【文章內(nèi)容簡介】 造。多期次的構(gòu)造作用 ,使研究區(qū)發(fā)育擠壓收縮構(gòu)造、走滑壓扭構(gòu)造及伸展反轉(zhuǎn)構(gòu)造三大類 基本構(gòu)造樣式。 江漢平原潛江 ZK20 鉆孔沉積物 磁化率 及對沉積環(huán)境指示 7 圖 :23 構(gòu)造地質(zhì)圖 第三章 理論基礎(chǔ) 167。 環(huán)境磁學簡介 環(huán)境磁學是一門介于地球科學、環(huán)境科學和磁學之間的應用巖石磁學和礦物磁學技術(shù)去恢復環(huán)境過程、重塑環(huán)境演化歷史的一門邊緣科學。 【 9】 其原理是測量土壤、沉積物和巖石等自然物質(zhì)和人類活動產(chǎn)生的物質(zhì)在人工磁場中的磁性響應 ,提取地質(zhì) — 地理環(huán)境的信息。 Thompson 等 (1986)系統(tǒng)地論述了如何將礦物的磁學性質(zhì)應用于環(huán)境研究 ,出版了《 Environmental Magism》一書 ,標志著環(huán)境磁學作為一個相對獨立的分 支學科而正式建立。環(huán)境磁學的重要特征是簡單、快速、無破壞、成本低廉 ,可解決許多物理和化學方法無法解決的問題。現(xiàn)今 ,環(huán)境磁學技術(shù)已被廣泛應用于第四紀地質(zhì)學、沉積學、氣候?qū)W、土壤學、環(huán)境科學、湖泊科學和海洋科學等很多領(lǐng)域 ,從而在全球范圍內(nèi)迅速開展起來 【 10】 。 環(huán)境磁學研究涉及大氣圈、水圈和巖石圈中的磁性顆粒 , 能為全球環(huán)境變化、氣候過程和人類活動對環(huán)境的影響等研究提供有價值的資料 ,而且這些領(lǐng)域均是當前國際古全球變化研究的熱點。 【 11】 礦物磁學性質(zhì)可作為環(huán)境變化和氣候過程的代用指標 ,這是由于江漢平原潛江 ZK20 鉆孔沉積物 磁化率 及對沉積環(huán)境指示 8 磁性礦物顆粒的搬運、 沉積和轉(zhuǎn)化與沉積環(huán)境的變化和古氣候的演化密切相關(guān)。因此 , 在環(huán)境磁學研究中 , 通過地質(zhì)記錄中的磁性礦物組合研究沉積環(huán)境的物理過程 , 研究沉積環(huán)境中導致磁性礦物變化的物理和化學作用 ,研究沉積環(huán)境中磁性礦物的變化和轉(zhuǎn)化 ,可為重建古環(huán)境、恢復古氣候提供可靠的依據(jù)。環(huán)境磁學方法已經(jīng)在氣候?qū)W、生態(tài)學、湖泊科學、海洋科學、沉積學、土壤學等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用 【 12,13】 。 167。 環(huán)境磁學在古氣候研究中的應用 湖泊沉積物的來源是多種多樣的 ,由于各種來源的物質(zhì)具有不同的磁性特征 ,并在一定程度上保留了原有的磁性 ,因 而湖泊沉積序列的磁性變化模式能綜合地反映沉積物質(zhì)的來源及其配比。 ． 1 環(huán)境磁學在湖泊沉積物研究方面的應用 ①環(huán)境指示 研究表明 ,在連續(xù)的常態(tài)湖泊沉積序列中 ,可能夾帶著一層或多層磁性極端異常的沉積層 ,它們往往指示了流域或臨近區(qū)域的某些環(huán)境事件。如森林、草場火災會導致表土層磁性的明顯增強 ,這些物質(zhì)由徑流帶入湖泊 ,在沉積序列中保留了火災事件的“痕跡”，如通過磁性測量鑒別出巴布亞新幾內(nèi)亞高原四次火山噴發(fā)事件，又如在蘇北興化的湖泊沉積物研究中 ,從沉積物的磁性異常揭示了歷史洪水事件 ,并通過相關(guān)研究得到證實。 【 14】 ②對流域環(huán)境變遷的分析 利用湖泊沉積物的磁信息可以揭示流域環(huán)境變化的過程和機制。我國云南滇池沉積物的磁性研究表明 ,在具有穩(wěn)定的森林植被覆蓋的地區(qū) ,氣候變化仍然可以從湖泊沉積物的磁性特征上反映出來。吳瑞金認為 ,湖泊沉積物的磁化率、頻率磁化率可以作為反映古氣候、古環(huán)境變化的靈敏間接指標。胡守云等指出 ,磁化率可以作為一個反映環(huán)境變化的代用指標 ,高 (低 )頻磁化率相應指示濕潤 (干旱 )的氣候 ,較高 (低 )的湖面。張振克等研究認為 :歷史時期內(nèi)陸封閉湖泊沉積物頻率磁化率高值段指示氣候偏濕階段 。低值段指示氣候干旱階段 。俞 立中等對太湖的沉積物環(huán)境磁學研究揭示了由氣候變化引起的太湖水位升降旋回。 等在 Peris 湖的環(huán)境磁學研究 ,不僅發(fā)現(xiàn)了由于過度放牧引起的表土流失 ,而且解釋了流域土地利用變化的歷史過程。俞立中等提出利用湖泊沉積物磁信息判別物質(zhì)來源的定量分析方法 ,并成功地應用于流域環(huán)境研究。 環(huán)境磁學發(fā)展中存在的問題與發(fā)展趨勢 環(huán)境磁學是依賴自然系統(tǒng)內(nèi)在的秩序認識環(huán)境的新方法 , 所以得到廣泛重視。然而 , 由于地理環(huán)境千差萬別 , 磁性礦物對環(huán)境變化的敏感性 , 磁參數(shù)解釋的多義性等 , 使得江漢平原潛江 ZK20 鉆孔沉積物 磁化率 及對沉積環(huán)境指示 9 環(huán)境磁學仍然存在 一些問題 , 如對于不同粒徑和類型磁性礦物的磁參數(shù)貢獻 , 磁性礦物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化 , 及磁信息的定量及數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面 , 還有很多工作要做。實踐證明 , 環(huán)境磁學是一門富有生命力和廣闊應用前景的學科 【 15】 。 近些年來 ,環(huán)境磁學有以下幾個發(fā)展趨勢： ① 利用磁信息加強湖泊和海洋沉積物沉積速率、氣候周期和記錄可靠性之間關(guān)系的定量研究 ,以探討區(qū)域氣候變化及全球環(huán)境變遷。 ② 利用磁信息加強應用研究。特別是地質(zhì)環(huán)境的污染監(jiān)測、污染研究 ,以及災害事件研究、環(huán)境考古 和油氣勘探等。 ③ 環(huán)境磁學與地球化學方法密切相結(jié)合 ,探索環(huán)境變化對磁性質(zhì)的影響及相關(guān)機理。 ④ 建立全球磁數(shù)據(jù)庫和相關(guān)數(shù)學模型 ,用以進行區(qū)域或全球磁數(shù)據(jù)的對比 ,為今后進一步全面合理地分析區(qū)域或全球氣候變化及環(huán)境變遷提供條件。 167。 環(huán)境磁學參數(shù)的指示意義 對環(huán)境研究來說 , 最有用的礦物磁性特征已證明是磁化率和等溫剩磁。 【 16】 物質(zhì)磁性的強弱 , 可通過磁化率和飽和等溫剩磁的測試來表征。大量樣品的磁性測試表明 , 含量不很高的鐵磁晶粒在很大程度上 決定了物質(zhì)的磁化率測值 , 故一般可將磁化率看作磁性礦物含量的粗略度量指標。鐵磁性礦物對物質(zhì)磁性起主導作用。 ① 磁化率 磁化率為外磁場作用下物質(zhì)磁化的能力 , 是指在弱磁場中 ( ) 樣品的磁化強度與磁場強度之比。磁化率與樣品中所含磁性礦物的種類、粒度和含量直接有關(guān) , 常用作磁性礦物含量的粗略估量 (姜月華等 , 2022)。對磁化率 ? 的測量主要是了解標本被磁化的能力 , 它主要反映了樣品中亞鐵磁性礦物的富集程度 (曲贊 , 1994)。對環(huán)境磁學研究來講 , 樣品的重量可在 100g 之間 (Thompson R,1980), 一般采用靈敏度較高的儀器對取自土壤、巖石、沉積物的樣品進行磁化率測量。英國著名環(huán)境磁學專家 Oldfield和 Thompson(1979) 曾通過對一系列土壤樣品的測量后認為 , 森林覆蓋下的土壤具有較高的磁化率 , 這可能是由于大量次生亞鐵磁性礦物受到上覆地層保護的結(jié)果。而潛育化土壤的磁化率較低 , 這是由于積水破壞了次生亞鐵磁性礦物的富集。利用土壤磁化率的這一特點 , 研究人員可根據(jù)所測的磁化率值來研究水土流 失的程度。 ② 飽和等溫剩磁 等溫剩磁測量就是在常溫下 , 將樣品置于直流磁場中進行磁化 ,然后測量其剩磁值。施加的直流磁場由低到高 ,逐漸增加 ,直到樣品產(chǎn)生的剩磁飽和 ,不再增加 ,即獲得飽和等溫剩磁 . 以磁化磁場為橫坐標 , 產(chǎn)生的相應剩磁為縱坐標 , 就得到一條等溫剩磁曲線。因為磁性顆粒粒度的變化對 S IRM 影響很大 , 測得的 S IRM 的高低與其所含磁性礦物的類型和含量相關(guān) ,反映了磁性礦物在樣品中的富集程度。研究表明 :磁性礦物對環(huán)境變化具有敏感性 ,不同的磁性礦物及其組合反映出不同的沉 積環(huán)境條件 ,比如 ,較多的磁江漢平原潛江 ZK20 鉆孔沉積物 磁化率 及對沉積環(huán)境指示 10 鐵礦及其組合指示當時環(huán)境的暖濕 ,赤鐵礦類的存在指示環(huán)境條件的干冷。 ③ 非磁滯剩磁 在對樣品進行交變退磁時 ,除施加交變磁場外 ,另疊加一微弱直流磁場。由于這一直流磁場的存在 ,施加于樣品的交流磁場正負幅值不再對稱 , 而是沿外加直流場的方向 ,磁場總值大于逆直流場的方向 。當交變磁場由最大幅值逐漸減小時 ,這種不對稱趨于明顯 。當交變磁場降為零時 , 樣品中的大量磁矩沿直流場的方向排列 ,最終形成沿直流場方向的磁化 。這種磁化在交直流場取消后部分得到保留 ,被保存的這部分磁 場就是非磁滯剩磁(ARM)。該參數(shù)主要反映樣品中亞鐵磁性礦物的富集程度。 ④ 剩磁矯頑力及剩磁獲得矯頑力 剩磁矯頑力是指將標本的 SIRM減小到零時所需要的反向磁場強度 ,該參數(shù)既能反映磁性礦物種類的不同 ,也能反映磁性礦物顆粒大小的變化。某種磁性礦物具有其特定的Bcr 值 ,據(jù)此可以快速地區(qū)分磁性礦物。實驗證實 : 赤鐵礦 Bcr 約為 ,磁鐵礦 Bcr 小于 。達到飽和等溫剩磁一半時的磁場強度稱為剩磁獲得矯頑力 Hcr,一般而言 ,磁鐵礦 Hcr 較小 ,而赤鐵礦和針鐵礦的 Hcr 一般較大 ,據(jù)此可以識別磁性礦物的類別或組合。Oldfield F 等人研究了一些盆地懸浮沉積物的來源 ,發(fā)現(xiàn)降雨后匯入盆地中的懸浮沉積物樣品 Bcr 較低而 HSIRM 較高 ,與盆地周圍耕地的磁性特征相一致 ,據(jù)此認定了沉積物的來源。此外 ,用 Bcr 來研究污染類型、確定主要污染來源也是近幾年環(huán)境監(jiān)測的一種手段[6]。 第四章 樣品的采集測量 167。 樣品處理 采集的巖石樣品包含細砂、粉砂、粘土，所以當把樣品裝填到樣品盒時，為了避免由于樣品在樣品塑料盒中的空隙引起的磁化率的變小，在裝填過程中，要注意將樣品盒中的空隙都填 滿，必要時需擠壓巖石樣品，盡量減少空隙。 按編號將樣品從樣品袋中取出，按樣品盒的大小掰下一部分，將沒被選出來的樣品放入原來的樣品袋中，這樣我們就得到了我們實驗可測量的樣品。將取樣放入塑料圓柱盒中（注意使用不會污染樣品的物體裝填樣品，避免樣品被污染），加樣至 ~（在測量重量的過程中，電子稱會自動將塑料盒的質(zhì)量減去，所以稱重為樣品的凈重量，并且裝樣過程中要確保每盒樣品都裝滿），同時將樣品按編號記錄重量。 江漢平原潛江 ZK20 鉆孔沉積物 磁化率 及對沉積環(huán)境指示 11 167。 樣品測量和數(shù)據(jù)處理 本次測量共有樣品 2203 個。分別進行體積磁化率測量和 頻率磁化率測量。 體積磁化率測量 體積磁化率使用卡帕橋儀。 儀器名稱：卡帕橋儀 型號 :KLY3S 產(chǎn)地：捷克 單價： 28 萬人民幣 應用領(lǐng)域：磁性地層學、環(huán)境磁學、巖石磁學等研究。 該儀器主要是由一套高精度的全自動感應橋組成。它配備有自動歸零系統(tǒng)，非平衡橋的熱漂移自動補償功能以及適用量程自動調(diào)整功能。其測量線圈被設(shè)計為 6 次冪補償電磁線圈，磁場均勻性之高非同一般。兩種型號均均可測量慢速旋轉(zhuǎn)樣品的 AMS。測量僅須調(diào)整樣品的 3 個垂直方向，快速而精確（每個樣品約需兩分鐘）。它得益于對每一個垂直于樣品旋 轉(zhuǎn)軸的測量面做多重磁化率測定?？ㄅ翗蛟跇悠凡迦霚y量線圈之后并在各向異性開始測量之前被歸零，從而得到最靈敏的測量范圍。專用軟件組合了三個垂直面的測量加一個體積值生成了一個完全磁化率張量。測量該張量的誤差估計方法使用了一種基于多變量統(tǒng)計原理的特殊方法。 圖： 42 卡帕橋儀 體積磁化率測量自動化程序較高，測量較快。體積磁化率測量軟件會自動記錄測量數(shù)據(jù)，但是還要在記錄本上一一記錄以用來比對重復測量的數(shù)據(jù)。 頻率磁化率測量 江漢平原潛江 ZK20 鉆孔沉積物 磁化率 及對沉積環(huán)境指示 12 我們使用的是 Bartington MS2雙頻磁化率儀（ Dual Frequency Magic Susceptibility） 圖： 43雙頻磁化率儀 ① 儀器原理 儀器 探頭由熱穩(wěn)定性很高的振蕩器構(gòu)成，其中的線圈感應器是確定主頻率的元件。所有探頭均對樣品的電導性不敏感。探頭使樣品處于一個非飽和磁場內(nèi)，在該磁場中可以測量樣品的初始磁化率值，而不破壞其剩磁。樣品的形狀越規(guī)則，探頭的測量精度就越高。 該磁化率儀 共有 5個面板控制器 :(1)量程選擇開關(guān) :此開 關(guān)可以選擇 1 或 檔。當使用 檔時，第一位數(shù)據(jù)顯示為小數(shù)，測量時間增加 10倍以進行