蘇志華，楊小強(qiáng)，陽 杰，鄭 卓，樂遠(yuǎn)福，王建華

1 中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣州 510275

2 中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710075

3 中山大學(xué)廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510275

1 引 言

福州盆地位于中國(guó)東南部，是在閩江注入東海的過程中形成的海陸過渡區(qū)域.其位于東亞季風(fēng)區(qū)，由季風(fēng)控制的降雨量變化通過影響陸源碎屑的輸入量，對(duì)區(qū)域的沉積過程產(chǎn)生重要影響.同時(shí)，全新世的海平面升降控制著該區(qū)域氧化還原環(huán)境，成巖作用也對(duì)該區(qū)域沉積特征打上了深刻烙印.另外，福州盆地是新石器文化高度繁榮、古人類活動(dòng)強(qiáng)度較大的區(qū)域，在盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量新石器人類文化遺址，如莊邊山遺址[9］、曇石山遺址[10］、浮村遺址[11］等古文化遺址.研究該區(qū)域的環(huán)境變化過程，對(duì)了解過去氣候變化對(duì)人類社會(huì)的影響也是不可多得的理想?yún)^(qū)域.但是對(duì)該區(qū)域高分辨率的研究仍然十分稀少[3］.因此，本文主要從環(huán)境磁學(xué)方法入手，結(jié)合年代學(xué)測(cè)試，討論陸源碎屑輸入、海平面變化、成巖作用與沉積物磁學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，以期為開展三角洲區(qū)域的環(huán)境磁學(xué)研究提供基礎(chǔ)材料.

2 區(qū)域概況

福州盆地面積約1478.6m2，位于中國(guó)大陸東南部的福建沿海中部，為早更新世山間斷陷盆地[12］.盆地周圍由海拔80～450m的低山丘陵所環(huán)抱，閩江從盆地中部穿切而過，注入東海.盆地基底由燕山晚期花崗巖和侏羅系花崗巖組成，中更新世時(shí)期長(zhǎng)期穩(wěn)定，并發(fā)育紅色風(fēng)化層，晚更新世中晚期持續(xù)沉降并開始接受沉積.整個(gè)沉積體系包括海相、陸相和海陸交互相，其沉積結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度由于基底地形的變化從幾米到幾十米不等，最厚達(dá)70多米[13-14］.

本文的研究鉆孔FZ5（119°07′48.2″E，26°06′52.8″N）位于福州盆地西北側(cè)，其海拔～12m，距閩江河道～4km（圖1）.鉆孔采用無磁性塑料巖芯套管旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法，直到基巖.巖芯長(zhǎng)約12.74m，取芯率＞95%以上，無明顯的沉積間斷.其底部12.74～7.9m沉積物為青灰色粘土，7.9～7.5m為含礫粉砂、含礫砂，7.5～7.0m是泥炭層，7.0～3.0m轉(zhuǎn)變?yōu)榛液稚?、黃褐色粘土，3.0m以上為人工填土.

圖1 FZ5鉆孔地理位置圖Fig.1 Simplified geologic map of the Fuzhou Basin and the FZ5core location

3 樣品采取及實(shí)驗(yàn)方法

將鉆孔巖芯沿縱向分割開后，利用Bartington MS2磁化率儀測(cè)量樣品的體積磁化率（κ），然后用U-Channel型（2cm×2cm×150cm）無磁性塑料管垂直壓入巖芯縱截面連續(xù)取樣，進(jìn)行沉積物天然剩磁（NRM）、非磁滯剩磁（ARM）、等溫剩磁（IRM）等磁學(xué)參數(shù)的測(cè)量.另外選取1.9cm×1.9cm×1.9cm的立方體樣品和粉末樣品進(jìn)行飽和等溫剩磁（SIRM）獲得曲線，剩磁矯頑力譜（Bcr），磁滯回線和熱磁曲線等巖石磁學(xué)測(cè)試.

對(duì)U-Channel型連續(xù)樣品，在2G-760超導(dǎo)磁力儀系統(tǒng)以2cm為間距，首先分別在0～90mT的交變場(chǎng)區(qū)間（步長(zhǎng)為10mT）對(duì)沉積物NRM進(jìn)行逐步退磁并測(cè)量其剩磁.然后施加峰值為80mT的交變場(chǎng)和0.05mT直流場(chǎng)測(cè)量非磁滯剩磁（ARM），再分別施加20，40，60，80mT的交變磁場(chǎng)進(jìn)行逐步退磁，并測(cè)量其剩磁.將樣品在2G-760IRM脈沖磁力儀施加1T脈沖場(chǎng)磁化后，在2G-760系統(tǒng)測(cè)量樣品的飽和等溫剩磁（SIRM），再施加與ARM相同的交變場(chǎng)進(jìn)行退磁和測(cè)量其剩磁.再次對(duì)樣品施加1T脈沖場(chǎng)和-300mT的反向磁場(chǎng)，測(cè)得等溫剩磁IRM-300mT，定義比值IRM-300mT／IRM1T為選擇部分平行樣品，在MicroMag3900變梯度磁力儀系統(tǒng)測(cè)量沉積物的磁滯回線參數(shù)；部分干燥粉末樣品分別利用VFTB系統(tǒng)和KLY-3S／CS-3系統(tǒng)測(cè)量沉積物磁化強(qiáng)度（J）和磁化率隨溫度（T）（從室溫到700℃）的變化曲線 （加熱速率為30°／min）（磁化強(qiáng)度在空氣環(huán)境下測(cè)量，磁化率在氬氣環(huán)境下測(cè)量；3.86m，4.8m處的兩個(gè)樣品分別在空氣和氬氣環(huán)境下兩次測(cè)量）.所有磁學(xué)實(shí)驗(yàn)均在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古地磁學(xué)與地質(zhì)年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成.

分別在約4.8m和約10.18m深度選擇兩個(gè)沉積物顏色顯著不同的代表性樣品，反復(fù)進(jìn)行濕法循環(huán)磁分選后，進(jìn)行掃描電鏡／能譜分析（儀器型號(hào)：S-520／ISIS-300，在中山大學(xué)測(cè)試中心完成）和X射線衍射分析（儀器型號(hào)：日本理學(xué)D／MAX IIIa，在南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院完成）.

4 14C測(cè)年

首先挑選3個(gè)植物碎屑或全巖有機(jī)質(zhì)樣品在不同的14C實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行年代學(xué)的測(cè)定（表1）.每個(gè)樣品分為一份、兩份或三份，在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)國(guó)立海洋科學(xué)加速器質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室（NOSAMS）進(jìn)行樣品的預(yù)處理和測(cè)試.樣品5.107（11.26m）和5.104（10m）為取自鉆孔底部粘土層中的木塊，其中樣品5.104分成兩份送樣到北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性，為7170～6940cal.yr BP.第三個(gè)樣品5.101（7.4m）為一塊較大的樹干，取自于富含有機(jī)質(zhì)的泥炭層，由于泥炭層為海平面變化的良好標(biāo)志物，為獲得準(zhǔn)確的年齡結(jié)果，把樣品5.101分成三份，分別在三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行年齡測(cè)試，測(cè)年結(jié)果極為相近，為約1900cal.yr BP.由于在FZ5鉆孔的其它部位未發(fā)

實(shí)際澆筑過程中采用分層澆筑的方式，采用機(jī)械震搗手段完成，震搗過程中震搗儀的移動(dòng)間距要適宜，搗震的過程中不得觸碰相關(guān)的設(shè)備，如預(yù)埋件、鋼筋等，采用不同的振搗方法，混凝土的澆筑厚度有所不同，具體如下：采用插入式震動(dòng)，澆筑層厚度為振搗器作用部分長(zhǎng)度的1.25倍；如果是表面震動(dòng)，無筋或配筋稀疏結(jié)構(gòu)的澆筑層厚度為25cm，配筋較密結(jié)構(gòu)的澆筑層厚度為15cm；附著式震動(dòng)的澆筑層厚度為30cm；入工搗固的澆筑層厚度為20cm

表1 福州盆地FZ5鉆孔AMS14C年齡結(jié)果Table 1 Accelerator mass spectrometry（AMS）dates for sediments of the FZ5core

現(xiàn)14C測(cè)年材料，而所有的測(cè)年樣品均位于鉆孔中部、中下部，無法確定鉆孔頂、底的沉積年齡，考慮三角洲盆地沉積速率變化大的特點(diǎn)，本文沒有通過對(duì)年齡控制點(diǎn)進(jìn)行線性內(nèi)插的方法建立FZ5鉆孔的年代標(biāo)尺.

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1 沉積物中磁性礦物類型

兩個(gè)代表性樣品的X射線衍射結(jié)果顯示，樣品的磁性礦物類型總體具有相似性，均存在磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦和膠黃鐵礦（圖2a）.但從衍射峰的強(qiáng)度分析，～4.8m的樣品，赤鐵礦含量顯著而磁鐵礦含量較少，膠黃鐵礦的信息比較微弱；而～10.18m的樣品，磁鐵礦含量較多，膠黃鐵礦衍射峰比較顯著；該樣品中，在掃描電鏡下可以發(fā)現(xiàn)呈圓球性的鐵硫化物（圖2b）.

進(jìn)一步的巖石磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，顯示與X射線衍射相似的結(jié)果.11個(gè)代表性樣品的SIRM獲得曲線顯示（圖3a），其在300mT時(shí)所有樣品均沒有達(dá)到飽和磁化，獲得的剩磁強(qiáng)度大約為SIRM的72%～95%，當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到800mT時(shí)，才達(dá)到飽和磁化，表明樣品中主要控磁組分除低矯頑力磁性礦物之外，還存在一定量的中-高矯頑力礦物.沉積物的Bcr譜和磁滯回線清楚地顯示兩類磁性礦物組合（圖3（b，c））.其一是7.9m之上的樣品，Bcr值在60～80mT之間，磁滯回線呈細(xì)腰特征，至800mT時(shí)才趨于閉合（圖3c），顯示中-高矯頑力組分對(duì)沉積物的剩磁產(chǎn)生重要的貢獻(xiàn)（3.86m，4.8m，6.22m，7.2m處的樣品為代表）[16-17］.另一類型是在7.9m之下的樣品，其Bcr＜50mT，磁滯回線在500mT時(shí)趨于閉合，顯示中-高矯頑力組分對(duì)沉積物磁學(xué)性質(zhì)的貢獻(xiàn)較小.

圖2 代表性樣品的X射線衍射（a）及掃面電鏡（b）圖譜I，伊利石；Q，石英；H，赤鐵礦；G，膠黃鐵礦；M，磁鐵礦；S，菱鐵礦；Py，黃鐵礦.Fig.2 X-ray powder diffraction pattern（a）and SEM image and energy dispersive spectra（EDS）（b）for representative samples Identified peaks are labeled for illite（I），quartz（Q），hematite（H），greigite（G），magnetite（M），siderite（S），pyrite（Py）.

圖3 FZ5鉆孔沉積物等溫剩磁獲得曲線、剩磁矯頑力譜及磁滯回線（a）典型樣品的SIRM 獲得曲線；（b）Bcr譜；（c）磁滯回線；（d）Day-Plot投影[18］，空心圓圈表示7.9m之上的樣品，實(shí)心圓圈表示7.9m之下的樣品，磁疇邊界和SD+MD混合線引自文獻(xiàn)[18］，其中SD代表單疇；PSD代表準(zhǔn)單疇；MD代表多疇.Fig.3 IRM acquisition curves，coercivity spectra of SIRM and hysteresis loops of representative samples（a）SIRM acquisition curves；（b）Bcrspectra；（c）Hysteresis loops；（d）Day diagram[18］.Hollow （solid）circles represent samples above（below）7.9m，the boundry of magnetism domain is based on Ref.[18］.SD，single domain；PSD，pseudo-single-domain；MD，multidomain.

進(jìn)一步分析沉積物的熱磁曲線特征（圖4，5），對(duì)Bcr＞50mT的樣品（3.86m，4.8m處的樣品為代表）其磁化率值加熱至～225℃時(shí)開始顯著升高，至～300℃達(dá)到最大值后磁化率值開始衰減.冷卻曲線在小于580℃之后開始顯著增加，在～350℃達(dá)到峰值后，隨溫度降低呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，在室溫時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于加熱曲線.空氣環(huán)境下磁化率隨溫度變化曲線呈現(xiàn)出與在氬氣環(huán)境下相似的特征，但磁化率的最小值一直到650℃之后顯現(xiàn)，表明在樣品中可能存在赤鐵礦.冷卻曲線在～310℃左右呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，表明在加熱過程中，黃鐵礦可能被氧化形成磁黃鐵礦[19］.空氣環(huán)境下磁化強(qiáng)度隨溫度變化曲線沒有顯示與磁化率曲線類似的大幅度升高，部分樣品（如7.2m處的樣品）的強(qiáng)度一直到～650℃才達(dá)到最小值，冷卻曲線同樣高于加熱曲線.

為進(jìn)一步更清晰地揭示沉積物中磁性礦物對(duì)熱磁曲線特征的貢獻(xiàn)，對(duì)同一組樣品在氬氣環(huán)境下分段重復(fù)加熱，觀察其磁化率變化特征（圖6a）.對(duì)Bcr＞50mT的樣品（～7.9m之上），第一次將樣品加熱至280℃，然后冷卻，可以觀察到有明顯的新的磁性礦物生成；待樣品冷卻后，第二次加熱至350℃，磁化率在約280℃時(shí)開始緩慢下降，冷卻曲線稍稍低于加熱曲線，表明在二次加熱過程中沒有新的磁性礦物生成；冷卻后再次將樣品加熱至700℃，加熱過程中同樣在～280℃磁化率開始降低，在450℃左右出現(xiàn)拐點(diǎn)后，繼續(xù)降低直至～580℃磁鐵礦的居里溫度附近到最低值，冷卻曲線遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于加熱曲線，表明在350之后的加熱過程中，新生成大量的磁鐵礦.結(jié)合X射線衍射結(jié)果分析，可認(rèn)為磁化率曲線在～250℃升高和280℃之后的降低，應(yīng)該是樣品中膠黃鐵礦的貢獻(xiàn)[20］；而350℃之后磁化率的升高，來自樣品中黃鐵礦和菱鐵礦在加熱過程中分解生成新的磁鐵礦和磁赤鐵礦[19，21-22］.

圖6 代表性樣品在氬氣環(huán)境下的分段加熱曲線實(shí)線表示加熱曲線，虛線表示冷卻曲線.Fig.6 Temperature-dependence susceptibility measurements for the representative samples in the argon atmosphere Maximal temperatures are 280℃，350℃，450℃，560℃，700℃，Solid（dotted）lines represent heating（cooling）curves.

Bcr＜50mT的樣品（圖4（f，g，h）；圖5（c，d，e））磁化率值在～225℃附近有一微弱的峰值，～420℃開始大幅度上升，至～530℃達(dá)到最大值，之后快速降低，至～580℃達(dá)最小值（部分樣品在650℃之后達(dá)最小值），冷卻后的磁化率值也遠(yuǎn)大于加熱前的值；空氣環(huán)境下的磁化強(qiáng)度隨溫度變化曲線表現(xiàn)出與其類似的特征，顯示沉積物中可能含有黃鐵礦，其在加熱過程中形成磁鐵礦[19］.當(dāng)然不能排除部分含鐵硅酸礦物或粘土礦物在加熱過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦[23-24］.這些特征表明該類樣品中磁性礦物主要為磁鐵礦，可能含有少量的膠黃鐵礦，部分樣品含有少量的赤鐵礦.黃鐵礦作為順磁性礦物，可能存在于樣品之中.對(duì)這部分樣品的分段加熱曲線也顯示（圖6b），新生成的磁鐵礦也基本集中在400℃～520℃的加熱溫度區(qū)間，應(yīng)該來自樣品中菱鐵礦和黃鐵礦的綜合貢獻(xiàn)[19，21-22］.

代表性樣品磁滯回線參數(shù)Day-Plot投影顯示（圖3d），～7.9m 之上的樣品（3.86m，4.8m，6.22m，7.2m處的樣品為代表，在圖2d中用空心圓表示）顯示該沉積階段的樣品為較小的PSD顆粒礦物.之下的樣品為較大的PSD（接近于MD）顆粒礦物，這與沉積物以粘土質(zhì)沉積為主體的巖性相一致.但是對(duì)7.9m之上的沉積物，由于中-高矯頑力磁性礦物的存在，影響粒度判斷的準(zhǔn)確性，其粒度指示意義僅供參考.

綜合以上X射線衍射、掃描電鏡和巖石磁學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)Z5鉆孔沉積物中磁性礦物類型可以分為兩大類組合，一類（12.74～7.9m）主要以PSD顆粒的磁鐵礦為控磁礦物，同時(shí)含有菱鐵礦和黃鐵礦及少量膠黃鐵礦，個(gè)別層位沉積物中含有少量赤鐵礦；另一類（7.9～3m）以磁鐵礦為主體，赤鐵礦的比例較7.9m之下層有所增加，含有菱鐵礦，仍然可見少量的膠黃鐵礦和黃鐵礦.

5.2 環(huán)境磁學(xué)參數(shù)隨深度變化

根據(jù)沉積物體積磁化率κ、SIRM、ARM以及ARM／SIRM、S300和IRM80mT／SIRM 值隨深度的變化特征、巖相特征（包括巖芯的顏色、粒度，以及泥炭層），可以將FZ5鉆孔代表的沉積過程劃分為三個(gè)階段（圖7）.第一階段從12.74～7.9m，各種磁學(xué)參數(shù)變化幅度較大.磁性礦物以低矯頑力的磁鐵礦為主體，S300平均值為～0.85；個(gè)別S300較小的層位，反映了沉積物中含有少量高矯頑力的磁性礦物（赤鐵礦）.ARM與SIRM表現(xiàn)出一個(gè)明顯的從大—小—大的旋回過程，S300比值相應(yīng)地呈現(xiàn)從高—低—高的變化.說明當(dāng)磁性礦物濃度較大時(shí)，低矯頑力磁性礦物的組分較大，而當(dāng)磁性礦物濃度降低時(shí)，高矯頑力組分適當(dāng)增加.約10.4m，11.3m和12.3m周圍的三個(gè)ARM與SIRM的峰值顯示了磁性礦物濃度顯著增加的三個(gè)時(shí)期.第二階段從7.9～7.0m，以巖相從細(xì)粒粘土突變至含礫粗砂為標(biāo)志，S300逐漸降低，從0.91降到0.8左右，IRM80mT／SIRM逐漸升高說明了高矯頑力磁性礦物的比例逐漸增加，與巖石磁學(xué)研究的結(jié)果相一致（圖3（a，b））.κ、ARM與SIRM分別從一個(gè)極大值迅速減小到整段巖芯的最低值.ARM／SIRM迅速變小，且整個(gè)第二階段顯示了一個(gè)持續(xù)的低值.第三階段從7.0～3.0 m，以從下伏的泥炭層突變至灰褐色細(xì)粒粘土為標(biāo)志，是各種磁學(xué)參數(shù)變化最為顯著的一個(gè)階段.盡管在5.5～4.5m段S300較高，IRM80mT／SIRM 較低，但該階段S300值總體下降，IRM80mT／SIRM值總體上升，顯示中-高矯頑力磁性組分對(duì)沉積物的磁學(xué)性質(zhì)發(fā)揮重要影響，沉積環(huán)境開始顯著的改變.巖石磁學(xué)的結(jié)果表明磁鐵礦，赤鐵礦和菱鐵礦等礦物共同成為沉積物中的重要控磁礦物.

5.3 NRM退磁曲線特征

圖7 FZ5鉆孔環(huán)境磁學(xué)參數(shù)隨深度變化曲線，虛線表示沉積階段界線，δ13 C變化曲線引自文獻(xiàn)[3］Fig.7 Downcore variations of environmental magnetic parameters in FZ5core sediments，dotted lines represent the boundry of sedimental stages，δ13 C curves is based on Ref.[3］

不同層位沉積物NRM的交變退磁曲線特征具有很大的差異（圖8）.約3～4.4m低S300比值區(qū)間，NRM剩磁方向散亂，當(dāng)交變場(chǎng)峰值達(dá)60mT之后，NRM強(qiáng)度衰減約40%～80%后不再變化而保持穩(wěn)定，顯示高矯頑力組分對(duì)剩磁的貢獻(xiàn)，～4m附近的樣品NRM強(qiáng)度甚至隨交變場(chǎng)的增大而增加.在約4.4～5.4m高S300比值區(qū)間，剩磁方向穩(wěn)定的趨向原點(diǎn)，至60mT剩磁強(qiáng)度衰減約75%之后，不再變化.約5.4～6.5m之間部分樣品方向也比較散亂，在0～20mT交變場(chǎng)之間，NRM強(qiáng)度上升，之后開始不同程度的下降，到60mT時(shí)剩磁強(qiáng)度衰減約80%～30%之后保持不變；而另外一部分樣品方向相對(duì)穩(wěn)定，在0～30mT之間強(qiáng)度衰減很快，之后基本保持穩(wěn)定.約6.3m周圍的樣品NRM強(qiáng)度隨交變場(chǎng)的增加強(qiáng)度顯著上升.對(duì)～6.5m之下的樣品，在0～60mT之間剩磁方向比較穩(wěn)定，大部分樣品60mT之后剩磁偏離原來的方向，NRM強(qiáng)度在60mT之后或者保持穩(wěn)定或者隨交變場(chǎng)的增大呈現(xiàn)不同幅度的增加，尤其以8.3～8.6m，10.3～10.5m和12～12.6m之間增加的幅度更為顯著.約7.8m，11.3m，11.8m和12.6m幾處的樣品也表現(xiàn)為隨交變場(chǎng)的增加NRM強(qiáng)度增加；另外一部分樣品NRM強(qiáng)度隨交變場(chǎng)的增加強(qiáng)度一直衰減，剩磁方向也穩(wěn)定地趨向原點(diǎn)（如7.52m，8.7m處的樣品）.

6 討 論

6.1 沉積物磁學(xué)性質(zhì)對(duì)成巖作用的響應(yīng)

圖8 不同層位代表性樣品交變退磁特征，方框符號(hào)代表水平面投影，圓圈代表垂直面投影Fig.8 Alternate field demagnetization diagram of representative samples in different layers.Panes represent horizontal projection，circles represent vertical projection

巖石磁學(xué)及其NRM的交變退磁實(shí)驗(yàn)揭示福州盆地沉積物隨海平面的升降經(jīng)歷了比較復(fù)雜的還原和氧化等成巖作用的影響（圖9）.在沉積作用的第一階段（12.7～7.9m），豐富的有機(jī)質(zhì)為還原作用的發(fā)生提供了有利的條件[3］.隨著有機(jī)質(zhì)的分解和厭氧細(xì)菌的活動(dòng)，一部分細(xì)顆粒的碎屑磁鐵礦被還原為菱鐵礦和鐵硫化物[4，25］.盡管低矯頑力組分仍然是該階段剩磁的主要貢獻(xiàn)者，但黃鐵礦成分的出現(xiàn)和NRM的交變退磁特征清楚地顯示了還原作用對(duì)原生磁性組分的改造和影響.熱磁曲線上～250℃附近磁化率值微弱的增加說明黃鐵礦化作用過程中的中間產(chǎn)物膠黃鐵礦的含量很小，其在持續(xù)的成巖作用過程中，被進(jìn)一步還原為黃鐵礦.以熱磁曲線500℃附近磁化率值和磁化強(qiáng)度的峰值的大小評(píng)估沉積物中黃鐵礦的含量和硫化作用的強(qiáng)弱，可以發(fā)現(xiàn)隨磁性礦物濃度的增加而硫化作用加強(qiáng)，與有機(jī)質(zhì)的含量并不呈正比關(guān)系.由于黃鐵礦不攜帶剩磁，我們進(jìn)一步以膠黃鐵礦含量的變化分析硫化作用的強(qiáng)度.沉積物中如果存在穩(wěn)定單疇（SD）的膠黃鐵礦，其NRM在交變退磁過程中，當(dāng)交變場(chǎng)大于60mT時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)磁化效應(yīng)，NRM將不再衰減，而是隨交變場(chǎng)的增大而增加[25-27］.因此 NRM60mT-NRM90mT差值的大小可以粗略地估算樣品中膠黃鐵礦的含量（圖10）.三個(gè)差值的最小值分別約位于12.6～12.0m，10.6～10.2m和8.4～8.2m，均對(duì)應(yīng)至磁性礦物濃度的峰值和 ARM（0～60mT）／ARM 的極小值，同時(shí)磁性礦物的粒度也相對(duì)變粗.這種粒度的變化也許與成巖作用將細(xì)顆粒的磁鐵礦首先溶解有關(guān)[4］，但不能否定原始磁性礦物粒度也相對(duì)較粗.這一現(xiàn)象發(fā)生的原因可能在于當(dāng)磁性礦物濃度較大時(shí)，意味著陸源碎屑物質(zhì)輸入量大，沉積速率較快，孔隙度大，相對(duì)豐富的孔隙水在亞熱帶濕熱的氣候條件下更容易激發(fā)細(xì)菌活動(dòng)，從而產(chǎn)生H2S氣體，加強(qiáng)硫化作用.還原作用過程中生成的膠黃鐵礦逐漸生長(zhǎng)為單疇顆粒（SD），攜帶一定的剩磁，使SIRM波動(dòng)的幅度大于κ，即SIRM／κ表現(xiàn)為峰值.還原作用的強(qiáng)度并不是隨著時(shí)間和深度的增加而增強(qiáng)，而是與沉積物中原始磁性礦物的濃度、粒度和孔隙水中H2S氣體的產(chǎn)生量等因素相關(guān)，NRM交變退磁實(shí)驗(yàn)顯示在一些層位（如～7.52m，～8.7m等）沒有還原作用的發(fā)生.正如 Rowan等[4］和 Demory等[28］所示，影響還原作用的硫化-甲烷轉(zhuǎn)換界面（sulfatemethane transition，SMT）在早期成巖作用過程中是移動(dòng)的.NRM的退磁曲線約以60mT為界限，存在兩種比較穩(wěn)定的磁性組分，60mT之前的組分穩(wěn)定地趨向原點(diǎn)，而60mT之后的磁性組分則偏離原點(diǎn)方向.這些結(jié)果表明還原作用并沒有完全消除原生磁性組分，當(dāng)細(xì)顆粒的磁鐵礦被溶解、還原為膠黃鐵礦之后，剩下的磁鐵礦仍然攜帶著穩(wěn)定的特征剩磁.

圖9 沉積物氧化、還原作用與海平面變化示意圖灰度為100%，50%，20%的曲線分別表示海平面，氧化作用，還原作用.垂直虛線表示現(xiàn)在海平面或者氧化、還原作用的零界面.正1表示海平面升高、還原或氧化作用加強(qiáng).Fig.9 Illustration of the sulfate reduction or oxidation with sea-level change Curve with 100%，50%，20%grey represent sea-level，oxidation，reduction，respectively.Dotted curve represent the present sea level or the interface has no oxidation and reduction.Positive 1 represent the rising sea level and increasing oxidation or reduction.

沉積過程的第二階段（～7.9-～7m）和第三階段（～7-～3m）的早期成巖作用的特征與第一階段類似，但是第三階段的中后期（～5.6m之上）與前期表現(xiàn)出較大的差別.在～280～300℃附近磁化率值增加的幅度非常顯著，～450℃之后的峰減弱或消失，意味著沉積物中膠黃鐵礦的含量增加，黃鐵礦的含量減少.從沉積物顏色為黃褐色（圖7）、磁性礦物為高矯頑力礦物和已有的工作[3］判斷，第三階段中后期屬于陸相、氧化條件下的沉積，同時(shí)該階段有機(jī)質(zhì)的含量顯著降低，與硫化作用一般發(fā)生在還原條件下的情形相矛盾.這說明在亞熱帶濕熱氣候區(qū)域，硫化作用發(fā)生在沉積后很短的時(shí)間內(nèi).其發(fā)生的原因與該階段在高沉積速率條件下（在不考慮壓實(shí)作用的前提下，第三階段的沉積速率為～0.35cm／yr，而第一、二階段的沉積速率～0.082cm／yr），堆積物中更富含孔隙水有關(guān).因?yàn)榭紫端黾恿薍2S和硫酸鹽的含量和活動(dòng)性，為成巖作用的發(fā)生創(chuàng)造了理想的條件[29］.但硫化作用持續(xù)的時(shí)間比較短暫，氧化環(huán)境對(duì)膠黃鐵礦的形成和向黃鐵礦的轉(zhuǎn)變有重要的抑制作用.在NRM的交變退磁過程中，沒有出現(xiàn)膠黃鐵礦的旋轉(zhuǎn)磁化特征；在矯頑力高的區(qū)間整個(gè)退磁過程剩磁方向散亂，而矯頑力低的區(qū)間剩磁特征比較穩(wěn)定地趨向原點(diǎn).說明后期氧化作用過程中生成的高矯頑力礦物對(duì)剩磁的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于還原作用的影響，基本上改變了沉積物攜帶的原生剩磁.

6.2 沉積物磁學(xué)性質(zhì)對(duì)海平面升降和沉積環(huán)境變化的響應(yīng)

圖10 沉積物NRM、ARM及SIRM交變退磁剩磁強(qiáng)度隨深度變化曲線.圖中粗虛線表示沉積階段界線，灰色細(xì)虛線代表幾次強(qiáng)烈的硫化作用階段，數(shù)字符號(hào)表示幾次強(qiáng)烈的古氧化界面Fig.10 Downcore variations of NRM，ARM and SIRM in the FZ5core，thick dotted line represent the boundry of sedimental stages，grey dashed line represent sulphidation stage，numbers represent strongly paleo-oxidation layers

盡管鉆孔沉積物經(jīng)歷了早期硫化作用和氧化作用的改造，使原生磁學(xué)性質(zhì)發(fā)生了一定程度的改變.但這種變化并沒有完全消除其對(duì)沉積環(huán)境的響應(yīng)特征.沉積物巖石磁學(xué)與環(huán)境磁學(xué)參數(shù)三個(gè)顯著的變化階段，清楚地顯示了海陸交互作用過程中磁性礦物的變化過程.盡管鉆孔底部缺乏年齡控制，但根據(jù)Rolett等[3］的研究可大致估算鉆孔底部的沉積年齡約為9cal.ka BP.再根據(jù)14C測(cè)年結(jié)果（表1），可以估算各個(gè)階段對(duì)應(yīng)的沉積年齡.環(huán)境磁學(xué)參數(shù)變化的第一階段（12.74～7.9m）對(duì)應(yīng)的沉積過程約在9～3cal.ka BP之間，在此期間該區(qū)域海平面開始上升、水體逐漸加深[3，30］.沉積物巖石磁學(xué)性質(zhì)以及S300和IRM60mT／SIRM參數(shù)均指示了軟磁組分磁鐵礦為主要控磁礦物，磁性礦物濃度的波動(dòng)指示了由搬運(yùn)動(dòng)力所控制的陸源碎屑輸入量變化.根據(jù)對(duì)載磁礦物濃度（ARM和SIRM）和S300比值的變化判讀，陸源碎屑輸入伴隨海平面升降經(jīng)歷了兩個(gè)亞階段的變化過程，即前期（12.74～9.8m，約9～6.8cal.ka BP）劇烈波動(dòng)階段和后期（9.8～7.9m，約6.8～3cal.ka BP）相對(duì)穩(wěn)定階段（圖7）.在前期亞階段，鉆孔地球化學(xué)和硅藻記錄揭示為濱淺海相環(huán)境[3］，屬于全新世早期海侵過程的沉積.在這種淺水環(huán)境下，沉積物的磁學(xué)性質(zhì)易受到地表徑流等搬運(yùn)動(dòng)力的影響.ARM與SIRM表征的磁性礦物濃度在總體上經(jīng)歷了一個(gè)逐漸降低的過程，與S300的變化呈正相關(guān)和ARM／SIRM表示的粒度變化呈反相關(guān)性，表明磁性礦物濃度增加時(shí)軟磁組分也相應(yīng)增加，磁性礦物的粒度則變粗，這一現(xiàn)象是由地表徑流等搬運(yùn)動(dòng)力的變化和海平面上升的共同作用所導(dǎo)致的.隨著海平面上升、水體逐漸加深，地表徑流對(duì)沉積作用的影響減弱，導(dǎo)致磁性礦物濃度降低，粒度變細(xì)，矯頑力則相應(yīng)增加.在此期間，ARM與SIRM分別在～11.3m（～7.5cal.ka BP）和～10.4m（～7.2cal.ka BP）處的兩個(gè)峰值，則可能代表了兩次強(qiáng)烈的降雨而導(dǎo)致的陸源碎屑物質(zhì)輸入高峰.這兩次事件在北大西洋區(qū)域表現(xiàn)為顯著的冷事件[31］，東亞地區(qū)則表現(xiàn)為弱季風(fēng)時(shí)期[32-33］.這兩次事件的特征也有所差異，～10.4m（～7.2cal.ka BP）的事件低矯頑力組分明顯增加（高S300和低IRM80mT／SIRM比值），期間發(fā)生強(qiáng)烈的硫化還原作用；而～11.3m（～7.5cal.ka BP）處，高矯頑力組分增加（低S300和 高 IRM80mT／SIRM 比 值 ），NRM（0～60mT）／NRM呈負(fù)值，在交變退磁過程中隨交變場(chǎng)的增加NRM強(qiáng)度表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，代表了一古氧化界面.與～11.3m（～7.5cal.ka BP）相似的情況發(fā)生在約～11.8m（約7.7cal.ka BP左右），但與前一事件不同的特征是磁化率值與NRM都為一低值，ARM（0～60mT）／ARM 與SIRM（0～60mT）／SIRM 基本沒有變化，代表了陸源碎屑物質(zhì)輸入較少的情形，但從磁性礦物的矯頑力判斷，氧化作用遠(yuǎn)沒有～11.3m處劇烈.另外，～12.6m（～8.2cal.ka BP）附近既有NRM（0～60mT）／NRM 的低值，也有強(qiáng)烈的硫化作用，磁性礦物濃度也較大，可能代表了濕熱的氣候條件.后期階段（10～7.9m，約6.8～3cal.ka BP），是海平面在～6.8cal.ka BP上升至最大而后保持穩(wěn)定和逐漸開始下降的時(shí)期[30］.各個(gè)環(huán)境磁學(xué)參數(shù)在該階段變化最小，顯示了比較穩(wěn)定的氧化還原環(huán)境條件及水動(dòng)力條件，指示該階段沉積作用發(fā)生在深水環(huán)境，深水效應(yīng)削弱了陸源碎屑輸入的影響.

第二階段（7.9～7m，～3cal.ka BP以后）的沉積結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)向上變細(xì)的特征.底部含礫中粗砂與粉砂質(zhì)粘土呈侵蝕結(jié)構(gòu)接觸，向上逐漸變化為細(xì)砂和粉砂質(zhì)粘土和頂部泥炭層，指示了從海平面顯著下降、侵蝕搬運(yùn)作用加強(qiáng)過渡至潮間相對(duì)靜水環(huán)境的過程[34］（圖7）.κ、SIRM 和 ARM 從一個(gè)極大值快速減小，并達(dá)到整個(gè)鉆孔的最小值（圖7），指示水動(dòng)力條件迅速衰減至最小，表現(xiàn)出與巖相一致的變化規(guī)律.在此期間，κ、SIRM變化比ARM更為顯著，ARM／SIRM比值也是從最小向大變化，顯示磁性礦物濃度的變化主要來自較粗顆粒的礦物[35］，濃度變化的控制因素來自由水動(dòng)力影響的陸源碎屑輸入量.在磁性礦物濃度降低的過程中，S300和IRM80mT／SIRM兩個(gè)比值表征的矯頑力顯著增加，矯頑力最高部分對(duì)應(yīng)于泥炭層，SIRM（0～60mT）／SIRM 減小的幅度顯著大于 ARM（0～60mT）／ARM，預(yù)示隨著沉積物環(huán)境向還原作用過渡，碎屑性輸入的較粗粒的赤鐵礦等高矯頑力磁性礦物的含量增加，沉積環(huán)境逐漸干旱化.這一階段磁性礦物濃度、粒度和類型的變化過程，指示了海平面下降過程中的海陸過渡環(huán)境，沉積物磁性主要受陸源碎屑輸入量的影響.約7.8m 處（～2.7cal.ka BP）NRM（0～60mT）／NRM 與ARM（0～60mT）／ARM的低值反映了又一次氧 化 事件，這一事件標(biāo)志著晚全新世氣候環(huán)境的變化，在全球存在廣泛的記錄[36］.

沉積作用的第三階段發(fā)生在約1.5cal.ka BP之后[3］，細(xì)粒粘土沉積的顏色從灰色轉(zhuǎn)變至黃褐色和灰褐色，沉積物中高矯頑力組分明顯增加（S300值減小，IRM80mT／SIRM值增加），指示弱水動(dòng)力條件下沉積環(huán)境由還原向氧化作用轉(zhuǎn)變的陸相沉積過程.約5.4～4.4m（約0.7～1.1cal.ka BP）之間磁

性礦物濃度的峰值區(qū)間，磁性礦物矯頑力較低，反映了一段相對(duì)適宜的氣候時(shí)期.～4m（～0.5cal.ka BP）和～6.3m（～1.5cal.ka BP）附近兩次NRM（0～60mT）／NRM顯著負(fù)值異常和 ARM（0～60mT）／ARM低值，代表了晚全新世兩次非常強(qiáng)烈的氣候干旱事件.

7 結(jié) 論

綜合上述研究，本文得到如下結(jié)論：

（1）福州盆地FZ5鉆孔沉積物經(jīng)歷了不同程度的硫化還原作用，使原生沉積物的磁學(xué)性質(zhì)發(fā)生了一定程度的轉(zhuǎn)變.硫化作用發(fā)生的界面隨磁性礦物濃度和粒度的變化而遷移.在沉積作用的早期（9～3cal.ka BP），磁鐵礦溶解、還原經(jīng)歷膠黃鐵礦階段，且最終轉(zhuǎn)化為黃鐵礦，沉積物中仍然保存有磁鐵礦攜帶的特征剩磁；而在晚期（3cal.ka BP以來），由于氧化環(huán)境的抑制，硫化產(chǎn)物大部分表現(xiàn)為膠黃鐵礦，氧化作用基本擾亂了磁鐵礦攜帶的剩磁.

（2）沉積物磁學(xué)性質(zhì)的變化與沉積環(huán)境緊密相關(guān)，在全新世早期（9～6.8cal.ka BP）海侵過程中，還原、氧化作用和磁性礦物的濃度等變化劇烈，陸源碎屑輸入、海平面波動(dòng)和氧化還原環(huán)境對(duì)磁性礦物的影響強(qiáng)烈；而在高海平面時(shí)期，沉積物磁學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，深水環(huán)境削弱了其他因素的作用.全新世晚期，隨海平面的下降、陸地沉積環(huán)境的出現(xiàn)，沉積物中高矯頑力組分占據(jù)重要位置.在～9cal.ka BP以來的沉積過程中，至少存在六次強(qiáng)烈的古氧化界面，代表了福州盆地當(dāng)時(shí)異常干旱的氣候條件.

致 謝 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院的蔡元峰教授為本文樣品的X射線衍射測(cè)試提供了指導(dǎo)和幫助，審稿人的指正和建設(shè)性意見提升了本文的質(zhì)量，在此表示衷心的感謝.

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