不同氧化还原条件下沉积物记录剩磁的实验模拟研究

Marine sediments are ideal materials for recording relative paleointensity of the Earth’s magnetic field. The diagenesis will have an effect on paleointensity estimates. The influence of diagenesis on recording paleointensity signals is unclear, although researchers have studied the variations of rock magnetic properties of magnetite with different degrees of oxidation and reduction. In this project, we plan to analyze how biogenic and detrital magnetite record the remanent magnetization after undergoing different degrees of oxidation and reduction from redeposition experiments. We analyze the grain size, morphotypes, mineralogy and rock magnetic characters of biogenic and detrital magnetite undergoing different levels of oxidation and reduction in different lithology by rock magnetic measurements, electron microscopy and X-ray diffraction. We conduct redeposition experiments to obtain the direction and strength of remanent magnetization. We expect to find the connections between different levels of oxidation and reduction, rock magnetic charcacters and remanent magnetizations of samples to reveal how sediment magnetization would be affected by these factors. This project is conductive to learn how the oxidized and reductive sediments obtain remanent magnetization to improve the reliability of paleointensity data from a new perspective.

连续沉积的海洋沉积物是记录地磁场相对古强度变化的良好载体。沉积物的成岩作用会对其记录的相对古强度的结果产生影响。前人系统地研究了不同氧化和还原程度的磁铁矿的岩石磁学性质的变化，而关于对其记录的相对古强度的影响，目前尚不清楚。本项目计划采用再沉积实验模拟海相碳酸盐岩和粘土中不同氧化还原程度的生物成因和碎屑成因磁铁矿的剩磁记录特征。本项目运用岩石磁学、电子显微学与X射线衍射等方法，研究不同岩性中生物成因和碎屑成因磁铁矿在经受不同程度的氧化和还原后，矿物尺寸、形态、种类和岩石磁学性质如何发生变化。对处理后的样品进行再沉积实验，使用古地磁学方法获得样品记录的剩磁方向和相对强度。分析样品的氧化还原程度、岩石磁学性质与剩磁记录之间的关系，揭示氧化还原程度、岩性、生物成因和碎屑成因磁铁矿对剩磁记录的影响。该项目有助于更好地认识氧化还原作用下沉积物的剩磁获得机制，为提高相对古强度重建精度提供新的认识。

成岩作用会对沉积物记录的相对古强度结果产生影响。沉积物中的磁性矿物包括碎屑成因、生物成因和自生成因。尽管前人已通过再沉积实验来反映生物成因和碎屑成因磁铁矿对剩磁记录的影响，然而有关生物和碎屑成因磁铁矿在不同的氧化条件下如何记录剩磁，目前尚不清楚。为解决这一问题，本项目设计了不同磁场强度下（30 μT、50 μT、70 μT）不同氧化程度的磁性矿物（包括碎屑磁铁矿和磁小体）的再沉积实验。使用商业购买的磁铁矿扮演碎屑磁铁矿。通过以下5种方式处理商业磁铁矿：不对其做任何处理；在100°C水中加热1 h、在100°C水中加热2.5 h、在空气中加热至200°C以及在空气中加热至250°C。低温岩石磁学结果表明这五类商业磁铁矿氧化程度依次增加。对磁小体进行如下4类处理：通过超声震荡处理制备链结构被打散的MSR-1磁小体；将链结构打散的磁小体在100°C水中加热1 h；将链结构打散的磁小体在100°C水中加热4 h；将链结构打散的磁小体在100°C水中加热6 h。上述每类样品均有三个平行样，填充样品的介质分别为碳酸钙和高岭土。使用2G 760超导磁力仪测量上述样品的天然剩磁（NRM）、非磁滞剩磁（ARM）以及等温剩磁（IRM）。对于商业磁铁矿样品，无论是以碳酸钙还是以高岭土作为填充介质，在水中加热过的两类商业磁铁矿的NRM/IRM值均明显高于未处理的商业磁铁矿和在空气中加热过的商业磁铁矿样品。其中，当磁铁矿分别在200°C和250°C空气中被加热后，其NRM/IRM值均低于未做任何处理的磁铁矿样品；在250°C空气中加热的磁铁矿样品的NRM/IRM值最低。对于4类磁小体样品，以碳酸钙与以高岭土为填充物的样品表现出的剩磁记录特征并不一致。对于使用碳酸钙填充的磁小体样品，随着氧化程度的增加，NRM/ARM或NRM/IRM值逐渐降低。对于以高岭土为填充介质的磁小体样品，未经加热并且链结构破坏的磁小体样品的NRM/ARM或NRM/IRM值高于被加热过的磁小体样品的NRM/ARM或NRM/IRM值。该研究厘定了不同氧化程度的碎屑磁铁矿和磁小体记录剩磁的效率差异。