还原成岩作用对海洋沉积物磁记录的影响及其环境学意义

论文摘要

还原成岩作用是影响海洋沉积物环境磁学研究的一个重要现象。在还原成岩作用下,沉积物中的铁氧化物快速减少,从而削弱甚至消除磁信号对古气候、古环境变化的记录。对大洋钻探计划421个站位钻孔磁化率剖面的统计分析显示,24个站位钻孔的磁化率值自一定深度开始明显减小,其中5个站位钻孔的已有研究表明沉积物中的磁性颗粒受还原成岩作用影响强烈。还原成岩作用使沉积物中的铁氧化物向铁硫化物转化,因而铁硫化物（常为黄铁矿）的出现常常是海洋沉积中发生还原成岩作用的一个重要标志。但当黄铁矿含量很少时,普通矿物学方法难以鉴出。本论文选择纯黄铁矿样品进行了详细的磁化率随温度变化特征（κ/T曲线）研究,确定黄铁矿鉴出的两个重要磁学标志:（1）样品在加热过程中出现的500℃的磁铁矿磁化率峰值;（2）样品加热到560℃或更高温度时,冷却过程中出现的320℃的磁黄铁矿磁化率峰值。这是由于黄铁矿受热分解经磁铁矿转变为磁黄铁矿,或直接脱硫转变为磁黄铁矿。这一结果为沉积物中微量黄铁矿的鉴出提供了一项有效的磁学方法。对孟加拉湾MD77-181岩芯、东帝汶海MD98-2172岩芯和西太平洋Caroline盆地MD98-2182岩芯进行了系统的环境磁学测量,包括非磁滞剩磁、等温剩磁、饱和等温剩磁、κ/T曲线和磁滞参数等,结合矿物学分析和碎屑颗粒的粒度分析,揭示出还原成岩作用对三支岩芯磁记录不同程度的影响。MD77-181岩芯160ka以来沉积中的磁性颗粒以准单畴（PSD）磁铁矿为主,冰期时磁铁矿的含量较高,粒度较粗,反映了冰期时印度夏季风的强度减弱。在70ka以来的沉积物中,磁铁矿的粒度变粗较好地记录了北大西洋Heinrich快速冷事件,揭示了印度夏季风与北大西洋气候之间的遥相关。160ka以前的沉积物中几乎不含亚铁磁性颗粒,出现黄铁矿,推测其磁记录受还原成岩作用影响强烈。据与MD77-180和ODP722B岩芯已有环境磁学研究的对比推测,160ka时可能曾发生一次改变整个北印度洋区环境的古海洋学事件。MD98-2172岩芯的磁记录反映了还原成岩作用过程:（1）0-3.85m段岩芯受还原成岩作用的影响不明显,以PSD磁铁矿为主;（2）3.85-5.35m段岩芯经历了铁氧化物还原阶段,以PSD磁铁矿为主,随深度的增加,其含量快速减少,较粗磁铁矿的贡献增强;（3）5.35-15m段岩芯经历了硫酸盐还原阶段,以顺磁性颗粒为主,并出现黄铁矿。该岩芯碎屑颗粒的粒度数据与磁化率的相关性分析表明,在强烈的还原成岩作用下,MD98-2172岩芯的磁化率可以作为粘土级颗粒含量的替代性参数,其频谱分析显示出很好的气候旋回变化。MD98-2182岩芯中的磁性颗粒以PSD磁铁矿为主。1.01m以上层段磁铁矿的含量和粒度变化记录了原始沉积信息。1.01m以下层段磁铁矿的含量和粒度变化也可能受到了还原成岩作用的影响。

论文目录

• 1 引言
• 1.1 还原成岩作用过程及其对海洋沉积物磁记录的影响
• 1.2 大洋钻探计划各站位磁化率剖面的统计
• 1.3 论文选题
• 1.4 主要工作量
• 2 环境磁学研究方法
• 2.1 磁性矿物的类型及其磁学性质
• 2.2 磁性颗粒组合特征的环境磁学分析方法
• 2.2.1 与磁性矿物类型和含量相关的磁学参数及相关图解.
• 2.2.2 与磁性矿物粒度相关的磁学参数及相关图解
• 3 黄铁矿加热过程中的矿相变化研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备和实验方法
• 3.3 氩气环境下黄铁矿样品磁化率随温度的变化特征
• 3.4 空气环境下黄铁矿样品磁化率随温度的变化特征
• 3.5 最高温度和加热时间对矿相转化的影响
• 3.6 沉积物中微量黄铁矿鉴出的磁学标志
• 4 孟加拉湾MD77-181 岩芯磁学记录及其古环境意义
• 4.1 引言
• 4.2 样品采集和实验方法
• 4.3 环境磁学测量结果
• 4.3.1 剖面磁学参数变化特征
• 4.3.2 磁性颗粒的类型及其含量
• 4.3.3 磁性颗粒的粒度
• 4.4 MD77-181 岩芯磁记录的环境磁学解释
• 160ka 以来的磁记录对环境变化的响应'>4.4.1 沉积物¹60ka 以来的磁记录对环境变化的响应
• 160ka 时沉积物磁性快速变化机制的讨论'>4.4.2 对¹60ka 时沉积物磁性快速变化机制的讨论
• 4.5 小结
• 5 东帝汶海MD98-2172 岩芯环境磁学研究
• 5.1 引言
• 5.2 样品采集和实验方法
• 5.3 年代格架
• 5.4 磁化率剖面特征
• 5.5 矿物学分析和碎屑颗粒的粒度分析
• 5.6 0-15m 层段的环境磁学测量结果
• 5.6.1 剖面磁学参数变化特征
• 5.6.2 磁性颗粒的类型及其含量
• 5.6.3 磁性颗粒的粒度
• 5.7 磁化率与粘土级碎屑颗粒含量的相关性分析
• 5.8 还原成岩作用的两个阶段
• 5.9 磁化率与粘土级碎屑颗粒的对比分析
• 5.10 小结
• 6 西太平洋Caroline 盆地MD98-2182 岩芯环境磁学研究
• 6.1 研究区背景
• 6.2 样品采集和实验方法
• 6.3 磁性颗粒组合特征
• 6.3.1 磁性颗粒的类型和含量
• 6.3.2 磁性颗粒的粒度
• 6.4 碎屑颗粒的粒度测量结果
• 6.5 讨论和小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附:个人简历
• 附:博士研究生学习期间已发表和待发表的论文