江汉平原潜江ZK-20钻孔沉积物磁化率及对沉积环境指示.doc

本科毕业论文（设计）题目：江汉平原潜江ZK-20钻孔沉积物磁化率及对沉积环境指示姓 名： 方 楠 学号： 20111005412 院（系）： 地空学院 专业： 地球物理学 指导教师： 张玉芬 职称： 教授 评 阅 人： 职称： 2013 年 5 月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在张玉芬导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、 保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、 不保密 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 摘要环境磁学是最近20年来建立起来的一门新兴的边缘学科，它利用古地磁学和岩石磁学的技术和方法，测定在不同环境条件下岩石磁性各种参数所发生的变化，去研究岩石磁性与环境变化的关系，进而研究环境演变的规律。本文介绍了选题所在工作区域江汉平原潜江的地质概况和环境磁学的理论基础，并对该次毕业设计所作工作做了归纳总结。前期工作方面，进行了样品采集和参数的测试，包括测量样品质量，低频、高频磁化率等，最终得出分析所需样品的体积磁化率和频率磁化率。数据处理方面，通过使用绘图软件Grapher绘制磁性参数的变化曲线并对曲线进行分析。根据曲线变化规律，结合钻孔岩性特征及各种沉积环境和沉积物特点进行初步判定各个阶段的沉积环境，古气候演变过程。并根据初步分析结果将磁性参数划分为若干段，再进一步的进行分析、修正和解释。最后通过对潜江钻孔沉积物的磁性参数分析，结合岩性资料可以得出如下结论：通过钻孔采样分析可知，江汉平原是典型由河间洼地构成的洪泛平原，自第四纪冰川期以来，平原河床相、洪泛相、湖相、沼泽相沉积层交替出现，反映了江汉平原河湖交替的环境演化格局，而沉积物岩性分析也可明显的看到砾石层十分发育表明，沉积环境为水动力强的河流相沉积环境。通过对沉积物磁性的分析，体积磁化率反映了环境的波动变化，频率磁化率反映了环境的具体变化趋势，从目前所得数据处理结果结合岩性分析可知江汉平原的大致古气候变迁，总体趋势为冰盛期冰消期温湿环境干冷环境气候波动频繁温湿期干冷期温湿期。关键词：江汉平原 环境磁学 潜江钻孔ZK-20 环境指示AbstractAs the alternative index reflecting the climate and environment change, sediment magnetic characteristics have been widely used in the research of loess deposits, ocean and some plateau and drought are closed in of the lake sediments, but rarely in the research of Jianghan plain. This study aims to analyze sediment magnetic characteristics of the quaternary outcrop profile in Jianghan plain, then considering the profile lithological features, the correlation between the coefficient characteristics of magnetic susceptibility and frequency magnetic susceptibility and the lithological characteristics is compared, so as to get a comprehensive understanding of the denotative significance which the magnetic parameters of open basin in Yangtze river basin means on the climate and environment index. Finally, the evolution laws of the ancient climate and environment in Jianghan plain since the late Pleistocene can be recovered.In the thesis, firstly through the use of the drawing software Grapher the curve of magnetic parameters change can be drawn and further be analyzed. Then, according to the curve changing laws, and in the combination of the profile lithologic features and the characteristics of sedimentary environment and sediments, the evolution process of the sedimentary environment and the ancient climate in every stage can be preliminary decided. In the next part, on the basis of the above analyzing results, magnetic parameters are divided into many segments which can be further analyzed, corrected and explained.From the above analysis of the magnetic parameters of the profile sediments in Qian Jiang, and in the combination of the stratigraphic age and the lithologic material, we can draw the conclusion that:Keyword: Jianghan plain; Environmental magnetism; QianJiang ZK-20; Paleoclimatic evolution目 录第一章 绪论11.1 选题背景及研究意义11.2 研究方法和思路11.3 国内外研究现状 2第二章 区域地质地理概况 42.1 地理位置 42.2 地貌特征 42.3 气候特征 52.4 构造特征 6第三章 理论基础 73.1 环境磁学简介 73.2 环境磁学在古气候研究中的应用 73.2.1 环境磁学在湖泊沉积物中的应用 73.2.2 环境磁学发展中存在的问题与发展趋势 73.3 环境磁学参数的指示意义 83.4 沉积学简介9第四章 样品的采集测量 104.1 样品的处理104.2 样品的测量和数据处理114.2.1 体积磁化率测量 114.2.2 频率磁化率测量 114.2.3 数据处理 13第五章 沉积物磁化率变化特征及对环境的示 145.1 基本分析思路 145.2 钻孔数据预处理 145.3 沉积物磁化率特征及古气候演化规律阶段分析 155.3.1 第一大层 155.3.2 第二大层 175.3.3 第三大层 195.3.4 第四大层 215.3.5 第五大层 225.3.5 第六大层 23第六章 结论与建议26致 谢 27参考文献 28江汉平原潜江ZK-20钻孔沉积物磁化率及对沉积环境指示 27第一章 绪论1.1 选题背景及研究意义环境磁学（study of environmental magnetism）是最近二十年来建立起来的一门新兴的边缘学科。它利用古地磁学和岩石磁学的技术与方法，测定在不同环境条件下岩石磁性各种参数所发生的变化，去研究岩石磁性与环境变化的关系，进而研究环境演变的规律。环境磁学问世以来，研究工作已经在全世界展开，近二十年来取得了许多令人瞩目的成果，对全球环境变化、气候过程、人类活动与环境的相互影响、环境污染等研究领域提供了许多有价值的资料【1】。从最初的岩心柱对比情况，到黄土古土壤的磁化率特征；从区域性的过程研究，发展到全球变化研究方面；从单纯的自然环境特征研究，发展到人与环境的相互作用问题【2】。在我国黄土沉积记录的研究中，磁化率是一个被广泛用来反映夏季风强度变化的气候代用指标，但是由于湖泊特有的区域性，对湖泊沉积物磁化率的环境磁学机制的认识还比较困难。目前在不同地质岩性、不同气候类型带的几十个湖泊的数百孔沉积物岩芯的研究中成功地得到了应用。虽然国内学者对太湖、呼伦湖、滇池等湖泊沉积物的磁性特征及其反映的区域古气候古环境变迁进行了较深入的研究，但其结果存在着很大的差异，甚至得出相反的结论【3】。因此利用湖泊沉积物磁化率来解释气候和环境变化时，对湖泊沉积物磁化率特点及其影响因素的理解是必不可少的。目前学者对江汉平原地区有关此方面的研究还较少。导师张玉芬教授现在主要研究江汉平原领域，有许多此方面的样本和数据。所以此次就选取江汉平原潜江钻孔为研究对象，通过对潜江钻孔沉积物磁学特征的分和研究，结合钻孔岩性特征，恢复江汉平原第四纪以来的古气候和环境演化过程。1.2 研究方法和思路通过使用绘图软件Grapher绘制磁性参数与年代的变化曲线图，并对曲线进行分析。根据曲线变化规律，结合钻孔岩性描述、各种沉积环境、及沉积物特点进行初步判断各个部分的沉积环境、气候变化过程。根据初步分析结果将磁性参数划分若干层，进一步分析、修正、解释。从而建立江汉平原第四纪以来的演化过程，寻找江汉平原地区第四纪以来的古气候和古环境演化规律。最后与其他研究学者的成果进行对比研究。工作流程如下图1-1：体积磁化率测量室内样品处理野外样品采集频率磁化率测量数据处理频率磁化率曲线图体积磁化率曲线图图：1-1工作流程图1.3 国内外研究现状环境磁学研究涉及大气圈、水圈和岩石圈中的磁性颗粒,能为全球环境变化、气候过程和人类活动对环境的影响等研究提供有价值的资料,其研究范围迅速扩大,已成为当前国际全球变化研究的热点。从整体上看,环境磁学应用于古气候与古环境变化方面的研究应该是最广泛和最多的,迄今为止发表的文献和专著几乎绝大多数得到佐证,而且研究内容也主要集中在湖泊沉积物、海洋沉积物和黄土等的研究上。这是因为利用磁参数变化曲线可以进行地层划分、样心对比、突发事件(火山喷发事件、洪水事件、火灾事件)指示、沉积速率和沉积量估算以及物源判别,并极好地指示气候的变迁与环境的演化过程,且能与其他气候指标、分析数据(氧同位素、生物化石等)互相映证。下面仅对环境磁学的几个主要领域的一些进展作简要阐述。【4】1.3.1黄土黄土及其中的古土壤研究在中国开 展较早,取得的成果也最多。中国黄土高原黄土地层由多层黄土和古土壤叠覆而成,是一种记录第四纪气候波动历史的十分理想的信息载体。【5】中国的黄土环境磁学最为重要的成就是发现在黄土-古土壤序列中,磁化率可以与深海氧同位素曲线进行对比,进一步研究表明磁化率可作为夏季风强弱变化的替代性指标,并将之用于黄土地层的划分、对比及古环境序列的重建,加深了对成壤作用、东亚季风、亚洲内陆干旱化以及青藏高原隆升等重大科学问题的理解。【6】一系列研究认为,中国黄土沉积物中有亚铁磁性矿物,包括磁铁矿(),磁赤铁矿()以及反铁磁性矿物(即赤铁矿()和针铁矿(FeOOH)等4 种。在黄土古气候定量研究方面,主要做的工作是恢复古温度和古降雨量。Heller等通过与10Be浓度的对比分析认为,后生的磁铁矿与当地当时的降雨量有直接的关系,古降雨量可以计算出来。吕厚远等研究认为,现代土壤磁化率随气候条件(温度、降水量) 的增加而增大,但当年平均温度超过15、年降水量超过1100mm时,随温度和降水量的继续增加,土壤磁化率反而减少。Banerje等以黄土高原地区表土磁化率数据定量估算洛川地区末次间冰期时的年平均温度为1113,年平均降水量600700mm。1.3.2湖泊沉积物湖泊沉积记录的环境演变是 环境磁学的重要研究领域之一。大量研究证明,湖泊沉积物磁化率可作为一个环境代用指标。湖泊沉积物的矿物磁性特征一般与特定的源区及其作用过程有关,人们常用磁化率的变化来对比同一湖泊汇水区的地层。湖泊沉积物磁化率变化的直接原因是湖泊流域带入湖内的磁性颗粒数量和成分发生变化。湖泊中大部分沉积物来自其周边流域,周边环境的变化如河流袭夺、滑坡引起的基岩裸露、燃烧引起的地表剥蚀、气候变化引起的风化作用等,都可以引起湖泊沉积物磁化率值的升高。如森林、草场火灾会导致表土层磁性明显增强,这些物质由径流带入湖泊,在沉积序列中保留了火灾事件的“痕迹”。 【7】Thompson等首先发现湖泊沉积物的磁化率变化曲线与无机物总量有着良好的对应关系。磁学参数(例如磁化率)能够用来计算流域内进入湖泊沉积物的沉积速率。多环境磁学参数,可以用来评估湖泊沉积物中磁性矿物浓度、种类和颗粒大小,进而获得湖泊及周围流域内的侵蚀强度、成土过程、还原潜力和铁细菌活动变化信息等,这些变化都直接或间接地受到气候变化或人类活动的影响。Kodama等通过分析过去250年的资料发现,降雨量和湖相沉积物中磁性碎屑的浓度间有着很强的相关性。Zolitschka等则论证了在14000年的湖相沉积物中碎屑沉积速率和磁化率间有着很强的相关性。胡守云等对呼伦湖沉积物的环境磁学研究揭示,磁化率的高(低)相应地指示湿润(干旱)的气候及高(低)的湖面,在高湖面、高有机碳含量的情况下,沉积环境相对还原,自生的亚铁磁性铁硫化物成为导致呼伦湖沉积物磁化率增强的主要磁性矿物。目前磁化率已广泛应用于湖泊沉积物的研究中,作为古气候环境替代性指标对不同湖泊环境演化的解释方面还存在相互矛盾的情况,但对湖泊面积较大、沉积环境变化相对单一、沉积物连续的大湖研究中,作为一种重要的环境代用指标取得了非常显著的进展。【8】1.3.2海洋沉积物海洋沉积物也是环境磁学的 理想场所之一,深海钻探计划(DSDP)和海洋钻探计划(ODP)已做了很多工作, 如运用磁化率曲线进行沉积物对比和测年;识别气候循环周期和变迁特征;陆源物质注入量及沉积后的还原作用等。Robinson 通过研究北大西洋晚更新世深海沉积物岩芯,首次令人信服地证明了海洋沉积的某些磁学性质和古气候之间互相关联。Bloemendal等认为磁学参数和沉积物的矿物来源、地层岩性及成岩过程相关的海洋沉积物所含磁性矿物主要来源于陆地、生物或化学作用的产物。Kent等报道在海洋沉积物中气候变化与深海沉积物中磁性矿物种类和磁性颗粒大小组合之间的密切联系。Mead等通过对深海沉积物磁化率数据进行波谱分析,首次得到了古气候轨道变化周期。刘健等先后对南黄海东南部和朝鲜海峡3个钻孔冰消期和冰后期的泥质沉积物进行了岩石磁学和地球化学研究,揭示了较高分辨率的早期成岩作用过程,并且证明这种沉积物的磁学特征不再是气候变化的响应【3】。现今对江汉平原的研究也逐步开展，徐瑞湖等对江汉平原环境演变做了详细描述，自然演变阶段：这一阶段以海平面升降导致江汉平原水面与平原地面相对高低划分为早全新世低水面阶段、中全新世高水面阶段。自然-人工复合作用阶段：此阶段又被细分为5个阶段温暖湿润时期、凉偏干时期、温湿时期、干冷时期、现代人为制约河湖演变时期。张玉芬、李长安等对江汉平原的江陵钻孔、肖寺钻孔、南湖钻孔等做了大量的取样与研究。第二章 区域地质地理概况2.1 地理位置江汉平原是由长江与汉江冲积而成的平原。位于长江中游，与洞庭湖平原合称两湖平原。位于湖北省中南部，西起枝江，东迄武汉，北至钟祥，南与洞庭湖平原相连，因地跨长江与汉江而得名。介于北纬29。26，31。10，东经111。45，114。16，面积3万余平方公里。长江以洞庭湖为尾闾，形成一个荆江三角洲，汉水出钟祥山峡之后河道分叉，也呈放射状河系地形，形成一个汉水三角洲，把长江迫向南迁，大致形成汉水三角洲的边线。整个平原，除边缘分布在海拔约50米的平缓岗地和100米以下的低丘处外，大部分海拔多在50米左右，其地势大致由西北微向东南倾斜。西北部海拔约35米，至东南部将至25米以下。地面坡度多在13以内，成群的湖沼洼地多集中在平原东南部。图：2-1江汉平原地理位置图2.2 地貌特征平原主属扬子准地台江汉断拗，地势低平。除边缘分布有海拔约50米的平缓岗地和100米以下的低丘处外，大部分海拔多在50米左右，其地势大致由西北微向东南倾斜。西北部海拔约35米，至东南部将至25米以下，汉口仅23米。平原内湖泊星罗、水网交织、堤坝纵横。地表组成物质以近代河流冲积物和湖泊淤积物为主，属细砂、粉砂和粘土。长江、汉江沿岸地势较高，一般在2838米。地貌上可以分为两个部分：处于河床与人工堤防之间的堤外滩地，现代冲积作用旺盛、地势较高、大部分在30米以上，土壤多为砂壤质。大堤以内的堤内平原，一般较堤外滩地低36米，向内微倾斜，土壤多为厚层粉砂壤土。江河之间相对低下，形成长形凹地，主要有汉北河与汉江间的天门河；汉江与东荆河间的通顺河、拍湖凹地；东荆河与长江间的四湖凹地；长江右岸的松滋河、王家大湖凹地等。地表组成物主要为粘土，地下水位一般离地表0.51.0米，每遇大雨易成涝渍。江汉平原大小湖泊约300多个，湖泊一般底平水浅，能调蓄江河水量，减轻平原旱涝灾害。图：2-2地貌特征图2.3 气候特征江汉平原属亚热带季风气候，年均日照数约为2000小时，年太阳辐射总值约460480KJ/cm2。无霜期约240260天，10C以上持续期约230240天。平原各地利于棉花、水稻等喜温作物栽种。年均降水量11001300mm。江汉谷地为冷空气南下的重要通道，春秋季节常发生低湿阴雨，若遇梅雨过长、暴雨多的年份，初夏易遭洪涝，盛夏常为副热带高压控制，秋季多为晴朗天气，故伏、秋干旱频次较多。2.4 构造概况印支期以来江汉平原区经历了多期构造运动的叠加和改造,中、古生界的构造特征总体以南北造山对冲挤压为特点,形成南部受控于雪峰-江南造山带的八面山-大磨山弧形构造带和北部受控于东秦岭-大别造山带的大洪山弧形构造带两大弧形构造体系,且以南部弧形构造带为主体。早燕山期是弧形构造的主要发育期,南部弧形构造带首先形成雏形,前缘断裂为问安寺-纪山寺-潜北-天门河断裂,随后秦岭-大别碰撞造山,产生自北东向南西的挤压应力,北部大洪山弧形构造带开始发育,并对南部弧形构造带产生叠加和改造作用,在荆州-大冶地区形成对冲干涉构造带;晚燕山-早喜山期,构造负反转,荆州-沔阳地区强烈断陷,使得对冲干涉构造带隐伏于江汉盆地白垩-新近系之下,成为隐伏前锋构造。多期次的构造作用,使研究区发育挤压收缩构造、走滑压扭构造及伸展反转构造三大类基本构造样式。图:2-3构造地质图第三章 理论基础3.1 环境磁学简介环境磁学是一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的应用岩石磁学和矿物磁学技术去恢复环境过程、重塑环境演化历史的一门边缘科学。【9】其原理是测量土壤、沉积物和岩石等自然物质和人类活动产生的物质在人工磁场中的磁性响应,提取地质地理环境的信息。Thompson等(1986)系统地论述了如何将矿物的磁学性质应用于环境研究,出版了Environmental Magnetism一书,标志着环境磁学作为一个相对独立的分支学科而正式建立。环境磁学的重要特征是简单、快速、无破坏、成本低廉,可解决许多物理和化学方法无法解决的问题。现今,环境磁学技术已被广泛应用于第四纪地质学、沉积学、气候学、土壤学、环境科学、湖泊科学和海洋科学等很多领域,从而在全球范围内迅速开展起来【10】。环境磁学研究涉及大气圈、水圈和岩石圈中的磁性颗粒, 能为全球环境变化、气候过程和人类活动对环境的影响等研究提供有价值的资料,而且这些领域均是当前国际古全球变化研究的热点。【11】矿物磁学性质可作为环境变化和气候过程的代用指标,这是由于磁性矿物颗粒的搬运、沉积和转化与沉积环境的变化和古气候的演化密切相关。因此, 在环境磁学研究中, 通过地质记录中的磁性矿物组合研究沉积环境的物理过程, 研究沉积环境中导致磁性矿物变化的物理和化学作用,研究沉积环境中磁性矿物的变化和转化,可为重建古环境、恢复古气候提供可靠的依据。环境磁学方法已经在气候学、生态学、湖泊科学、海洋科学、沉积学、土壤学等领域发挥了重要作用【12,13】。3.2 环境磁学在古气候研究中的应用湖泊沉积物的来源是多种多样的,由于各种来源的物质具有不同的磁性特征,并在一定程度上保留了原有的磁性,因而湖泊沉积序列的磁性变化模式能综合地反映沉积物质的来源及其配比。3.21环境磁学在湖泊沉积物研究方面的应用环境指示研究表明,在连续的常态湖泊沉积序列中,可能夹带着一层或多层磁性极端异常的沉积层,它们往往指示了流域或临近区域的某些环境事件。如森林、草场火灾会导致表土层磁性的明显增强,这些物质由径流带入湖泊,在沉积序列中保留了火灾事件的“痕迹”，如通过磁性测量鉴别出巴布亚新几内亚高原四次火山喷发事件，又如在苏北兴化的湖泊沉积物研究中,从沉积物的磁性异常揭示了历史洪水事件,并通过相关研究得到证实。【14】对流域环境变迁的分析利用湖泊沉积物的磁信息可以揭示流域环境变化的过程和机制。我国云南滇池沉积物的磁性研究表明,在具有稳定的森林植被覆盖的地区,气候变化仍然可以从湖泊沉积物的磁性特征上反映出来。吴瑞金认为,湖泊沉积物的磁化率、频率磁化率可以作为反映古气候、古环境变化的灵敏间接指标。胡守云等指出,磁化率可以作为一个反映环境变化的代用指标,高(低)频磁化率相应指示湿润(干旱)的气候,较高(低)的湖面。张振克等研究认为:历史时期内陆封闭湖泊沉积物频率磁化率高值段指示气候偏湿阶段;低值段指示气候干旱阶段;俞立中等对太湖的沉积物环境磁学研究揭示了由气候变化引起的太湖水位升降旋回。J.Dearing等在Peris湖的环境磁学研究,不仅发现了由于过度放牧引起的表土流失,而且解释了流域土地利用变化的历史过程。俞立中等提出利用湖泊沉积物磁信息判别物质来源的定量分析方法,并成功地应用于流域环境研究。3.2.2环境磁学发展中存在的问题与发展趋势环境磁学是依赖自然系统内在的秩序认识环境的新方法, 所以得到广泛重视。然而, 由于地理环境千差万别, 磁性矿物对环境变化的敏感性, 磁参数解释的多义性等, 使得环境磁学仍然存在一些问题, 如对于不同粒径和类型磁性矿物的磁参数贡献, 磁性矿物在环境中的迁移转化, 及磁信息的定量及数据库建设方面, 还有很多工作要做。实践证明, 环境磁学是一门富有生命力和广阔应用前景的学科【15】。近些年来,环境磁学有以下几个发展趋势：利用磁信息加强湖泊和海洋沉积物沉积速率、气候周期和记录可靠性之间关系的定量研究,以探讨区域气候变化及全球环境变迁。利用磁信息加强应用研究。特别是地质环境的污染监测、污染研究,以及灾害事件研究、环境考古和油气勘探等。环境磁学与地球化学方法密切相结合,探索环境变化对磁性质的影响及相关机理。建立全球磁数据库和相关数学模型,用以进行区域或全球磁数据的对比,为今后进一步全面合理地分析区域或全球气候变化及环境变迁提供条件。3.3 环境磁学参数的指示意义对环境研究来说, 最有用的矿物磁性特征已证明是磁化率和等温剩磁。【16】物质磁性的强弱, 可通过磁化率和饱和等温剩磁的测试来表征。大量样品的磁性测试表明, 含量不很高的铁磁晶粒在很大程度上决定了物质的磁化率测值, 故一般可将磁化率看作磁性矿物含量的粗略度量指标。铁磁性矿物对物质磁性起主导作用。磁化率磁化率为外磁场作用下物质磁化的能力, 是指在弱磁场中 ( 0.1mT) 样品的磁化强度与磁场强度之比。磁化率与样品中所含磁性矿物的种类、粒度和含量直接有关, 常用作磁性矿物含量的粗略估量(姜月华等, 2004)。对磁化率的测量主要是了解标本被磁化的能力, 它主要反映了样品中亚铁磁性矿物的富集程度(曲赞, 1994)。对环境磁学研究来讲, 样品的重量可在 0.1- 100g之间(Thompson R,1980), 一般采用灵敏度较高的仪器对取自土壤、岩石、沉积物的样品进行磁化率测量。英国著名环境磁学专家Oldfield和Thompson(1979) 曾通过对一系列土壤样品的测量后认为, 森林覆盖下的土壤具有较高的磁化率, 这可能是由于大量次生亚铁磁性矿物受到上覆地层保护的结果。而潜育化土壤的磁化率较低, 这是由于积水破坏了次生亚铁磁性矿物的富集。利用土壤磁化率的这一特点, 研究人员可根据所测的磁化率值来研究水土流失的程度。饱和等温剩磁等温剩磁测量就是在常温下, 将样品置于直流磁场中进行磁化,然后测量其剩磁值。施加的直流磁场由低到高,逐渐增加,直到样品产生的剩磁饱和,不再增加,即获得饱和等温剩磁. 以磁化磁场为横坐标, 产生的相应剩磁为纵坐标, 就得到一条等温剩磁曲线。因为磁性颗粒粒度的变化对S IRM 影响很大, 测得的S IRM 的高低与其所含磁性矿物的类型和含量相关,反映了磁性矿物在样品中的富集程度。研究表明:磁性矿物对环境变化具有敏感性,不同的磁性矿物及其组合反映出不同的沉积环境条件,比如,较多的磁铁矿及其组合指示当时环境的暖湿,赤铁矿类的存在指示环境条件的干冷。 非磁滞剩磁在对样品进行交变退磁时,除施加交变磁场外,另叠加一微弱直流磁场。由于这一直流磁场的存在,施加于样品的交流磁场正负幅值不再对称, 而是沿外加直流场的方向,磁场总值大于逆直流场的方向;当交变磁场由最大幅值逐渐减小时,这种不对称趋于明显;当交变磁场降为零时, 样品中的大量磁矩沿直流场的方向排列,最终形成沿直流场方向的磁化;这种磁化在交直流场取消后部分得到保留,被保存的这部分磁场就是非磁滞剩磁(ARM)。该参数主要反映样品中亚铁磁性矿物的富集程度。 剩磁矫顽力及剩磁获得矫顽力剩磁矫顽力是指将标本的SIRM减小到零时所需要的反向磁场强度,该参数既能反映磁性矿物种类的不同,也能反映磁性矿物颗粒大小的变化。某种磁性矿物具有其特定的Bcr值,据此可以快速地区分磁性矿物。实验证实: 赤铁矿Bcr约为0.2T,磁铁矿Bcr小于0.05T。达到饱和等温剩磁一半时的磁场强度称为剩磁获得矫顽力Hcr,一般而言,磁铁矿Hcr较小,而赤铁矿和针铁矿的Hcr一般较大,据此可以识别磁性矿物的类别或组合。Oldfield F等人研究了一些盆地悬浮沉积物的来源,发现降雨后汇入盆地中的悬浮沉积物样品Bcr较低而HSIRM较高,与盆地周围耕地的磁性特征相一致,据此认定了沉积物的来源。此外,用Bcr来研究污染类型、确定主要污染来源也是近几年环境监测的一种手段6。第四章 样品的采集测量4.1 样品处理采集的岩石样品包含细砂、粉砂、粘土，所以当把样品装填到样品盒时，为了避免由于样品在样品塑料盒中的空隙引起的磁化率的变小，在装填过程中，要注意将样品盒中的空隙都填满，必要时需挤压岩石样品，尽量减少空隙。按编号将样品从样品袋中取出，按样品盒的大小掰下一部分，将没被选出来的样品放入原来的样品袋中，这样我们就得到了我们实验可测量的样品。将取样放入塑料圆柱盒中（注意使用不会污染样品的物体装填样品，避免样品被污染），加样至6.87.1g（在测量重量的过程中，电子称会自动将塑料盒的质量减去，所以称重为样品的净重量，并且装样过程中要确保每盒样品都装满），同时将样品按编号记录重量。4.2 样品测量和数据处理本次测量共有样品2203个。分别进行体积磁化率测量和频率磁化率测量。4.2.1 体积磁化率测量体积磁化率使用卡帕桥仪。仪器名称：卡帕桥仪型号:KLY-3S产地：捷克单价：28万人民币应用领域：磁性地层学、环境磁学、岩石磁学等研究。该仪器主要是由一套高精度的全自动感应桥组成。它配备有自动归零系统，非平衡桥的热漂移自动补偿功能以及适用量程自动调整功能。其测量线圈被设计为6次幂补偿电磁线圈，磁场均匀性之高非同一般。两种型号均均可测量慢速旋转样品的AMS。测量仅须调整样品的3个垂直方向，快速而精确（每个样品约需两分钟）。它得益于对每一个垂直于样品旋转轴的测量面做多重磁化率测定。卡帕桥在样品插入测量线圈之后并在各向异性开始测量之前被归零，从而得到最灵敏的测量范围。专用软件组合了三个垂直面的测量加一个体积值生成了一个完全磁化率张量。测量该张量的误差估计方法使用了一种基于多变量统计原理的特殊方法。图：4-2卡帕桥仪体积磁化率测量自动化程序较高，测量较快。体积磁化率测量软件会自动记录测量数据，但是还要在记录本上一一记录以用来比对重复测量的数据。4.2.2 频率磁化率测量我们使用的是Bartington MS2双频磁化率仪（Dual Frequency Magnetic Susceptibility）图：4-3双频磁化率仪 仪器原理仪器探头由热稳定性很高的振荡器构成，其中的线圈感应器是确定主频率的元件。所有探头均对样品的电导性不敏感。探头使样品处于一个非饱和磁场内，在该磁场中可以测量样品的初始磁化率值，而不破坏其剩磁。样品的形状越规则，探头的测量精度就越高。该磁化率仪共有5个面板控制器:(1)量程选择开关:此开关可以选择1或0.1档。当使用0.1档时，第一位数据显示为小数，测量时间增加10倍以进行额外的噪声过滤(一般记录不记小数点，所以单位为10-6SI)。此开关同时打开电池指示灯。(2)ZERO按钮:此按钮可以进行空值测量。执行空值测量可以重新设置仪器，并使接下来的测量在显示范围内。“zero”按钮获得新的0值来消除探头的热漂移(为自由空间的磁导率，是一个常数().(3)MEASURE按钮:此按钮可进行样品测量。(4)拨动开关:此开关的功能与按钮相同，还可进行连续测量。(5)On/Off开关:此开关控制仪器内部电池，也可用于单位制选择（SI或CGS）。单位制 质量磁化率 体积磁化率SI（国际单位制） 10-8（m3/kg） 10-5CGS（高斯单位制）10-6（m3/kg） 10-6SI单位制与CGS单位制间的换算为SI值除以，。MS2磁化率系统内据此公式换算，只是使用了常数0.4，以使数字保持在一个相似的量级上。 测量方法通过一个三次测量的序列可以进行温度漂移校正。样品测量前后的空气测量平均值将从样品测量值中扣除：a)测量空气；b)测量样品，值为R1；c)测量空气，值为R；则校正后的样品磁化率值为 注意事项(1)测量时首先选择“LF”、“HF”,转换时要注意执行空值测量“zero”，可以重新设置仪器。(2)尽可能使两次测量之间的时间间隔保持一致。如果手写记录数据，则可在当前测量进行时记录前次测量数据，这样将节约时间，提高测量精度。测量时样品要放置水平，测量过程中不要碰数据线（会影响数据的输出）。先对标准样进行三次重复测量，测量时要注意每次样品放置的方向要一致，即样品盒盖上的方向和仪器中轴方向垂直。前后测量值之差保持在，说明仪器稳定可以进行测量。仪器要是稳定，对于LF一个样品测一次即可，每隔10样进行一次重复测量（这是在前后空气测量值相差不大的情况下）；对于HF一般每个样品要进行多次测量。(3)一般而言，外界环境（如噪声、湿度等）对低频测量影响不大，但高频测量容易受到外界环境的影响。由于高频本身的不稳定性，建议晚上测量。频率磁化率的测量是本次实习的主要内容，由于小数据的频率磁化率磁性较小很容易受到外界环境的干扰，因此在测量过程中数值很不稳定。由于低频磁化率相对稳定，我们此次测量过程中采用先测量低频磁化率，然后参照低频来测高频。高平磁化率应小于低频磁化率。4.2.3 数据处理本次数据处理主要是把测得相关数据进行汇总，包括：样品名称、样品编号、样品质量、体积磁化率、低频磁化率、高频磁化率、频率磁化率。最后再求得平均体积磁化率和平均频率磁化率。根据采样相关记录还原各个样品的实际深度，以便后续用软件绘图。第五章 沉积物磁化率变化特征及对环境的指示5.1 基本分析思路使用绘图软件Grapher绘制体积磁化率和频率磁化率系数随深度的对比变化曲线进行分析。根据两条曲线的变化规律，结合钻孔岩性描述及各种沉积环境及沉积物的特点初步分析判断各部分的沉积环境、气候的变化过程，并根据这些分析判断将其初步分为若干层，再针对具体资料进行进一步分析、解释，从而建立江汉平原沉积序列和演化过程，寻找江汉平原古气候古环境演化规律。5.2 钻孔数据预处理由于人为和其它一些因素的影响，所得到的数据存在一些异常值，因此所得到的各参数随深度变化的曲线波动剧烈。由于对曲线走势还没有详细的认识所以首先先绘制原始数据观察走势并初步分析。图5-1原始钻孔磁化率曲线图上图为利用Grapher 根据所测数据里体积磁化率(10-6 SI)、平均频率磁化率系数、深度（m） 所画的曲线图。根据磁化率变化趋势把磁化率系数大致划分为六大层，上图可以看出，分段趋势不明显，在此基础上将以上六层再进行划分。5.3 沉积物磁化率特征及环境指示阶段分析根据潜江钻孔样品的磁化率随深度变化的特征，可以将该钻孔分为6大层，所有大层经细分后总计18个小层。由于曲线变化剧烈，为了能够更详细、更全面的分析该磁化率曲线特征以及分析该处的古环境、古气候演化规律，现分别对每一大层进行分析。5.3.1 第一大层第一大层（钻孔深度148.0m-182.0m），体积、频率磁化率曲线如图：图5-2第一大层磁化率曲线图第一大层根据磁化率曲线的波动规律可细分为4个小层，每层数据统计如下：5-1第一大层磁化率分层统计表小层数据类型体积磁化率（10-6 SI）频率磁化率（%）第一小层最小值15.152.614最大值152.324.646平均值52.7872910.9574标准偏差0.5219810.508544第二小层最小值81.320.87最大值180.815.51平均值123.640866.610318标准偏差0.1461660.466669第三小层最小值73.21.79最大值167.618.62平均值111.46718.802389标准偏差0.2124130.394154第四小层最小值16.580.968最大值188.637.076平均值100.875511.92835标准偏差0.5247280.88519第一阶段（175.7185.5m）该层下段主要为含砾细砂岩，且分选磨圆较差，上段主要为深灰色粘土和黄褐色粉质粘土，夹杂白色钙质结核。体积磁化率最大值为152.3（10-6 SI）,最小值为15.15（10-6 SI），平均值为52.78729(10-6 SI）,标准偏差为0.508544，整体振幅出现一次大的波动，体积磁化率趋势为先减小后增大然后又减小，可以推测此时气候变化比较活跃，气温变化频繁，为波动期。频率磁化率在这个阶段也波动比较频繁，中间有两次大的波动，整体上呈现下降的趋势，显示气候由温湿转向干冷。这个阶段沉积环境不稳定。第二阶段（163.2175.7m），该层岩性主要为黄褐色粘土，粘性较好，钙质胶结物十分发育。体积磁化率振幅虽有波动，但是整体趋势较为平稳，最大值为180.8（10-6 SI）,最小值为81.32（10-6 SI），平均值为123.6408 (10-6 SI）,标准偏差为0.146166。频率磁化率在这个阶段也没有大的波动，可以推测这个阶段的环境比较平稳，气候较为干冷，沉积环境稳定。第三阶段（153.9163.2m），该层岩性同样为黄褐色粘土。体积磁化率趋势与上阶段较为一致，但是中间出现了一次较大的波动，最大值为167.6（10-6 SI）,最小值为73.2（10-6 SI），平均值为111.4671（10-6 SI）,标准偏差为0.212413，可见这个阶段延续了上阶段的干冷环境，但是气候出现了新的趋向，气温有上升的趋势。该阶段沉积环境较为稳定。第四阶段（148.0153.9m），该层岩性以含砾砂岩为主，发育白色钙质胶结物。体积磁化率波动较大，最大值为188.6（10-6 SI）,最小值为16.58（10-6 SI），平均值为100.8755（10-6 SI）,标准偏差为0.524728，该阶段体积磁化率波动较大，相对上阶段，气候环境在短时间内由干冷转为潮湿温暖的状态。频率磁化率也迅速增大，出现了一个大的峰值。这个阶段环境变化剧烈，沉积环境较差。5.3.2 第二大层第二大层（钻孔深度109.5m-148.0m），体积、频率磁化率曲线如图： 图5-3第二大层磁化率曲线图第二大层根据磁化率曲线的波动规律可细分为4个小层，每层数据统计如下：5-2第五大层磁化率分层统计表小层数据类型体积磁化率（10-6 SI）频率磁化率第一小层最小值60.943.654最大值147.423.534平均值101.007911.83851标准偏差0.1656270.39511第二小层最小值20.920.666最大值128.841.076平均值54.4862713.16867标准偏差0.5125350.650285第三小层最小值26192最大值108.963.134平均值64.9481113.29377标准偏差0.3468440.937387第四小层最小值30.21.354最大值139.238.95平均值74.7884912.06543标准偏差0.3429990.666919第一阶段（137.8148.0m）该层岩性主要为细砂岩，含粉质粘土，可见砾石，分选磨圆较好。体积磁化率最大值为147.4（10-6 SI）,最小值为60.94（10-6 SI），平均值为101.0079(10-6 SI）,标准偏差为0.39511，整体振幅趋势为先减小再增大后减小，联系上一大层最后环境的剧烈变化，可以推测着一阶段气候出现一个短暂的降温干冷期