化学剩磁机制的微磁模拟研究

Paleomagnetic studies contribute fundamental understanding of the reconstruction of plate tectonics, the evolution of global climate change and the geodynamic nature of the Earth. However, chemical remanent magnetization (CRM) seriously contaminate the natural remanent magnetization. Generally, the CRM is acquired through two kinds of processes: grain growth/dissolution and changes in mineral composition, respectively. The conventional rock magnetic experiments, however, have great difficulties in decoupling the effects of CRM on magnetic recordings. Therefore, we propose to resolve this problem by using micromagnetic simulations combined with experimental observations. A wider range of grain geometries, morphologies and mineralogies of chemically changed assemblages will be examined to determine how CRM affect the paleomagnetic records.

古地磁学是恢复板块运动历史、重建全球变化、揭示地球内部过程等重大地质问题的主要手段之一。然而地质历史时期自然界对地质样品的化学改造，即地质样品获得的化学剩磁（CRM）制约了人们对样品中地磁场信息的正确认识。CRM可以通过磁性颗粒生长/溶解和化学转化两种方式产生。传统的岩石磁学方法，在对样品的磁性矿物粒径大小和均一性的控制上存在困难，且仅能单点、宏观、定性地研究CRM的磁性特征，无法连续、微观、定量地探讨CRM的磁化强度记录状态，难以深入解释CRM对地磁场记录的影响。本课题将使用微磁模拟方法探索化学转化后岩石古地磁场记录的可靠性，研究CRM的记录机制及其对岩石地磁场记录的影响。我们将发展微磁模拟方法，使之适用于模拟两种CRM过程，最终实现模拟复杂形态、多颗粒磁性矿物（即模拟地质样品）的CRM响应过程，并尝试与天然样品的磁学结果进行比较，探讨含有CRM的磁性矿物地磁场记录的提取方法。

古地磁学是恢复板块运动历史、重建全球气候变化、揭示地球内部过程等重大地质问题的主要手段之一。作为古地磁学数据采集的来源，岩石在地质历史中经历了各种化学变化，使得其数据的准确性需要重新进行评估。基于此，本课题尝试使用微磁模拟及相关岩石磁学的手段揭示CRM化学剩磁记录磁场的可靠性，包括弱场下矿物颗粒生长/溶解、颗粒化学转化、以及整体CRM获得过程的微磁模拟方法。在具体实施中，我们广泛调研并综述了国内外CRM研究资料和微磁模拟算法；同时基于东华理工大学超算实验室，搭建了微磁模拟平台；随后构建了基于Linux和Mac两种系统的微磁模拟程序，能够实现多颗粒矿物生长/溶解以及多相矿物的化学剩磁模拟问题；在此基础上，针对深海胶黄铁矿载磁和磁铁矿的低温氧化等行为进行了定量微磁模拟研究；并将CRM的研究结果应用于矿产资源勘探之中。在成果产出上，即构建出基于Merrill程序的CRM获得过程的微磁模型和模拟算法，并厘定了复杂形态多颗粒磁性矿物发生化学改造（如胶黄铁矿）时的磁性变化机制，随后在矿产资源勘探的拓展应用中，得到深部含矿与非含矿CRM的地表磁异常规律。该课题在CRM基础理论研究上的结果将为CRM在古地磁学中的磁记录可靠性提供依据，并大大提升古地磁数据的利用率；同时该课题在勘探领域的拓展应用，将为深部矿产勘查及定位提供重要依据。