中国黄土沉积物的磁性增强机制进展

徐新文， 强小科， 符超峰，3， 赵 辉， 陈 艇

(1.中科院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西西安 710075;2.中国科学院研究生院，北京 100049;3.长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西西安 710075)

中国黄土沉积物的磁性增强机制进展

徐新文1，2， 强小科1， 符超峰1，3， 赵 辉1，2， 陈 艇1，2

(1.中科院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西西安 710075;2.中国科学院研究生院，北京 100049;3.长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西西安 710075)

中国黄土沉积物很好地记录了第四纪以来丰富的地磁场和古气候信息，岩石磁学、环境磁学在第四纪古环境研究中扮演着及其重要的角色。通过回顾近年来中国黄土沉积物研究取得的一系列成果，总结黄土沉积物磁性增强的主导机制，并提出黄土研究中今后应注意的问题，如成土作用、埋藏、浅育化作用等对剩磁记录的影响和磁学信息的分离等。

中国黄土沉积物;磁性增强机制;成土作用

1 工作原理及研究意义

在黄土沉积物的研究中，环境磁学方法由于成本低廉、快速简洁等特点受到了古气候学者的广泛青睐(Thompson et al.，1986;Verosub et al.，1995;Dunlop et al.，1997;Evans et al.，2001;Tauxe，2005;Liu et al.，2007)，磁学参数可以有效的反应黄土－古土壤旋回，在古环境重建中得到了广泛的应用，其中磁化率作为东亚夏季风的代用性指标得到了古气候学家们的广泛认可(An et al.，1991;Kukla，1988;Heller et al.，1986;Heller et al.，1995;Liu et al.，1993，1999，1998;Maher et al.，1995;Maher，1998a;Deng et al.，2006;李传想，2011)。然而，磁学性质并不是古环境变化的直接反应，这就要求在应用磁学参数进行古环境、古气候研究时必须首先查明磁性增强－减弱的机制和根本原因。在过去的30 a中，奋战在中国黄土高原的广大中外学者对此进行了大量的研究工作，通过研读他们的成果，在此做一个回顾，了解目前研究的方向和工作程度，并总结将来工作中可能的研究方向和内容。

2 磁化率增强机制的主要观点及发展

在中国黄土沉积物研究当中，磁化率被认为是夏季风强度的良好替代性指标，自1980年代以来，黄土－古土壤磁性增强机制的研究开始广泛开展起来，并且取得了大量研究成果。沉积环境中，磁性矿物的形成、搬运、沉积和沉积后的改造都会受到环境和气候变化的影响。因此，研究工作也主要集中于这几个地质过程对磁性矿物的影响过程和影响程度。由于地理位置和气候条件的不同，对于增强机制的解释也存在很大的差异，目前主要存在以下几种说法:成土过程中细颗粒强磁性矿物的生成(Zhou et al.，1990;Heller et al.，1991;Maher et al.，1991)，沉积物的压实和碳酸盐淋滤作用(Heller et al.，1984)，黄土和古土壤母质和源区的差别(Rolph et al.，1993)，来自源区粉尘的稀释作用(Kukla，1988;Porter et al.，2001)，自然燃烧(Kletetschka et a.，1995)，植物残体分解(Maher，1988b;Meng et al.，1997)以及微生物生化过程中形成的超细颗粒磁性矿物(贾荣芬等，1996)等。不过，随着大量岩石磁学方法的使用、研究不断深入，越来越多的学者倾向于成土作用的强度是导致黄土与古土壤中磁化率差异的本质因素，是磁性增强的主导机制(Evans et al.，1994;Maher，1998a，1998b;Van Oorschot et al.，2002)。Zhou等(1990)认为，成土过程中细颗粒磁性矿物(磁铁矿和磁赤铁矿)的形成是造成古土壤中磁化率增强的主要因素。Maher(1992)指出，成土过程中形成细颗粒磁铁矿为磁化率的主要贡献者。而 Liu等(1993)则认为该过程中细颗粒磁性矿物除磁铁矿和赤铁矿外，磁赤铁矿也具有较大的贡献。

磁性矿物是沉积物中记录古地磁场和古环境变化信息的载体，其矿物组成和粒径分布决定了沉积物的磁学性质。在中国黄土沉积物中的磁性矿物主要包含亚铁磁性矿物磁铁矿、磁赤铁矿、反铁磁性矿物赤铁矿和针铁矿等四种，其中磁铁矿和磁赤铁矿是最主要的载磁矿物，对磁化率和剩磁等磁学性质贡献最大，且粒径分布较广，既有细颗粒的超顺磁性颗粒和单畴颗粒，也有较粗的准单畴和多畴颗粒。那么，究竟是何种粒径、哪一种或几种磁性矿物，是磁性增强的主要因素呢?磁性增强机制的研究进一步指明主导该增强机制磁性矿物的种类和粒径分布两个方面(Heller et al.，1995;Velzen et al.，1999;Evans et al.，2001;邓成龙等，2007)。

在磁性矿物种类方面，Zhou等(1990)认为，成土过程中细颗粒磁性矿物(磁铁矿和磁赤铁矿)的形成是造成古土壤中磁化率增强的主要因素;Maher等(1992)指出，成土过程中形成的细颗粒磁铁矿为磁化率的主要贡献者;而Liu等(1993)则认为该过程中细颗粒磁性矿物除磁铁矿和赤铁矿外，磁赤铁矿也具有较大的贡献。随后的大量岩石磁学证据表明，成土过程中形成的细颗粒磁赤铁矿，而不是先前认为的磁铁矿含量，是构成黄土－古土壤中磁性增强的主导机制(Eyre et al.，1994;Liu et al.，2004b)。穆斯鲍尔谱分析显示，铁元素一部分赋存于磁铁矿和磁赤铁矿中，而另外一部分则赋存于赤铁矿中，且比值与磁化率成正比，表明磁化率的增强是由磁铁矿和磁赤铁矿含量的增加引起(Vandenverghe，1998)。陈天虎等通过透射电子显微镜(TEM)分析表明，在黄土、古土壤样品中均广泛存在着一些微观二元结构，有磁铁矿核－赤铁矿环，磁铁矿核－磁赤铁矿环和磁赤铁矿核－赤铁矿环三种组合(Chen et al.，2005)。这些二元结构均是磁铁矿低温氧化后的产物，在粉尘源区，氧化较为充分，小颗粒的磁铁矿完全转化为赤铁矿，而颗粒较大的磁铁矿，内部会保留有部分磁铁矿，与外层氧化形成的赤铁矿组成类似核－幔的二元结构;在沉积区，成土成因的磁铁矿由于低温氧化而向磁赤铁矿转化，转化不完全时会残留有磁铁矿核，形成磁铁矿核－磁赤铁矿环结构，而当磁铁矿颗粒较小时，氧化程度较高，全部转化为磁赤铁矿，磁赤铁矿表面则会进一步氧化为赤铁矿，从而形成磁赤铁矿核－赤铁矿环结构(陈天虎等，2003;Chen et al.，2005;Xie et al.，2008)。现代土壤的研究结果(Torrent et al.，2006)也证实了在排水性良好的土壤类型中，氧化作用较强，生物/非生物成因的磁铁矿均大部分转化为磁赤铁矿，而且细颗粒的磁赤铁矿表现出良好的稳定性，不会进一步向赤铁矿传化。实验室合成实验同样显示了水铁矿在低温下可以直接转化为磁赤铁矿(Banerjee，2006;Cabello et al.，2009)。

在粒径分布方面，目前的研究主要通过分粒级研究和岩石磁学分析来实现。分粒级的结果表明，无论黄土还是古土壤样品，小于0.3 μm(Xie et al.，2009)或0.5 μm(Han et al.，1999)颗粒的磁化率和频率磁化率值均最高。在黄土中，大于10 μm颗粒对样品磁化率的贡献为48.26%;而在古土壤中，小于0.3 μm颗粒对样品磁化率的贡献则为59.86%(Xie et al.，2009)。综合磁性提纯和CBD技术，Xie等(2009)指出在黄土中，粗颗粒粉尘成因磁性矿物对磁化率的贡献超过50%，成土成因磁性矿物的贡献也可达到37%;古土壤中，成土成因磁性矿物的贡献则要大于70%。岩石磁学分析则认为主导黄土－古土壤中磁化率增强的因素是成土过程中形成的单畴颗粒磁性矿物(以磁赤铁矿为主)的含量(Eyre et al.，1994;Liu et al.，2004b，2005)。Eyre等(1994)指出，古土壤中频率磁化率百分含量在升高到12%时达到饱和，而且不会随着磁化率的继续升高而增大，磁化率的增强并非由于粒度分布的变化，而是磁性矿物含量的变化引起。Liu等(2004a)通过磁性提纯后的样品研究指出，去除粉尘背景值的贡献，频率磁化率百分含量在14%达到饱和，与磁化率所表征的成土作用强度不相关。频率磁化率与磁化率线性相关，表明无论黄土还是古土壤，磁性矿物的粒径分布几乎恒定不变;频率磁化率所表征的处于狭窄区域内(约25～30 nm)超细磁性颗粒的含量与小于该阀值磁性颗粒的含量成正比，依然可以作为表征细颗粒磁性矿物含量的参数。非磁滞剩磁(ARM)对稳定单畴颗粒(约25～100 nm)比较敏感，与磁化率的良好相关性表明ARM可以表征粒径在25～100 nm范围内磁性颗粒的含量。而在磁性提纯后，ARM值减少较小则表明此范围内的磁性颗粒不易被磁性提取，为成土成因。通过低温试验，Liu等(2004b)计算了超顺磁性颗粒和单畴颗粒对磁化率的贡献，结果显示单畴的贡献要大于超顺磁性颗粒，而计算所得的成土成因磁赤铁矿峰值粒径刚好大于SP/SD的阀值。Torrent等(2007)得到了相似的结论，认为细颗粒(SP+SD)磁赤铁矿是水铁矿在成土过程中的向赤铁矿转化的中间产物，其含量增加是磁性增强的主导因素。

综上所述，经过大量研究尤其是岩石磁学方面的证据，目前取得的研究成果趋向于主导这种磁性增强的因素是成土过程中形成的单畴磁赤铁矿含量升高。

3 黄土沉积物环境磁学研究需解决的问题

大量成果表明，黄土沉积物磁性增强机制主要由成土作用的强度控制。但是，成土作用只是沉积后改造的一个方面，而且沉积后改造也仅仅是黄土沉积物这一地质体涉及的形成、搬运、沉积和沉积后改造一系列复杂过程中之一。我国黄土沉积物分布及其广泛，黄土沉积区在地理位置和气候条件等方面存在着显著的差异，那么这一磁性增强机制是否适用于所有地区还不得而知。就目前的研究来看，在整个黄土高原腹地，这一普遍增强机制是存在的。不过，也存在一些令人费解的问题。如，地处黄土高原中部的宝鸡，与高原内部的洛川和西峰等剖面相比，成土作用最强的S5古土壤却不是磁化率最高的层位。对于这一问题，刘秀铭(2007)认为磁化率与有效降水的关系并非单一的正相关，当有效降水超出一个临界值后，磁化率将与其成反相关。国外的一些黄土沉积物中磁化率和成土作用的强度显示了不相关、甚至负相关，应该进一步加强不同地区成土作用对磁化率变化的影响研究。

黄土－古土壤与其下伏红粘土具有相似的成因，都属于风成沉积物(Ding et al.，1992;Sun et al.，1998;An et al.，2001;Lu et al.，2001;Qiang et al.，2001;Guo et al.，2002;Liu et al.，2003)。近年来开展的一些研究表明，红粘土与黄土－古土壤具有相似的磁性增强机制，即细颗粒磁性矿物的含量是决定磁化率高低的主要因素，细颗粒磁性矿物含量越高磁化率越高，反之亦然。岩石磁学研究(Liu et al.，1992;刘秀铭等，2001;Qiang et al.，2005)表明，红粘土与黄土－古土壤具有共同的磁性矿物，即磁铁矿、磁赤铁矿核赤铁矿，但矫顽力略高;红粘土磁化率与成土过程中形成的超顺磁性颗粒含量呈正相关。朝那剖面的研究结果显示，与黄土类似，红粘土中频率磁化率与磁化率和非磁滞剩磁均呈现良好的线性关系，表明磁性增强也是在成土过程中由形成细颗粒磁性矿物的含量所致;频率磁化率与磁化率线性拟合后的斜率大于黄土，推测红粘土中细颗粒(SP)磁性矿物的含量更高(Nie et al.，2007，2008)。不过，在距离西峰和朝那较近的灵台却得到了相矛盾的结论。Hu等(2009)通过对灵台剖面详细的岩石磁学和地球化学研究指出，红粘土与上覆黄土－古土壤具有相似的风成沉积特征，但红粘土风化程度更高，粒度更细;红粘土比黄土磁化率低，磁性矿物含量低，矫顽力高，赤铁矿和针铁矿的相对含量高;红粘土中的游离铁含量高，活性铁含量低，且活性铁和活性铁/游离铁与磁化率具有很高的相关性(R2分别为0.533和0.567)。磁化率随深度递减，受埋藏后潜育化作用改造明显，磁性明显减弱，不能反映成土作用的强度(Ding et al.，2001;Hu et al.，2009)。由此可见，在研究风成沉积物磁性增强机制中，不仅区域气候条件的影响很大，埋藏条件和埋藏后的浅育化作用同样值得关注。

成土作用是一个复杂的过程，不仅包含了对原生磁性矿物的改造，同时还会形成新的磁性矿物。黄土沉积物中主要的磁性矿物有磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿等，其中磁铁矿和磁赤铁矿是主要的载磁矿物，对磁化率等磁学参数的贡献最大。但这些磁性矿物之间并不是一成不变的，而是会在一定的物理、化学条件下进行相互转化。在低温氧化过程中，磁铁矿会向磁赤铁矿转化，而磁赤铁矿则会进一步转化为赤铁矿。成土作用在它们之间的转化过程中扮演什么样的角色目前还不得而知。搞清楚这些问题对于理解成土作用对磁性矿物种类、含量和粒径的影响，磁学参数的环境学意义乃至古地磁结果的可靠性都具有十分重要的意义。同时，区分来自源区的原生磁性信息和沉积区的次生磁性信息成为了备受关注的课题。中国黄土沉积物中，既有来自风尘源区的粗颗粒磁铁矿，又有来自沉积区次生的细颗粒磁铁矿和磁赤铁矿。过去的一些研究表明，利用柠檬酸盐－碳酸氢盐－连二亚硫酸盐(CBD)按照特定的步骤，可以有效的溶解磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿和成土成因的细颗粒磁铁矿(Hunt et al.，1995)。Deng等(2005)通过CBD方法系统地研究了交道剖面的磁学参数变化，认为成土作用的加强使得成土成因磁铁矿和磁赤铁矿含量升高，粒径变细，CBD处理后各磁学参数的长期变化显示了冬季风加强的趋势。同时，赤铁矿信息的分离随着实验仪器精度的提高和试验方法的创新和改进而成为可能。目前有效的方法有高温退磁后的特征剩磁(580～680℃)、高场交变退磁后的特征剩磁(100～150 mT)，Lowrie三轴热退磁方法中的高矫顽力组分以及磁性提纯后的一些矿物学测试(XRD)。Deng(2006)采用对饱和等温剩磁进行交变退磁的方法来分离赤铁矿的信息，在靖边剖面的研究中，认为100 mT的交变场可以有效地清洗掉粗颗粒磁铁矿携带的剩磁，SIRM100mT的载 体 主 要 是 赤 铁 矿，且 SIRM100mT/SIRM、SIRM100mT/SIRM30mT和 SIRM100mT/SIRM60mT均可以指示赤铁矿的相对含量变化，并通过这几个参数在第四纪以来呈现长尺度降低的趋势指明了无论是黄土高原沉积区还是粉尘源区的干旱化总体上都是增强的。不过目前此类研究尚少，还没有得到广泛的认可及大量应用，因此，今后在赤铁矿的分离上还具有很大的研究空间。

4 研究实例

塬堡剖面(35°38'N，103°10'E)位于甘肃临夏市西北15 km处，由于地处六盘山以西，具有沉积厚度大、分别率高的特点(曹继秀等，1997;Chen et al，1999)。曹继秀(1997)通过对比分析磁化率和有机质含量、碳酸盐含量和粒度特征随剖面深度的变化之处，碳酸盐和有机质的稀释作用无法改变磁化率的变化趋势，且磁化率和粒度特征反映的古气候信息具有很高的一致性，结合孢粉组合认为磁化率高值主要形成于亚热带植物富集的间冰期，而低值则形成于旱生植物发育的冰期，并认为磁化率应由土壤化作用的强度决定。Liu等(2004c)通过对塬堡剖面S1－L2(38～41 m)黄土和古土壤样品进行了低温试验，并用饱和等温剩磁在Verwey转变前后的变化来指示粗颗粒磁铁矿的变化，认为这些粗颗粒的磁铁矿为粉尘带来，与冬季风强度密切相关。在此基础上，结合频率磁化率的变化，对Chen等(1999)对剖面中S1和L2的地层划分进行了修正，将L2顶部约70 cm和S1S3底部约40 cm划分蚀变后的黄土。随后，通过χARM的衰减速率反映的单畴颗粒(SD)，并在实际研究中表明其对整体磁化率的贡献大于频率磁化率百分含量(χfd%)反映的超顺磁性颗粒(SP)对磁化率的贡献，表明主导古土壤磁化率磁性增强的因素为细颗粒磁性矿物的含量的升高，且SD颗粒占有更重要的作用(Liu et al，2004a)。χfd%与χARM的衰减速率呈极好的正相关，R2可达0.95，表明成壤作用增强不仅生成了大量的SP颗粒，且SD颗粒同样是该过程的主要产物(Liu et al，2004b)。进一步研究表明，χfd%随着磁化率的增强逐渐增强，但当达到约14%将不再继续增大，达到了一种类似饱和的状态，指出了成壤作用过程中新生成的磁性矿物粒径分布恒定不变，即SP和SD颗粒的相对含量不随成壤作用的强度而变化(Liu et al，2005)。而这些结论都为理解整个黄土高原地区黄土－古土壤中磁性增强的主导机制提供了理论基础和研究实例。

5 总结

中国黄土沉积物中，磁学信息的主要载体是磁铁矿和磁赤铁矿，同时赤铁矿也包含了很多有用的信息。成土过程中新生成的大量细颗粒磁铁矿和磁赤铁矿是造成古土壤磁性增强的主导机制。但是越来越多的研究表明，由于地理位置和气候条件的差异，黄土沉积物的磁学性质及其变化机制表现出了显著的地区性。同时，埋藏条件和埋藏后的浅育化作用同样值得关注。中国黄土沉积物很好的记录了第四纪以来的区域和全球环境变化信息，但目前定量化研究还比较缺乏，黄土沉积物定量化气候学研究将是未来发展的主导方向。

曹继秀，张宇田，王建民，等.1997.塬堡黄土剖面15万年以来磁化率气候记录及黄土磁化率时空特征［J］.兰州大学学报:自然科学版，33(1):124－132.

陈天虎，Xu Huifang，季俊峰，等.2003.黄土中强磁性矿物透射电子显微镜观察和成因分析［J］.科学通报，48(17):1883－1889.

邓成龙，刘青松，潘永信，等.2007.中国黄土环境磁学［J］.第四纪研究，27(2):193－209.

丁仲礼，刘东生.1991.1.8Ma以来黄土－深海古气候记录对比［J］.科学通报，36:1401－1403.

丁仲礼，孙继敏，余志伟，等.1998.黄土高原过去130ka来古气候事件年表［J］.科学通报，43(6):567－574.

贾蓉芬，颜备战，李荣森，等.1996.陕西段家坡黄土剖面中趋磁细菌特征与意义［J］.中国科学(D)，26(5):411－416.

李传想，宋友桂.2011.黄土高原朝那剖面风尘堆积序列磁化率的古环境意义［J］.东华理工大学学报:自然科学版，34(1):33－40.

刘东生.1985.黄土与环境［M］.北京:科学出版社:1－481.

刘东生.2009.黄土与干旱环境［M］.合肥:安徽科学技术出版社:3－176.

刘秀铭，夏敦胜，刘东生，等.2007.中国黄土和阿拉斯加黄土磁化率气候记录的两种模式探讨［J］.第四纪研究，27(2):210－220.

刘秀铭，安芷生，强小科，等.2001.甘肃第三系红粘土磁学性质初步研究及古气候意义［J］.中国科学(D)，31(3):192－205.

An Z S，Kukla G J，Porter S C，et al.1991.Magnetic susceptibility evidence of monsoon variation on the Loess Plateau of central China during the last 130，000 years［J］.Quaternary Science Reviews，36:29－36.

An Z S，Kutzbach J E，Prell W L，et al.2001.Evolution of Asian monsoon and phased uplift of the Himalaya－Tibetan Plateau since Late Miocenetimes［J］.Nature，411:62－66.

An Z S，Liu T S，and Lu Y C.1990.The long－term paleomonsoon variation recorded by the loess－paleosol sequence in central China［J］.Quaternary International，7:91－95.

An Z S.2000.The history and variability of the East Asian paleomonsoon climate［J］.Quaternary Science Reviews，19:171－187.

Banerjee S.2006.Environmental magnetism of nanophase iron minerals:testing the biomineralization pathway［J］.Physics of the Earth and Planetary Interiors，154(3－4):210－221.

Cadello E，Morales，Serna C J，et al.2009.Magnetic enhancement during the crystallization of ferrihydrite at 25 and 50℃［J］.Clay and Clay Minerals，57(1):46－53.

Chen F H，Bloemendal J，Feng Z D，et al.1999.East Asian monsoon variations during Oxygen Isotope Stage 5:evidence from the northwestern margin of the Chinese loess plateau［J］.Quaternary Science Review，18:1127－1135.

Chen T H，Xu H，Xie Q Q，et al.2005.Characteristics and genesis of maghemite in Chinese loess and paleosols:Mechanism for magnetic susceptibility enhancement in paleosols［J］.Earth and Planetary Science Letters，240(3－4):790－802.

Deng C L，Shaw J，Liu Q S，et al.2006.Mineral magnetic variation of the Jingbian loess/paleosol sequence in the northern Loess Plateau of China:Implications for Quaternary development of Asian aridification and cooling［J］.Earth and Planetary Science Letters，241(1－2):248－259.

Deng C L，Vidic N J，Verosub K L et al.2005.Mineral magnetic variation of the Jiaodao Chinese loess/paleosol sequence and its bearing on long－term climatic variability［J］.Journal of Geophysical Research，110:1－17.

Ding Z，Sun J，Liu T，et al.1998.Wind－blown origin of the Pliocene red clay formation in the central Loess Plateau.China［J］.Earth and Planetary Science Letters，161(1－4):135－143.

Ding Z.1994.Towards an orbital time scale for Chinese loess deposits［J］.Quaternary Science Reviews，13:39－70.

Ding Z L，Derbyshire E，Yang S L，et al.2002.Stacked 2.6－Ma grain size record from the Chinese loess based on five sections and correlation with the deep－sea δ18O record［J］.Paleoceanography，10(3):10.

Ding Z L，Rutter N W，Han J T，et al.1992.A coupled environmental system formed at about 2.5Ma in East Asia［J］.Paleogeography，Paleoclimotology.Paleoecology，94:223－242.

Ding Z L，Sun J M，Yang S L，et al.2001.Geochemistry of the Pliocene red clay formation in the Chinese Loess Plateau and implications for its origin，source provenance and paleoclimate change［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，65(6):901－913.

Dunlop D J，zdemirÖÖ.1997.Rock Magnetism:Fundamentals and Frontiers［M］.London:Cambridge University Press.

Evans M，Heller F.1994.Magnetic enhancement and palaeoclimate:study of a loess/palaeosol couplet across the Loess Plateau of China［J］.Geophysical Journal International，117(1):257－264.

Evans M，Heller F.2001.Magnetism of loess/palaeosol sequences:recent developments［J］.Earth Science Reviews，54(1－3):129－144.

Evans M E，Heller F，Bloemendal J，et al.1997.Natural Magnetic Archives of Past Global Change［J］.Surveys in Geophysics，18(2－3):183－196.

Eyre J，Shaw J.1994.Magnetic enhancement of Chinese loess－the role of γFe2O3［J］.Geophysical Journal International，117:265－271.

Guo Z，Ruddiman W，Hao Q，et al.2002.Onset of Asian desertification by 22 Myr ago inferred from loess deposits in China［J］.Nature，416(6877):159－163.

Han J M，Jiang W.1999.Particle size contributions to bulk magnetic susceptibility in Chinese loess and paleosol［J］.Quaternary International，62(1):103－110.

Heller F，Evans M.1995.Loess magnetism［J］.Reviews of Geophysics，33(2):125－141.

Heller F，Liu T S.1984.Magnetism of Chinese loess deposits［J］.Geophys.J.R.Astr.Soc.，(77):125－141.

Heller F，Liu T S.1986.Palaeoclimatic and sedimentary history from magnetic susceptibility of loess in China［J］.Geophysical Research Letters，13(11):1169－1172.

Heller F，Liu X M，Liu T S，et al.1991.Magnetic susceptibility of loess in China.Earth and Planetary Science Letters，103:301－310.

Hovan S.，Rea D.，Pisias N，et al.1989.A direct link between the China loess and marine 18O records:aeolian flux to the north Pacific［J］.Nature，340:296－298.

Hu X，Xu L，Pan Y，et al.2009.Influence of the aging of Fe oxides on the decline of magnetic susceptibility of the Tertiary red clay in the Chinese Loess Plateau［J］.Quaternary International，209(1－2):22－30.

Hunt C P，Singer M J，Kletetschka G，et al.1995.Effect of citrate－bicarbonate－dithionite treatment on fine－grained magnetite and maghemite［J］.Earth and Planetary Science Letters，130(1－3):87－94.

Kletetschka G，Banerjee S.1995.Magnetic stratigraphy of Chinese loess as a record of natural fires［J］.Geophysical Research Letters，22(11):1341－1343.

Kukla G，An Z S.1989.Loess stratigraphy in Central China［J］.Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，72:203－225.

Kukla G，Heller F，Liu X，et al.1988.Pleistocene climates in China dated by magnetic susceptibility［J］.Geology，16(9):811－814.

Liu Q，Deng C，Torrent J，et al.2007.Review of recent developments in mineral magnetism of the Chinese loess［J］.Quaternary Science Reviews，26(3－4):368－385.

Liu Q，Jackson M，Banerjee S，et al.2004a.Mechanism of the magnetic susceptibility enhancements of the Chinese loess［J］.Journal of geophysical Research，109:1－16.

Liu Q，Jackson M，Yu Y，et al.2004b.Grain size distribution of pedogenic magnetic particles in Chinese loess/paleosols［J］.Geophysical Research Letter，31，L22603，doi:10.1029/2004GL021090.

Liu Q S，Banerjee SK，Jackson M J，et al.2004c.Determining the climatic boundary between the Chinese loess and palaeosol:evidence from aeolian coarse－grained magnetite［J］.Geophysical Journal International，156(2):267－274.

Liu Q S，Torrent J，Maher B A，et al.2005.Quantifying grain size distribution of pedogenic magnetic particles in Chinese loess and its significance for pedogenesis［J］.Journal of Geophysical Research，110:1－17.

Liu T S，Ding Z L.1998.Chinese Loess and the Paloemonsoon［J］.Annual Review of Earth and Planetary Sciences，26:111－145.

Liu X M，Shaw J，Liu T S，et al.1992.Magnetic mineralogy of Chinese loess and its significance［J］.Geophysical Journal International，108(1):301－308.

Liu X M，Shaw J，Liu T S，et al.1993.Rock magnetic properties and palaeoclimate of Chinese loess［J］.Journal of geomagnetism and geoelectricity，45(2):117－124.

Liu X M，Hesse P，Rolph T.1999.Origin of maghaemite in Chinese loess deposits:Aeolian or pedogenic?［J］.Physics of the Earth and Planetary Interiors，112(3－4):191－201.

Liu X M，Rolph T，An Z S，et al.2003.Paleoclimatic significance of magnetic properties on the Red Clay underlying the loess and paleosols in China［J］.Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，199(1):153－166.

Lu H Y，Vandenberghe J，An Z S.2001.Aeolian origin and palaeoclimatic implications of the‘red clay’(north China)as evidenced by grain－size distribution［J］.Journal of Quaternary Science，16(1):89－97.

Maher B，Thompson R.1992.Paleoclimatic significance of the mineral magnetic record of the Chinese loess and paleosols［J］.Quaternary Research，37(2):155－170.

Maher B，Thompson R.1991.Mineral magnetic record of the Chinese loess and paleosols［J］.Geology，19(1):3－6.

Maher B，Thompson R.1995.Paleorainfall Reconstructions from Pedogenic Magnetic Susceptibility Variations in the Chinese Loess and Paleosols［J］.Quaternary Research，44(3):383－391.

Maher B，Thompson R.1999.Palaeomonsoons I:the magnetic record of palaeoclimate in the terrestrial loess and palaeosol sequences［M］.Quaternary climates，environments and magnetism:81－95.

Maher B.1988a.Magnetic properties of some synthetic sub－micron magnetites［J］.Geophysical Journal International，94(1):83－96.

Maher B.1998b.Magnetic properties of modern soils and Quaternary loessic paleosols:paleoclimatic implications［J］.Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，137:25－54.

Meng X，Derbyshire E，Kemp R.1997.Origin of the magnetic susceptibility signal in Chinese loess［J］.Quaternary Science Reviews，16(8):833－839.

Nie J S，King J，Fang X M.2007.Enhancement mechanisms of magnetic susceptibility in the Chinese red－clay sequence［J］.Geophysical Research Letters，34(19)1:5.

Nie J S，King J，Jackson M，et al.2008.AC magnetic susceptibility studies of Chinese red clay sediments between 4.8 and 4.1 Ma:Paleoceanographic and paleoclimatic implications［J］.Journal of Geophysical Research－Solid Earth，113:1－7.

Oorschot I，Dekkers M，Havlicek P.2002.Selective dissolution of magnetic iron oxides with the acid－ammonium－oxalate/ferrous－iron extraction technique－II:Natural loess and palaeosol samples［J］.Geophysical Journal International，149(1):106－117.

Porter S，An Z S.1995.Correlation between climate events in the North Atlantic and China during the last，glaciation［J］.Nature，375，305－308.

Porter S.2001.Chinese loess record of monsoon climate during the last glacial－interglacial cycle［J］.Earth Science Reviews，54(1－3):115－128.

Qiang X K，An Z S，Li H，et al.2005.Magnetic properties of Jiaxian red clay sequences from northern Chinese Loess Plateau and its paleoclimatic significance［J］.Science in China Series D:Earth Sciences，48(8):1234－1245.

Qiang X K，Li Z，Powell C，et al.2001.Magnetostratigraphic record of the Late Miocene onset of the East Asian monsoon，and Pliocene uplift of northern Tibet［J］.Earth and Planetary Science Letters，187(1－2):83－93.

Rolph T，Shaw J，Derbyshire E，et al.1993.The magnetic mineralogy of a loess section near Lanzhou，China［J］.Geological Society London Special Publications，72(1)，311－323.

Sun D H，Shaw J，An Z S，et al.1998.Magnetostratigraphy and paleoclimatic interpretation of a continuous 7.2 Ma Late Cenozoic eolian sediments from the Chinese Loess Plateau The magnetic mineralogy of a loess section near Lanzhou，China［J］.Geophysical Research Letters，25(1):85－88.

Tauxe L.2005.Lectures in Paleomagnetism［M］.Available online.

Thompson R，Oldfield F.1986.Environmental magnetism［M］.Allen＆Unwin London.

Torrent J，Barron V，Liu Q S.2006.Magnetic enhancement is linked to and precedes hematite formation in aerobic soil Magnetic Enhancement and Iron Oxides in the Upper Luochuan Loess Paleosol Sequence，Chinese Loess Plateau［J］.Geophysical Research Letters，33(2):1－4.

Torrent J，Liu Q S，Bloemendal J，et al.2007.Magnetic Enhancement and Iron Oxides in the Upper Luochuan Loess Paleosol Sequence，Chinese Loess Plateau［J］.Soil Science Society of America Journal，71(5)，1570－1578.

Vandenberghe R，Hus J，De Grave E.1998.Evidence from M?ssbauer spectroscopy of neo－formation of magnetite/maghemite in the soils of loess/paleosol sequences in China［J］.Hyperfine Interactions，117(1):359－369.

Velzen A.Dekkers M.1999.Low－temperature oxidation of magnetite in loess－paleosol sequences:a correction of rock magnetic parameters［J］.Studia.Geophysica.Et.Geodaetica.，43(4):357－375.

Verosub K，Roberts A.1995.Environmental magnetism:Past，present，and future［J］.Journal of Geophysical Research－Solid Earth，100(B2).

Williams M A，Dunkerley D L，Deckker P，et al.1993.Quaternary Environments［M］.Edward Amold(Publishers)Lτd.

Wu N Q，Rousseau D D，Liu T S，et al.2001.Orbital forcing of terrestrial mollusks and climatic changes from the Loess Plateau of China during the past 350 ka［J］.Journal of Geophysical Research，106(D17):20045－20054.

Xie Q Q，Chen T H，Xu X，et al.2008.Transformation relationship among different magnetic minerals within loess－paleosol sediments of the Chinese Loess Plateau［J］.Science in China Series D:Earth Sciences，52(3):313－322.

Xie Q Q，Chen T H，Xu H，et al.2009.Quantification of the contribution of pedogenic magnetic minerals to magnetic susceptibility of loess and paleosols on Chinese Loess Plateau:Paleoclimatic implications［J］.Journal of Geophysical Research，114:1－10.

Zhou L P，Oldfield F，Wintle A G，et al.1990.Partly pedogenic origin of magnetic variations in Chinese loess［J］.Nature，346:737－739.

Review of Magnetic Enhancement Mechanism of Loess-paleosol Sequences，China

XU Xin－wen1，2， QIANG Xiao－ke1， FU Chao－feng1，3， ZHAO Hui1，2， CHEN Ting1，2
(1.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology，Institute of Earth Environment，Chinese Academy of Sciences，Xi’an，SX 710075，China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;3.Key Laboratory of western Mineral Resources and Geological Engineering，Ministry of Education of China＆Chang’an University，Xi’an SX 710054，China)

The Chinese loess－paleosol sequences contain continuous geomagnetic field and paleoclimate records during the Quaternary.Rock magnetism and environmental magnetism play a very important role in the Quaternary paleoclimate study of Chinese loess－paleosol sequences.This review focuses on recent achievements in magnetic enhancement mechanism of loess－paleosol sequences.In addition，special attentions are also paid to the effect of pedogenic process and bury condition on magnetic remanence records，and separation of different magnetic signals.

Chinese loess－paleosol sequences;magnetic enhancement mechanism;pedogenic process

P318.4

A

1674－3504(2011)04－0359－07

徐新文，强小科，符超峰，等.2011.中国黄土沉积物的磁性增强机制进展［J］.东华理工大学学报:自然科学版，34(4):359－365. Xu Xin－wen，Qiang Xiao－ke，Fu Chao－feng，et al.2011.Review of magnetic enhancement mechanism of loesspaleosol sequences，China［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，34(4):359－365.

我国黄土高原位于北纬34～45°之间，处于干旱－半干旱过渡带上，对环境的变化极其敏感(刘东生，1985，2009;Williams et al.，1993;An，2000)。研究表明，我国的黄土具有分布范围广，沉积厚度大，地层层序完整的特点，不仅有效的记录了轨道尺度的气候变化(Ding，1994，Ding et al.，2002;丁仲礼等，1991，1998;Wu et al.，2001)，同时还很好的保存有D－O旋回(Ding，1998)和Heinrich事件(Poster et al.，1995)等千年尺度气候变化的信息，在部分地区甚至记录了百年尺度的气候事件(丁仲礼等，1998)，是反演东亚古季风形成演化历史和亚洲内陆干旱化历史的理想材料。刘东生等通过对比分析黄土磁化率和深海氧同位素，指出其中黄土－古土壤旋回与冰期－间冰期旋回具有很好的对应性(Heller et al.，1984，1986)。通过研究黄土所记录的古环境、古气候信息逐渐受到广大中外学者的重视，黄土与深海沉积物、极地冰芯共同构成了第四纪全球变化的三大信息库(刘东生等，1985;Kukla et al.，1989;Hovan et al.，1989;An et al.，1990;An，2001;Evans et al.，1997;Ding et al.，1992，1998;Maher，1999)。

10.3969/j.issn.1674－3504.2011.04.009

2011－07－10; 责任编辑:吴志猛

国家自然科学基金(41072142，40872114);中国科学院知识创新工程重要方向项目群(KZCX2－YW－Q09－04);黄土与第四纪国家重点实验室开放基金(SKLLQG0913)及自主部署项目(LQ0701)

徐新文(1981—)，男，博士研究生，第四纪地质学与全球环境变化专业，主要从事岩石磁学、环境磁学的研究。E－mail:xuxinwen@ieecas.cn