中国黄土高原南北缘红粘土磁性特征对比研究

Red clay is one of important continental deposits for studying paleoenvironmental evolution during the late Tertiary. Currently, the study on magnetic characteristic of red clay is relatively weak in the southern edge of the Chinese Loess Plateau (CLP), which limits the comparison of magnetic parameters at the spatial scale. In this project, the red clay sequences of Duanjiapo in the southern edge of CLP and Jiaxian in the northern edge of CLP will be selected of which magnetic properties of Jiaxian have been comprehensively studied previously by the proposer. Multiple methods, including environmental magnetism, geochemistry and optical diffuse-reflection spectra, will be applied to detect the magnetic mineral, grain size and content variations of Duanjiapo red clay sequence, which may reveal the similarities and differences between Duanjiapo and Jiaxian red clay sequences and the cause for such conditions. Then, the relationship between environmental conditions and magnetic mineral translations will be investigated. The results will be contributed to the understanding of the magnetic property of red clay, which will also help to explain the environmental significance of magnetic parameters and their use for reconstructing the paleoenvironmental evolution.

红粘土是研究晚第三纪古环境演变重要陆相沉积物之一。目前中国黄土高原南缘红粘土磁性特征研究较薄弱，限制空间上磁学参数对比研究。本研究拟选取黄土高原南缘段家坡和北缘佳县红粘土剖面为研究对象（申请人已经对佳县红粘土进行详细磁学性质研究），将磁学与地球化学、光谱学等方法相结合，多参数系统研究段家坡红粘土磁性矿物种类、磁畴、含量等特征，揭示段家坡与佳县红粘土磁性特征异同及其原因，探讨晚第三纪红粘土磁性矿物转化与环境条件之间关系。以期实现深入理解红粘土磁性特征目标，对解译红粘土磁性参数环境意义及用磁学参数进行古环境重建具有重要科学意义。

红粘土是研究晚第三纪古环境演变重要陆相沉积物之一。目前中国黄土高原南缘红粘土磁性特征研究较薄弱，限制空间上磁学参数对比研究。本项目通过对黄土高原南缘蓝田地区的野外考察，最终选择段家坡红粘土剖面进行样品采集，共采集红粘土样品962个和第四纪黄土-古土壤样品125个。以系统的岩石磁学测试为基础（包括磁化率、各类剩磁、热磁曲线和磁滞回线），重点分析段家坡红粘土磁性矿物种类、磁畴大小和磁浓度高低等磁性特征；并将其磁性特征与佳县红粘土进行对比分析。同时，采用地球化学、色度和漫反射光谱等手段，分析红粘土成壤强度和成壤环境等信息以及赤铁矿和针铁矿的相对含量。以本项目研究成果为基础，结合前人研究成果，探讨随着时间增加红粘土亚铁磁性矿物含量降低的机理。主要的发现和新认识包括以下几个方面：1）段家坡红粘土主要载体矿物为磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿和针铁矿。磁畴大小为粗的稳定单畴至假单畴。自上而下（随着时间增加），亚铁磁性矿物相对和绝对含量逐渐降低，而硬磁性矿物相对含量逐渐升高。成壤作用对磁性矿物含量产生重要影响，强发育古土壤层含有较多的细小的亚铁磁性矿物，弱发育古土壤层含有较多的硬磁性矿物。2）随着时间增加，段家坡红粘土成壤强度（CIA、Ca*b*）、赤铁矿和针铁矿相对含量均呈逐渐降低趋势。3）佳县和段家坡红粘土磁性矿物种类和磁畴大小类似。存在差异的方面主要是磁性矿物含量，段家坡红粘土细小的亚铁磁性矿物含量较高，其主要原因是：段家坡更靠近黄土高原南缘、受到了更强东亚季风影响，导致其经历了更强的成壤作用（铁锰角膜含量较高、土壤颜色更红）。4）选取黄土高原东部南北向7个红粘土剖面磁化率进行对比发现：随着时间增加，磁化率值逐渐降低，其主要原因是：亚铁磁性矿物相对含量逐渐降低而硬磁性矿物相对含量逐渐增加。通过分析，增加的硬磁性矿物主要是赤铁矿。5）红粘土亚铁磁性矿物含量逐渐降低的机理是：①随着时间增加，红粘土成壤强度逐渐降低，导致剖面下部亚铁磁性矿物相对含量较低。②红粘土形成时期为干-热气候特征，有利于亚铁磁性矿物低温氧化为赤铁矿，进而导致亚铁磁性矿物含量降低。③根据前人成壤转化路径研究，随着时间增加，红粘土序列中的亚铁磁性矿物持续转化为赤铁矿。④随着时间增加，红粘土序列碳酸钙含量逐渐增加，高碳酸钙含量对亚铁磁性矿物浓度起到一定的稀释作用。