1、文章編號：1671-8585（2009）04-0275-05柴達木盆地西部典型剖面磁化率特征及其意義宋華穎，伊海生，馬雪，李盛?。ǔ啥祭砉ご髮W沉積地質研究院，四川成都610059）摘要:在對柴達木盆地西部西岔溝剖面野外沉積巖石學特征觀察的基礎上，進行了磁化率測量.對沉積物的粒級、顏色、旋回性與磁化率的大小變化進行了分析和研究。結果表明，沉積物磁化率的大小與沉積物的粒度及巖石類型有一定的關系:礫巖磁化率的峰值最低，粉砂、泥質粉砂巖和泥巖的磁化率蜂值相對較大;不同顏色的泥巖也會因氧化程度、有機質含蛾的不同而表現出不同的磁化率峰值;磁化率曲線變化是剖面巖性和沉積旋回的一種反映.關鍵詞：磁化率;粒度；

2、柴達木盆地西部;西岔溝剖面中圖分類號:P631.2文獻標識碼：A磁化率（礦物學家稱之為體積磁化率）是物質被磁化難易程度的一種量度，表示單位體積樣品的感應磁化強度與外加磁場強度的比值，反映沉積物中磁性礦物的含量。定義關系式為k=M/H,式中M是在磁化率為k的物質中由夕卜加場H弓I起的磁化強度。沉積物是在特定的沉積環境中形成的,環境的變化會使沉積物的磁化率發生變化，也就是說，磁性特征的變化是對沉積環境控制的諸多過程的響應。這些過程包括植被演替、土壤發育、水動力條件和沉積作用的改變等。磁性礦物在這些過程中充當了環境信息的重要載體，可以作為古環境/古氣候重建的代用指標。磁化率作為表征物質磁學特征的物理

3、量，能夠判斷樣品記載的環境變化信息，分析古氣候變化規律及其細節，推斷樣品形成過程的環境條件，為古環境研究提供可靠的科學依據。自20世紀70年代Oldfield和Thompson創立環境磁學以來，國內許多專家學者應用磁化率分析進行了大量的黃土研究，在黃土地層的劃分、對比以及古環境序列的研究方面取得了豐碩的成果。近年來也有學者將磁化率指標引入第四系湖相磁學的研究，促進了湖盆地層對比及湖泊沉積環境研究的發展，但對于影響和控制磁化率變化的主要因素的研究還不夠深入。本文選取柴達木盆地西部西岔溝地區典型剖面為研究對象.對剖面沉積物的磁化率進行了測量，對磁化率數據進行了整理、統計和分析，擬尋求柴達木盆地西部

4、古近系-新近系沉積物磁化率特征、影響因素及所反映的環境意義，希望對今后探討柴達木盆地乃至青藏高原的演化史有所幫助。1研究區概況柴達木盆地位于青藏高原的東北隅，地處古亞洲構造域南緣附近，南鄰特提斯-喜馬拉雅構造域,是在柴達木地塊基礎上發育起來的中新生代山間盆地。構成該盆地的主體新近系古近系，是在前新生代伸展裂陷盆地基礎上發展、形成的以坳陷為主的盆地域，發育了巨厚的河湖相碎屑巖建造，總面積約12X104km2o研究區西岔溝剖面位于柴達木盆地西部茫崖凹陷西北端阿爾金斜坡西段（以下簡稱柴西地區），是柴達木古近系-新近系湖盆中邊緣斜坡帶的重要組成部分。剖面始于38°27'N,90

5、76;51'E,終至38°23N,90°53E,包括漸新統-中新統的下干柴溝組和上干柴溝組，總厚度約1616.0m（圖1）。其中漸新統下干柴溝組未見底，厚763.2m,分為上下兩段:下段主要為棕紅色礫巖、礫狀砂巖與棕紅色、黃綠色砂質泥巖互層;上段為灰色礫巖、砂巖、棕紅色粉砂巖、藍灰色泥巖。中新統上干柴溝組厚852.0m,與下干柴溝組為連續沉積.巖性主要為黃綠色、灰色、紫紅色鈣質泥巖、砂質泥巖與灰色砂巖互層，夾雜色泥巖、泥灰巖及疙瘩狀灰巖。采用KT-6磁化率計進行了剖面磁化率的測JftoKT-6磁化率計的最大測量精度為IXIO-'SI單位，自動測量:范圍為09

6、99.00X10-3SI單位。測間距一般為0.501.00m,最小0.05m,厚層礫巖段約2.00m。對露頭上顏色旋回清晰的207211層采取加密采樣的方法，測量間距平均為0.40m。實測磁化率數據共1871個，其中下干柴溝組713個，上干柴溝組1158個。收稿日期：2009-05-18,改回日期：2009-06-01.第一作者簡介:宋華穎（1982-）,女.碩I:研究生，主要從事沉積學方面的研究工作?；痦椖浚簢易匀豢茖W基金項目“青藏高原北部第三紀沉枳體制轉型與構造及氣候變化耦合過程研究”（編號：40572077）資助.中斯嫌山tfl下Mb山At下干*taA(KW«油田.2005

7、,斷層線，、，地質界找塔里木盆Jft圖1研究區位置及概況2測量結果分析2.1碎屑巖類型的磁化率特征2.1.1礫巖研究區礫巖非常發育，且多為紫紅色厚層塊狀,厚度20100cm不等,多處層間夾灰色透鏡狀的粉砂質泥巖。礫石粒徑大小懸殊，一般為23cm.最大15cm,最小2mm,平均為2cm,且成分復雜，有花崗巖、石英巖、硅質巖、變砂巖、片巖、變質巖及泥巖等，其中以石英、花崗巖及泥巖為主。外形總體上呈次棱角到次圓狀，分選較差磨圓中等，主要為顆粒-雜基支撐。對剖面中所測的495個礫巖(主要是細礫巖)的磁化率數據進行統計分析可知:分布在<0.03-0.06)X10-3$之間的礫巖磁化率數據有205個

8、，占整個礫巖磁化率數據的41.41%；分布在(0.06-0.09)X10SI之間的礫巖磁化率數據有144個，占所有礫巖磁化率數據的29.09%。整個剖面中礫巖磁化率的平均值為0.07X10-3SI(圖2)o圖2不同類型沉積物的磁化率分布2.1.2砂巖砂巖是研究區最為常見的一類巖石，根據研究需要被分為粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖,在上、下干柴溝組廣泛分布，大部分為淺灰色-黃灰色.部分層段呈現出褐色或棕褐色，分選、磨圓中等，發育各種沉積構造。進行鏡下薄片鑒定,并結合砂巖的礦物成分，認為研究區的砂巖主要為長石質巖屑砂巖、巖屑質石英砂巖、長石質石英砂巖。主要礦物成分為石英、長石(以微斜長石、斜長石為

9、主，部分長石絹云母化)、燧石、變質石英巖巖屑及云母(黑云母/絹云母)，膠結物主要為鈣質(方解石/含鐵質)染色后呈紫紅色。實測砂巖磁化率數據共計937個，其中粗砂巖160個，中砂巖147個,細砂巖309個，粉砂巖321個，有229個砂巖磁化率數據分布在(0.09-0.12)X10-3SI之間。粗砂巖的磁化率數據有41.25%分布在(0.030.06)X103SI之間，25.00%分布在(0.06-0.09)X103SI之間，平均值為0.07X10-3SIo中砂巖的磁化率數據在(0.060.12)X103SI之間分布最多，占到64.62%,平均值為0.12X10'SI。細砂巖的磁化率數據在

10、(0.06-0.15)X10一3SI之間分布最多，占73.47%,平均值為0.12X10fSI。粉砂巖的磁化率數據有91.89%出現在(0.06-0.18)X10-3SI之間，且有14.02%的數據出現在(0.150.21)X103S1之間，平均值為0.12X10-3SI(圖2,圖3)。2.1.3泥巖研究區的泥巖主要為黃綠色、紫紅色、淺灰色、藍灰色、深灰色和灰黑色，不同顏色的泥巖中粘土礦物的含量不同。整個剖面共實測泥巖磁化率數據460個，平均值為0.12X10-3SI,主要分布在(0.09粉砂巖(0.12-0.15.113)t砂巖(0.09-0.12.112)中砂巖(0.06-0.09,78)

11、中砂巖(0.06-0.09,78)粗砂巖(O.O3S.O6.66)0.030.060.090.120.150.180.210.240.27k/(I(PSI)圖3砂巖粒度與磁化率的變化關系0.12)X103SI和(0.12-0.15)X103SI之間，分別有155和116個，占33.7%和25.2%。分布在(0.120.18)X103SI和(0.180.27)X10_3SI之間的泥巖磁化率數據分別占34.1%和5.7%(圖2)。2.2不同顏色泥巖的磁化率變化特征對上、下干柴溝組460個泥巖磁化率數據按照不同顏色統計.結果如圖4所示。其中紫紅色-棕褐色泥巖102個，灰綠色-黃綠色泥巖250個,灰色

12、-深灰色泥巖70個，淺灰色-藍灰色泥巖38個。圖4不同顏色泥巖的磁化率從藍灰色-淺灰色泥巖到灰色-深灰色泥巖總體來看,磁化率的峰值呈逐漸降低的趨勢，灰色-深灰色泥巖的磁化率峰值為(0.09-0.12)X10-3SL淺灰色-藍灰色泥巖的磁化率峰值為(0.12-0.15)X103SIo紫紅色-棕褐色泥巖的磁化率數據主要分布在(0.12-0.15)X103SI區間內，灰綠色-黃綠色泥巖的磁化率數據明顯集中在(0.09-0.12)Xio-3si區間內，可見灰綠色-黃綠色泥巖的磁化率峰值低于紫紅色-棕褐色泥巖磁化率的峰值。2.3剖面旋回序列的磁化率變化特征從西岔溝上、下干柴溝組整個剖面來看，粗粒物質的磁

13、化率峰值遠不如細粒磁化率峰值高，磁化率曲線與其對應的巖層有較好的對應關系。為了詳細研究磁化率與巖性之間的關系，野外對剖面中的207211層磁化率進行加密采樣,研究結果如圖5所示?？梢钥闯?，不同粒級沉積物的磁化率表現出一定的規律性:從礫巖、砂巖到泥巖.磁化率的峰伉呈現出由低到高的趨勢，與粒度變化呈相反關系，磁化率的最高峰值總是出現在泥巖層位，最小值總是出現在礫巖層位上?？v向上,隨著沉積物由礫到含礫粗砂、粗砂、細砂、粉砂、粉砂質泥巖，磁化率的峰值呈低高變化，隨者沉積物顆粒呈粗一細變化旋回，磁化率也呈現低高的旋回，說明沉積物的磁化率可以作為研究剖面巖性變化與沉積旋網的替代指標。I606-I602-I

14、596-1594I610-I604-I592-15I584I57I57I572-I570-15821578-深度/巖性柱mI612-II.磴化率/(1(PSI)00.060.120.180.240.30含礫粗砂力圖5剖面旋回序列磁化率3討論3.1磁性礦物對磁化率的影響磁性是自然界一種普遍存在的現象,自然界中的所有物質按其磁性行為可分為：反磁性、順磁性和鐵磁性3類。常見的反磁性礦物有石英、長石、方解石、巖鹽等。順磁性礦物有云母、角閃石、輝石、鈦鐵礦、菱鐵礦和粘土礦物等。鐵磁性指物質隨外加磁場的作用產生很強的磁化強度，當達到飽和狀態時，磁化強度不再隨外加磁場的增強而增加，并且當撤出外加磁場后，仍有

15、部分磁化強度被保留(即剩余磁化強度)。鐵磁性礦物主要有鐵的氧化物和筑寰化物、鐵的硫化物及自然界不常見到的鈦、鉆、竦等一些過渡元素句。湖相沉積物中磁性礦物的來源主要有3種:外援磁性礦物、自生磁性礦物和成巖過程中產生的磁性礦物。在內陸非封閉性、沉積物以外援碎屑輸入為主的湖泊中，磁性礦物以鐵磁性氧化物為主，其濃度、種類和顆粒大小等特征，應與沉積物粒級組分相關，它影響磁化率的大小變化。據青海油田對西岔溝地區的高分辨率古地磁測年樣品分析化驗報告(2004年)，可知西岔溝上、下干柴溝組剖面沉積物的磁性礦物主要為耐風化的赤鐵礦、磁赤鐵礦及少量磁鐵礦。磁化率高的樣品含有多種磁性礦物，包括磁鐵礦、磁赤鐵礦和少量

16、針鐵礦、赤鐵礦，以低矯頑力的磁鐵礦和磁赤鐵礦為主3而磁化率低的樣品亦含有磁鐵礦、磁赤鐵礦和少1ft針鐵礦、赤鐵礦，但以高矯頑力的赤鐵礦和針鐵礦為主。分析表明，西岔溝剖面礫巖成分主要為花崗巖、石英巖、硅質巖、變砂巖，還有少最變質巖、片巖、泥巖?？偟膩碚f,這些巖石都是不太好的剩磁載體，硅質巖、石英巖及硅質較多的火成巖中氧化鐵的含戢往往比基性巖或中性巖中的氧化鐵要少8.9。泥巖中的粘土礦物組合以伊利石、伊/蒙混層和綠泥石組合為主，組合中各種礦物的含量隨層位變化而變化京，磁性礦物主要為原生剩磁的攜磁礦物磁赤鐵礦和赤鐵礦，少量樣品還含有磁鐵礦、針鐵礦，所含磁性礦物的量在所有巖性中最多。正是上述原因使得上

17、、下干柴溝組的礫巖磁化率遠低于泥巖的磁化率。3.2不同顏色泥巖磁化率峰值不同的影響因素沉積物的顏色可反映它們的巖石組成和有機質含信。研究表明，沉積物顏色變化與全球第三紀溫度的變化趨勢一致，隨著全球氣溫的降低，沉積物的顏色中紅色指數降低首先從有機質含fit在某種程度上對沉積物顏色的影響進行分析。SheuandPres-ley對墨西哥灣Orca盆地中的有機物進行分析并證明了：炭含地大于1%的泥頁巖呈黑色或黑灰色,而炭含量小于1%的呈淺灰色，灰色泥巖的顏色主要受有機質和鐵的硫化物影響。從上、下干柴溝組的藍灰色-淺灰色到灰色-深灰色泥巖總體來看，磁化率的峰值呈逐漸降低的趨勢，灰色-深灰色泥巖的磁化率峰

18、值為(0.09-0.12)XlO-SL淺灰色-藍灰色泥巖的磁化率峰值為(0.120.15)X103SI(圖4)o灰色泥巖的磁性礦物主要為原生剩磁磁鐵礦閆。出現這種悄況的原因是灰色-深灰色泥巖中相對較高的有機質含量降低了磁性礦物的含量，長期的滯水和還原環境導致了磁鐵礦轉化為弱磁性礦物",從而引起了磁化率的降低。沉積物中所含的礦物類型及沉積過程和成巖作用對沉積物顏色的影響更大。研究表明，大陸地殼的主要造巖礦物一長石與石英，為反磁性礦物,磁化率極低。水、鹽、方解石也為反磁性礦物，磁化率也很低。粘土礦物的磁化率均比較低,其中高嶺石最低，伊利石稍高,蒙脫石次之，綠泥石相對最高。占大陸地殼礦物組

19、成極小一部分的鐵磁性礦物是控制沉積物磁化率高低的主導因索口幻。McBride對來源于同一物源的泥巖顏色的變化進行研究表明:紅色和棕褐色的泥巖往往含有鐵質包殼;綠色的泥巖含有綠泥石和伊利石，缺乏赤鐵礦、有機質和硫化物。宋春暉等在對西岔溝剖面300個不同層段、不同巖性的代表性樣品進行了24步系統熱退磁(加熱區間50X?710P,低溫部分退磁溫度步長5(TC,磁鐵礦和赤鐵礦居里點附近步長5C10P)后發現:紫紅色、紅褐色泥巖樣品的系統熱退磁結果比交變退磁的結果理想，但是黃綠色樣品的結果不理想，一般在加熱到250X?以后，剩磁強度變化雜亂，剩磁方向紊亂8J4o由此可以判斷上、下干柴溝組紫紅色-棕褐色泥

20、巖的磁性礦物主要為原生剩磁的攜磁礦物磁赤鐵礦和赤鐵礦，還有少量磁鐵礦;黃綠色-灰綠色泥巖的磁性礦物為由后期成巖作用形成的次生剩磁的攜磁礦物針鐵礦。從圖4可以看出，紫紅色-棕褐色泥巖的磁化率主要分布在(0.12-0.15)X10"3SI區間內；黃綠色-灰綠色泥巖的磁化率明顯集中在(0.09-0.12)X10*1區間內。排除有機質對磁化率的影響，正是上述原因造成了上、下干柴溝組黃綠色-灰綠色泥巖的磁化率峰值低于紫紅色-棕褐色泥巖磁化率的峰值。綜上所述，沉積物的顏色表現是多種因素綜合影響的結果，不同顏色泥巖的磁化率受不同因素的控制。3.3磁化率在陸相盆地研究中的意義無論是沉積物的粒度、礦物

21、組成、沉積環境還是有機質的含量，引起的磁化率的改變最終都受控于大氣溫度和大氣降水兩個基本參量的改變。因此，依據湖泊磁化率可以了解豐富的環境和氣候信息，磁化率可作為氣候變化的代用指標。在年降水量為110mm的柴達木盆地西部地區，主要受西風環流和東亞冬季風的控制，湖泊沉積物磁化率的高低很好地指示了風力的強弱,對降水量:的反映很微弱。磁化率指標的變化很好地記錄了該區中更新世以來的氣候與環境變化O從陸源碎屑物質來源看,柴達木盆地西部地區碎屑物質主要來自阿爾金山系和東昆侖西段的祁漫塔格山系。從物源區性質來看，主要為中酸性巖漿巖、古生界變質巖和淺變質巖，以及古生界和中生界碎屑巖、火山碎屑和碳酸鹽巖。研究區

22、西岔溝地區重礦物以白欽礦、磁鐵礦、赤鐵礦、硅灰石、角閃石、檐石、錯石、石榴石和綠簾石為主，其中石榴石含M高達30.66%,磁鐵礦含屈16.10%.白欽礦含量8.60%，錯石含地10.12%，硅灰石含危11.60%,角閃石含量6.30%,反映出該區除了下古生界和下元古界變質巖系外，還伴隨有海西期花崗巖、花崗閃長巖等母巖性質，其物源方向為索爾庫里m。研究區遞變物質主要是粉砂、砂、含礫粗砂、礫,并且物質越粗，遞變層厚度越大，側向延伸也越遠。研究區的角礫巖成分主要為肉紅色的花崗巖礫和燧石礫巖，呈次棱角、棱角狀,分選好、磨圓差，雜基支撐，反映了近源快速堆積的特點。礫巖成分中的花崗巖礫石和片麻巖的含量越靠

23、近物源區越高。以上沉積特征綜合表明，研究區離物源區較近，沉積物未經K距離的搬運，結構成熟度較差，沉積物的巖石成分在很大程度上控制了磁化率的大小，使得礫巖的磁化率極低。在不考慮有機質的前提下,砂礫含械增加，意味著磁性礦物數量減少，從而使磁化率減小:反之磁化率就會增加。有機物的含扯也會對磁化率造成影響，由于沉積物形成后的氧化還原作用可改變沉積物的礦物組成，表現在沉積物的顏色不同，從而改變沉積物的磁化率。綜上所述,磁化率也可作為研究陸相地層剖面巖性變化的替代指標。4結論1) 柴達木盆地西部西岔溝地區上、下干柴溝組剖面中不同巖性、不同粒度沉積物的磁化率峰值不同，泥巖最大，礫巖(主要為細礫巖)最小,磁化

24、率大小與粒度呈相反關系。2) 泥巖中有機炭的含量及鐵離子的氧化狀態不同等，使得研究區的泥巖表現出不同的顏色、不同的磁化率峰值。其中灰綠色-黃綠色泥巖的磁化率峰值遠低于紫紅色-棕褐色泥巖磁化率的峰值，灰黑色-深灰色泥巖的磁化率峰值高于淺灰色-藍灰色泥巖磁化率的峰值。3) 在磁化率剖面旋回序列內，磁化率的峰值總是對應于細粒百分含地最大的層位，而最小值則對應于粗粒百分含雖最大的層位.磁化率曲線與其對應的巖層沉積物的旋回有很好的對應關系。因此，磁化率可作為研究剖面巖性變化及沉積旋回的替代指標。在此向一同去野外測量的孫瑕、達雪娟、杜秋定、榮建峰等表示衷心感謝！參考文獻1湯普森R.奧爾德費爾德F著.環境磁

25、學M.嚴堯基編譯.北京:地質出版社，1995.916.83982股勇，方念喬，王借，等.云南中甸納帕海湖泊沉積物的磁化率及環境意義.地理科學，2002,22(4)：4134183StageMorten.MagneticsusceptibilityascarrierofaclimaticsignalinchalkJ.EarthandPlanetaryScienceLetters,2001,188：17-274王建.劉澤純.姜文英，等.磁化率與粒度、礦物的關系及其古環境意義J.地理學報，1996,51(2)：1551625WangFei,LoChinghua,LiQi.etal.OnsettimingofsignificantunroofingaroundQaidambasin,northe