涛，刘青松，曾庆理，邱

涛，刘青松，曾庆理，邱_大人地球物理科学

刘庆生¹，杨　涛²，刘青松³，曾庆理¹，邱　宁⁴，刘振东⁵，郑建平⁶，金振民⁶，高　山⁶，刘勇胜⁶，李海侠⁷，吴其反⁸，姜月华⁹，陈龙生¹⁰

（1.中国地质大学地球物理与空间信息学院，武汉，430074；2.中国地震局地球物理研究所，北京，100081；

3.中国科学院地质地球物理研究所，北京，100029；4.中国科学院南海海洋研究所，广州，510301；

5.中国科学院测量与地球物理研究所，武汉，430077；6.中国地质大学地球科学院，武汉，430074；

7.昆明理工大学资源环境系，昆明，650093；8.清华大学工程物理系，北京，100084；

9.中国地质科学院南京地质矿产研究所，南京，100081；10.香港大学地球科学系）

摘　要：总结了近10年来，我们在“大陆地壳地质过程的磁效应”、“油气藏上方烃微渗漏激发的磁效应”与“城市化过程的环境磁响应”3个研究方向取得的代表性成果。重点提出了大陆地壳变质过程、分异结晶过程和蛇纹石化过程等主要深地壳地质过程导致组成岩石矿物的变化，其中铁-钛氧化矿物、铁的硫化矿物成分及结构的显著改变是导致岩石磁性变异的基本原因，它们可能是大陆某些地区区域磁异常的场源；油气藏上方普遍存在的垂向烃渗漏过程（尽管渗漏机制尚不完全清楚）会在运移通道与周边岩层之间导致地球化学背景差异，进而改变原地岩石或土壤中含铁矿物成分与结构（颗粒形态及微结构），导致岩石磁性变化，为利用高精度磁测方法（微磁方法）寻找油气藏提供理论依据；环境物质（通常是指大气尘埃、河湖沉积物与近地表土壤）的磁性特征与城市化过程形成的污染物质（重金属与有机质）之间存在某种程度的相互关系，利用磁学分析手段分析污染物质的磁性特征，并与重金属及有机质进行对应分析，探讨环境磁学方法技术的可行性。结果表明，在一定条件下，磁性分析手段对工业和交通污染环境具有较灵敏的反映，并可以在大范围环境评价中作为一种替代手段。

关键词：岩石磁性，大陆下地壳，深部地质过程，烟筒效应，烃微渗漏，环境磁学，城市化过程

1　前　言

磁性是物质最基本和最重要的物理属性。大量研究表明，岩石、土壤、沉积物与大气尘埃等自然物质的磁性特征取决于其来源及经历的地质及环境过程产生磁性物质的分布特征。因此，应用多学科理论融合思想与现代分析测量技术，依据物质磁性变异特征，研究自然地质过程（深部地质与石油地质）及环境演变过程规律，具有重要的科学意义与现实意义。我们以“地质与环境过程的磁响应”为研究目标，取得了大陆下地壳磁性结构与深部地质过程关系、油气藏上方烃微渗漏激发的地球化学过程及城市环境演化过程的磁响应机制等三方面研究成果。

2　大陆下地壳磁性结构与地质过程相互关系^［1～16］

2.1　大陆地壳变质过程的磁响应机制

2.1.1　榴辉岩的退变质过程的磁效应

依据苏鲁地区的ZK-703钻孔与大陆科学钻探CCSD主孔各类榴辉岩的系统磁性变异特征，提出超高压变质岩折返期间榴辉岩退变质过程的岩石磁响应的矿物机制：新鲜榴辉岩→部分退变质榴辉岩→强退变质榴辉岩→完全退变质榴辉岩，岩石磁性随退变质程度增加而增强，强退变质榴辉岩退变质至部分角闪岩相时达到最大，当完全退变质至角闪岩相时达到最小。

图1代表不同退变质程度样品的矿物组成特征。图1（a）中11号样品为轻微退变质，主要代表性矿物为石榴石、绿辉石、磷灰石和次要金红石；图1（b）中14号样品为中等程度退变质，绿辉石已经部分被后成合晶置换；图1（c）为强退变质榴辉岩的30号样品；图1（d）中51号样品为完全退变质榴辉岩（达到角闪岩相）。

图1　来自ZK-730钻孔超高压榴辉岩的显微照片

中国大陆科学钻探岩心中榴辉岩的退变质过程对应的矿物相变过程主要体现在铁-钛氧化矿物的转换（图2）：经历超高压变质过程的榴辉岩相岩石中以顺磁性的铁-钛氧化矿物为主，退变质过程转换为磁铁矿与钛磁铁矿，并随退变质程度增加，其含量增加，当退变质至角闪

Grt.石榴石，Omp.绿辉石，Ru.金红石，It.钛铁矿，Sym.后成合晶，Ap.磷辉石，Qtz.石英，Bi.黑云母，Ep.绿帘石，Amp.角闪石（Liu et al，2007）

岩相时转换为顺磁性的赤铁矿与钛铁矿。矿物转换关系为：石榴石＋绿辉石＋金红石＋SiO₂＋H₂O→角闪石＋斜长石＋磁铁矿＋钛铁矿→角闪石→绿帘石→赤铁矿→钛铁矿（图3），即Garnet＋Omphacite＋rutile＋SiO₂＋H₂O→amphibole＋plagioclase＋magnetite＋ilmenite→amphibole＋epidote＋hematite＋ilmenite。

图2　来自CCSD主孔各类榴辉岩的显微照片

（a）新鲜榴辉岩；（b）弱退变质榴辉岩；（c）强退变质榴辉岩；（d）完全退变质榴辉岩（Liu et al，2009）

图3　显示退变质榴辉岩向完全退变质榴辉岩相转换过程

（a）显示围绕石榴石边界分布大量磁铁矿颗粒；（b）显示磁铁矿消失

2.2　蛇纹石化过程的磁效应

依据苏鲁地区大陆科学钻探岩石中蛇纹石化石榴橄榄岩的磁性变异特征，综合矿物学、构造地质学与年代学提出：①高压-超高压变质过程可能导致石榴橄榄岩中铁-钛氧化矿物含量增加，是岩石高磁性的重要物质基础；②围绕橄榄石及石榴石分布的镶边结构的磁铁矿颗粒位于赝单畴区域，支持产生高天然剩余磁性；③石榴橄榄岩的蛇纹石化过程主要发生在超高压变质岩折返的晚期。

图4是显示不同蛇纹石化程度的样品照片。显然轻度蛇纹石化和中度蛇纹石化橄榄岩样品之间组成矿物的主要变化是橄榄石向蛇纹石和不透明矿物（其中主要为磁铁矿）转换，这是磁性增加的主要原因。这从热磁曲线（图5、图6）中呈现明显的居里温度580℃得到印证，而图6还显示含有670℃阻挡温度的磁赤铁矿。

图4　轻度蛇纹石化（a）和中度蛇纹石化橄榄岩（b）显微照片

Ol.橄榄石，Sp.蛇纹石化，Gar.石榴石，Opa.不透明矿物

此外，我们发现蛇纹石化过程产生的磁铁矿主要呈两种类型分布：一类呈块状分布［图7（a）］；另一类是围绕橄榄石［图7（b）、（d）］和石榴石呈镶边状结构分布［图7（c）］。样品粉末衍射（XRD）结果显示了蛇纹石的种类主要为利蛇纹石，磁性矿物为磁铁矿和磁赤铁矿（图8）。

2.3　大陆下地壳分异结晶过程对岩石磁性的控制

镁铁质包体和地体岩石存在分异结晶过程是大陆下地壳重要的控制过程。我们依据河北汉诺坝下地壳包体的系统磁性参量与矿物化学组成的相互关系，提出该区新生代下地壳呈弱磁性状态的观点，麻粒岩相包体的磁性明显受到下地壳分异结晶过程的控制。图9为代表性样品的磁滞回线，DMP-09样品呈现最为明显的顺磁性特征，其次为DMP-03，而DMP-66、DMP-68、DMP-71为顺磁性与亚铁磁性混合组成特征。

图10为代表性样品磁化率随温度的变化曲线，主要依据居里温度判断样品中磁性矿物成分。多数样品居里温度为580℃，但DMP-68号样品含有明显的不稳定磁赤铁矿成分（670℃），降温时转变成磁铁矿。

图5　代表性样品的低场磁化率随温度的变化曲线（箭头表示升温—降温过程）

图6　代表性样品的天然剩磁的热退磁曲线

NRM、NRM₀分别为天然剩磁任意温度值与室温值

V、Co元素和微量元素La/Yb比值与磁化率（a，b）及全铁含量之间关系示于图11，它们之间显示较高的相关性。这就表明，深地壳岩石磁性可以在一定程度上指示原地存在的分异结晶过程。

图7　94、98、103、108号样品的扫描电子显微照片

（a）94号样品：1.磁铁矿，2.钛铁矿，3.镁橄榄石；（b）98号样品：1.磁铁矿，2.橄榄石，3.蛇纹石；（c）103号样品：1.磁铁矿，2.石榴石，3.蛇纹石；（d）108号样品：1.磁铁矿，2.橄榄石，3.蛇纹石。十字标记为分析点位置

图8　106号样品的粉末衍射（XRD）谱曲线

Cha.鲕绿泥石，Fo.镁橄榄岩，Liz.利蛇纹石，Mag.磁铁矿或磁赤铁矿，Pyro.辉石

图9　代表性样品的磁滞回线

图10　代表性样品的低场磁化率随温度的变化曲线（箭头表示升温—降温过程）

图11　主量元素、微量元素与磁化率相关系散点图（a，b）

（a）La/Yb与磁化率；（b）V含量与磁化率；（c）全铁（Fe₂O₃）与Co含量；R为相关系数，数字为样品编号

3　油气藏上方烃微渗漏激发的地球化学过程的磁性矿物学机制^{［17～21］}

3.1　烟筒效应的机理

20世纪30年代末，Rossire在处理地震资料时，发现油气藏上方盖层具有异常高的波速，认为是油气藏上方烃类渗漏产生矿化作用导致胶结物增多，是岩石孔隙度减小的结果。这就是“烟筒效应”的雏形。目前石油地球化学与地球物理学家基本承认“烟筒效应”是指烃类向上渗漏激发的“地球化学场”在其上半空间范围内产生的地球物理、地球化学与矿物学特征。这些特征有利于油汽勘探学家综合研究提取出可能“直接”寻找油气藏的方法技术。

3.2　油气藏上方近地表土壤的磁性

图12为鄂尔多斯气田近3条地表土壤的磁化率与重烃及总烃之间关系剖面，在所有剖面中均显示磁性与化学成分之间呈现强正相关。在已知的靖边气田上方对应高磁化率与高重烃和总烃含量。此外，为了探讨深部油气藏中烃微渗漏激发的地球化学过程的磁性矿物学机制，我们分析鄂尔多斯气田近地表土壤中磁铁矿颗粒的金属氧化物含量，重点研究磁性与铁-钛氧化矿物之间关系。结果表明，已知气藏上方与外围土壤磁铁矿中TiO₂（通常来源于深部地壳的高温金属氧化物）含量具有显著差异，靖边气田上方地表土壤中提取的磁铁矿中TiO₂的浓度明显低于已知气田外围（表1）。因此，我们提出鄂尔多斯气田上方存在与深部烃微渗漏相关的磁性矿物，磁铁矿中TiO₂含量可能是指示是否收到烃微渗漏影响的重要标志。

表1　代表性样品中磁铁颗粒的电子探针分析结果（wt%）

＊Fe^total为总铁含量

3.3　油气藏上方岩石的磁性特征对烃运移的指示

根据新疆塔北油田与江汉油田钻孔生、储、盖层及基底岩石的烃组分、铁-钛氧化矿物及硫化矿物含量、磁性颗粒结构与系统岩石磁性分析，结合已知油气藏石油地质背景，确立了烃微渗漏激发的地球化学蚀变证据，提出了油气藏中烃类运移激发的地球化学过程产生的磁性矿物结构特征及模式。图13为江汉盆地马王庙油田一个油井（M₃₆）和干井（M₄₆）盖层岩石磁性参数随深度的变化曲线。两井相距4km左右，由于一个断层阻隔石油的运移，因此，M₄₆可以作为没有受到石油运移影响的背景，是对比烃运移是否引起蚀变的理想目标。M₃₆井1 370～1 400m间隔岩石明显存在高磁性层，而M₄₆井对应磁性参数没有明显变化（图13）。此外，从反映岩石中磁性矿物颗粒大小参数κ/J_rs与J_rs/J_s比值关系的分群特征，也可证明受到烃运移影响和没有受到影响之间的显著差异（图14）。

图12　鄂尔多斯盆地靖边气田上方3条土壤磁化率（κ）和重烃（C_h）、总烃（C_t）剖面

3.4　油气藏上方岩层中球粒状磁铁矿颗粒的结构特征及意义

为了获取烃运移背景中产生次生磁性矿物的证据，一些研究人员对地表采石场中的固体沥青与烃浸白云岩等进行详细的岩石磁学、矿物学及地球化学的综合研究。结果表明，在这类岩石样品中发现典型球状磁铁矿颗粒为与烃赋存相关的自生磁铁矿，它们是烃激发的地球化学场的产物。我们在新疆雅克拉油田工业油气井沙7井岩屑样品及近地表土壤样品中发现了大量的球粒状磁铁矿颗粒，经磁性矿物学分析及颗粒微形貌分析可以鉴别多种成因。它们多数位于寒武纪和第四纪地层，少数位于卡普沙良群（K₁kp）地层。扫描电子显微分析显示球粒状磁铁矿颗粒表面结构可以分成三类（图15）。第一类为具有爆裂状结构，大小150～220μm，空隙空间一般小于10μm，以寒武纪白云岩为主，其形态特征与某些宇宙尘类似［图15（a）、（b）］；第二类为磨圆状，类似于人工合金［图15（c）、（d）］；第三类是由一些直径小于1μm颗粒的集合体组成［图15（e）、（f）］。它们与鄂尔多斯盆地的天池气田岩心和美国科罗拉多丹佛盆地二叠纪含油砂岩中发现的球粒状磁铁矿颗粒相似。这些表面结构的相似性提出，第一、二类属于干扰，第三类可能与深部油气藏中烃微渗漏过程相关。

沙15井与沙4井K₁kp岩心中代表性球状磁铁矿颗粒的SEM如图16。从图中看到，两井岩心中球粒状磁铁矿颗粒大小相近，颗粒直径分别为33μm（沙4井）和27μm（沙15井），且表面均存在菜花状显微结构。两者的表面微结构存在明显的差异，沙4井样品的显微结构显示出清晰结晶构造，而沙15井样品则呈隐蔽性微结构，这些差异可能与两井K₁kp储层中油气的形成及磁性颗粒表面结构演化过程相关。颗粒表面的微结构与Elmore等人在含烃样品中找到的球状磁铁矿颗粒表面微结构极其相似。这类球状磁铁矿颗粒的直径普遍较小，一般小于50μm。结合热磁分析与矿物学分析结果，推测两井K₁kp地层中球状磁性颗粒的形成与烃渗漏作用激发的地球化学场相关，其中沙15井以磁铁矿为主，而沙4井可能还与油气藏中硫的还原作用相关。

图13　江汉盆地马王庙油田M₃₆（油井）与M₄₆（干井）岩石磁性参数随深度变化曲线

图14　κ/J_rs与J_rs/J_s相互关系散点图

κ、J_rs、J_s分别为磁化率、饱和等温剩磁、饱和磁化强度。实点和圆点分别代表M₃₆（油井）和M₄₆（干井）

图15　新疆塔里木盆地雅克拉油田S₇井岩屑中球粒状磁铁矿颗粒的扫描电子显微镜照片

图16　新疆塔里木盆地雅克拉油田沙4井与沙15井K₁kp地层中

球粒状磁铁矿颗粒的扫描电子显微镜照片（a）沙4井；（b）沙15井

4　城市化过程的环境磁效应特征与机制^{［22～32］}

环境科学工作者致力寻找快速与高效的环境评价新方法、新技术，为环境污染的修复提供依据。环境磁学方法具有快速与高效的特点，因而受到环境评价部门的重视。然而，任何方法技术的效果必须建立在可靠的基础理论之上。因此，系统研究污染物质磁性变异机制是环境磁学评价方法技术的基础。为此，我们以武汉市东湖、赤壁市陆水湖（杨涛、刘振东博士论文）及浙江湖州第四系沉积物与地表土壤（姜月华博士论文）周边多源环境载体（湖沉积物、地表土壤与道路尘埃）和多源污染物质为基础，系统研究城市环境物质磁性变异特征与污染物质（以重金属与有机质为主）之间的相互关系，提出了多源环境载体—多源污染物质之间系统磁性变异机制：①东湖周边道路尘埃的磁性变异特征与污染源种类及强度显著相关；②东湖沉积物的磁性变化规律对应近60年来周边城市规模与工业化发展的3个主要阶段（即20世纪50～60年代、60～80年代、80年代以来）；③4个不同环境背景区地表土壤磁性与污染源属性高度相关。同行评价提出，围绕武汉市东湖周边不同街区道路尘埃的磁性与重金属分析，鉴别污染物质的来源（交通、工业与自然）是环境磁学研究的重要选题；成果对于建立磁学方法监测城市环境变化的标准化具有重要意义；论文成果体现了磁学与地球化学的学科交叉，并很好论证了重金属与磁性之间内在联系。因此，磁性测量方法可以快速与有效地进行大范围地区污染环境填图。

4.1　武汉市大气尘埃的磁性特征

4.1.1　东湖地区道路尘埃的磁性特征及环境意义

我们研究武汉东湖周边道路尘埃的磁性特征和配套样品的重金属含量，目的是分析道路尘埃的磁性特征，解释污染程度及污染来源。97个样品分布于东湖周边四段道路，分别用东湖北路（DHN）、东湖东路（DHE）、东湖西路（DHW）和东湖南路（DHS）（图17）来表示，它们具有明显的环境背景差异。热磁分析与磁滞分析测量结果提出尘埃中主要为粗颗粒的磁铁矿。结合环境背景和磁性与重金属含量相关分析，揭示铁、铜、镍金属主要来自交通工具的尾气排放，是粗颗粒磁铁矿的主要来源，属于赝单畴或多磁畴范围，而铅元素和一些小颗粒（相当于单畴）磁性颗粒主要来自于工业排放物。非滞剩磁和低场磁化率的比值可以用于间接显示来自交通排放的铜、铁和镍。由于不同污染源之间元素的相互混合，所以不能简单用元素浓度来判断污染源，利用相关磁性参数与某些重金属元素之间的相关分析结果可以作为一种评价重金属污染的替代方法。东湖周边四段道路尘埃的磁性特征差异显示了各种人类活动产生的磁性物质，如不同的交通流量及工业生产等。这些结果提出的磁性测量方法可以是对环境污染评价的有效补充（对化学方法），也是对于污染程度、污染源的追踪分析。

表2为东湖路四段道路尘埃磁性参量统计结果。它们之间的磁性显示出重要差异。结合图18重金属浓度结果，可以鉴别道路尘埃磁性变异的主要环境因素。东湖西路（DHW）和东湖南路（DHS）主要受交通排放的影响，东湖北路（DHN）和东湖东路（DHE）明显受到工业排放物质的影响。

图17　武汉市东湖道路尘埃样品分布图

NHN.东湖北路；DHE.东湖东路；DHS.东湖南路；DHW.东湖西路；括弧内数字为样品数

表2　东湖路四段道路尘埃磁性参量统计结果

图18　武汉市东湖道路尘埃代表性样品重金属浓度对比图

4.1.2　武汉市磨山和龟山尘埃的磁性特征

武汉市龟山和磨山两个公园位于环境背景差别较大的市区，前者位于高交通流量的汉阳，后者位于武汉钢铁厂和青山热电厂等高耗能企业的下风向，是研究大气尘埃磁性携带污染环境信息的理想目标（图19）。磨山公园尘埃的磁化率和饱和磁化强度值分别是龟山的1.31和1.57倍。两个公园尘埃中的磁性物质主要为赝单畴磁铁矿（图20），但龟山尘埃中还存在次要的赤铁矿。两个公园尘埃的磁性特征的空间变化及磁性差异提出，磁性参数的变异特征对不同污染来源具有灵敏的反应，因此对尘埃污染环境填图有效。样品的磁性与重金属含量相关分析结果表明，在磨山公园，两者之间线性相关系数高达0.8，而龟山公园则较低（表3）。因此，在推荐是否利用磁性分析方法进行污染环境填图之前，应该事前调查其可行性。

这种结果在其他地区也得到相似的结果。表明，利用磁性分析方法技术对大型城市的尘埃环境变化进行检测可能是一种方便快捷的途径。

图19　龟山公园和磨山公园位置

（a）、（b）和（c）分别为龟山公园和磨山公园，三角大小代表样品磁化率大小

图20　反映尘埃中磁性颗粒大小参数M_rs/M_s分别与χ/M_rs、B_cr/B_c的相互关系散点图

χ、M_rs、M_s、B_c、B_cr分别代表质量磁化率、饱和等温剩磁、饱和磁化强度、本征矫顽力、剩磁矫顽力

4.2　东湖沉积物的磁性特征与城市化过程的关系

我们依据9个武汉市东湖沉积物柱状样品的磁性特征，探讨城市化过程的磁响应特征。9个柱状样品分别位于主湖郭郑湖和塘林湖（图21）。

表3　代表性样品重金属含量与磁性参数的相关系数

＊p＝0.01，显著相关（双侧检验）；＊＊p＝0.05，显著相关（双侧检验）

图21　武汉市东湖沉积物柱状样品取样点位图（三角标记）

重金属分析结果表明，在沉积物的上部2～18cm沉积物中磁性颗粒浓度、重金属及有机质含量明显高于下部（图22）。磁性颗粒主要来自工业（如发电厂和钢铁厂）排放的粗颗粒磁铁矿和其他人类活动（主要为交通）排出物。沉积物磁化率、饱和等温剩余磁化强度和非磁滞剩余磁化强度与重金属及有机质含量之间呈很强相关性。例如，皮尔森相关系数分别为：χ-Cu为0.921，χ-Pb为0.660。

图22　柱状样品磁性参数随深度的变化曲线

χ、χ_fd、ARM、SIRM分别代表质量磁化率、频率磁化率、非滞剩磁和饱和等温剩磁

湖沉积物的磁性特征清晰显示了武汉市东湖周边工业发展过程中污染环境的几个主要阶段的演变历史：1960年以前属于环境质量好时期，磁性、重金属与有机质含量相对较低，且变化平稳；1960年以来，沉积物岩心下部记录了污染趋势。磁性颗粒的富集始于1957年，武汉钢铁公司和青山热电厂成立，它们位于东湖的上风向。这种污染状况持续到工业化和城市化发展高潮期的1980年，沉积物中明显增加了重金属和有机质含量，磁性增加直到1990年（图23）。这些结果指出，磁性记录对环境状态变化比较敏感，沉积物的磁性可以较好记录工业和人类活动变化。

图23　武汉市东湖环境变化的磁记录

左边为综合磁化率随深度变化分别对应20世纪60年代以前、60～80年代、80年代以来城市工业发展的3个时期

4.3　武汉市青山区周边地表土壤的磁性特征与工业污染关系

地表土壤是城市污染环境评价的重要载体。我们重点分析研究青山区青王路附近高污染区域地表土壤（图24）和过武汉钢铁公司跨长江至聂口镇的一条土壤剖面（图25）。

图24　武汉市青山区青王路周边土壤采样点位图

点位由菱形标记，菱形大小代表磁化率值

图25　武汉市青山至滠口土壤剖面图

QTPP.青山热电厂；WISG.武汉钢铁公司

青王路133个土壤样品的磁化率，铜、铅、锌重金属的统计结果示于图26。结果清楚显示位于武钢地区（WG）土壤的磁化率和3种金属最高，东湖路（HER）周边土壤最低。青王路是位于青山重工业区的一条重要运输道路，交通流量大。因此，我们可以推测，土壤中磁性物质和重金属主要来源于武钢工业生产的排放和交通运输工具尾气的排放。

青山—滠口土壤剖面的磁性变化曲线示于图27。位于青山地区土壤的磁化率、非磁滞剩余磁化强度和饱和等温剩余磁化强度值明显高于长江北岸的滠口土壤剖面（图27）。青山—滠口地表土壤剖面记载了工业生产环境变化的信息。选择不同环境背景区土壤实施磁性与重金属污染状况调查。在武钢区域地表土壤的磁性与重金属浓度测量结果显示，冲积型土壤（fluvisols）的磁化率、饱和等温剩磁和非滞剩磁高于人为土壤（anthrosols）。频率磁化率揭示，土壤中磁性物质的粒度强烈依赖土壤类型。工业区地表土壤中主要的磁性物质以赝单畴和多畴（PSD/MD）为主。从土壤中提取的球形磁性颗粒（直径达10～50μm）的X射线分析显示，铁的氧化物含量高，可能来源于周边工业排放物质（钢厂和热电厂）。非滞剩磁（ARM）、饱和等温剩磁（SIRM）与铜、铅、锌、汞（Cu、Pb、Zn、Hg）等金属元素的相关性分析提出，在研究区，利用磁性测量技术可以圈定工业污染的范围和程度，但是在具体运用时，要考虑土壤的类型和条件，以便提高环境磁性方法的效果（图26）。

图26　青王路周边土壤的磁化率和铜、铅、锌浓度分布箱型图

图27　青山（QS）和滠口（SK）土壤剖面的磁性参数变化曲线

χ.磁化率；χ_fd.频率磁化率；ARM.非磁滞剩余磁化强度；SIRM.饱和等温剩余磁化强度

5　总　结

依据以上研究结果，我们在3个研究方向取得的主要成果：①提出了大陆地壳磁性结构与深部地质过程的关系，它们是地壳岩石变质过程的磁性结构特征、深地壳岩石的结晶分异过程的磁性特征和蛇纹石化过程的磁响应特征，为应用地壳岩石磁性变异特征，重塑地壳深部地质过程奠定了基础；②依据某些已知油气藏上方近地表土壤和盖层岩石的磁性和矿物组成相互关系，提出烃微渗漏激发的地球化学过程磁响应机制，认为油气藏上方岩石与地表土壤的磁性是检验“烟筒效应”的重要物质证据，在油气地质、地球化学基础与应用研究中具有重要的科学意义与现实意义；③依据武汉市道路尘埃、东湖沉积物和近地表土壤的磁性与污染物质（主要为重金属和有机质含量）的相互关系，提出城市化过程系统环境磁响应特征及机制。成果在环境磁学基础研究及城市污染环境评价中具有重要意义。

致谢：本文成果曾先后得到国家自然科学基金项目（48900026、49174199、49374216、49573183、49874026、40474025），国家杰出青年基金项目（49625305），国家自然科学基金重大计划项目（90714002），国家自然科学基金重点基金项目（41130315），国家“973”项目课题（2003CB716506），国家油气藏地质及开发工程重点实验室基金，教育部重点实验室访问学者基金项目，国土资源部“深部探测”项目（Sinoprobe-07-03）资助。

参考文献

［1］Liu Qingsheng.Why are Qratios high in the Sulu UHP metamorphic rocks？［J］.Journal of Earth Science，2011，22（1）：115-116.

［2］Liu Qingsheng，Zeng Qingli，Zheng Jianping，et al.Magnetic properties of serpentinized garnet peridotites from the CCSD main hole in the Sulu ultrahigh-pressure metamorphic belt，eastern China［J］.Journal of Geophysical Research-Solid Earth，2010，115，B06104，doi：10.1029/2009JB000814.

［3］Qiu Ning，Liu Qingsheng，Gao Quanye.Combining genetic algorithm and generalized least squares estimation for potential field data optimized inversion［J］.IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，2010，7（4）：660-664.

［4］Liu Qingsheng，Liu Qingsong，Yang Tao，et al.Magnetic study of the UHP eclogites from the Chinese Continental Scientific Drilling（CCSD）Project［J］.Journal of Geophysical Research-Solid Earth，2009，114，B02106，doi：10.1029/2008JB005917.

［5］曾庆里，刘庆生，邱宁.中国大陆科学钻探主孔高铁钛榴辉岩的磁性岩石学［J］.地球科学——中国地质大学学报，2009，34（6）：993-999.

［6］Liu Qingsheng，Liu Qingsong，Liu Yongsheng，et al.Magnetic study of mafic granulite xenoliths from the Hannuoba Basalt，North China［J］.Geochemistry Geophysics Geosystems，2008，9，Q06008，doi：10.1029/2008GC001952.

［7］Qiao Qingqing，Liu Qingsheng，Qiu Ning，et al.Investigation of curie point depths in Sulu UHP Metamorphic Belt，Eastern China［J］.Journal of China University of Geosciences，2008，19（3）：282-291.

［8］Liu Qingsheng，Liu Qingsong，Zhang Zeming，et al.Magnetic properties of ultrahigh-pressure eclogites controlled by retrograde metamorphism：a case study from the ZK-730drillhole in Donghai，Eastern China［J］.Physics of the Earth and Planetary Interior，2007，160：181-191.

［9］赵素涛，刘庆生，乔庆庆，等.苏鲁地区航磁异常特征及其深部地质意义［J］.地质科技情报，2007，26

（2）：107-112.

［10］杨涛，刘庆生，吴耀，等.中国大陆科学钻探（CCSD）主孔100～2 000m区间磁化率的变异特征及其地质意义［J］.岩石学报，2006，22（7）：2089-2094.

［11］Liu Qingsheng，Liu Zhendong，Liu Qingsong，et al.Determination of primary magnetic minerals of a weathered metapelite xenolith from Zhouba region，North China，by combining thermomagnetic runs and low temperature measurements［J］.Chinese Journal of Geophysics，2005，48（4）：946-952.

［12］Liu Qingsheng，Liu Qingsong，Zhang Zeming，et al.Serpentinized peridotite as the source of the aeromagnetic anomalies［J］.Journal of China University of Geosciences，2004，15（4）：416-419.

［13］Fu Yuanyuan，Liu Qingsheng，Yang Tao.Modeling and interpreting the CHAMP magnetic anomaly field over China continent using spherical cap harmonic analysis［J］.Journal of China University of Geosciences，2004，15（3）：335-340.

［14］Wu Qifan，Lu Fengxiang，Liu Qingsheng，et al.Archean relic body at lower crust in Sulu area：Evidence from magnetic data［J］.Chinese Science Bulletin，2003，48（6）：589-593.

［15］邱宁.苏鲁高压-超高压变质带区域重磁场特征与地壳构造格架研究［D］.武汉：中国地质大学博士论文，2010.

［16］曾庆理.中国大陆科学钻探工程（CCSD）主孔岩心岩石磁学研究［D］.武汉：中国地质大学博士论文，2011.

［17］Liu Qingsheng，Yang Tao.Magnetic，geochemical and mineralogical properties of rocks around oil and gas reservoirs：Imlications for mechanism of“Chimney Effect”［M］.In：Korin L.Montclaire（Editor），Petroleum Science Research Progress，New York：Nova Science Publishers，Inc.，2008.

［18］Liu Qingsheng，Liu Qingsong，Chan Lungsang，et al.Magnetic enhancement caused by hydrocarbon migration in the Mawangmiao Oil Field，Jianghan Basin［J］.China，Journal of Petroleum Science and Engineering，2006，53：25-33.

［19］Liu Qingsheng，Chan Lungsang，Liu Qingsong，et al.A study of relationship between magnetic，geochemical and mineralogical anomalies and hydrocarbon microseepage above oil and gas field，Ordos Basin in China［J］.AAPG Bulletin，2004，88（2）：241-251.

［20］Liu Qingsheng，Li Haixia，Xia Xianghua，et al.Magnetic responses of geochemical processes above oil and gas reservoirs in China［J］.Trends in Geochemistry，2002，2：136-142.

［21］刘庆生，李海侠，王芳，等.油气藏全空间磁学、地球化学与矿物学结构及意义——检验“烟筒效应”的机理［J］.地球科学——中国地质大学学报，2002，27（5）：637-644.

［22］Yang Tao，Liu Qingsheng，Zeng Qingli，et al.Magnetic properties of urban soils with different soil types and environmental settings，and its implications［J］.Environmental Earth and Science，2012，DOI：10.1007/s12665-011-1248-9.

［23］Yang Tao，Zeng Qingli，Liu Zhifeng，et al.Magnetic properties of the road dusts from two parks in Wuhan city，China：Implications for mapping urban environment［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2010，177：637-548.

［24］Yang Tao，Liu Qingsheng，Li Haixia，et al.Anthropogenic magnetic particles and heavy metals in the road dust：magnetic identification and its implications［J］.Atmosphere Environment，2010，44（9）：1 175-1 185.

［25］Yang Tao，Liu Qingsheng，Zeng Qingli，et al.Environmental magnetic responses of urbanization process：evidence from the lake sediments in the East Lake，Wuhan，China［J］.Geophysical Journal International，2009，179：873-886.

［26］Liu Qingsheng，Zeng Qingli，Yang Tao，et al.Magnetic properties of street dust from Chibi city，Hubei Province，China：its implications for urban environment［J］.Journal of Earth Science，2009，20（5）：848-857.

［27］Yang Tao，Liu Qingsheng，Chan Lungsang，et al.Magnetic signature of heavy metals pollution of sediments：case study from the East Lake in Wuhan，China［J］.Environmental Geology，2007，52：1 639-1 650.

［28］Yang Tao，Liu Qingsheng，Chan Lungsang，et al.Magnetic investigation of heavy metals contamination in urban topsoils around the East Lake，Wuhan city，China［J］.Geophysical Journal International，2007，171：603-612.

［29］刘振东，刘庆生，汪汉胜，等.武汉市东湖沉积物的磁性特征与重金属含量之间的关系［J］.地球科学——中国地质大学学报，2006，31（2）：266-272.

［30］刘振东，刘庆生，杜耘，等.武汉市东湖沉积物重金属与城市污染环境的关系［J］.湖泊科学，2006，18（1）：79-85.

［31］刘振东.武汉市东湖地区湖沉积物和道路尘埃的环境磁响应研究［D］.武汉：中国科学院博士论文，2005.

［32］杨涛.武汉市东湖地区城市化过程环境磁响应研究［D］.武汉：中国地质大学博士论文，2008.