碳酸盐岩红色风化壳的磁学性质及其发生机理
首次对贵州碳酸盐岩红色风化壳剖面样品进行了8个磁学参数的系统测定，根据本文建立的磁性氧化铁矿物分离程序，成功地从红色风化壳中提取了较纯的磁赤铁矿微结核（电子探针、X射线衍射和电镜分析表明，磁赤铁矿含量为94%，并有少量共生矿物赤铁矿和石英），这是国际上已有文献报道的第二例红色风化壳及地表土壤中磁赤铁矿微结核的发现和研究。磁学参数系统的测定和综合磁学分析表明：
1）碳酸盐岩红色风化壳的磁学性质及其变化特征主要受风化成土地球化学环境和过程影响。各剖面磁学性质及其变化特征随风化成土地球化学环境与阶段的发展，沿剖面垂向上的演化趋势与氧化铁矿物和微量元素含量沿剖面的变化具有十分明显的相关性。根据这一相关性特征，初步建立起碳酸盐岩红色风化壳磁学参数-氧化铁矿物-微量元素的定量关系模型，揭示了红色风化壳中磁性氧化铁矿物和微量元素空间分布特征和污染机理，可直接应用于土壤侵蚀、污染物示踪和环境监测等方面，并适合于河流、湖泊沉积物的环境研究。
2）碳酸盐岩红色风化壳表层土壤广泛存在磁性增强现象，增强幅度随成壤作用强度、土壤发育程度和年龄变化，碳酸盐岩红色风化壳全风化层磁化率的变化范围一般为6～95单位（10-9m3·kg-1），而发育程度高、处于富铝脱硅阶段和土壤成熟期的红色风化壳表层土壤磁化率值可达253～860单位（如安顺白云岩红色风化壳剖面）；但发育程度较低，处于富铁阶段和土壤幼年期或发育期红色风化壳表层土壤磁化率值仅稍高于红色风化壳全风化层，为39～78单位（如遵义石灰岩红色风化壳剖面）。潜育作用降低了红色风化壳表层土壤的磁性强度，潜育化的红色风化壳表层水稻土磁化率值处于碳酸盐岩红色风化壳表层土壤的最低值。
3）红色风化壳磁学参数所反映的红色风化壳中磁性矿物主要有磁赤铁矿、赤铁矿和针铁矿。反铁磁性矿物赤铁矿和针铁矿富集的铁质结核带和铁壳表现出弱磁性特征，具有较低的磁化率（＜30×10-8m3·kg-1）和磁化率频率系数（＜2%）。而具有较高磁化率的红色风化壳土样，其Χfd值均在13%左右，并具有较低的SIRM/Χ值（4%～6%），F300mT值在95%以上，S-100mT值在90%以上等特征，很明显地反映出亚铁磁性矿物磁赤铁矿是红色风化壳的主要磁性载体，构成了对磁化率的主要贡献，其粒度处于单畴（SSD，0.05～0.03μm）和超顺磁晶粒（SP，0.03～0.001μm）之间。红色风化壳表层土壤中磁赤铁矿颗粒主要处于超顺磁状态，即粒度小于0.03μm，是在湿热条件下高度风化的富铝化阶段红色风化壳中由次生氧化铁矿物转变形成的。
红色风化壳磁学性质的发生机理实际上是红色风化壳磁性载体的磁性矿物的发生和演化问题。磁赤铁矿作为贵州碳酸盐岩红色风化壳中惟一的磁性矿物，是岩溶环境中碳酸盐岩风化成土作用的产物。碳酸盐岩红色风化壳中磁赤铁矿微结核的成功提取，为碳酸盐岩红色风化壳中磁性矿物的辨析和成因机理研究提供了最直接的证据。贵州碳酸盐岩红色风化壳的形成和演化大致可划分出脱钙镁富硅铝、富铁锰和脱硅富铝3个成土地球化学阶段，而普遍存在的表层土壤磁性增强现象在风化程度高和处于富铝脱硅阶段的富铝化表层土壤（如安顺白云岩红色风化壳剖面）中表现得更为明显，磁性增强幅度也更大，说明作为碳酸盐岩红色风化壳磁学性质主要贡献因子的磁赤铁矿的发生和演化与碳酸盐岩红色风化壳富铝化作用有着直接联系。磁赤铁矿微结核也仅在富铝化程度高的安顺白云岩红色风化壳表层土壤中发现，该剖面表层土壤样品3个含量最高的元素氧化物平均含量为Al2O3（35%），SiO2（31%），Fe2O3（12%），w（Al2O3）/w（SiO2）（0.88）。因此，贵州碳酸盐岩红色风化壳中磁赤铁矿主要是在湿热条件下，由高度风化的富铝化土壤中的次生氧化铁矿物转化形成的。由透射电镜观察到的磁赤铁矿常具有与纤铁矿相似的形貌特征，其形成可能经历了纤铁矿脱水结晶的转化过程。
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