以辽东半岛南部卧龙古风化壳剖面为研究对象，分析其磁化率变化特征曲线，并与粒度特征结合分析，初步探讨辽东半岛南部的沉积环境及其古气候变化信息，研究结果表明：卧龙剖面磁化率曲线整体呈现出波动变化的趋势，频率磁化率百分数曲线从剖面顶部至底部呈现出波动减小的趋势，低频磁化率平均值为13.5 × 10⁻⁸m³/kg，百分比频率磁化率平均值为5.4%；粒度分析表明磁性矿物可能主要富集于2~63 um的粉砂组分中；卧龙剖面磁学参数的变化特征在一定程度上可以反映古气候信息，但能否作为恢复古气候的替代指标，还需深入研究。

环境磁学，粒度，古气候，辽东半岛

Yiming Duan^1*, Ge Zhang^1,2

¹Liaoning Normal University, Dalian Liaoning

²Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin Heilongjiang

Received: Mar. 1^st, 2021; accepted: Mar. 17^th, 2021; published: Mar. 29^th, 2021

In this paper, Wolong section as object, analyzing the changes of magnetic susceptibility characteristic curve, and combined with particle size characteristics analysis, the preliminary discussion of the Liaodong peninsula, sedimentary environment and ancient climate change information, the results show that magnetic susceptibility curve Wolong profile overall present a fluctuation change trend, the percentage of frequency magnetic susceptibility curve from the top section to appear at the bottom of the wave decreases, low frequency magnetic susceptibility averaged 13.5 × 10⁻⁸m³/kg⁻¹, the average frequency of magnetic susceptibility percentage is 5.4%; Particle size analysis shows that magnetic minerals may be mainly concentrated in the silty components of 2~63 um. The variation characteristics of magnetic parameters of Wolong section can reflect the palaeoclimate information to some extent. Whether it can be used as a substitute index for the recovery of palaeoclimate needs further study.

Keywords:Magnetic Susceptibility, Grain-Size, Liaodong Peninsula, Palaeoclimatic Significance

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磁性矿物的形成、搬运、沉积和改造与气候以及环境演化密切相关。因此，沉积物的磁性可以作为环境和气候演变过程的有效替代指标 [ 1 ]。磁化率是一种衡量物质被磁化难易程度的指标，其大小取决于样品中磁性矿物含量、组成(粒度和形状)以及温度的变化，广泛应用在古气候演变 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]、地层划分对比 [ 6 ] [ 7 ]、环境变化 [ 8 ] [ 9 ] 等研究领域。沉积物的磁学性质与物源及其赋存环境密切相关，因此可以根据沉积物所体现出来的磁学性质差异来反演其沉积环境。黄土–古土壤磁化率作为反演古气候演化的物理参数在中亚、欧洲和北美等地得到证实后，被广泛用于海陆气候对比和定量重建古气候 [ 1 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]。但是有研究发现，对于不同的沉积物磁化率的古环境意义不尽相同 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]，能否将磁化率作为反演古环境的代用指标尚无定论。本文以卧龙剖面为研究对象，通过磁化率指标，沉积物粒度等的综合对比，探讨磁化率对辽东半岛南部古气候环境有无指示意义，进而为辽东半岛的古气候演变及古环境变迁提供依据。

磁化率在卧龙剖面形成演化过程中是如何反应古气候的发展变化的，对古气候环境有无指示意义均应结合反应古气候的其他指标如粒度、孢粉等特征进行综合分析。沉积物的粒度分析在沉积环境以及物源领域占有举足轻重的地位 [ 18 ]，本文在充分了解研究区的地质概况基础上，对卧龙剖面进行磁化率以及粒度分析，探讨剖面爱在形成过程中磁化率与粒度的关系，研究其对古气候环境的意义。

辽东半岛是胶辽隆起的一部分，由震旦系石英岩、砂质灰岩、片岩、片麻岩及一些古生代地层组成。大断裂控制东西两侧，是郯庐断裂带及其形成的断陷区。离石黄土堆积前，辽东半岛常处于湿热的陆地环境，并经受长时期的侵蚀夷平，形成了面积广大的准平原，震旦、寒武系地层直接出露地表，或埋藏于第三系及第四系松散堆积物之下。第三纪晚期，辽东半岛的灰岩分布区上发育了厚层红色风化壳，在风化壳的下部埋藏有规模大小不等的石芽。研究区位置及采样点见图1。

图1. 研究区位置图

古风化壳通常与古夷平面相伴而生，是古夷平面的重要组成部分 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]。结合已有资料及研究结果，辽东半岛存在几级夷平面 [ 22 ]。课题组在室内搜集阅读古夷平面文献156篇(通过知网、万方、图书馆、期刊资料室等多种途径获得)、辽宁省区域地质志1本、庄河市区域调查报告5份，初步确定于庄河地区进行样品采集。本次研究对象为红色古风化壳，故在野外勘察过程中重点勘察有红色古风化壳出露的地区。自2019年10月16日起在庄河地区进行野外实地考察，先后共计6次，累积25人次，经过对庄河地区地质地貌特征野外勘察以及现场对比后最终确定卧龙剖面(见图1)。

卧龙剖面位于辽宁省庄河市，经纬度为122˚31'13.8''E，39˚31'32.22N。露头为1.5米，颜色呈红棕色，质地密实，未见层理。从露头处可以看到明显的分层，中间层是砾石层，大约为0.3米。地表至砾石层顶部为0.6米，砾石层底部至地面为0.6米。考虑到扰动的因素，从砾石层底部清理剖面，去除表层土体，向下清理出1米的剖面，未见基岩。第一次采样，将1米的剖面按20厘米为间隔取样(在野外观察到剖面的颜色、粒度等变化不明显，故以20 cm间隔取样)，共取5个样品，从上到下，标号为Q5~Q1(见图2)。第二次在卧龙剖面的相同位置处，清理掉表土层，利用钻机打钻的方式，向下打钻1.9米，以10厘米为间隔取出样品(观察到样品的颜色、粒度等随着深度变化较为显著，故以10 cm为间隔取样)，共取得19个样品。从上到下标号为WL1~WL19。WL1~WL11号样品颜色呈红棕色，质地紧密，WL12~WL19号样品颜色偏黄棕色，质地较为松散(见图2)。

图2. 卧龙古风化壳采样情况

实验步骤如下：

1) 将样品装在容积为1 cm³的磁学样品专用塑料盒中，装满压实，称其质量，求出平均密度；2) 用MS-2型磁化率测量系统(英国Bartington公司生产)分别测定每一样品的容积磁化率K_lf(低频)、K_hf(高频))，测量三次取平均值；3) 计算样品的质量磁化率χ (10⁻⁸m³/kg)与频率磁化率χ_fd。

计算公式 [ 23 ] 如下：

χ = K / ρ (1)

χ f d % = K l f − K h f K l f × 100 (2)

式中： ρ 为样品的平均密度， ρ = w / v ，单位为kg/cm³；K为容积磁化率，K_lf表示0.46 kHz下的容积磁化率，K_hf表示4.6 kHz下的容积磁化率；χ表示质量磁化率，χ_lf表示低频质量磁化率，χ_hf表示高频质量磁化率，χ_fd为频率磁化率。

磁化率在测量过程中受周围环境影响较大，故在实验过程中远离金属物品，保证实验结果的准确性，另外所有样品在测量K_lf与K_hf时均测量3次，经背景值修正后取其平均值，并且在测量样品质量时也是在电子天平上测量三次取其平均值，以保证测量结果准确。

卧龙剖面所测得的磁化率数据见表1。χ_lf变化范围为6.5 × 10⁻⁸m³/kg~22.4 × 10⁻⁸m³/kg，平均值13.50 × 10⁻⁸m³/kg，变异系数37.57%；χ_hf的变化范围为6.2 × 10⁻⁸m³/kg~20.7 × 10⁻⁸m³/kg，平均值12.81 × 10⁻⁸m³/kg，变异系数为38.51%。

表1. 卧龙剖面磁化率数据

卧龙剖面的低频磁化率和高频磁化率的变化趋势见图3，在曲线上表现为四个波峰和三个波谷。波峰出现在WL2号样(1.69 m)、WL6号样(2.09 m)、WL12号样(2.69 m)以及WL15号样(2.99 m)，对应的磁化率值分别为分别16.8 × 10⁻⁸m³/kg和16.2 × 10⁻⁸m³/kg、20.7 × 10⁻⁸m³/kg和20.4 × 10⁻⁸m³/kg、18.9 × 10⁻⁸m³/kg和18.8 × 10⁻⁸m³/kg以及17.6 × 10⁻⁸m³/kg和17.4 × 10⁻⁸m³/kg。有三个明显的波谷，分别出现在WL4号样(1.89 m)所测得的10⁻⁸m³/kg和8.0 × 10⁻⁸m³/kg、WL7号样(2.19 m)所测得的7.2 × 10⁻⁸m³/kg和6.5 × 10⁻⁸m³/kg、WL13号样(2.79 m)所测得的9.8 × 10⁻⁸m³/kg和8.8 × 10⁻⁸m³/kg。

以WL12 (2.69 m)位置处为分界线，卧龙剖面上部χ_lf的平均值为14.0 × 10⁻⁸m³/kg，χ_hf的平均值为13.1 × 10⁻⁸m³/kg，χ_fd(%)的平均值为6.9%，下部χ_lf平均值为12.6 × 10⁻⁸m³/kg，χ_hf的平均值12.3 × 10⁻⁸m³/kg，χ_fd(%)的平均值为2.4%。表明该风化壳下部的风化发育程度要弱于上部。

图3. 卧龙剖面磁化率变化曲线

χ_fd(%)在风化成壤方面更具有指示意义 [ 23 ]，卧龙剖面的χ_fd(%)随着深度的增加χ_fd(%)总体上有波动减小的趋势，χ_fd(%)的变化范围在0%~10.9%之间，平均值为5.4%，标准差为3.6，χ_fd(%)的最大值出现在WL13号样(2.79 m)，值为10.4%。χ_fd(%)波动变化的趋势与前文粒度分析与化学元素分析相对应，说明卧龙剖面风化壳在形成的过程中上部的发育程度要强于下部，并且在形成的过程中气候在波动变化。

卧龙剖面磁化率曲线整体呈现出波动变化的趋势，频率磁化率百分数曲线从剖面顶部至底部呈现出波动减小的趋势；磁化率与粒度的关系表明磁性矿物多存在于较细的沉积物颗粒中；辽东半岛红色风化壳是在晚第三纪高温多雨且潮湿的古气候条件下形成的，由此辽东半岛也经历了由湿热的晚第三纪季风型气候向半湿润半干旱的第四纪温暖气候以及干寒气候转变的趋势，卧龙剖面在一定程度上可以反映沉积时古环境的变化信息，但是能否作为指示古环境的替代指标还需要深入研究。

本文在投稿期中获得编辑部与审稿人的关键性修改意见，在此向您们的支持和帮助由衷地表示感谢！

段一明,张 戈. 辽东半岛南部卧龙古风化壳磁化率分析Characteristic of Magnetic Susceptibility and Its Primarily Interpretation of Weathering Crust in Liaodong Peninsula[J]. 地球科学前沿, 2021, 11(03): 339-348. https://doi.org/10.12677/AG.2021.113029