赤铁矿的磁学机理及其地质意义研究

Hematite, the most stable iron oxide, carries significant magnetic informations for environmental and paleomagnetic studies. Although previous studies have paid a lot of attentions on hematite, the Al substitution in the structure of hematite was often ignored, thus leading to great ambiguities in interpretation. Therefore, some fundamental problems have not been well resolved, and need thorough and systematic studies on hematite: 1) the complex rock magnetic mechanism of Al substituted hematite (Al-Hm); and 2) the acquisition mechanism for the natural remanent magnetization of Al-Hm. Therefore, this project aims to extend the past studies mostly on pure-hematite, and will conduct more systematic studies on the magnetic properties of Al-Hm by comparing the synthetic Al-Hm in the lab with the red bed samples in china. The two main topics are: 1) Discriminating and quantitating Al-Hm by linking the magnetic properties and synthetic conditions for Al-hm; and 2) Determining how Al-Hm acquires the detrital remanent magnetization (DRM) and chemical remanent magnetization (CRM), and how DRM and CRM response with the applied magnetic field. Then, these simulated experimental results will be compared with the paleomagnetic results of typical red beds in southern china. This will provide theoretical foundations for better understanding the magnetic information of red beds, and provides sound theories and approaches of paleomagnetic studies.

赤铁矿是自然界中最稳定的铁氧化物，其记录的磁性信息在气候环境演化与古地磁研究中具有重要的地位。尽管前人已经对赤铁矿进行了一定的研究，但是通常忽略了自然界中赤铁矿晶格内的铝替代问题，造成多解性。因此，对于赤铁矿的磁学研究还存在诸多基础问题缺乏系统深入地研究：1）含铝赤铁矿复杂的岩石磁学机理；2）含铝赤铁矿天然剩磁的获得机制。针对这些问题，本项目将突破过去基于纯赤铁矿构建的相关磁学理论，拟采取实验室合成手段，对合成的含铝赤铁矿的磁性机理进行深入研究。一方面通过系统地研究含铝赤铁矿的性质与合成条件的相互关系，确定识别与定量化研究含铝赤铁矿的方法；另一方面深入研究含铝赤铁矿获得沉积剩磁和化学剩磁的机制，建立这两种剩磁与外加磁场的定量化关系。最后将实验模拟结果与我国典型红层的磁学性质进行对比研究，为正确解释红层携带的磁学信息提供理论依据，丰富古地磁学研究的基本理论和思路。

赤铁矿是自然界中最稳定的铁氧化物，其记录的磁性信息在气候环境演化与古地磁研究中具有重要的地位。尽管前人已经对赤铁矿进行了一定的研究，但是通常忽略了自然界中赤铁矿晶格内的铝替代问题，造成多解性，对于赤铁矿的磁学研究还存在诸多基础问题缺乏系统深入地研究，主要包括：1）含铝赤铁矿复杂的岩石磁学机理；2）含铝赤铁矿天然剩磁的获得机制。针对这些问题，本项目突破过去基于纯赤铁矿构建的相关磁学理论，采取实验室合成手段，对合成的含铝赤铁矿的磁性机理进行了深入研究。取得主要成果为：1）系统地研究了含铝赤铁矿的性质与合成条件的相互关系，确定识别与定量化研究含铝赤铁矿和针铁矿的方法；2）深入研究含铝赤铁矿获得化学剩磁的机制，建立其与外加磁场的定量化关系；3）将实验模拟结果与我国典型黄土/古土壤样品的磁学性质进行对比研究，提出了利用磁学指标进行古降水反演的方法；4）对华南重磁化红层进行了系统研究，厘定了其重磁化机制，并提出了对化学剩磁和沉积剩磁进行鉴别的模型，为正确解释红层携带的磁学信息提供理论依据，丰富古地磁学研究的基本理论和思路。受本项目资助，共发表22篇论文，其中国际SCI论文21篇，国内核心1篇。