 一 个 报 告 人, 谁 都 有 要 将 自 己 报 告 准 备 好 和 讲 好 的 心 情, 所 以 当 你 站 在 台 上, 你 渴 望 得 到 下 面 听 众 的 尊 重 这 种 尊 重 体 现 在 两 个 方 面 : 第 一, 尊 重 并 发 扬 报 告 人 的 优 点 第 二, 鼓 励 报 告 人 去 改 正 自 己 的 缺 点 并 且 提 出 报 告 中 所 存 在 的 科 学 问 题 并 展 开 讨 论 在 这 方 面, 老 师 和 同 学 都 发 挥 至 关 重 要 的 作 用 无 论 我 们 是 听 国 际 科 学 报 告 的 时 候 还 是 发 表 文 章 的 时 候, 我 们 可 以 看 到 那 些 名 科 学 家 们 有 一 个 显 著 的 特 点 : 总 是 带 着 一 种 求 知 和 批 判 的 思 想 去 听 别 人 或 看 别 人 的 东 西 因 为 他 们 求 知, 所 以 当 报 告 人 的 报 告 很 精 彩 或 者 科 学 问 题 很 独 到 又 或 者 工 作 很 漂 亮 的 时 候, 他 们 从 不 吝 啬 自 己 的 赞 美 语 言 虽 然 仅 仅 是 那 么 几 句 好 听 的 话, 但 是 对 于 年 轻 人 是 一 种 莫 大 的 鼓 励 也 正 是 因 为 求 知, 许 多 科 学 家 能 够 认 真 地 去 听 自 己 不 懂 的 科 学 报 告, 难 能 可 贵 的 是 他 们 是 以 一 种 求 知 者 的 心 态 去 思 考 问 题 和 提 出 问 题, 虽 然 有 些 问 题 是 那 么 的 可 笑 和 愚 蠢, 但 是 这 正 应 了 中 国 的 一 句 名 言 : 真 正 的 学 者 才 有 不 耻 下 问 的 品 格 因 为 有 批 判 的 精 神, 他 们 敢 于 怀 疑 一 切 并 与 报 告 人 展 开 1

6 讨 论, 陈 述 自 己 的 观 点 并 提 出 科 学 问 题 正 是 这 种 批 判 的 精 神, 让 一 代 又 一 代 的 科 学 家 健 康 成 长 ; 正 是 这 种 批 判 的 科 学 精 神 让 我 们 的 科 学 从 绝 对 真 理 走 向 相 对 真 理, 从 规 律 的 特 殊 性 走 向 规 律 的 普 遍 性 所 以 如 果 你 要 问 我 做 科 学 的 与 其 他 行 业 的 人 相 比 具 有 什 么 样 的 优 点, 我 会 告 诉 大 家 科 学 工 作 者 们 会 尊 重, 他 们 尊 重 世 界 上 一 切 美 好 的 东 西, 所 以 在 科 学 工 作 者 们 的 眼 中, 世 界 上 从 不 缺 少 美 丽, 只 是 你 有 没 有 发 现 美 丽 的 眼 睛 我 还 会 告 诉 大 家 科 学 工 作 者 们 会 批 判, 在 他 们 的 眼 中, 世 界 上 任 何 事 物 都 不 是 绝 对 的, 世 界 上 根 本 没 有 什 么 至 高 无 上, 任 何 虚 假 虚 伪 的 东 西 都 会 随 着 时 代 的 前 进 而 被 暴 露 也 正 是 因 为 这 种 批 判 的 精 神, 我 们 的 科 学 才 能 健 康 的 成 长 和 发 展 当 报 告 人 站 在 报 告 台 上 的 时 候, 不 知 道 你 是 否 有 过 尊 重 的 心 态, 你 能 不 能 全 心 去 意 地 去 听 别 人 的 报 告 并 指 出 别 人 报 告 中 的 闪 光 点, 你 是 否 可 以 以 一 种 求 知 者 的 心 态 去 听 关 于 自 己 不 懂 的 东 西 并 不 怕 嘲 笑 地 去 提 出 非 常 愚 蠢 但 是 对 自 己 又 很 重 要 的 问 题 作 为 一 个 报 告 人, 听 众 就 是 报 告 的 生 命, 听 众 者 们 的 关 注 与 赞 扬 比 什 么 都 重 要 当 你 坐 在 下 面 听 报 告 的 时 候, 你 能 不 能 以 一 种 批 判 者 的 心 态 提 出 你 自 己 的 想 法 以 及 报 告 者 的 工 作 的 不 足 以 及 给 别 人 提 供 你 自 己 的 建 议 批 判 不 等 于 批 评, 批 判 是 一 定 要 提 出 你 给 报 告 人 的 建 议 我 还 是 想 再 次 重 申 作 为 报 告 人 的 我 在 台 上 最 需 要 的 是 什 么 : 我 需 要 老 师 和 同 学 们 的 关 注, 这 种 关 注 最 主 要 体 现 在 你 能 不 能 发 现 我 工 作 中 的 闪 光 点, 你 能 不 能 对 我 的 工 作 有 什 么 样 的 改 进 和 建 设 性 的 意 见, 也 许 我 的 报 告 只 有 15 分 钟, 但 是 讨 论 能 达 半 个 小 时 到 一 个 小 时, 而 且 如 果 你 能 给 我 工 作 上 的 帮 助 以 及 提 出 好 的 科 学 想 法, 那 么 我 想 我 自 己 一 定 喜 欢 做 报 告, 因 为 我 发 现 我 每 次 做 完 报 告 后 我 都 在 进 步 曹 常 乾 当 然, 从 学 术 报 告 本 身 也 有 很 大 的 改 进 空 间, 比 如 :1) 不 建 议 所 有 的 学 生 去 做 一 个 完 全 超 出 自 己 水 平 和 知 识 面 的 报 告, 对 于 大 多 数 人 来 说, 准 备 这 样 的 报 告 只 能 浮 于 表 面 但 是 要 求, 无 论 是 前 沿 报 告 还 是 工 作 报 告, 要 求 都 按 照 高 标 准 的 方 式, 充 分 准 备 2) 每 个 完 整 的 工 作 报 告 应 该 包 括 :A) 前 沿 介 绍, 讲 出 科 学 意 义, 这 样 大 家 都 能 知 道 你 在 或 者 要 干 什 么 ;B) 具 体 实 验 的 结 果 及 其 分 析, 要 求 图 文 并 茂, 杜 绝 罗 列 数 据, 根 据 你 要 解 决 的 问 题 列 举 证 据 ;C) 要 给 出 自 己 的 思 考 和 分 析, 这 样 能 让 大 多 数 人 听 懂 你 在 做 什 么, 也 能 让 老 师 清 晰 的 看 出 讨 论 的 欠 缺 和 实 验 的 不 足 李 金 华 此 外,1) 报 告 周 期 有 待 改 进, 实 验 室 每 个 人 每 个 月 至 少 要 做 一 至 两 次 报 告 2) 报 告 内 容 有 待 改 进 : 应 以 工 作 汇 报 为 主, 比 如 三 次 工 作 汇 报 加 一 次 读 书 报 告 报 告 不 用 很 长, 介 绍 一 下 自 己 这 一 两 个 星 期 中 的 实 验 情 况 即 可 有 结 果 说 结 果, 没 结 果 也 可 以 讨 论 问 题 出 在 哪 里 3) 报 告 形 式 有 待 改 进 : 以 前 我 们 是 重 报 告 轻 讨 论, 我 认 为 应 该 报 告 和 讨 论 两 手 抓 讨 论 是 大 家 相 互 交 流 的 过 程, 也 许 别 人 的 一 句 话 可 以 解 决 困 扰 你 很 久 的 问 题 总 而 言 之,1. 缺 乏 提 问 题 的 能 力 ;2. 知 识 面 欠 缺 ;3. 有 些 紧 张 而 冷 场 第 三 方 面 有 可 能 是 怕 出 错 挨 批 造 成 这 就 需 要 大 家 有 宽 松 的 态 度, 本 着 学 习 而 不 是 批 判 的 态 度 来 听 报 告, 本 着 暴 露 自 己 知 识 的 不 足 而 不 是 掩 藏 的 态 度 来 提 问 题 刘 青 松 目 前, 除 了 周 三 的 大 报 告 之 外, 贺 怀 宇 的 年 代 学 组, 刘 青 松 和 邓 成 龙 的 岩 石 磁 学 与 环 境 磁 学 组, 以 及 潘 永 信 的 生 物 磁 学 组, 黄 宝 春 的 构 造 磁 学 与 环 境 磁 学 组 都 不 定 期 的 组 织 各 自 的 小 报 告 会, 从 而 达 到 报 告 深 度 和 广 度 的 灵 活 结 合 相 信 在 大 家 共 同 的 努 力 下, 我 们 的 系 列 报 告 会 越 来 越 生 动, 内 容 越 来 越 丰 富, 效 果 越 来 越 好 如 何 提 高 科 研 产 出 如 何 提 高 科 研 产 出, 这 个 话 题 不 仅 仅 是 即 将 毕 业 的 师 兄 师 姐 的 紧 迫 任 务, 也 是 我 们 即 将 面 临 的 问 题 我 们 实 验 室 的 文 章 现 状 就 是 老 师 多, 学 生 少, 老 师 论 文 影 响 因 子 高, 学 生 论 文 相 对 逊 色 不 知 道 这 也 是 不 是 国 内 科 研 实 验 室 的 普 遍 现 象 导 师 们 总 反 映 国 内 的 学 生 相 比 国 外, 在 科 研 创 新 和 学 术 讨 论 上 有 很 大 差 距, 我 们 确 实 存 在 一 定 问 题, 比 如 惰 性, 或 者 科 研 专 一 性 不 强, 或 者 思 维 定 势, 在 小 学 到 大 学 十 几 年 的 框 架 教 育 下, 徘 徊 在 科 研 门 槛 周 围 的 都 是 这 样 的 大 学 生, 我 觉 得 老 师 们 可 以 在 鼓 励 学 生 交 流, 营 造 科 研 氛 围 上 做 一 些 工 作, 我 们 学 生 当 然 也 乐 意 在 这 种 氛 围 下 提 升 自 己 的 科 研 兴 趣 和 思 维 活 跃 能 力, 这 是 一 个 需 要 坚 持 的 过 程, 良 好 的 科 研 气 氛 需 要 一 定 加 以 时 日 塑 造 另 外 就 是 如 何 发 表 高 水 平 的 文 章, 老 师 们 今 天 的 高 水 平 文 章 量 产 也 非 一 日 之 功, 所 以 他 们 的 科 研 经 验 对 我 们 弥 足 珍 贵, 如 何 有 效 借 鉴 老 师 们 的 心 得 也 可 以 算 一 条 捷 径, 不 过 关 键 还 是 自 己 工 作 的 前 沿 性, 系 统 性 和 创 新 性, 这 就 启 示 我 们, 进 行 课 题 研 究 的 时 候 是 应 该 站 高 看 远, 还 是 一 个 山 头 一 个 山 头 翻? 有 时 候 觉 得 自 己 无 法 把 握 这 种 范 围, 所 以 这 也 告 诉 我 们, 做 科 研 不 能 只 专 注 于 自 己 研 究 的 狭 小 范 围, 应 该 广 有 涉 猎, 才 有 可 能 弥 补 自 己 知 识 和 思 维 的 局 限 性, 有 可 能 发 现 新 问 题, 发 现 新 联 系, 引 发 有 益 的 科 学 思 考 另 外 就 是 写 文 章 的 目 的, 我 们 学 生 难 免 有 点 功 利 思 想, 而 不 是 把 文 章 当 作 是 工 作 总 结 来 和 他 人 交 流 的 方 式, 也 许 文 章 中 自 我 推 导 或 者 断 言 的 色 彩 很 浓, 也 许 我 们 在 经 历 了 漫 长 艰 辛 的 试 验 后 很 难 面 对 自 己 过 程 中 的 瑕 疵, 我 们 有 时 候 在 科 研 的 严 禁 前 面 缺 乏 那 种 壮 士 断 腕 的 决 心 科 研 论 文 产 出 的 提 高, 老 师 们 起 引 导 作 用, 关 键 是 我 们 的 态 度 和 思 维, 希 望 古 地 磁 以 后 多 产, 高 产, 也 祝 愿 大 家 都 有 所 建 树 李 陛 2

7 MBB 的 年 龄 问 题 前 人 研 究 表 明,MBB 记 录 在 中 国 黄 土 / 古 土 壤 序 列 的 冷 期, 但 是 在 海 洋 记 录 中 则 处 于 暖 期 MIS19 二 者 的 不 匹 配 使 得 中 国 黄 土 与 海 洋 序 列 无 法 准 确 对 比 Liu et al. (2008, EPSL) 发 现, 如 果 考 虑 10-20cm 的 剩 磁 记 录 下 移 ( 包 括 剩 磁 锁 定 过 程 和 浅 表 混 合 层 的 双 重 影 响 ), 在 海 洋 记 录 中,MBB 则 处 于 MIS19 的 顶 部, 或 者 在 MIS18 和 MIS19 的 交 界 处 选 用 石 英 颗 粒 的 粒 径 作 为 东 亚 冬 季 风 的 气 候 指 标, 中 国 黄 土 / 古 土 壤 序 列 中 的 MBB 也 记 录 在 暖 期 的 顶 部 二 者 的 一 致 性 否 定 了 先 前 认 为 的 海 陆 气 候 记 录 存 在 着 巨 大 的 相 差, 或 者 中 国 黄 土 中 的 剩 磁 存 在 着 几 十 千 年 的 锁 定 过 程 Dreyfus et al. (2008, EPSL, 274, ) 通 过 研 究 冰 芯 中 的 10 Be 记 录, 发 现, 与 MBB 相 关 的 10 Be 低 的 年 龄 大 概 为 770 千 年, 比 熔 岩 流 ( 氩 - 氩 定 年 ) 测 定 的 年 龄 年 轻 至 少 10 千 年 刘 青 松 奇 特 的 生 物 成 因 磁 铁 矿 科 学 家 从 距 今 5500 万 年 的 沉 积 层 中 挖 出 了 巨 型 磁 性 化 石 微 生 物 残 骸 这 种 不 寻 常 结 构 在 大 规 模 全 球 变 暖 时 期 的 成 长, 为 我 们 提 供 了 气 候 变 化 如 何 影 响 生 物 行 为 的 线 索 相 关 论 文 10 月 20 日 在 线 发 表 于 美 国 国 家 科 学 院 院 刊 (PNAS) 上 (Schumann et al., PNAS, 2008) 无 论 是 目 前 尚 存 还 是 已 形 成 化 石 的 细 菌, 都 有 一 些 种 类 含 有 磁 性 物 质 磁 性 氧 化 铁 晶 体 一 般 认 为 生 物 体 利 用 这 些 磁 性 物 质, 沿 着 地 球 磁 场 进 行 导 航 定 位 不 过, 论 文 第 一 作 者 加 拿 大 麦 吉 尔 大 学 的 Dirk Schumann 说, 新 发 现 的 这 些 化 石 和 任 何 以 前 描 述 过 的 磁 性 晶 体 都 不 同 Schumann 和 同 事 从 美 国 新 泽 西 州 的 沉 积 物 中 发 现 了 这 些 化 石 研 究 小 组 把 沉 积 物 溶 于 水 中, 用 磁 铁 提 取 磁 性 物 质, 之 后 通 过 电 子 显 微 镜 进 行 研 究 研 究 小 组 发 现 这 些 磁 铁 晶 体 含 有 氧 的 同 位 素, 这 表 明 它 们 是 水 生 来 源 图 (a-c) 冰 芯 记 录,(d-e) 海 洋 记 录,(f) 熔 岩 流 记 录 10 Be 高 对 应 于 地 球 磁 场 低 红 海 的 海 平 面 和 内 陆 粉 尘 记 录 (36-64 Ka) Rohling et al. (2008, Paleoceanography, 23, PA3219, doi: /2008pa00167) 发 现, 红 海 沉 积 物 中 记 录 的 δ 18 O ruber ( 海 平 面 记 录 ) 与 南 极 冰 盖 记 录 变 化 一 致, 而 内 陆 粉 尘 (Ti, Fe, 赤 铁 矿 含 量, 本 研 究 中 发 现 磁 化 率 与 其 它 参 数 变 化 非 常 一 致, 因 为 在 本 孔 中, 也 可 以 作 为 内 陆 粉 尘 参 数 ) 的 变 化 则 与 北 极 冰 盖 记 录 一 致 ( 主 要 是 D-O 旋 回 ) 直 接 对 比 两 种 记 录 发 现 了 海 平 面 变 化 与 内 陆 粉 尘 ( 局 部 气 候, 或 者 与 季 风 相 关 ) 存 在 着 相 位 差 这 表 明 本 地 区 海 平 面 上 升 (δ 18 O ruber 值 变 小 ) 发 生 在 D-O 旋 回 的 冷 期 [ 刘 青 松 ] Schumann 表 示, 与 其 它 能 产 生 磁 性 的 微 生 物 相 比, 此 次 发 现 的 大 部 分 化 石 都 可 以 称 为 巨 人, 体 型 达 到 先 前 的 8 倍, 一 些 在 长 度 上 能 达 到 4 微 米 而 且 这 些 化 石 的 形 状 就 像 矛 头 和 拉 长 了 的 钻 石, 这 种 形 状 从 未 在 先 前 发 现 的 化 石 中 出 现 过, 也 不 存 在 于 现 存 的 任 何 生 物 体 科 学 家 还 不 知 道 有 哪 种 微 生 物 能 够 制 造 出 这 样 大 且 形 状 怪 异 的 磁 性 晶 体 Schumann 说, 这 一 新 发 现 的 晶 体 一 定 是 真 核 生 物 一 种 比 细 菌 更 复 杂 的 生 物 形 态 形 成 的, 先 前 人 们 认 为 绝 大 多 数 磁 性 晶 体 是 由 细 菌 形 成 的 美 国 加 州 州 立 工 艺 大 学 退 休 物 理 学 家 研 究 喜 磁 细 菌 的 Richard Frankel 说 : 这 是 个 令 人 信 服 的 结 论, 而 且 这 些 新 化 石 非 常 令 人 感 兴 趣 论 文 合 著 者 普 林 斯 顿 大 学 的 Robert Kopp 说, 巨 型 微 生 物 可 能 用 它 们 的 晶 体 来 定 向 也 有 可 能 其 中 的 一 些 微 生 物 用 这 些 矛 一 样 的 晶 体 作 为 盔 甲 外 衣 发 现 这 些 磁 性 水 晶 的 沉 积 物 已 有 5500 万 年 的 历 史, 正 是 古 新 世 - 始 新 世 极 热 ( Paleocene-Eocene Thermal Maximum) 时 期 这 一 时 期 持 续 了 几 万 年, 地 球 温 度 上 升 了 约 5-9 摄 氏 度 美 国 加 州 大 学 圣 克 鲁 兹 分 校 地 球 物 理 学 家 James Zachos 说, 这 表 明 巨 大 气 候 变 化 形 成 了 完 美 的 条 件, 使 得 大 型 微 生 物 开 始 喜 爱 氧 化 铁 这 一 发 现 支 持 了 这 样 一 种 预 言, 即 随 着 3

8 全 球 变 暖 引 起 温 度 升 高, 沿 海 生 态 情 况 将 发 生 不 可 预 测 的 变 化 为 了 确 定 这 些 晶 体 的 作 用, 研 究 小 组 将 寻 找 能 够 制 造 相 同 尺 寸 和 形 状 的 磁 性 结 构 的 现 代 微 生 物 他 们 也 许 会 在 亚 马 逊 发 现 它 们, 那 里 的 反 应 性 铁 离 子 含 量 是 新 泽 西 海 岸 等 三 角 洲 环 境 的 2 倍 Kopp 说, 这 将 会 告 诉 科 学 家 许 多 关 于 允 许 这 种 结 构 开 始 成 长 的 条 件 曹 长 乾 泥 河 湾 盆 地 磁 性 地 层 定 年 与 早 期 人 类 演 化 朱 日 祥 邓 成 龙 潘 永 信 早 期 人 类 走 出 非 洲 以 后 的 迁 移 扩 散 以 及 对 环 境 的 适 应 是 人 类 演 化 研 究 的 核 心 问 题 之 一 位 于 北 纬 40 度 地 处 华 北 平 原 和 内 蒙 古 高 原 过 渡 带 的 泥 河 湾 盆 地, 因 发 育 良 好 的 晚 新 生 代 地 层 及 其 丰 富 的 哺 乳 类 动 物 化 石 和 旧 石 器 遗 址, 自 上 世 纪 20 年 代 以 来, 一 直 是 中 外 地 质 学 家 古 生 物 学 家 和 古 人 类 学 家 研 究 的 热 点, 尤 其 是 研 究 东 亚 早 期 人 类 演 化 的 重 要 地 区 由 于 泥 河 湾 组 沉 积 物 缺 乏 同 位 素 测 年 的 合 适 材 料 和 湖 相 沉 积 物 磁 性 的 复 杂 性, 该 盆 地 沉 积 物 ( 包 括 文 化 遗 址 ) 的 年 代 存 在 较 大 争 议 近 年 来, 我 们 对 泥 河 湾 盆 地 沉 积 序 列 及 其 一 系 列 旧 石 器 遗 址 和 哺 乳 动 物 化 石 地 点 进 行 了 系 统 的 古 地 磁 年 代 学 研 究, 建 立 了 该 盆 地 的 年 代 地 层 格 架, 厘 定 了 泥 河 湾 动 物 群 的 时 代, 并 在 国 际 上 首 次 确 定 了 争 论 已 久 的 小 长 梁 马 圈 沟 等 著 名 旧 石 器 遗 址 的 年 代, 在 此 基 础 上 建 立 了 泥 河 湾 地 区 早 期 人 类 活 动 年 代 序 列 泥 河 湾 组 地 层 为 一 套 河 湖 相 沉 积 序 列, 开 始 沉 积 的 时 代 约 为 2.6 Ma, 不 仅 记 录 了 Gauss 正 极 性 时 末 期 以 来 主 要 的 地 磁 极 性 特 征, 其 主 体 为 Matuyama 负 极 性 时 和 Brunhes 正 极 性 时, 包 括 Olduvai 和 Jaramillo 两 个 正 极 性 亚 时, 而 且 记 录 了 地 磁 场 的 一 些 精 细 结 构, 例 如 Kamikatsura Santa Rosa Punaruu 和 Cobb Mountain 地 磁 漂 移 广 义 的 泥 河 湾 动 物 群 的 时 代 为 2.0~0.8 Ma, 根 据 动 物 群 分 子 的 相 似 性 可 以 推 断, 狭 义 的 泥 河 湾 动 物 群 ( 即 下 沙 沟 动 物 群 ) 的 时 代 也 与 之 相 似 以 生 活 在 泥 河 湾 盆 地 的 早 期 人 类 为 代 表 的 东 亚 早 期 人 类 至 少 在 1.66~0.78 Ma 期 间 的 大 约 90 万 年 的 时 间 内 长 期 持 续 地 占 据 东 亚 高 纬 度 地 区 其 中, 关 于 马 旧 石 器 圈 沟 遗 址 的 研 究 成 果 是 东 亚 高 纬 度 地 区 迄 今 已 被 确 认 的 最 早 的 人 类 活 动 证 据 早 期 人 类 走 出 非 洲 以 后, 途 经 西 亚 南 亚, 以 较 快 的 速 度 扩 散 到 东 亚 地 区 向 南 越 过 印 度 尼 西 亚 的 赤 道 地 区, 向 北 扩 散 到 东 亚 高 纬 度 地 区 虽 然 青 藏 高 原 和 中 亚 地 区 的 高 原 及 其 恶 劣 环 境 对 早 期 人 类 迁 移 构 成 一 定 的 阻 碍, 但 是, 除 了 沿 南 线 迁 移 扩 散 之 外, 对 于 早 期 人 类 沿 北 线 迁 移 扩 散 到 东 亚 高 纬 度 地 区 或 者 从 东 亚 高 纬 度 地 区 向 西 迁 移 扩 散 的 可 能 性, 目 前 尚 不 能 排 除, 毕 竟 他 们 已 经 具 备 了 很 强 的 适 应 环 境 的 能 力, 仅 仅 凭 借 简 单 的 工 具 就 能 在 远 比 非 洲 热 带 地 区 寒 冷 和 恶 劣 得 多 的 东 亚 高 纬 度 自 然 环 境 中 生 存 下 来 华 北 地 区 早 期 人 类 已 经 能 够 适 应 东 亚 高 纬 度 地 区 冬 季 风 增 强 夏 季 风 减 弱 和 干 旱 化 趋 势 增 强 的 复 杂 环 境 变 化, 尤 其 能 适 应 中 更 新 世 气 候 转 型 前 后 中 国 北 方 多 变 而 且 不 稳 定 气 候 条 件 和 生 态 环 境, 这 种 气 候 环 境 的 多 变 性 以 及 生 活 方 式 的 进 步 ( 例 如 动 物 性 食 品 的 利 用 ) 等 因 素 的 综 合 作 用 逐 步 增 强 了 早 期 人 类 适 应 环 境 变 化 的 能 力 因 此, 适 宜 的 气 候 和 环 境 条 件 只 是 适 合 早 期 人 类 的 生 存, 而 气 候 和 生 态 环 境 的 多 变 性 与 不 稳 定 性 是 促 进 人 类 进 化 的 重 要 因 素 ( 主 要 参 考 文 献 : 朱 日 祥,2007, 第 四 纪 研 究,27(6), ;Deng et al., 2008, Quaternary Research, 69, 77-90) 南 方 红 土 磁 性 地 层 年 代 学 小 综 述 刘 彩 彩 南 方 红 土 是 我 国 热 带 亚 热 带 地 区 的 一 种 普 遍 存 在 的 红 色 风 化 壳 目 前 对 其 展 开 的 磁 性 地 层 学 研 究 主 要 集 中 在 长 江 中 下 游 地 区, 其 中 包 括 安 徽 宣 城 江 西 长 虹 大 道 四 川 胜 利 和 黄 甲 以 及 浙 江 七 里 亭 等 剖 面 前 四 个 剖 面 据 前 人 研 究 [1,2] 均 属 于 风 成 沉 积, 而 七 里 亭 剖 面 主 体 为 河 流 相 沉 积 对 于 安 徽 宣 城 剖 面 ( 图 1a), 乔 彦 松 等 [3] 对 其 展 开 了 详 细 的 磁 性 地 层 学 研 究, 其 研 究 结 果 表 明 宣 城 地 区 的 红 土 沉 积 记 录 了 B/M 界 线, 结 合 顶 层 一 块 样 品 的 热 释 光 年 龄 18ka±1.29ka, 计 算 得 出 该 剖 面 的 沉 积 速 率 为 1.05cm/ka, 进 而 推 断 宣 城 剖 面 风 成 堆 积 的 底 界 年 龄 约 为 0.85Ma, 网 纹 红 土 的 形 成 时 期 约 为 0.36~0.93Ma 浙 江 七 里 亭 剖 面 ( 图 1b) 主 要 记 录 了 early Brunhes Chron late Matuyama Chron 及 该 期 内 的 Jaramillo Subchron, 通 过 B/M 界 限 年 龄 和 Jaramillo Subchron 起 始 年 龄 计 算 出 该 剖 面 的 沉 积 速 率 为 2.95cm/ka, 较 高 的 沉 积 速 率 使 得 该 剖 面 能 够 记 录 三 个 小 漂 移 事 件 此 外, 还 可 以 推 断 该 地 区 的 红 土 沉 积 始 于 1.0Ma 左 右, 网 纹 红 土 上 下 界 分 别 为 0.75~0.98Ma[4] 江 西 九 江 地 区 的 长 虹 大 道 剖 面 ( 图 1c) 则 记 录 了 Brunhes Chron late Matuyama Chron 及 完 整 的 Jaramillo Subchron, 对 该 剖 面 两 个 层 位 富 集 的 微 4

9 球 粒 的 研 究 表 明 其 有 可 能 对 应 于 北 方 黄 土 中 B/M 界 限 之 上 kaBP 和 kaBP 两 层 位 的 澳 亚 区 地 外 物 质 撞 击 事 件, 进 一 步 证 明 了 磁 性 地 层 记 录 的 可 靠 性 该 剖 面 的 沉 积 速 率 为 1.238cm/ka, 其 中 网 纹 红 土 大 致 形 成 于 1200~400kaBP[5] 对 于 成 都 平 原 的 磁 性 地 层 学 研 究 以 胜 利 ( 图 1d) 和 黄 甲 ( 图 1e) 两 个 剖 面 最 为 典 型 两 个 剖 面 均 记 录 了 Brunhes Chron late Matuyama Chron 及 完 整 的 Jaramillo Subchron 其 中 对 于 胜 利 剖 面, 依 据 不 同 时 间 控 制 点 计 算 而 得 B/M 界 线 到 Jaramillo Subchron 顶 部 以 及 Jaramillo Subchron 亚 带 期 间 的 沉 积 速 率 约 为 2.05 和 4.37cm/ka, 以 此 两 个 沉 积 速 率 分 别 外 推 网 纹 红 土 的 顶 底 界 年 龄 约 为 0.64 和 1.13Ma BP 而 依 据 同 样 方 法 计 算 得 出 黄 甲 剖 面 的 网 纹 红 土 顶 底 界 年 龄 分 别 约 为 0.56 和 1.09 Ma BP[2] 综 合 以 上 各 剖 面 的 磁 性 地 层 结 果, 长 江 中 下 游 地 区 的 网 纹 红 土 大 致 形 成 于 0.4~ Ma 之 间 而 袁 宝 印 老 师 2008 在 第 四 纪 研 究 的 文 章 [6] 中 认 为 南 方 网 纹 红 土 风 化 壳 发 育 最 盛 期 在 中 更 新 世 极 端 湿 热 期, 即 对 应 于 北 方 黄 土 - 古 土 壤 序 列 的 S 4 ~S 5 ( MaBP) 时 期, 而 网 纹 红 土 发 育 的 时 代 跨 度 可 以 由 早 更 新 世 末 一 直 延 续 到 晚 更 新 世 初, 这 正 与 以 上 的 磁 性 地 层 结 果 相 符 Depth (m) (a) Xuancheng Depth (m) Legends for Fig. 10a cultivated soil Legends for Fig. 10b Xiashu Loess Legends for Fig. 10c loess Legends for Figs 10d & e brown clay (b) Qiliting loess vermiculated red clay paleosol Depth (m) vermiculated brown silt (c) Changhongdadao Depth (m) non-vermiculated paleosol vermiculated red silt non-vermiculated red clay vermiculated red silt (d) Shengli Depth (m) vermiculated red soil red sandy silt vermiculated red clay clayey-gravel deposit (e) Huangjia Age (Ma) (f) GPTS 0 sandy or gravel deposit B M K SR J brown fine sand [4] Liu C C, Xu X M, Yuan B Y, et al., Magnetostratigraphy of the Qiliting section (SE China) and its implication for geochronology of the red soil sequences in southern China. Geophys. J. Int., 174, [5] 蒋 复 初, 易 锡 浩, 肖 华 国 等,1997. 九 江 地 区 网 纹 红 土 的 时 代, 地 质 力 学 学 报,3(4), [6] 袁 宝 印, 夏 正 楷, 李 保 生 等, 2008, 中 国 南 方 红 土 年 代 地 层 学 与 地 层 划 分 问 题, 第 四 纪 研 究, 28(1), 1-13,. 黄 土 古 地 磁 结 果 与 沉 积 连 续 性 Zhu et al.(2007,grl) 对 洛 川 西 峰 宜 川 以 及 渭 南 地 区 末 次 冰 期 以 来 的 黄 土 沉 积 物 的 高 分 辨 率 的 古 地 磁 学 研 究 表 明, 除 了 紧 临 黄 河 的 宜 川 剖 面, 其 它 三 个 剖 面 均 记 录 到 了 Laschamp 地 磁 极 性 漂 移, 其 中 渭 南 剖 面 还 记 录 了 Mono Lake 漂 移 这 两 个 极 性 漂 移 的 时 间 尺 度 均 小 于 2 ka, 所 以 Zhu et al.(2007) 推 断 末 次 冰 期 以 来 的 黄 土 沉 积 在 2 ka 尺 度 ( 甚 至 <2 ka) 上 是 连 续 的, 并 指 出 黄 土 的 连 续 性 受 到 黄 土 发 育 地 点 及 时 间 尺 度 的 影 响 Deng (2008, G3) 对 白 草 塬 地 区 S1 和 L1 的 古 地 磁 分 析 表 明, 该 剖 面 未 记 录 到 任 何 极 性 漂 移, 例 如 在 其 它 剖 面 间 或 有 所 记 录 的 Laschamp Mono Lake 及 Blake 作 者 认 为 该 剖 面 Laschamp Mono Lake 缺 失 的 部 分 原 因 是 由 于 粘 滞 剩 磁 对 来 自 源 区 的 粗 颗 粒 ( 如 large PSD 或 MD) 磁 铁 矿 的 overprint 作 用 而 replace 了 原 生 的 DRM, 主 要 原 因 是 末 次 冰 期 地 层 在 <2 ka 尺 度 上 的 episodic 缺 失 而 S1 中 Blake event 的 缺 失 主 要 是 由 于 末 次 间 冰 期 4-6 ka 尺 度 上 的 episodic 缺 失 S1 堆 积 速 率 较 L1 慢, 所 以 episodic 尺 度 相 对 较 长 与 其 它 黄 土 剖 面 相 比 表 明 : 高 堆 积 速 率 未 必 能 可 靠 的 记 录 古 地 磁 极 性 变 化 注 : 二 篇 文 章 均 以 黄 土 中 古 地 磁 极 性 事 件 的 记 录 来 反 推 黄 土 的 沉 积 连 续 性, 得 到 的 只 是 粉 尘 保 存 了 多 少 而 粉 尘 的 供 给 速 率 和 供 给 量 才 是 提 取 古 气 候 信 息 更 重 要 的 关 注 点 靳 春 胜 三 轴 等 温 剩 磁 热 退 曲 线 方 法 简 介 刘 彩 彩 References [1] Xiong, S.F., Sun, D.H. & Ding, Z.L., Aeolian origin of the red earth in southeast China, J. quat. Sci., 17, [2] 赵 治 中, 乔 彦 松, 王 燕 等, 成 都 平 原 红 土 堆 积 的 磁 性 地 层 学 及 古 环 境 记 录, 中 国 科 学 D 辑, 37(3): [3] 乔 彦 松, 郭 正 堂, 郝 青 振 等,2002. 安 徽 宣 城 黄 土 堆 积 的 磁 性 地 层 学 与 古 环 境 意 义, 地 质 力 学 学 报,8(4): 通 常, 磁 性 矿 物 都 具 有 各 自 特 征 的 矫 顽 力 及 热 磁 行 为 等 温 剩 磁 获 得 曲 线 分 析 方 法 是 一 种 确 定 高 低 矫 顽 力 组 分 分 布 的 有 效 手 段, 但 这 种 方 法 却 不 能 分 辨 出 具 体 的 磁 性 矿 物 种 类 为 了 获 得 更 详 尽 的 信 息, 可 以 将 获 得 的 等 温 剩 磁 进 行 逐 步 热 退 磁, 结 合 等 温 剩 磁 获 得 曲 线 与 矿 物 的 热 磁 分 析, 从 而 识 别 样 品 中 磁 性 矿 物 的 种 类 然 而 对 于 一 些 解 阻 温 度 相 近, 矫 顽 力 差 别 很 大 的 磁 性 矿 物, 该 方 法 不 能 很 有 效 的 识 别 他 们 于 是,Lowrie 于 1990 年 在 GRL 上 发 表 的 文 章 中 提 出 了 一 种 更 有 效 的 方 法 该 方 法 是 5

10 将 样 品 依 次 在 强 中 弱 三 种 磁 场 强 度 下 分 别 沿 着 三 个 正 交 轴 获 得 等 温 剩 磁, 这 样 三 个 轴 的 等 温 剩 磁 分 别 代 表 三 种 矫 顽 力 组 分 的 剩 磁 强 度, 即 将 高 中 低 三 种 矫 顽 力 组 分 分 离 开 来, 然 后 对 样 品 进 行 逐 步 热 退 磁, 分 别 绘 出 这 三 个 轴 的 等 温 剩 磁 退 磁 曲 线, 再 结 合 矿 物 的 热 磁 特 性 分 析 每 种 矫 顽 力 组 分 的 载 磁 矿 物 成 分, 进 而 获 得 样 品 的 磁 性 矿 物 组 成 常 见 磁 性 矿 物 的 矫 顽 力 及 解 阻 温 度 : Ferromagnetic mineral Maximum Coercivity(T) Magnetite Maghemite Titanomagnetite X=0.3 X= Pyrrhotiete Hematite Goethite > Maximum Unblocking Temperature( ) 表 中 磁 性 矿 物 的 最 大 解 阻 温 度 往 往 接 近 其 居 里 温 度 或 奈 尔 温 度 且 值 得 注 意 的 是, 矿 物 的 矫 顽 力 大 小 通 常 与 颗 粒 大 小, 颗 粒 形 状 等 性 能 相 关, 同 一 种 磁 性 矿 物 在 不 同 环 境 下 可 能 具 有 不 同 的 矫 顽 力 分 布 范 围 比 如, 多 畴 赤 铁 矿 的 矫 顽 力 可 能 低 于 0.5T, 而 细 粒 赤 铁 矿 的 矫 顽 力 通 常 在 1.5T 以 上, 这 就 表 明, 对 于 粒 径 分 布 较 宽 的 磁 性 矿 物 其 矫 顽 力 分 布 范 围 也 可 能 很 宽 因 此, 在 三 轴 等 温 剩 磁 退 磁 曲 线 中 三 条 曲 线 在 同 一 温 度 点 附 近 出 现 解 阻 现 象 是 可 能 的 Lowrie 在 1990 年 的 文 章 中 以 几 个 石 灰 岩 砂 岩 样 品 为 例, 具 体 采 用 的 高 中 低 场 分 别 为 5T 0.4T 0.12T 实 验 者 可 以 根 据 样 品 情 况 及 实 验 条 件 选 择 适 合 的 场 进 行 实 验 以 上 内 容 均 来 源 于 : Lowrie, W., Identification of ferromagnetic minerals in a rock by coercivity and unblocking temperature properties, Geophys. Res. Lett., 17, , 岩 石 磁 组 构 乔 庆 庆 岩 石 在 地 磁 场 中 会 产 生 感 应 磁 化, 其 磁 化 能 力 通 常 用 磁 化 率 来 表 征 岩 石 的 磁 化 率 取 决 于 其 结 构 构 造 和 矿 物 种 类 及 含 量 等 因 素, 由 于 岩 石 的 结 构 构 造 和 矿 物 种 类 及 含 量 具 有 非 均 一 性 和 各 向 异 性, 因 此 其 不 同 方 向 上 的 磁 化 率 亦 有 所 差 别, 即 表 现 为 磁 化 率 各 向 异 性 (AMS : Anisotropy of Magnetic Susceptibility, 亦 称 磁 组 构 ) 磁 化 率 各 向 异 性 是 岩 石 的 普 遍 特 征 之 一, 通 常 反 映 岩 石 中 铁 磁 性 矿 物 的 择 优 取 向 从 结 晶 学 特 点 来 看, 磁 化 率 各 向 异 性 是 指 岩 石 中 磁 性 矿 物 颗 粒 或 晶 格 的 定 向 及 其 组 合, 其 物 理 实 质 即 磁 化 强 度 ( 包 括 感 应 磁 化 强 度 和 剩 余 磁 化 强 度 ) 随 方 向 变 化 的 性 质, 主 要 表 现 为 颗 粒 形 状 各 向 异 性 和 磁 晶 各 向 异 性 两 个 方 面 产 生 磁 化 率 各 向 异 性 的 因 素 可 以 是 沉 积 作 用 岩 浆 流 动 造 成 的 磁 性 矿 物 的 定 向 排 列, 也 可 以 是 构 造 应 力 作 用 引 起 的 岩 石 内 磁 性 矿 物 的 定 向 重 结 晶 定 向 排 列 及 韧 性 变 形 各 种 岩 石 的 磁 化 率 各 向 异 性 受 不 同 因 素 所 控 制 : 沉 积 岩 的 AMS, 受 沉 积 环 境 ( 如 介 质 流 动 方 向 速 度 ) 及 成 岩 过 程 的 控 制 ; 火 山 岩 受 熔 岩 流 的 支 配 ; 变 质 岩 及 深 成 岩 则 由 应 力 场 可 塑 性 形 变 及 结 晶 作 用 所 决 定 ; 块 状 矿 体 的 AMS 与 其 定 位 过 程 可 塑 形 变 等 因 素 有 关 磁 化 率 各 向 异 性 有 着 广 泛 的 应 用, 在 沉 积 岩 中, 可 以 研 究 岩 石 的 沉 积 搬 运 充 填 方 式 ; 在 岩 浆 岩 中, 可 用 以 研 究 熔 岩 流 动 构 造 及 其 与 围 岩 的 相 互 关 系, 从 而 可 分 析 岩 体 的 形 成 过 程 不 同 变 质 程 度 的 岩 石, 其 磁 组 构 的 特 征 不 同, 因 而 研 究 岩 石 的 磁 组 构 可 以 分 析 变 质 岩 的 类 型 及 变 质 程 度 磁 组 构 还 能 研 究 变 质 岩 中 的 某 些 构 造 单 元 需 要 指 出 的 是, 由 于 岩 石 磁 化 率 各 向 异 性 易 受 局 部 因 素 的 影 响, 因 此 应 用 磁 化 率 各 向 异 性 进 行 地 学 研 究 时, 对 磁 化 率 各 向 异 性 数 据 进 行 统 计 和 可 靠 性 检 验 是 非 常 必 要 的 近 些 年 除 磁 化 率 各 向 异 性 测 量 得 到 更 广 泛 应 用 外, 对 非 磁 滞 剩 磁 各 向 异 性 (AAR) 和 等 温 剩 磁 各 向 异 性 (AIR) 的 研 究 受 到 了 重 视 非 磁 滞 剩 磁 和 等 温 剩 磁 各 向 异 性 依 赖 于 岩 石 中 载 磁 矿 物 颗 粒 性 质, 与 天 然 剩 磁 (NRM) 的 磁 组 构 有 关 它 比 传 统 的 磁 化 率 各 向 异 性 更 明 确 地 指 示 岩 石 组 构, 但 测 量 相 对 较 慢 岩 石 样 品 的 主 要 携 磁 矿 物 类 型 决 定 了 剩 磁 各 向 异 性 的 获 得 和 测 定 方 法 一 般 先 测 定 样 品 的 等 温 剩 磁 来 获 取 有 关 携 磁 矿 物 的 信 息, 以 磁 铁 矿 为 主 要 携 磁 矿 物 时, 应 用 交 变 退 磁, 而 以 赤 铁 矿 为 主 要 携 磁 矿 物 时 则 用 热 退 磁 法 清 洗 前 者 为 AAR, 后 者 为 AIR 岩 石 磁 各 向 异 性 与 磁 组 构 表 示 方 法 岩 石 磁 各 向 异 性 一 般 是 指 岩 石 的 磁 化 强 度 随 方 向 的 变 化 性 质, 包 括 感 应 磁 化 强 度 的 各 向 异 性 与 剩 余 磁 化 强 度 的 各 向 异 性 含 铁 磁 性 矿 物 的 岩 石, 其 磁 各 向 异 性 的 成 因, 可 以 归 纳 为 三 类, 即 矿 物 结 晶 磁 各 向 异 性 形 状 磁 各 向 异 性 和 结 构 构 造 磁 各 向 异 性 磁 畴 晶 系 磁 性 颗 粒 的 形 状 与 大 小 等 因 素, 决 定 了 单 个 磁 性 颗 粒 的 易 磁 化 方 向 在 岩 石 内 含 有 许 多 磁 性 颗 粒, 它 们 各 自 的 易 磁 化 方 向 在 空 间 分 布 上 的 一 致 程 度, 决 定 了 整 个 岩 石 在 不 同 方 向 上 发 生 磁 化 的 难 易 程 度, 这 种 差 别 即 岩 石 磁 化 率 的 各 向 异 性 而 当 磁 性 颗 粒 在 岩 石 内 连 成 线 和 面 时 ( 即 结 构 6

11 构 造 磁 各 向 异 性 ), 更 可 加 剧 岩 石 在 不 同 方 向 上 磁 化 的 差 别 在 磁 化 率 各 向 异 性 的 统 计 整 理 中, 无 论 是 采 取 Fisher 统 计 还 是 张 量 统 计, 都 需 要 将 各 子 样 的 磁 化 率 张 量 或 其 主 值, 主 方 向 转 换 到 统 一 的 坐 标 系 中, 地 理 坐 标 系 是 常 用 的 统 一 坐 标 系 而 张 量 统 计 受 单 个 样 品 的 离 散 程 度 样 品 的 个 数 样 品 的 各 向 异 性 强 弱 及 样 品 的 主 方 向 分 布 是 否 轴 对 称 等 因 素 的 影 响 比 Fisher 统 计 小 ; 张 量 统 计 的 置 信 区 域 表 达 得 比 较 充 分, 它 不 但 表 达 了 置 信 范 围 的 大 小, 而 且 具 有 方 向 性 ; 张 量 统 计 的 效 果 比 Fisher 统 计 好, 但 Fisher 统 计 较 为 简 单 直 观 目 前 使 用 的 磁 各 向 异 性 度 参 数, 有 校 正 磁 各 向 异 性 度 (P j ), 来 表 征 磁 化 率 椭 球 体 的 磁 各 向 异 性 ; 线 理 (L):L=K 1 /K 2 ; 面 理 (F):F=K 2 /K 3 ; 而 磁 化 率 椭 球 体 的 形 状 因 子 T 则 定 义 为 T=(2ln K int -ln K max -ln K min )/(ln K max -ln K min ), 在 磁 面 理 与 线 理 同 等 发 育 时,T=0; 在 磁 面 理 发 育 为 主 时,0<T<1; 在 仅 有 磁 面 理 发 育 时 T=1; 在 磁 线 理 发 育 为 主 时,-1<T<0; 在 仅 有 磁 线 理 发 育 时 T=-1 岩 石 磁 组 构 的 测 试 结 果, 应 包 括 3 个 主 轴 磁 化 率 的 大 小 及 取 向, 它 们 是 描 述 岩 石 磁 组 构 的 基 本 要 素 主 磁 化 率 轴 的 方 向 可 表 示 在 球 面 投 影 图 上, 通 常 采 用 下 半 球 的 赤 平 极 射 投 影 国 际 学 术 界 约 定 用 方 块 符 号 表 示 最 长 轴 取 向, 用 三 角 及 圆 分 别 表 示 中 间 和 最 短 轴 取 向 下 倾 的 方 向, 用 实 心 符 号 表 示 磁 化 率 椭 球 形 状 的 表 示 方 法 可 以 采 用 两 种 方 式, 一 是 计 算 各 种 特 征 参 数 ; 二 是 建 立 参 数 间 的 关 系 图 ( 即 磁 各 向 异 性 图 ) 矿 物 的 磁 各 向 异 性 岩 石 AMS 起 因 磁 铁 矿 在 弱 场 中 测 量 显 磁 各 向 同 性, 在 强 场 中 显 各 向 异 性, 易 磁 化 轴 是 (111) 方 向, 难 磁 化 轴 是 (100) 方 向 赤 铁 矿, 基 面 内 的 弱 场 磁 化 率 是 各 向 同 性 的, 在 强 磁 场 中 显 示 三 轴 各 向 异 性 铁 磁 性 的 磁 黄 铁 矿 基 面 内 的 磁 化 率 是 各 向 同 性 的, 辉 石 及 角 闪 石 亦 能 明 显 地 影 响 弱 磁 各 向 异 性 度 对 于 磁 铁 矿,AMS 主 要 是 形 状 各 向 异 性, 而 对 于 其 它 矿 物, AMS 则 是 结 晶 各 向 异 性 岩 石 AMS 的 起 因 概 述 为 : 铁 磁 性 颗 粒 的 形 状 定 向 排 列 ; 具 磁 晶 各 向 异 性 晶 体 的 晶 格 定 向 排 列 ; 磁 畴 的 定 向 排 列 ; 磁 性 颗 粒 串 列 在 一 起 ; 应 力 感 应 的 各 向 异 性 及 交 换 各 向 异 性 若 天 然 岩 石 在 AMS 测 量 之 前 未 曾 处 于 任 何 强 磁 场 环 境 中, 则 控 制 其 磁 各 向 异 性 最 重 要 的 因 素 是 前 两 项 含 磁 铁 矿 岩 石 的 磁 各 向 异 性 受 两 种 因 素 控 制, 即 受 颗 粒 形 状 的 各 向 异 性 及 长 轴 择 优 取 向 程 度 两 者 的 控 制 三 大 类 岩 石 磁 各 向 异 性 沉 积 岩 在 一 般 情 况 下, 沉 积 岩 的 磁 各 向 异 性 相 对 较 弱, 其 磁 各 向 异 性 度 P<1.1, 磁 化 率 椭 球 主 要 呈 扁 长 状 研 究 沉 积 物 磁 化 率 各 向 异 性 的 目 的 是 为 了 获 取 有 关 铁 磁 性 颗 粒 的 沉 积 过 程 的 信 息 因 为 主 轴 磁 化 率 方 向 同 沉 积 岩 外 部 构 造 方 向 及 内 部 构 造 方 向 关 系 密 切, 未 变 形 的 沉 积 岩 的 磁 性 组 构 与 原 始 的 岩 石 组 构 一 致, 因 此 通 过 研 究 沉 积 岩 的 磁 各 向 异 性, 可 以 帮 助 了 解 沉 积 岩 在 沉 积 过 程 中 某 些 地 质 信 息 ( 如 沉 积 物 质 的 来 源 沉 积 物 质 的 搬 运 方 向 以 及 沉 积 方 式 等 ) 沉 积 岩 的 磁 各 向 异 性 主 要 受 沉 积 过 程 所 控 制, 影 响 其 中 磁 性 颗 粒 取 向 的 因 素 主 要 有 三 个 方 面 : 一 是 地 球 引 力 作 用 它 使 得 矿 物 颗 粒 以 其 较 大 表 面 置 于 平 坦 的 且 平 行 于 沉 积 盆 地 底 部 的 沉 积 表 面 沉 积 如 果 底 面 是 微 倾 斜 的, 颗 粒 可 能 沿 底 面 滚 动, 使 它 的 长 轴 平 行 于 等 高 线 定 向 ; 对 于 更 陡 的 倾 斜, 则 颗 粒 的 长 轴 平 行 于 倾 向 方 向 定 向 二 是 水 流 作 用 它 使 得 矿 物 颗 粒 的 长 轴 平 行 于 流 线 定 向, 如 果 水 流 较 急, 一 些 颗 粒 可 能 滚 动 并 使 其 长 轴 的 取 向 垂 直 于 流 向 ( 不 过 这 种 横 向 定 向 沿 流 线 定 向 少 ) 三 是 地 球 磁 场 作 用 它 使 铁 磁 性 颗 粒 的 长 轴 平 行 于 当 地 地 磁 场 子 午 线 方 向 定 向 而 在 沉 积 岩 中 铁 磁 性 矿 物 颗 粒 的 定 向 主 要 受 控 于 水 动 力, 地 磁 场 只 影 响 那 些 小 于 0.03mm 颗 粒 小 于 0.1μm 的 磁 性 颗 粒 在 很 大 程 度 上 受 控 于 布 朗 运 动, 特 别 是 在 沉 积 后 的 过 程 中 当 沉 积 发 生 在 静 水 环 境 中 ( 没 有 任 何 水 流 ), 只 有 重 力 作 用, 它 使 得 扁 平 状 的 颗 粒 置 于 沉 积 表 面 或 底 层 而 大 部 分 棒 状 颗 粒, 其 长 轴 在 底 层 随 机 排 列 如 果 在 沉 积 过 程 中 有 水 流 作 用 发 生, 颗 粒 的 总 体 组 构 并 不 受 其 影 响, 因 为 重 力 作 用 仍 是 主 要 影 响 因 素, 将 在 底 层 继 续 引 起 强 的 扁 平 组 构 在 所 有 沉 积 状 况 下, 最 小 磁 化 率 方 向 均 垂 直 于 层 理 面 液 体 流 动 方 式 与 颗 粒 长 轴 取 向 有 关 在 强 动 力 环 境 下, 颗 粒 长 轴 大 致 垂 直 于 水 流 方 向 而 在 弱 动 力 或 滞 流 环 境 下, 沉 积 颗 粒 长 轴 则 大 致 平 行 于 液 体 流 动 方 向 沉 积 磁 组 构 分 析 的 基 本 原 理 建 立 在 磁 性 颗 粒 形 态 各 向 异 性 与 磁 化 率 各 向 异 性 的 对 应 关 系 上 磁 性 颗 粒 不 同 方 向 ( 或 结 晶 轴 ) 被 磁 化 的 强 度 不 同, 这 是 引 起 单 个 磁 性 颗 粒 具 有 磁 化 率 各 向 异 性 的 根 本 原 因 一 般 来 说, 长 轴 方 向 比 短 轴 方 向 易 于 磁 化, 磁 性 颗 粒 的 长 轴 中 轴 和 短 轴 与 磁 化 率 椭 球 体 的 长 轴 中 轴 和 短 轴 是 一 一 对 应 的 就 沉 积 物 而 言, 磁 性 颗 粒 的 定 向 排 列 是 引 起 沉 积 物 磁 化 率 各 向 异 性 的 主 要 原 因 磁 化 率 各 向 异 性 度 P=K max /K min, 反 映 沉 积 物 中 颗 粒 趋 向 排 列 程 度, 受 控 于 沉 积 动 力 强 度 及 沉 积 环 境 的 稳 定 性 在 动 力 方 向 稳 定, 强 度 高 而 变 化 小 的 水 动 力 条 件 下 沉 积 物 P 值 较 大, 反 之,P 值 小 同 时, 沉 积 物 中 磁 性 矿 物 的 含 量 高,P 值 也 大, 故 此, 相 同 的 沉 积 环 境 下,P 值 又 受 物 源 的 影 响 ; 磁 线 理 度 L=K max /K int, 反 映 颗 粒 长 轴 呈 线 状 排 列 的 程 度, 受 控 于 搬 运 介 质 流 动 方 向 的 单 一 性 及 沉 积 动 力 强 度 流 体 流 动 持 续 而 稳 定, 颗 粒 排 列 有 序 度 高, 则 L 值 大, 反 之,L 值 小 ; 磁 面 理 度 F=K int /K min, 反 映 沉 积 颗 粒 呈 面 状 分 布 的 程 度, 沉 积 物 中 微 细 层 理 构 造 发 育 得 好,F 值 大, 反 之,F 值 小, 因 而 其 量 值 大 小 取 决 于 沉 积 动 力 强 度 及 沉 积 环 境 稳 定 状 况 ; 磁 基 质 颗 粒 度 q=2(k max -K int )/(K max +K int -2K min ), 7

12 则 反 映 了 沉 积 粒 度 的 分 选 性, 量 值 大 小 取 决 于 沉 积 物 粒 度 均 一 状 况 及 颗 粒 排 列 有 序 化 程 度, 是 沉 积 物 动 力 沉 积 状 况 的 反 映 一 般 来 说,q 小 于 0.5 表 示 沉 积 物 是 在 正 常 的 重 力 分 异 作 用 下 沉 降 下 来 的, 而 q 大 于 0.7 则 表 示 沉 积 物 是 在 一 种 非 正 常 重 力 分 异 作 用 下 沉 降 下 来 的, 即 能 量 突 然 减 弱, 沉 积 物 粗 细 混 杂, 大 量 地 同 时 沉 降 下 来 也 可 以 说 q 大 于 0.7 的 层 位 即 代 表 着 事 件 沉 积 而 q 值 在 0.5 与 0.7 之 间, 则 是 上 述 两 者 间 的 一 种 中 间 ( 过 渡 ) 状 态 沉 积 物 磁 组 构 参 数 及 组 合 特 征 与 其 沉 积 动 力 类 型 及 动 力 沉 积 特 征 有 明 显 对 应 关 系 P,F 量 值 高 而 稳 定,q 值 远 小 于 0.5, 且 变 化 小, 在 磁 组 构 参 数 关 系 图 上, 样 品 数 据 点 集 中 分 布 于 P,F 高 值 区, q 的 低 值 区, 表 明 沉 积 动 力 强 而 稳 定, 正 常 重 力 分 异 作 用 下 的 沉 积 过 程 占 主 导 地 位, 指 示 强 动 力 条 件 下 的 水 成 沉 积 P F L 量 值 低, 变 化 小,q 平 均 值 小 于 0.5, 但 量 值 变 化 较 大, 在 磁 组 构 参 数 关 系 图 上, 样 品 数 据 点 集 中 分 布 于 坐 标 原 点 附 近 的 有 限 区 域, 说 明 沉 积 动 力 弱 而 稳 定, 事 件 性 沉 积 时 有 发 生, 为 风 成 沉 积 现 代 不 同 沉 积 环 境 下 沉 积 物 磁 组 构 参 数 量 值 对 比 表 明, 风 成 沉 积 的 P F L 值 均 明 显 低 于 水 成 沉 积 的 相 应 值 ; 在 磁 组 构 参 数 关 系 图 上, 风 成 沉 积 样 品 数 据 点 集 中 分 布 于 坐 标 原 点 附 近 的 有 限 区 域, 指 示 沉 积 动 力 弱 而 稳 定, 水 成 沉 积 的 多 远 离 坐 标 原 点, 指 示 沉 积 动 力 较 强 火 成 岩 火 成 岩 分 为 火 山 岩 和 侵 入 岩 两 大 类 由 于 它 们 的 成 因 有 所 不 同, 一 是 岩 浆 喷 发 活 动 的 产 物, 一 是 岩 浆 侵 入 活 动 的 产 物, 因 此 它 们 的 磁 各 向 异 性 特 征 有 所 不 同 岩 石 中 矿 物 多 沿 着 岩 浆 流 动 和 侵 入 的 方 向 定 向 火 山 岩 的 磁 各 向 异 性 度 不 高, 与 沉 积 岩 的 大 致 相 同, 其 AMS 主 要 受 熔 岩 流 所 控 制, 熔 岩 流 动 使 其 中 的 钛 磁 铁 矿 颗 粒 发 生 定 向, 导 致 磁 各 向 异 性 的 产 生 磁 化 率 各 向 异 性 在 喷 出 岩 中 的 应 用 主 要 集 中 在 确 定 岩 浆 流 动 方 向 及 火 山 口 位 置 等 方 面 Ellwood 认 为, 对 于 单 一 的 熔 岩 流, 可 利 用 凝 灰 岩 流 采 点 的 磁 线 理 来 确 定 其 流 向, 如 果 单 一 熔 岩 流 不 同 部 位 采 点 磁 线 理 确 定 的 熔 岩 流 方 向 可 以 在 火 山 凝 灰 熔 岩 流 的 溢 出 源 处 交 叉, 则 可 据 此 确 定 该 火 山 凝 灰 岩 的 喷 出 口 研 究 火 山 岩 的 磁 各 向 异 性, 可 以 通 过 磁 化 率 主 轴 方 向 同 熔 岩 流 向 的 对 应 关 系, 确 定 熔 岩 的 流 动 方 向 和 火 山 岩 体 的 产 状 用 AMS 参 数, 可 以 探 讨 AMS 主 轴 取 向 同 流 纹 构 造 火 山 岩 体 形 状 的 关 系 其 磁 面 理 接 近 或 平 行 于 熔 岩 流 岩 床 岩 墙 及 实 验 室 模 拟 岩 浆 流 实 验 材 料 的 流 面 磁 线 理 与 流 动 方 向 垂 直, 或 与 其 平 行 测 量 花 岗 岩 及 花 岗 闪 长 岩 的 磁 组 构 可 以 划 分 及 判 定 Tis 花 岗 岩 及 其 相 对 年 代 ; 测 量 熔 岩 流 的 AMS, 可 用 于 火 山 口 定 位 越 来 越 多 的 证 据 都 显 示, 磁 组 构 流 动 叠 瓦 是 确 定 岩 浆 流 动 方 向 的 有 用 标 志, 磁 化 率 量 值 椭 球 长 轴 方 向 可 代 表 凝 灰 质 的 流 动 方 向 侵 入 岩 的 磁 各 向 异 性 变 化 非 常 大, 磁 各 向 异 性 度 从 类 似 于 火 山 岩 和 沉 积 岩 的 非 常 低 值 变 到 特 别 高 值 其 磁 组 构 特 征 与 岩 石 结 构 之 间 的 关 系, 可 概 括 为 : 在 具 有 流 动 磁 组 构 的 岩 石 中 ( 迁 移 过 程 中 受 到 岩 浆 流 动 控 制 的 侵 入 岩 ), 磁 化 率 椭 球 的 主 轴 与 岩 浆 流 动 时 形 成 的 组 构 单 元 相 一 致, 而 且 磁 化 率 各 向 异 性 较 低 ; 在 伴 随 有 变 质 过 程, 具 有 韧 性 变 形 的 岩 石 中 主 磁 化 率 的 方 向 与 形 变 的 组 构 单 元 有 关, 且 磁 组 构 各 向 异 性 变 化 很 大 ; 在 具 有 后 期 磁 铁 矿 充 填 的 次 生 磁 组 构 的 岩 石 中, 其 磁 组 构 与 被 磁 铁 矿 叠 加 的 组 构 单 元 的 方 向 一 致 侵 入 岩 主 轴 磁 化 率 方 向 同 组 构 单 元 方 向 之 间 的 关 系 可 以 归 纳 为 :1 具 有 流 动 磁 组 构 的 侵 入 岩 的 主 轴 磁 化 率 方 向 同 由 流 动 岩 浆 所 确 定 的 组 构 单 元 有 关 ;2 具 有 形 变 磁 组 构 的 侵 入 岩 的 主 轴 磁 化 率 方 向 同 形 变 组 构 单 元 有 关 ;3 具 有 拟 结 晶 磁 组 构 的 岩 石, 其 主 轴 磁 化 率 方 向 同 那 些 由 磁 铁 矿 所 反 映 的 组 构 单 元 方 向 有 关 通 过 对 侵 入 岩 磁 各 向 异 性 的 研 究, 一 方 面 可 以 利 用 其 数 值 特 征 了 解 岩 体 形 变 和 可 以 了 解 拟 结 晶 的 程 度 ; 另 一 方 面 可 以 利 用 以 流 动 磁 组 构 为 主 的 岩 石 的 磁 化 率 主 轴 方 向, 分 析 岩 浆 流 动 方 向 岩 体 产 状 应 力 场 特 征 等 地 质 问 题 应 用 磁 化 率 各 向 异 性, 可 以 确 定 岩 浆 侵 入 的 通 道 ; 区 分 不 同 成 因 的 岩 体 ; 分 析 岩 浆 的 侵 位 过 程 及 侵 位 机 制 ; 区 分 岩 脉 与 围 岩 的 相 对 时 代 ; 推 测 侵 入 岩 体 内 部 构 造 特 征 ; 划 分 岩 体 边 界 或 岩 相 带 同 源 岩 浆 AMS 演 化 特 征 :K max 主 方 向 指 示 岩 浆 流 动 方 向,K min 主 方 向 指 示 受 压 方 向 在 岩 浆 侵 入 初 期, 岩 浆 表 现 为 粘 滞 流 体, 具 有 塑 性 流 动 特 征, 磁 晶 长 轴 集 中 平 行 于 流 动 方 向 岩 浆 侵 入 后 期, 受 围 岩 压 力 或 构 造 应 力 的 作 用 较 大, 流 动 方 向 不 具 有 集 中 分 布 特 征, 而 受 压 力 作 用 产 生 的 磁 面 理 具 有 择 优 取 向 性 故 K min 主 方 向 呈 集 中 分 布, 反 映 受 压 方 向 故 而 岩 浆 侵 入 由 初 期 至 后 期 通 常 具 有 磁 组 构 类 型 由 L 型 向 S 型 演 化 的 规 律, 即 AMS 椭 球 由 拉 长 型 向 三 轴 型 至 压 扁 型 按 地 理 坐 标, 岩 石 原 地 的 K min 主 方 向 取 向 主 要 受 下 述 因 素 的 影 响 : 围 岩 边 界 的 产 状 在 岩 浆 侵 入 中 心 受 顶 部 围 岩 的 压 力, 磁 面 理 水 平,K min 主 方 向 垂 直, 而 在 侵 入 边 缘 受 围 岩 边 界 的 影 响, 磁 面 理 倾 向 于 与 围 岩 边 界 产 状 一 致 ; 构 造 压 应 力 在 构 造 压 应 力 的 作 用 下,K min 主 方 向 倾 向 于 与 应 力 方 向 一 致 ; 岩 体 形 成 后 的 构 造 运 动 使 K min 主 方 向 作 相 应 的 构 造 旋 转 变 质 岩 变 质 岩 的 磁 各 向 异 性 更 为 复 杂 它 不 仅 与 原 岩 有 关, 而 且 在 一 定 范 围 内 还 与 变 质 程 度 有 关 研 究 表 明 : 在 低 级 变 质 岩 中, 磁 面 理 平 行 于 板 状 劈 理 或 变 质 片 理, 磁 线 理 通 常 平 行 于 不 同 成 因 类 型 的 物 理 线 理 ; 在 高 级 变 质 岩 中, 磁 面 理 通 常 平 行 于 片 理, 而 磁 线 理 平 行 于 由 空 间 定 向 的 硅 酸 盐 颗 粒 所 确 定 的 线 理 这 些 特 征 对 于 研 究 变 质 岩 中 劈 理 或 片 理 的 成 因 以 及 区 域 变 质 程 度 与 地 质 问 题 无 疑 是 十 分 有 意 义 的 必 须 指 出 的 是 任 何 岩 石 的 磁 各 向 异 性 不 仅 与 8

13 成 岩 过 程 有 关, 而 且 与 成 岩 后 的 应 力 过 程 ( 或 塑 性 形 变 ) 有 关 研 究 表 明 : 强 烈 形 变 的 岩 石 组 构 ( 或 应 力 ) 与 磁 组 构 之 间 有 如 下 关 系 :(1) 磁 化 率 椭 球 与 岩 石 组 构 单 元 ( 片 理 矿 物 线 ) 共 轴 ;(2) 磁 化 率 椭 球 主 轴 以 一 一 对 应 的 形 式 与 总 应 力 椭 球 共 轴 ; (3) 磁 化 率 椭 球 和 应 力 形 态 之 间 存 在 某 种 幂 函 数 关 系 因 此, 研 究 以 形 变 磁 组 构 为 主 的 岩 石 磁 各 向 异 性 可 以 揭 示 与 形 变 过 程 有 关 的 构 造 应 力 场 特 征 而 磁 组 构 方 法 多 用 于 发 生 了 一 定 韧 性 变 形 的 变 质 岩 中, 主 要 是 因 为 低 变 形 很 难 让 矿 物 定 向, 而 脆 性 变 形 又 没 有 足 够 的 时 间 使 得 矿 物 定 向 而 在 实 际 的 研 究 中, 常 常 需 要 综 合 运 用 多 种 磁 组 构 方 法 AMS 测 量 的 是 岩 石 整 体 的 磁 化 率 各 向 异 性, 是 岩 石 内 所 有 矿 物 的 整 体 贡 献, 包 括 反 磁 性 矿 物 顺 磁 性 矿 物 和 亚 铁 磁 性 矿 物 而 ARM 测 量 的 是 亚 铁 磁 性 矿 物 的 磁 各 向 异 性, 因 为 只 有 亚 铁 磁 性 矿 物 才 可 以 携 带 剩 磁 因 此 ARM 可 以 很 好 的 反 映 亚 铁 磁 性 矿 物 颗 粒 的 定 向 岩 石 的 韧 性 变 形 过 程 也 就 是 岩 石 的 连 续 变 形 过 程, 相 对 于 粒 状 的 亚 铁 磁 性 矿 物, 基 质 和 片 状 及 柱 状 的 基 本 造 岩 矿 物 首 先 开 始 旋 转 变 形 故 前 期 ARM 并 不 显 著,AMS 记 录 的 是 硅 酸 岩 矿 物 的 定 向 情 况 ; 后 期 随 着 变 形 的 增 强, 亚 铁 磁 性 矿 物 颗 粒 开 始 变 形 旋 转 生 长 以 及 矿 物 成 份 的 变 化, 使 得 ARM 变 的 显 著, 并 能 很 好 的 指 示 剪 切 运 动 的 方 向 故, 我 们 可 以 利 用 前 期 的 AMS 和 后 期 的 ARM 来 厘 定 应 力 变 化 情 况 ( 是 否 为 共 轴 ), 也 可 用 二 者 间 的 夹 角 及 其 变 化 来 讨 论 剪 切 带 的 演 化 随 着 变 质 程 度 的 增 加, 岩 石 内 部 的 矿 物 也 在 发 生 着 显 著 的 变 化, 使 得 岩 石 表 现 出 来 的 磁 组 构 特 征 也 在 不 断 变 化, 呈 现 出 复 杂 且 缺 少 变 化 规 律 的 磁 组 构 性 质 变 形 强 度 的 增 加 对 磁 组 构 的 影 响 是 显 著 的, 虽 然 过 程 是 复 杂 的 有 研 究 表 明, 沿 着 片 岩 的 层 面 施 力 使 岩 石 变 形, 随 着 变 形 强 度 的 增 加,T 和 P 出 现 了 先 减 小 后 增 大 的 现 象 先 减 小 是 因 为 力 使 得 原 先 沿 层 面 ( 平 行 于 力 方 向 ) 排 列 的 矿 物 向 垂 直 于 力 的 方 向 旋 转, 磁 化 率 椭 球 体 趋 于 球 形, 磁 各 向 异 性 减 小 ; 后 增 大 是 因 为 随 着 力 的 作 用, 矿 物 在 垂 直 于 力 的 方 向 发 生 了 定 向 排 列 等 一 系 列 变 形, 从 而 使 得 磁 化 率 椭 球 体 重 新 变 形 拉 长, 磁 各 向 异 性 增 大 当 韧 性 变 形 达 到 最 大 时, 矿 物 完 全 沿 与 力 的 垂 直 方 向 排 列, 掩 盖 了 原 先 的 磁 组 构, 岩 石 在 宏 观 上 发 育 该 方 向 的 面 理 磁 组 构 在 构 造 应 用 研 究 中 的 常 见 问 题 AMS 的 测 量 必 须 在 低 场 中 进 行, 因 为 高 场 会 使 多 畴 磁 铁 矿 或 者 磁 黄 铁 矿 的 磁 畴 壁 发 生 移 动, 从 而 改 变 它 们 的 磁 化 率 和 各 向 异 性 ;AMS 测 量 的 是 岩 石 整 体 的 磁 化 率 各 向 异 性, 是 岩 石 内 所 有 矿 物 的 整 体 贡 献, 因 为 各 种 磁 性 矿 物 的 各 向 异 性 表 现 不 一 样, 所 以 多 种 磁 性 矿 物 的 各 向 异 性 总 和 并 不 能 真 实 的 反 映 矿 物 的 定 向 ; 岩 石 内 不 同 矿 物 类 型 对 测 量 结 果 有 影 响, 多 种 矿 物 混 合 时 往 往 更 为 复 杂 而 在 实 际 情 况 中, 岩 石 总 是 由 多 种 不 同 磁 组 构 特 征 的 矿 物 混 合 而 成, 因 此 磁 化 率 椭 球 体 与 应 力 椭 球 体 并 不 完 全 契 合 ; 当 磁 性 颗 粒 是 SD 颗 粒 时, 岩 石 表 现 出 相 反 的 磁 组 构 性 质, 即 矿 物 的 长 轴 方 向 表 现 为 AMS 的 短 轴 方 向 ; 而 在 以 后 期 变 形 为 主 要 研 究 目 的 的 变 质 岩 中, 原 岩 内 的 原 生 磁 组 构 对 后 期 因 变 形 而 形 成 的 磁 组 构 有 一 定 的 影 响 在 强 韧 性 变 形 的 岩 石 中, 后 生 磁 组 构 完 全 可 以 改 造 原 生 磁 组 构 但 在 变 形 较 弱 的 岩 石 中, 两 种 磁 组 构 共 同 作 用, 使 得 岩 石 的 AMS 并 不 能 很 好 的 反 映 矿 物 定 向 和 应 力 情 况 结 束 语 任 何 岩 石 都 不 同 程 度 地 具 有 磁 各 向 异 性 从 微 观 上 讲, 岩 石 的 磁 各 向 异 性 主 要 起 源 于 它 所 含 铁 磁 性 矿 物 的 磁 晶 各 向 异 性 和 结 构 构 造 的 各 向 异 性 但 从 宏 观 上 讲, 它 受 成 岩 过 程 中 和 成 岩 后 地 质 作 用 的 控 制, 岩 石 的 磁 各 向 异 性 不 同 程 度 地 记 录 了 成 岩 过 程 中 和 成 岩 后 的 地 质 信 息, 保 留 着 有 关 成 岩 环 境 及 尔 后 的 动 力 变 质 作 用 的 痕 迹, 因 此 研 究 岩 石 的 磁 各 向 异 性, 有 助 于 分 析 岩 石 的 成 岩 过 程 和 成 岩 后 地 质 作 用 的 特 点 AMS 研 究 的 进 步, 必 定 推 动 地 球 科 学 的 发 展 参 考 文 献 许 同 春, 磁 组 构 ( 上 ), 地 震 地 磁 观 测 与 研 究,1989,10(3): 许 同 春, 磁 组 构 ( 下 ), 地 震 地 磁 观 测 与 研 究,1989,10(4): 张 家 强, 李 从 先, 丛 友 滋, 水 成 沉 积 与 风 成 沉 积 及 古 土 壤 的 磁 组 构 特 征, 海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质,1999,19(2):85-94 陈 庆 强, 李 从 先, 丛 友 滋, 沉 积 物 磁 组 构 与 其 动 力 沉 积 特 征 对 应 关 系 研 究, 科 学 通 报,1998,43(10): 徐 柏 安, 岩 石 的 磁 各 向 异 性 及 其 在 地 质 上 的 应 用, 地 质 与 勘 探,1990,26(6):39-46 Borradaile, G.J., Henry B, Tectonic applications of magnetic susceptibility and its anisotropy, Earth-Science Reviews, 1997, 42:49-93 古 地 磁 野 外 地 质 考 察 物 品 清 单 : 采 样 工 具 : 地 质 锤, 汽 油 钻, 钻 头, 压 水 桶, 专 用 机 油, 配 油 壶, 漏 斗, 安 全 帽 ( 该 部 分 应 在 出 行 前 备 好 ) 水 桶, 沙 盘, 汽 油 桶, 汽 油, 丝 袜 ( 用 来 过 滤 水 ), 缸 子 ( 该 部 分 可 在 当 地 购 买 ) 定 向, 测 样 工 具 : 定 向 仪 ( 注 意 铜 丝, 最 好 系 一 红 绳, 以 防 野 外 丢 失 ), 罗 盘,GPS,( 卷 尺 ) 取 样 工 具 : 角 铝, 取 样 器, 记 号 笔 ( 粗 的 用 来 标 记 手 标 本 或 给 断 岩 芯 定 向, 细 的 用 来 标 记 岩 芯 样 品, 北 辰 购 物 中 9

14 心 有 售 ), 胶 布 ( 宽 胶, 窄 胶, 防 水 胶 ), 卫 生 纸, 样 品 袋, 手 套 如 果 是 采 集 非 固 结 的 黄 土, 湖 相 沉 积 物 样 品, 需 要 带 上 菜 刀, 小 铲 子 等 都 会 大 大 降 低 仪 器 内 部 的 真 空 度, 这 样 就 会 很 大 程 度 地 影 响 样 品 测 试 为 了 避 免 这 种 情 况 的 发 生, 对 刚 接 好 的 地 方 或 是 认 为 有 微 漏 的 地 方, 我 们 常 采 用 以 下 方 法 对 其 进 行 检 测 记 录 物 品 : 野 簿, 铅 笔, 卷 笔 刀 其 它 : 数 码 相 机, 电 池 地 质 图, 喷 漆 ( 用 来 标 识 采 样 点, 以 备 后 期 补 样 ), 耳 塞,( 放 大 镜 ),( 防 水 围 腰 ), 望 远 镜,( 凿 子 )( 取 手 标 本 时 有 用 处 ) 一 般 来 说, 检 漏 有 两 种 方 法 : 液 体 检 漏 和 气 体 检 漏 两 种 方 法 区 别 就 在 于 一 种 用 丙 酮 检 测, 一 种 用 纯 的 氩 气 检 测 检 漏 前 先 打 开 离 子 规 的 表 盘, 通 过 观 察 读 数 来 判 断 仪 器 内 部 要 检 测 部 分 的 真 空 度 从 而 选 择 检 测 方 法 如 果 是 中 低 真 空, 我 们 先 会 采 用 喷 入 丙 酮 的 方 法 : 将 少 量 的 丙 酮 喷 在 各 个 可 能 发 生 漏 气 的 接 口 处 尤 其 是 法 兰 接 口, 如 图 2-1 野 外 生 活 用 品 : 药 物 ( 常 用 的 治 疗 拉 肚 子, 中 暑, 感 冒 的 药 品 如 氟 哌 酸, 藿 香 正 气 软 胶 囊, 感 冒 清 热 颗 粒, 外 加 风 油 精, 创 可 贴 等 ), 防 水 服, 登 山 鞋, 换 洗 衣 物, 洗 漱 用 品, 防 晒 霜, 遮 阳 帽 等 出 野 外 证 明 及 携 带 钻 机 证 明 ( 来 去 所 需 要 的 份 数 要 考 虑 好, 证 明 函 的 抬 头 最 好 先 空 着 以 便 后 来 可 能 的 变 更 ) 注 :() 内 为 注 解 或 可 酌 情 选 择 的 用 品 图 2-1 法 兰 接 缝 处 ( 附 ) 新 生 代 沉 积 物 野 外 采 样 工 具 和 资 料 : 罗 盘 GPS 电 池 数 码 相 机 高 度 表 放 大 镜 冰 镐 地 质 锤 卷 尺 菜 刀 小 铲 子 斧 头 胶 带 裁 纸 刀 包 装 纸 ( 旧 报 纸 或 者 草 纸 ) 记 号 笔 铅 笔 塑 料 盒 塑 料 袋 线 手 套 记 录 本 地 质 图 地 形 图 地 质 志 另 : 钻 机 维 修 地 址 : 光 熙 门 北 里 13 号 楼 地 下 二 层 ( 西 坝 河 重 庆 饭 店 后 ) TEL: 葛 坤 朋 图 2-2 尖 头 喷 嘴 如 果 此 处 漏 气, 挥 发 的 丙 酮 气 体 会 沿 着 缝 隙 进 入 仪 器 中, 通 过 离 子 规 显 示 表 盘 可 读 出 仪 器 真 空 度 的 读 数 大 幅 变 化 ( 可 能 一 直 变 差, 也 可 能 先 变 差 一 会 就 变 好 一 些 ) 反 之, 如 果 离 子 规 读 数 随 着 丙 酮 的 喷 入 并 没 有 明 显 的 变 化, 说 明 仪 器 密 封 效 果 好 Ar-Ar 实 验 室 设 备 检 漏 操 作 王 英 在 上 一 篇 有 关 真 空 操 作 的 文 章 中 我 曾 提 到 过 对 于 Ar-Ar 实 验 室 中 的 仪 器 要 保 持 高 的 真 空 度, 只 有 达 到 一 定 的 真 空 条 件 才 能 保 证 样 品 测 试 的 精 度 为 了 做 到 这 一 点, 安 装 仪 器 时 各 个 接 头 的 法 兰 都 必 须 上 紧, 等 到 所 有 的 接 口 连 接 好 后 我 们 必 须 采 用 一 种 方 便, 有 效 的 手 段 去 验 证 刚 刚 装 好 的 地 方 是 否 严 密, 这 样 一 来 检 漏 操 作 就 必 不 可 少 了 所 谓 检 漏, 就 是 检 查 仪 器 各 个 接 头 的 地 方 和 与 外 界 大 气 有 接 触 的 地 方 如 : 法 兰 和 样 品 盘 等 是 否 有 漏 气 现 象 如 果 接 口 或 接 缝 处 有 漏 气 甚 至 微 漏 现 象 图 2-3 氩 气 罐 10

15 当 离 子 规 表 盘 处 显 示 的 读 数 达 到 10 8 的 高 真 空 时, 我 们 才 可 以 用 氩 气 来 检 验 仪 器 是 否 有 微 漏 ( 只 有 真 空 度 够 高, 才 能 保 证 质 谱 的 安 全 使 用 ) 此 时 需 关 闭 质 谱 的 离 子 泵, 用 计 算 机 软 件 寻 找 40 Ar 的 峰 中 心 ( 不 断 缩 小 寻 找 范 围 的 过 程 ), 然 后 对 其 进 行 连 续 扫 描 喷 入 氩 气 之 前 峰 的 扫 描 应 该 是 较 平 稳 的, 在 各 个 接 口 处 用 尖 嘴 喷 头 ( 图 2-2) 喷 入 氩 气 后, 如 果 扫 描 的 峰 出 现 明 显 的 上 升 或 下 降 等 波 动 性 变 化, 说 明 所 检 部 分 有 微 漏 ; 反 之 不 漏 对 于 气 体 检 漏 还 有 一 点 需 要 说 明 : 氩 气 罐 ( 图 2-3) 内 部 是 高 压 气 体, 开 关 的 设 置 与 常 压 罐 不 同, 操 作 时 需 谨 慎! 检 漏 操 作 非 常 重 要, 它 让 我 们 很 确 切 的 知 道 系 统 整 体 的 密 封 情 况, 便 于 后 续 工 作 的 开 展 操 作 时 也 要 认 真 仔 细! 1 磁 化 率 刘 青 松, 邓 成 龙 摘 要. 作 为 地 质 与 环 境 演 化 过 程 的 替 代 指 标, 磁 化 率 被 广 泛 地 用 来 研 究 各 种 与 古 气 候 和 环 境 演 化 相 关 的 问 题 然 而, 磁 化 率 的 复 杂 性 和 多 解 性 常 常 被 忽 略 本 文 从 磁 化 率 的 物 理 基 础 出 发, 系 统 地 论 述 了 磁 化 率 的 测 量 影 响 磁 化 率 的 主 要 因 素 ( 包 括 磁 性 矿 物 的 类 型 粒 径 大 小 温 度 频 率 和 外 加 场 等 ), 简 要 介 绍 了 磁 化 率 在 海 陆 古 环 境 研 究 中 的 应 用 关 键 词 磁 化 率, 环 境 磁 学, 岩 石 磁 学 1. 引 言 岩 石 磁 学 最 初 被 用 来 评 价 古 地 磁 记 录 的 稳 定 性 为 此, 前 人 已 从 不 同 角 度 广 泛 研 究 了 各 种 磁 性 矿 物 的 磁 学 性 质 一 般 而 言, 矿 物 的 磁 学 性 质 随 着 粒 径 温 度 纯 度 等 的 变 化 而 改 变 对 于 自 然 样 品 中 的 磁 性 矿 物, 它 们 的 磁 性 与 其 物 源 及 形 成 与 保 存 的 环 境 密 切 相 关 因 此, 可 以 根 据 其 特 定 的 磁 学 性 质 来 推 断 相 应 的 地 质 与 环 境 过 程 随 着 岩 石 磁 学 的 发 展, 以 Thompson 和 Oldfield (1986) 发 表 的 专 著 Environmental Magnetism 为 标 志, 环 境 磁 学 作 为 一 个 新 的 分 支 学 科 被 明 确 下 来 通 过 研 究 多 种 介 质 ( 包 括 陆 相 沉 积 物, 比 如 风 成 沉 积 物 和 湖 相 沉 积 物, 以 及 海 洋 沉 积 物 ), 环 境 磁 学 在 构 建 不 同 时 间 尺 度 下 的 全 球 气 候 演 化 以 及 现 代 环 境 监 测 等 方 面 都 起 到 了 不 可 替 代 的 作 用 Dunlop 和 Özdemir (1997) 在 Rock Magnetism Fundamentals and Frontiers 一 书 中 系 统 地 阐 述 了 与 剩 磁 (Remanent Magnetization) 相 关 的 基 本 理 论 虽 然 本 书 对 于 环 境 磁 学 研 究 的 总 结 不 多, 但 是 为 深 入 理 解 环 境 磁 学 提 供 了 坚 实 的 岩 石 磁 学 理 论 基 础 随 后,Maher 和 Thompson (1999) 主 编 了 一 个 环 境 磁 学 专 辑 Quaternary Climates, Environments and Magnetism, 对 环 境 磁 学 在 第 四 纪 气 候 研 究 中 的 应 用 进 行 了 详 细 的 总 结 和 深 入 的 剖 析 Evans 和 Heller(2003) 出 版 的 专 著 Environmental Magnetism Principles and Applications of Enviromagnetics 可 以 视 为 Thompson 和 Oldfield(1986) 专 著 的 升 华 版, 它 囊 括 了 环 境 磁 学 应 用 的 更 多 领 域, 比 如, 生 物 磁 学 考 古 与 人 类 演 化 等 环 境 磁 学 之 所 以 能 够 独 立 发 展, 主 要 是 因 为 各 种 物 质 都 具 有 磁 性 ( 包 括 我 们 熟 知 和 广 泛 应 用 的 铁 磁 性 亚 铁 磁 性, 以 及 顺 磁 性 抗 磁 性 和 反 铁 磁 性 ) 因 此, 可 以 在 任 何 地 质 环 境 中 考 虑 磁 性 的 变 化 及 其 代 表 的 地 质 和 环 境 过 程 此 外, 磁 学 性 质 属 于 物 理 性 质, 与 其 他 测 试 方 法 相 比, 磁 性 测 量 具 有 许 多 优 点, 例 如, 测 量 方 便 简 单 快 速, 测 试 费 用 低 廉, 可 重 复 性 强, 大 部 分 室 温 测 量 技 术 对 样 品 无 破 坏 性 等 (Thompson 和 Oldfield, 1986; Evans 和 Heller, 2003) 在 环 境 磁 学 的 众 多 参 数 中, 磁 化 率 被 最 为 广 泛 应 用 这 是 因 为 各 种 磁 化 率 仪 器 价 格 适 中, 被 广 泛 装 备, 同 时 磁 化 率 的 测 量 简 单 而 且 快 速 便 携 式 的 磁 化 率 仪 器 ( 比 如 Bartington MS2) 甚 至 可 以 直 接 测 量 野 外 的 露 头 和 剖 面 但 是, 环 境 磁 学 参 数 的 解 释 并 不 唯 一 即 使 是 普 遍 认 为 最 简 单 的 磁 化 率 也 受 多 种 因 素 控 制, 它 不 但 与 磁 性 矿 物 的 类 型 和 含 量 相 关, 还 与 磁 性 颗 粒 的 粒 径 测 量 的 温 度 和 频 率 相 关 因 此, 若 想 准 确 地 应 用 岩 石 磁 学 参 数 作 为 气 候 或 者 环 境 的 替 代 指 标, 必 须 了 解 这 些 参 数 的 复 杂 性 和 解 释 的 非 唯 一 性 本 文 主 要 对 磁 化 率 的 物 理 机 制 进 行 系 统 地 论 述, 尤 其 是 对 其 多 解 性 进 行 澄 清, 同 时 还 简 要 介 绍 如 何 应 用 磁 化 率 来 研 究 各 种 相 关 的 地 质 和 环 境 问 题 2. 磁 化 率 的 物 理 基 础 磁 化 率 最 为 简 单 的 定 义 就 是 一 个 衡 量 物 质 被 磁 化 强 弱 的 量, 也 就 是 磁 化 强 度 (M) 是 外 加 场 (H) 的 正 比 函 数 (M = χ H 或 M = κ H), 其 中 的 系 数 就 是 磁 化 率 (χ, 质 量 归 一 化 ;κ, 体 积 归 一 化 ) 更 为 准 确 的 定 义 是 M 对 H 的 一 阶 导 数 (χ = dm/dh) 从 这 个 公 式 可 以 看 出, 在 饱 和 状 态,dM = 0, 因 此, 其 相 应 的 磁 化 率 为 零 这 一 性 质 可 以 用 来 分 离 亚 铁 磁 性 磁 化 率 (ferrimagnetic susceptibility,χ ferri ) 和 顺 磁 性 磁 化 率 (paramagnetic susceptibility,χ para ) 11

16 某 一 物 质 的 磁 化 率 可 以 用 体 积 磁 化 率 (volume magnetic susceptibility, 通 常 用 κ 表 示 ) 或 者 质 量 磁 化 率 (mass magnetic susceptibility, 通 常 用 χ 表 示 ) 表 示 体 积 磁 化 率 κ 为 一 无 量 纲 参 数 在 cgs 单 位 系 统 下 的 磁 化 率 值 是 SI 下 的 4π 倍, 即 χ(cgs) = 4πχ(SI) 体 积 磁 化 率 除 以 密 度 即 为 质 量 磁 化 率 χ, 亦 即 χ=κ/ρ, 其 单 位 为 m 3 /kg 磁 化 率 通 常 是 在 弱 场 (e.g., <1mT) 中 测 量 以 上 定 义 对 应 的 是 直 流 场 的 测 量 对 于 交 流 场 下 磁 化 率 的 测 量, 情 况 要 复 杂 得 多 此 时,M 和 H 不 再 同 相 位, 因 此 就 出 现 了 实 磁 化 率 (χ ) 和 虚 磁 化 率 (χ ), 对 于 超 顺 磁 (superparamagnetic, SP) 颗 粒 (Worm, 1998), χ0 χ = (1), ω τ χ0 χ = ωτ (2), ω τ 其 中,χ 0 是 处 于 平 衡 状 态 下 的 磁 化 率 ;ω 是 观 测 频 率 ;τ 是 驰 豫 时 间 μ0vm s H K H 0 2 τ ( T ) = τ 0 exp( [1 ] ) (3), 2kT H K 其 中 τ 0 = ~10-9 s (Worm, 1998), k 是 Boltzman 常 数 ( J/K), T 是 绝 对 温 度,M s 和 H K 分 别 是 饱 和 磁 化 强 度 和 微 观 矫 顽 力 ( 在 没 有 热 扰 动 的 情 况 需 要 旋 转 一 个 磁 性 颗 粒 所 需 要 的 外 场 ),H 0 是 测 量 的 外 加 场 (Néel, 1949) 对 磁 化 率 更 为 精 确 的 解 释 需 要 引 入 张 量 的 概 念 对 于 一 块 样 品, 在 不 同 方 向 上 测 量 的 磁 化 率 值 不 一 样 磁 化 强 度 和 外 加 场 这 两 个 矢 量 之 间 的 线 性 关 系 可 以 用 二 阶 张 量 来 表 示 其 中 含 有 6 个 独 立 矩 阵 元 素 对 于 这 个 二 阶 张 量 ( 磁 化 率 各 向 异 性 ), 可 以 用 磁 化 率 椭 球 来 表 示 正 是 因 此 磁 化 率 各 向 异 性 的 存 在, 在 研 究 古 地 磁 数 据 时, 比 如 对 于 瓦 片 等 考 古 材 料 ( 具 有 非 常 强 的 磁 化 率 各 向 异 性 ), 需 要 考 虑 进 行 磁 化 率 各 向 异 性 的 校 正 (Selkin et al., 2000) 2. 磁 化 率 的 测 量 和 计 算 Bartington 磁 化 率 仪 是 目 前 最 为 广 泛 使 用 的 磁 化 率 测 量 仪 器 Bartington 磁 化 率 仪 是 以 10 毫 升 水 作 为 标 样 标 定 的 该 标 样 在 SI 单 位 下 的 读 数 为 0.9, 对 应 的 体 积 磁 化 率 为 在 SI 单 位 系 统 下, 这 个 值 是 没 有 单 位 的 而 对 于 其 他 体 积 为 10 毫 升 的 样 品, 其 体 积 磁 化 率 值 为 仪 器 的 读 数 乘 以 10-5 对 于 体 积 不 是 10 毫 升 的 样 品, 其 体 积 磁 化 率 为 仪 器 读 数 乘 以 10-5, 然 后 乘 以 10, 再 除 以 样 品 的 体 积 ( 单 位 为 毫 升 ) 由 于 10 毫 升 水 的 质 量 为 10 克, 则 在 SI 单 位 下 0.9 的 读 数 对 应 的 质 量 磁 化 率 为 在 SI 单 位 下, 这 个 值 的 单 位 为 m 3 /kg 而 对 于 其 他 质 量 为 10 克 的 样 品, 其 质 量 磁 化 率 为 仪 器 的 读 数 乘 以 10-8, 单 位 为 m 3 /kg 如 果 样 品 的 质 量 不 是 10 克, 则 其 质 量 磁 化 率 等 于 仪 器 读 数 乘 以 10-8, 然 后 乘 以 10, 再 除 以 样 品 的 质 量 ( 单 位 为 克 ) 非 磁 滞 剩 磁 (ARM) 在 外 加 场 比 较 小 时 ( 比 如 <80 μt), 其 值 与 外 加 场 呈 现 性 关 系 为 了 进 行 横 向 对 比, 可 以 用 非 磁 滞 磁 化 率 (anhysteretic susceptibility, χ ARM ) 来 表 示 要 获 得 样 品 的 ARM, 通 常 是 在 较 强 的 磁 场 ( 例 如,100 mt) 中 对 样 品 进 行 交 变 退 磁 的 同 时 对 样 品 施 加 一 个 弱 的 恒 定 的 直 流 磁 场 ( 例 如,0.5 Oe) 而 样 品 的 χ ARM 即 为 ARM 除 以 相 应 的 直 流 磁 场 所 得 的 数 值 例 如, 某 个 样 品 重 5g, 在 100 mt 的 交 变 磁 场 和 0.5 Oe 的 恒 定 直 流 磁 场 中 获 得 的 ARM 为 5*10-5 emu, 则 该 样 品 的 ARM = 5*10-5 /5 = 1*10-5 Am 2 /kg,χ ARM = (1*10-5 Am 2 /kg) / (0.05 mt) = (1*10-5 Am 2 /kg) / (1000/(4π)*0.5 A/m) = 25.13*10-8 m 3 /kg 3. 磁 化 率 的 频 率 和 温 度 特 性 由 公 式 (1) 和 (2) 可 以 看 出, 磁 化 率 是 观 测 频 率 的 函 数 这 就 意 味 着, 应 用 不 同 的 磁 化 率 仪 器 ( 比 如 Bartington 和 Kappa Bridge, 其 固 有 的 观 测 频 率 不 同 ) 测 得 的 结 果 是 不 一 致 的 而 且 观 测 频 率 越 大, 其 磁 化 率 值 越 小 这 一 性 质 在 环 境 磁 学 领 域 被 广 泛 应 用, 一 般 地, 频 率 磁 化 率 的 定 义 为 : χ fd = χ LF - χ HF (4), χ fd % = (χ LF - χ HF )/χ LF * 100% (5), χ LF 和 χ HF 分 别 为 低 频 和 高 频 磁 化 率,χ fd 和 χ fd % 分 别 为 频 率 磁 化 率 的 绝 对 值 和 百 分 数 当 变 动 频 率 时, 只 对 在 超 顺 磁 / 单 畴 (SP/SD) 的 临 界 点 附 近 的 颗 粒 影 响 最 大 因 此 在 两 个 频 率 测 得 的 磁 化 率 的 差 值 就 反 映 了 这 些 临 界 颗 粒 的 信 号, 对 于 更 小 或 者 更 大 的 颗 粒, 没 有 任 何 作 用 因 为 更 大 的 颗 粒 处 于 多 畴 (MD) 状 态, 没 有 频 率 特 性 更 小 的 颗 粒 是 纯 超 顺 磁 状 态, 也 不 具 备 频 率 特 性 因 此, 频 率 磁 化 率 就 像 一 个 很 小 的 窗 口 只 反 映 非 常 小 的 粒 度 区 间 内 ( 跨 度 为 几 个 纳 米 ) 磁 性 颗 粒 的 信 号 (Liu et al., 2005a) 一 般 而 言, 可 以 应 用 磁 化 率 的 频 率 特 性 来 反 映 样 品 中 是 否 存 在 SP 颗 粒 但 是 前 提 条 件 就 是 必 须 存 在 这 些 处 于 超 顺 磁 和 单 畴 的 临 界 点 附 近 的 颗 粒 ( 对 于 磁 铁 矿 为 nm, Liu et al., 2005a) 而 且 也 只 有 这 些 SP/SD 颗 粒 的 粒 径 分 布 变 化 不 大 时,χ fd 的 变 化 才 能 代 表 SP 颗 粒 含 量 的 变 化 当 χ fd 为 零 时, 则 可 能 对 应 着 两 种 情 况 : 或 者 不 存 在 SP 颗 粒, 或 者 存 在 着 非 常 细 小 的 SP 颗 粒 对 于 χ fd %, 其 值 的 变 化 基 本 反 映 的 颗 粒 粒 径 的 分 布 (Worm, 1998) 对 于 分 母 χ LF 来 说, 其 值 包 含 了 所 有 颗 粒 的 贡 献 当 处 于 SP/SD 临 界 点 附 近 的 颗 粒 的 含 量 固 定 时, 也 就 是 χ fd 固 定, 此 时, 随 着 其 粒 径 分 布 的 加 大,χ fd % 减 小 对 于 磁 化 率 的 频 率 和 温 度 特 性, 我 们 可 以 这 样 简 单 地 理 解 颗 粒 受 到 热 扰 动, 其 振 动 频 率 加 快, 如 果 观 测 的 时 间 尺 度 大 于 其 振 动 周 期, 则 颗 粒 振 动 得 比 观 测 快, 那 就 无 法 测 量 它 的 准 确 状 态, 也 就 是 12

17 说 此 时 颗 粒 处 于 解 阻, 或 者 SP 状 态, 那 么 颗 粒 的 磁 化 率 增 加 在 室 温 处 于 SP 状 态 的 颗 粒, 如 果 增 加 观 测 频 率, 那 么 颗 粒 则 会 逐 渐 变 为 SD 状 态, 其 磁 化 率 降 低 对 于 同 样 的 观 测 频 率, 如 果 升 温, 由 公 式 (3) 可 以 得 出, 其 驰 豫 时 间 τ 减 小, 也 就 是 期 振 动 加 快, 当 超 过 临 界 值 后, 则 SD 颗 粒 会 转 变 为 SP 颗 粒, 其 磁 化 率 突 然 升 高 当 继 续 升 高 时, 由 于 磁 颗 粒 的 矫 顽 力 和 饱 和 磁 化 强 度 的 降 低, 其 磁 化 率 值 也 会 随 之 降 低 这 两 种 过 程 的 叠 加, 会 在 其 解 阻 温 度 形 成 一 个 磁 化 率 的 峰 值, 即 霍 普 金 森 峰 (Hopkinson Peak) 对 于 SP 和 SD 颗 粒, 随 着 粒 径 的 增 加, 其 霍 普 金 森 峰 所 对 应 的 温 度 越 高 对 于 大 于 SD 粒 径 的 颗 粒, 在 大 于 室 温 且 小 于 其 居 里 温 度 时, 其 磁 化 率 基 本 不 随 着 温 度 和 频 率 而 发 生 改 变 因 此, 通 过 磁 化 率 随 着 温 度 变 化 曲 线 的 特 征, 可 以 初 步 判 定 磁 化 率 的 携 带 者 是 处 于 怎 样 的 粒 径 范 围 通 过 以 上 分 析 可 知, 磁 化 率 随 温 度 的 变 化 曲 线 (χ-t 或 κ-t) 与 矿 物 和 粒 径 都 相 关 因 此, 即 可 以 用 来 确 定 磁 性 矿 物 的 居 里 温 度, 也 可 以 用 来 确 定 其 粒 径 分 布 值 得 注 意 的 一 点 就 是 在 加 热 和 冷 却 过 程 中 常 常 伴 随 有 磁 性 矿 物 转 化, 即 生 成 新 的 磁 性 矿 物 或 者 原 来 的 磁 性 矿 物 发 生 变 化 (Liu et al., 2005b), 从 而 使 χ-t 曲 线 的 解 释 复 杂 化 然 而, 热 处 理 过 程 中 磁 性 矿 物 的 变 化 又 能 提 供 样 品 形 成 时 的 环 境 信 息, 这 为 环 境 磁 学 研 究 提 供 了 新 的 手 段 (Deng et al., 2001) 此 外, 由 于 不 同 磁 化 率 仪 的 测 量 频 率 不 同, 因 此, 用 不 同 磁 化 率 仪 测 得 到 磁 化 率 的 绝 对 值 不 能 进 行 对 比 4. 磁 化 率 的 外 加 场 特 性 相 对 于 磁 化 率 的 频 率 和 温 度 特 性, 对 其 外 加 场 特 性 研 究 还 不 够 深 入 通 过 公 式 (3) 可 以 看 出, 驰 豫 时 间 τ 也 是 外 加 场 H 0 的 函 数 当 H 0 小 于 H K 时,τ 随 着 H 0 的 增 加 而 减 小 也 就 是 增 加 外 场 可 以 使 得 原 本 处 于 SD 状 态 的 颗 粒 转 换 为 SP 状 态 由 于 不 同 矿 物 的 H K 不 同, 其 磁 化 率 随 着 H 0 的 变 化 曲 线 也 不 尽 相 同 因 此, 可 以 通 过 研 究 K-H 曲 线 来 区 分 一 些 具 有 不 同 矫 顽 力 的 矿 物 的 行 为 5. 磁 化 率 的 粒 径 特 性 磁 性 颗 粒 的 磁 化 率 除 了 以 上 因 素 控 制 外, 还 与 其 粒 径 变 化 密 切 相 关 (Maher, 1988) 在 此, 有 必 要 先 了 解 磁 畴 的 一 些 基 本 概 念 能 量 最 小 是 最 稳 定 的 状 态 在 直 接 观 测 到 磁 畴 形 态 之 前, 物 理 学 家 就 已 经 预 测 到 应 该 有 这 样 一 种 结 构, 它 能 有 效 地 降 低 颗 粒 的 能 量, 它 就 是 磁 畴 简 单 地 说, 磁 畴 就 是 以 一 个 小 区 间, 在 这 个 区 间 里, 磁 化 强 度 达 到 饱 和, 因 此 整 个 小 区 间 可 以 看 作 一 个 整 体 一 般 而 言, 磁 性 颗 粒 的 磁 畴 数 目 随 着 粒 径 的 增 大 而 增 加 当 颗 粒 足 够 小 时, 磁 性 颗 粒 只 含 有 一 个 磁 畴, 这 种 情 况, 称 其 为 SD 颗 粒 不 同 的 磁 性 矿 物 其 SD 上 下 边 界 是 不 一 样 的 对 于 磁 铁 矿, 其 上 边 界 大 概 在 nm 而 对 于 赤 铁 矿, 其 上 边 界 可 能 在 10 几 个 微 米 因 此, 几 乎 自 然 样 品 中 所 有 的 赤 铁 矿 都 在 SD 范 围, 因 而 是 很 好 的 磁 性 载 体 对 磁 铁 矿, 其 下 边 界 在 nm 左 右, 低 于 这 个 值, 由 于 热 扰 动, 磁 性 颗 粒 解 阻, 颗 粒 处 于 SP 状 态 (Dunlop and Özdemir, 1997) 对 于 SD 颗 粒, 颗 粒 本 身 并 不 随 着 外 场 变 化 而 旋 转, 但 是 它 的 磁 化 强 度 矢 量 M 会 随 着 外 场 变 化 而 变 化 能 够 让 M 旋 转 180 度 的 那 个 反 向 平 行 于 M 的 力 叫 做 宏 观 矫 顽 力 H K 自 然 样 品 中 各 种 磁 颗 粒 随 机 分 布, 因 此, 通 过 磁 滞 回 线 测 量 得 出 的 矫 顽 力 (Bc, 单 位 为 mt; 或 Hc, 单 位 为 A/m) 只 是 H K 的 一 半 (Dunlop and Özdemir, 1997) 对 于 MD 的 颗 粒, 其 磁 化 率 则 是 由 于 磁 畴 壁 的 移 动 引 起 的 这 种 机 制 要 比 比 旋 转 磁 化 强 度 容 易 得 多 外 场 变 化 时, 磁 化 强 度 矢 量 不 会 旋 转, 只 是 磁 畴 壁 在 移 动, 因 此 MD 颗 粒 的 矫 顽 力 要 小 得 多, 因 为 只 需 要 很 小 的 力 比 如 几 个 mt 就 足 以 可 以 克 服 磁 畴 壁 的 障 碍, 让 他 移 动 室 温 下, 粒 径 小 于 SP/SD 临 界 值 的 磁 性 颗 粒, 其 磁 化 率 随 着 粒 径 增 加 而 逐 渐 增 大 当 超 越 SP/SD 的 临 界 值 后, 磁 化 率 突 然 降 低 ( 对 于 磁 铁 矿, 可 降 低 大 约 倍 ) SD 颗 粒 具 有 最 低 的 磁 化 率 之 后, 磁 化 率 随 着 粒 径 增 加 而 再 次 逐 渐 增 大 整 体 上, 磁 化 率 随 着 粒 径 变 化 成 不 对 称 的 V 字 形 分 布 (Maher, 1998; Liu et al., 2005a) 6. 不 同 磁 性 矿 物 的 磁 化 率 对 于 铁 磁 性 和 亚 铁 磁 性 物 质 ( 比 如 单 质 铁 磁 铁 矿 和 磁 赤 铁 矿 ), 其 磁 化 率 最 高 相 较 之 下, 反 铁 磁 性 物 质 ( 比 如 赤 铁 矿 和 针 铁 矿 ) 的 磁 化 率 则 低 得 多 因 此, 样 品 中 即 使 含 有 很 少 量 的 磁 铁 矿 和 磁 赤 铁 矿, 样 品 的 磁 化 率 也 常 常 受 他 们 控 制 这 在 中 国 黄 土 和 古 土 壤 中 表 现 得 非 常 明 显 黄 土 高 原 的 古 土 壤 中 含 有 大 量 的 赤 铁 矿, 从 质 量 上 来 看, 赤 铁 矿 才 是 主 导 矿 物, 但 是, 古 土 壤 的 磁 化 率 却 是 由 磁 赤 铁 矿 控 制 (Liu et al., 2005a) 当 磁 性 矿 物 的 晶 格 中 含 有 杂 质 时, 其 磁 化 率 随 着 矿 物 的 纯 度 (Stoichiometry) 的 降 低 而 呈 复 杂 的 变 化 比 如, 对 于 纯 的 赤 铁 矿 和 针 铁 矿, 其 磁 性 非 常 低 当 晶 格 中 含 有 微 量 杂 质 时 ( 比 如 铝 ), 由 于 未 配 对 的 电 子 自 旋 (Spin) 增 加, 其 磁 性 会 整 体 增 强 当 超 过 一 定 临 界 值 后, 其 磁 性 又 会 因 为 稀 释 作 用 而 降 低 对 于 比 较 大 的 SD 磁 铁 矿, 当 样 品 完 全 均 匀 氧 化 成 磁 赤 铁 矿 时, 由 于 Ms 的 整 体 降 低, 其 磁 化 率 会 降 低 但 是 对 于 刚 好 处 于 SP/SD 临 界 值 之 上 的 磁 铁 矿 颗 粒, 当 它 均 匀 氧 化 成 磁 赤 铁 矿 时, 由 于 驰 豫 时 间 减 小, 会 从 SD 状 态 变 为 SP 状 态, 反 而 使 磁 化 率 大 幅 度 增 加 对 于 粒 径 很 粗 的 准 单 畴 (PSD) 多 畴 颗 粒, 很 难 被 均 匀 氧 化, 一 般 会 在 颗 粒 的 表 面 形 成 细 颗 粒 的 磁 赤 铁 矿 膜, 这 样 其 整 体 磁 性 的 变 化 就 会 非 常 复 杂 (Liu et al., 2004a) 13

18 7. 顺 磁 性 磁 化 率 Rochette(1987) 系 统 地 研 究 了 顺 磁 磁 化 率 和 样 品 所 含 离 子 之 间 的 关 系 他 发 现 其 中 Fe 2+,Fe 3+ 以 及 Mn 2+ 对 顺 磁 磁 化 率 的 贡 献 最 大 经 验 公 式 为 2+ ρ 25.2 Fe + κpara = μsi Fe Mn (6), 其 中 ρ 是 密 度 (kg/m 3 ), 离 子 含 量 的 单 位 为 重 量 百 分 比 在 一 般 的 实 验 室 情 况 下, 外 加 场 小 于 几 个 T, 顺 磁 性 物 质 远 远 不 能 被 饱 和 因 此, 其 磁 化 强 度 与 外 加 场 成 正 比 因 此, 常 常 用 高 场 磁 化 率 来 估 算 顺 磁 的 贡 献 比 如, 可 以 选 取 T 之 间 磁 滞 回 线 的 线 性 段 来 拟 合 高 场 磁 化 率 ( 单 位 为 Am 2 /T/kg= m 3 /kg/780000) 值 得 注 意 的 是, 反 铁 磁 性 物 质 具 有 较 高 的 矫 顽 力, 在 1T 很 可 能 没 有 完 全 被 饱 和 这 种 情 况, 它 们 也 对 高 场 磁 化 率 有 贡 献 一 般 情 况 下 可 以 不 考 虑 这 种 影 响 但 是 如 果 需 要 非 常 精 确 地 估 算 顺 磁 成 分, 比 较 可 行 的 方 法 是 首 先 应 用 CBD 溶 液 把 Fe 3+ 的 铁 氧 化 物 溶 解, 之 后 的 高 场 磁 化 率 才 能 真 正 代 表 顺 磁 性 物 质 的 贡 献 与 高 场 磁 化 率 对 应 的 是 低 场 磁 化 率 它 包 含 两 部 分 : 亚 铁 磁 性 磁 化 率 (χferri) 以 及 顺 磁 性 磁 化 率 (χpara) 因 此, 可 以 通 过 扣 除 顺 磁 成 分 来 估 算 亚 铁 磁 性 矿 物 对 样 品 磁 化 率 的 贡 献, 即 χferri=χχpara 8. 磁 化 率 与 其 它 参 数 的 比 值 磁 化 率 除 了 本 身 可 以 作 为 磁 参 数 外, 还 可 以 与 其 它 参 数 配 对 提 供 更 多 的 信 息 应 用 得 最 多 的 是 χ 与 χ ARM 的 比 值 ( 与 之 相 关 的 是 King-Plot)(King et al., 1982) χ/χ ARM 在 SD 粒 径 区 间 达 到 最 小 值 (~0.09), 在 向 更 小 或 者 更 大 的 粒 径 区 间 展 布 时, 又 会 增 加 因 此, 整 体 上 随 着 粒 径 的 增 加,χ/χ ARM 呈 V 字 形 分 布 除 此 之 外, 还 有 χ ARM /SIRM SIRM/χ χ/m s 等 比 值 参 数 其 中,χ/M s 常 用 来 衡 量 SP 的 贡 献 对 于 大 颗 粒 的 磁 铁 矿, 其 χ/m s <10-5 m/a, 当 这 个 比 值 比 较 大 时, 暗 示 着 样 品 中 存 在 着 大 量 的 SP 成 分 在 环 境 磁 学 研 究 中, 综 合 运 用 这 些 比 值 参 数, 往 往 能 得 到 有 用 的 磁 粒 度 信 息, 而 磁 性 颗 粒 的 粒 度 常 常 是 与 地 质 与 环 境 过 程 密 切 相 关 的 (Liu et al., 2003, 2004b, 2007; Deng et al., 2005; 王 喜 生 等,2006; 邓 成 龙 等,2007) 9. 磁 化 率 的 应 用 以 上 讨 论 表 明, 影 响 磁 化 率 的 因 素 非 常 多 对 于 不 同 的 地 质 和 气 候 环 境, 磁 化 率 的 变 化 机 制 也 不 尽 相 同 实 际 工 作 中 首 先 需 要 确 定 磁 化 率 的 主 要 贡 献 者, 最 常 用 的 手 段 是 磁 化 率 随 着 温 度 变 化 的 高 低 温 曲 线 (e.g., Liu et al., 2005b; Deng et al., 2001), 通 过 各 种 特 征 点 ( 包 括 各 种 磁 性 转 换 点 和 居 里 温 度 点 ) 来 判 定 磁 性 矿 物 的 类 型 需 要 注 意 的 是, 在 高 温 阶 段, 有 可 能 会 生 成 新 的 磁 性 矿 物 此 时, 可 以 利 用 逐 步 加 热 曲 线 来 确 定 磁 性 矿 物 转 化 的 温 度 点 这 样 还 可 以 识 别 在 居 里 温 度 前 的 磁 化 率 峰 到 底 是 霍 普 金 森 峰 还 是 新 生 成 的 磁 性 矿 物 引 起 的 (Deng et al., 2001) 与 之 配 套 的 还 有 一 些 前 期 处 理 样 品 的 手 段 比 如, 应 用 CBD 方 法 分 离 Fe 3+ 铁 氧 化 物 ( 主 要 是 磁 赤 铁 矿 赤 铁 矿 针 铁 矿 ) 与 粗 颗 粒 磁 铁 矿 贡 献 ( 邓 成 龙 等,2000;Deng et al., 2005) 此 外, 还 可 以 通 过 筛 选 和 重 力 分 异 等 方 法 把 样 品 首 先 分 为 不 同 的 粒 级 组 分, 然 后 衡 量 每 一 组 分 对 整 个 样 品 的 磁 性 的 贡 献 (e.g., Hao et al., 2008) 当 把 磁 化 率 的 变 化 与 具 体 的 地 质 和 环 境 过 程 相 联 系 时, 需 要 知 道 背 景 值 的 信 息 比 如, 在 某 一 自 然 沉 积 物 剖 面, 如 果 发 现 磁 化 率 在 某 一 深 度 向 上 突 然 增 加, 这 既 可 以 解 释 为 上 覆 沉 积 物 中 磁 性 矿 物 含 量 增 加 ( 比 如 中 国 黄 土 - 古 土 壤 序 列 )(Deng et al., 2005), 又 可 以 解 释 为 下 伏 沉 积 物 中 磁 性 矿 物 被 溶 解 ( 比 如, 近 海 岸 表 层 海 洋 沉 积 物 )(Liu et al., 2004c) 下 面 通 过 实 例 简 要 探 讨 如 何 应 用 磁 化 率 变 化 特 征 来 获 取 陆 相 和 海 相 沉 积 物 记 录 的 地 质 环 境 过 程 的 信 息 黄 土 在 全 球 范 围 内 广 泛 分 布, 其 中 最 为 著 名 的 是 中 国 的 黄 土 - 古 土 壤 序 列 在 冰 期 时, 冬 季 风 搬 运 来 大 量 粉 尘 物 质, 在 黄 土 高 原 沉 积 下 来, 形 成 黄 土 层 ; 在 间 冰 期 时, 粉 尘 输 入 减 少, 同 时 夏 季 风 带 来 丰 富 的 降 雨, 形 成 土 壤 层 因 此, 在 冰 期 - 间 冰 期 旋 回 的 时 间 尺 度 上, 形 成 黄 土 - 古 土 壤 的 交 互 的 序 列 ( 刘 东 生 等,1985) 前 人 研 究 表 明, 简 单 的 磁 化 率 测 量 就 可 以 分 辨 出 这 种 黄 土 - 古 土 壤 韵 律 经 成 土 作 用, 古 土 壤 中 形 成 大 量 的 SP/SD 磁 赤 铁 矿, 使 得 古 土 壤 的 磁 化 率 显 著 升 高 (Zhou et al., 1990; Liu et al., 2005a,b, 2007) 由 于 应 用 了 磁 化 率 作 为 东 亚 夏 季 风 的 替 代 指 标, 极 大 地 推 动 了 中 国 黄 土 古 全 球 变 化 的 研 究 通 过 黄 土 - 古 土 壤 序 列 的 磁 化 率 和 深 海 氧 同 位 素 记 录 的 对 比, 开 辟 了 海 陆 气 候 耦 合 研 究 的 新 途 径, 使 得 中 国 黄 土 在 全 球 气 候 变 化 研 究 领 域 占 有 举 足 轻 重 的 地 位 ( 刘 东 生 等,1985; Heller and Liu, 1984) 然 而, 在 世 界 其 它 地 区 ( 比 如 西 伯 利 亚 阿 拉 斯 加 阿 根 廷 等 ), 古 土 壤 的 磁 化 率 不 仅 不 升 高, 反 而 降 低 在 西 伯 利 亚 阿 拉 斯 加 地 区, 磁 化 率 的 变 化 主 要 受 到 冬 季 风 强 弱 控 制 当 冬 季 风 较 强 时, 搬 运 来 的 碎 屑 磁 性 矿 物 粒 径 较 大, 因 而 磁 化 率 较 高 (Beget et al., 1990; Zhu et al., 2003) 而 在 阿 根 廷 地 区, 古 土 壤 的 低 磁 化 率 特 征 则 是 由 于 暖 期 的 大 量 降 雨 使 得 溶 解 作 用 占 主 导, 使 得 整 体 磁 性 减 弱 (Orgeira et al., 1998) 14

19 磁 化 率 在 海 相 沉 积 物 研 究 中 也 被 广 泛 应 用 (Bloemendal, 1983; Robinson et al., 1995) 目 前 是 大 洋 钻 探 计 划 (ODP) 钻 孔 在 探 测 船 上 的 必 测 参 数 之 一 在 北 太 平 洋 地 区, 由 于 缺 少 构 建 氧 同 位 素 曲 线 的 物 质,Tiedemann and Haug (1995) 则 把 磁 化 率 作 为 冰 筏 物 含 量 的 替 代 指 标, 并 进 一 步 进 行 了 轨 道 调 谐, 从 而 得 出 比 较 合 理 的 时 间 标 尺 在 地 中 海 地 区, 大 量 的 粉 尘 物 质 来 源 于 撒 哈 拉 沙 漠 地 区 Larrasoaña et al.(2008) 发 现 在 该 区, 磁 化 率 可 以 作 为 粉 尘 物 质 含 量 的 替 代 指 标 Rohling et al. (2008) 则 发 现 红 海 沉 积 物 中 记 录 的 δ 18 O ruber ( 海 平 面 记 录 ) 与 南 极 冰 盖 记 录 变 化 一 致, 而 磁 化 率 的 变 化 ( 内 陆 粉 尘 的 替 代 指 标 ) 则 与 北 极 冰 盖 记 录 一 致 ( 主 要 是 D-O 旋 回 ) 直 接 对 比 两 种 记 录 发 现 了 海 平 面 变 化 与 内 陆 粉 尘 ( 局 部 气 候, 或 者 与 季 风 相 关 ) 存 在 着 相 位 差 Brachfeld (2006) 则 成 功 地 应 用 高 场 顺 磁 磁 化 率 来 研 究 海 洋 沉 积 物 中 生 物 成 因 物 质 的 含 量 变 化 然 而, 海 相 沉 积 物 的 磁 化 率 实 际 也 受 到 多 种 因 素 控 制, 比 如, 物 源 磁 性 矿 物 的 种 类 和 含 量 自 生 磁 性 矿 物 的 种 类 和 含 量 磁 性 矿 物 的 保 存 程 度, 以 及 生 物 成 因 的 抗 磁 性 物 质 的 含 量 ( 比 如 碳 酸 盐 ) (Hounslow and Maher, 1999) 除 了 以 上 的 例 子, 磁 化 率 还 在 其 它 地 质 环 境 领 域 被 广 泛 应 用 比 如, 湖 相 沉 积 物 的 地 层 对 比 (Zhu et al., 2001; 朱 日 祥 等,2007) 和 古 环 境 重 建 ( 胡 守 云 等,2001; Verosub and Roberts, 1995), 油 气 田 上 方 的 油 烟 囱 (Saunders et al., 1991), 海 相 地 质 (Watkins and Maher, 2003) 填 图, 城 市 污 染 追 踪 (Oldfield et al., 1985; 琚 宜 太 等,2004; 卢 升 高 & 白 世 强, 2008) 等 总 之, 磁 化 率 并 非 一 个 简 单 的 磁 学 参 数, 它 是 多 种 因 素 共 同 作 用 的 综 合 信 息, 正 确 解 释 磁 化 率 的 变 化 机 制 必 须 建 立 在 对 相 关 地 质 与 环 境 过 程 的 正 确 理 解 的 基 础 上 参 考 文 献 1. 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