岩石磁化率是表征岩石受磁化难易程度的物理量，其相关研究始于20世纪上半叶^[1]，早期主要用于研究沉积物与沉积岩.岩石磁化率含有丰富的地质和地球物理信息，其来源是岩石磁学研究的基础^[2].通常认为，岩石的磁化率主要受岩石中磁性矿物的种类、粒度、化学成分、含量、氧化物状态以及所处的温度、压力等条件的影响^[3~5].

南海是我国最大的边缘海，有着特殊的构造背景、多彩的地质现象及丰富的油气资源，是历来中外地质学家-地球物理学家关注的焦点.多年来，针对南海及其北部地区的重磁场特征研究取得了大量的成果^[6~9]，这些成果是有关南海形成演化、陆缘性质、前新生界基底结构等研究的重要资料.近年来，随着南海北部油气资源的不断开发和勘探程度的加深，对盆地前新生界基底特征及油气前景的研究逐渐成为热点.很多学者利用区域重磁场特征结合陆缘区和钻井揭示的岩石的物理性质，反演盆地前新生界基底特征.如郝天珧(2008)^[10]用区域重力数据结合两条地震剖面，在相关露头区岩石密度测量基础上，建立了南海东北部地区两条剖面的密度模型；郝天珧(2009)^[11]利用南海最新的磁力资料，在岩石磁化率和剩余磁化强度分析的基础上，反演了全南海海域磁性基底的宏观分布；陈洁(2010)^[12]汇集了南海历年的磁力实测资料，重新进行了相关处理，结合南海相关露头区和钻井岩石的磁性资料，建立了认识、解释南海的磁场基础体系等等.这些研究推动了对南海盆地基底结构的认识.岩石物性是重磁反演的基础，李唐根(1987)^[13]报道了雷琼和茂名地区盆地钻井岩心和露头剖面各类岩石密度和磁化率测定的统计数据.姜枚和贾秀敏(1989)^[14]报道了江西和福建地区花岗质岩石密度和磁化率的研究结果.金庆焕(1989)^[15]总结了南海海区及周缘岩石的磁性特征.本文重点探讨岩石磁化率与构成岩石各种矿物磁化率及其体积含量之间的量化关系，进而揭示本区主要岩石类型的磁化率特征与成因.另外，区域磁异常实质上是由构成地质体的各类岩石(磁性体)综合作用的结果.本项研究还希望通过岩石与矿物磁化率的关系，探索地质体与岩石单元(单一岩性体)磁化率的关系.1)王璞臖，孙晓猛，唐华风等.南海北部深水区及其邻区基底构造与火山作用研究.国家科技重大专项子课题研究报告.2010

基于海陆对比和区域构造研究¹⁾，确定与南海盆地基底相关的露头剖面进行本文的岩石磁化率研究(图 1).岩石磁化率的野外露头测量使用SM30便携式磁化率仪(捷克产，灵敏度可达10-7SI).测量方法是:在一个平整且新鲜的岩石面上选择10个不同的点，每个点测量数次，对3 次测量误差小于1%的数据取算术平均值作为该点的磁化率野外测量值.这样，在盆缘剖面上测量了几乎所有的海域盆地基底可能出现的岩性，测量数据点2517 套(图 2a).经野外岩石磁化率测量后，对于磁化率有显著性差异的同种和不同种岩石进行系统采样(同种岩石，如花岗岩，在露头剖面上可显示差别很大的磁化率，对此要分别采样).采样遵循以下原则:①能代表海域盆地基底已经出现和可能出现的所有岩性；②岩石新鲜或较新鲜，保证能制成薄片并满足室内测量制样要求；③不同岩石类型分别采样；④同种岩性野外磁化率测量值差别大于100×10^-6SI或相对变化率大于100%者均进行分别采集.据此，采集了火山岩、岩浆岩、沉积岩、变质岩四大类岩石样品共245块.室内磁化率和密度测量在吉林大学古地磁实验室完成.方法如下:用岩石切割机将样品加工为2cm×2cm×2cm 的规则立方体，用国产卡帕桥HKB-1型磁化率测试仪，仪器灵敏度5×10^-8SI，采用X、Y、Z三方位平均测定体积磁化率(体积磁化率(κ)是无量纲的，它是物质单位体积的感应磁化强度J 和外部磁场强度H的比值，用公式表示是:J =κH).测试结果见表 1和图 2b.

图 1

Fig. 1

图 1 陆地采样位置(黑色圆点)与海域盆地内有磁化率测试的井位(黑色三角形) Fig. 1 Location map showing rock samples alone the coast of the northern South China Sea (black points) and drilling wells that have magnetic susceptibility measurement in the basin of sea area (black triangles)

表 1(Table 1)

表 1 研究区岩石磁化率测量结果统计表 Table 1 The results of measured rock magnetic susceptibility

表 1 研究区岩石磁化率测量结果统计表 Table 1 The results of measured rock magnetic susceptibility

图 2

Fig. 2

图 2 研究区岩石磁化率频率分布直方图 (a)野外测量结果；(b)室内测量结果及磁化率分级点(黑色圆点). Fig. 2 Histograms showing the distribution of frequency of bulk magnetic susceptibility of rocks in study area (a)Result of field work； (b)Result of library and divide points of rock magnetism (black points).

1) 王璞臖，孙晓猛，唐华风等.南海北部深水区及其邻区基底构造与火山作用研究.国家科技重大专项子课题研究报告.2010

将样品制成薄片，利用偏光显微镜进行岩矿鉴定，重点研究岩石中矿物组成、粒度大小、分布状况(结构)、含量及经历的次生变化等，在岩石准确定名基础上准确统计所有组成矿物的体积含量.另外，选取部分火山岩样品进行硅酸盐全分析(化学法，吉林大学分析测试中心)，用以计算CIPW 矿物含量，并与镜下统计的矿物含量相互校正.

岩石是由矿物组成的，不同矿物的磁化率大小不同，对岩石磁化率的贡献就不同.岩石内部包含的磁性物质的多少以及磁性物质本身的磁化率大小就决定了整块岩石的磁化率大小^[16].铁磁性、顺磁性和逆磁性矿物都提供着低场强磁化率^[17].Ali Aydin等(2007)^[18]在研究花岗岩磁化率时指出，岩石磁化率与各种矿物磁化率之间存在线性加和关系.除岩石磁化率外，很多学者对单矿物的磁化率进行了测定和研究^[19~25]，积累了宝贵的单矿物磁化率资料.本文在这些单矿物磁化率研究数据的基础上进行本区岩石磁化率的矿物学研究.

单矿物的磁性特征通常按其磁化率大小分为逆磁性或抗磁性矿物(diamagnetic mineral，磁化率κ<0)、顺磁性矿物(paramagnetic mineral，κ>0)和铁磁性矿物(ferromagnetic mineral，κ0)三大类^[26].表 2为常见矿物的磁化率值、产状及引起磁化率升降变化的常见矿物蚀变特征.

表 2(Table 2)

表 2 单矿物磁化率、产状及引起磁化率变化的常见蚀变特征统计表 Table 2 Magnetic susceptibility，occurrence and alteration of selected minerals

表 2 单矿物磁化率、产状及引起磁化率变化的常见蚀变特征统计表 Table 2 Magnetic susceptibility，occurrence and alteration of selected minerals

逆磁性矿物磁化率很小，几乎都是负值，自然界中多数无铁造岩矿物都是逆磁性的^[19].这类矿物的磁化率与磁场强弱及温度高低无关^[20].除表中所列者外，常见的逆磁性矿物还有方铅矿、闪锌矿、锡石、重晶石、天青石等.但值得注意的是，矿物中的杂质或包裹体对其磁性会产生显著性影响.例如，由于石英中常含有顺磁性或磁铁矿等固体包裹体，使其磁性呈现出弱顺磁性或强顺磁性^[27].

顺磁性矿物磁化率值也很小，其化学成分一般是含铁硅酸盐和铝硅酸盐^[28].这类矿物的磁化率值一般小于500(4π×10^-6SI)，变化范围在0~5000(4π×10^-6SI)之间.磁化率大小主要与矿物中的Fe2+ 和Fe3+ 有关^[22].例如，表 2 中所示橄榄石、辉石、黑云母等含铁硅酸盐矿物中存在的Fe2+ 和Fe3+ ，就使得磁化率较其他不含Fe2+ 和Fe3+ 的矿物磁化率大.有时因矿物中含有磁铁矿微粒，会出现较高的磁化率^[19]，或者矿物发生次生变化，析出铁质或磁铁矿，也会使得矿物的磁化率升高.例如，橄榄石的蛇纹石化及黑云母、角闪石的绿泥石化都会生成磁铁矿^{[29, 30]}.一般情况下，温度越高，顺磁性矿物的磁化率就越小^[19].

自然界中的铁磁性物质不多，分布最广的铁磁性矿物是铁的氧化物、氢氧化物、硫化物等^[31]，主要的铁磁性矿物及其磁化率值列于表 2 中.铁磁性矿物在岩石中的含量较少，变化范围一般由<0.01%至7~10%^[32]，但铁磁性矿物的磁化率值远大于顺磁性矿物和逆磁性矿物的磁化率值.因此，即使岩石中只含有少量的铁磁性矿物，也是岩石磁化率的主要贡献者.对铁磁物质来讲，在弱磁场中当温度升高时，其磁化率随温度渐渐增大；接近居里点时，磁化率值很快达到极大值；到达或超过居里点时，磁化率急剧减小而趋于零，变为顺磁性^[4].

由磁化率的计算公式(J =κH)可知，磁化率是岩石感应磁化强度(J )强弱的直接反映.因此根据岩石磁化率大小划分的岩石磁性强弱，可以直接用以衡量岩石的感应磁化强度大小.

由于研究目的不同以及岩石磁化率本身的复杂性，岩石磁性强弱的分级就难以形成一个统一的量化标准.针对不同的研究对象和研究目的，有不同的划分标准.本文所测得的岩石磁化率变化范围较大((-15~105467)×4π×10^-6SI)(图 2)，由室内测量结果做出的岩石频率分布直方图(图 2b)可以看出，岩石磁化率主要集中于10~100(4π×10^-6SI)和1000~10000(4π×10^-6SI)两个区间，呈现双峰式分布特点.野外大样本的测量结果显示1000~10000(4π×10^-6SI)之间集中了大量的岩石(图 2a)，磁化率分布呈偏正态分布.为便于研究及资料处理，根据趋势线的变化情况，综合野外磁化率测量结果及室内磁化率结果，将岩石划分6个磁性级别(表 3)，分界点示于图 2(黑色圆点).该磁性级别划分的主要目的首先是区分不同类型的岩石，然后再将类型相同但磁化率不同的岩石分成不同的亚类(如花岗岩类，按磁性矿物组成的差异划分亚类).

表 3(Table 3)

表 3 根据磁化率大小确定的岩石磁性分类 Table 3 Classification of rocks based on their magnetic susceptibility

表 3 根据磁化率大小确定的岩石磁性分类 Table 3 Classification of rocks based on their magnetic susceptibility

表 4给出了研究区各磁性岩石的矿物成分统计结果.逆磁性岩石主要包括石英岩、硅质岩和碳酸盐岩，磁化率范围从-15~-7(4π×10^-6SI).岩石矿物成分单一(图 3k)，主要由石英或方解石组成，不含其他矿物；其次，岩石新鲜，矿物没有遭受蚀变.

表 4(Table 4)

表 4 研究区岩石磁性类型及其矿物成分统计表 Table 4 Petromagnetic types and their mineral composition

表 4 研究区岩石磁性类型及其矿物成分统计表 Table 4 Petromagnetic types and their mineral composition

图 3

Fig. 3

图 3 各种磁性岩石的矿物组成显微照片图版(磁化率单位4π×10-6SI) (a)橄榄玄武岩，κ=2379，主要由斜长石、橄榄石组成；(b)绿泥石化橄榄玄武岩，κ=8032，由橄榄石、斜长石组成，橄榄石蚀变为绿泥石，并 释放出铁质；(c)碱长花岗岩，κ = 2825，由碱性长石、石英、斜长石、少量黑云母及磁铁矿组成；(d)黑云母石英二长岩以=7293，由斜长石、 碱性长石、石英、黑云母、白云母及少量磁铁矿(约1%)组成；(e)绿泥石化黑云母闪长玢岩，κ=32700，由斜长石、角闪石、黑云母、绿泥石、 绿帘石及少量磁铁矿组成(约4%)；(f)闪长岩，κ=105467，由角闪石、斜长石、碱性长石及磁铁矿(约10%)组成；(g)岩屑长石细砂岩，κ = 88，由石英、斜长石，少量白云母、少量安山岩岩屑、流纹岩岩屑组成；(h)含石榴石白云母片麻岩，K=93，由石榴石、石英、白云母、斜长石组 成；(i)含石榴石角闪片岩，K=700，由石榴石、长石、角闪石组成；(j)石英角闪黑云片岩，κ= 19487，由黑云母、角闪石、石英及少量磁铁矿 (约1%)组成；(k)石英岩，κ= - 15，全部由石英组成；(l)黑云斜长片麻岩，K=181，由石英、斜长石、少量黑云母组成.(b，c〜f、j)为单偏光，(a、g〜i、k、l)为正交偏光.矿物代号:Mag-磁铁矿；Bt-黑云母；Am-角闪石；01-橄榄石；Chl-绿泥石；Ep-绿帘石；Ms-白云母；Qtz-石英；P1-斜长石；Grt-石榴石；And-安山岩岩屑；Cbn-碳酸盐矿物. Fig. 3 Photo plate Mineral composition and polarizing microscope pictures of magnetic rocks(4π×10-6SI of units is used) (a) Olivine basalt，κ = 2379，mainly consists of plagioclase and olivine； (b) Chloritized olivine basalt，κ = 8032，made from olivine，plagioclase，altered olivine form chlorite and Fe； (c) Alkali-feldspar granite，K=2825，main minerals: alkali-feldspar，quartz，plagioclase，biotite and magnetite； (d)Biotite quartz monzonite，K=7293，main components: plagioclase，alkaii-feldspar，quartz，biotite，muscovite and magnetite(about 1%) ； (e) Chloritized biotite diorite porphyrite，κ= 32700，main minerals: plagioclase，amphibole，biotite，chlorite，epidote and magnetite(about 4%)； (f) Diorite，κ= 105467，main minerals: amphibole，plagioclase，alkaii-feldspar，altered amphibole form carbonate and magnetite (about 10%) ； (g) Debris-feldspar，κ= 88，main minerals: quartz，plagioclase，muscovite，andesite debrisand rhyolite debris ； (h) Muscovite gneiss contains garnet，K =93，main minerals : garnet，quartz，muscovite and plagioclase； (i) Hornblende schist contains garnet，κ = 700，main minerals: garnet，feldspar and amphibole； (j) Quartz-amphibole-biotite schist，κ = 19487，main minerals: biotite，amphibole，quartz and magnetite(about 1%) ； (k)Quartzite，κ= - 15，all quartz compoments； (l) Biotiteplagioclase gneiss，κ= 181，main minerals: quartz，plagioclase and some biotite. Photo plate (b，c〜f、j) under single polarizer observed；Photo plate (a、g〜i、k、l)under crossed polarizer observed. Mineral abbreviations: Mag-magnetite； Bt-biotite； Am-amphibole； Ol-olivine；Chl-chlorite； Ep-epidote； Ms-muscovite； Qtz-quartz； Pl-plagioclase； Grt-garnet； And-andesite debris； Cbn-carbonate.

无磁性岩石磁化率在10~93(4π×10^-6SI)之间，岩石类型主要为泥岩、粉砂岩、细砂岩及二长花岗岩、富石英花岗岩、白云母片岩等.其主要矿物成分为碱性长石、斜长石、石英、白云母(图 3g)，且这些逆磁、弱顺磁性矿物的体积占岩石总体积的95%以上，未见磁铁矿等铁磁性矿物，个别岩石发生绢云母化.

弱磁性岩石磁化率在150~700(4π×10^-6SI)之间，岩石类型主要有含黑云母长石细砂岩、绿泥石化岩屑长石砂岩、含黑云母斜长片麻岩、含黑云母/角闪石正长花岗岩等.其矿物成分以斜长石和石英为主(岩屑分为长石、石英等组成矿物加以统计)，二者总含量大于90%；岩石中黑云母、角闪石的含量比无磁性岩石稍高(图 3(i，l))，约5%左右，个别岩石发生绢云母化或绿泥石化.

中磁性岩石磁化率在741~4790(4π×10^-6SI)之间，岩石类型主要有气孔杏仁含橄榄石玄武岩、玄武质凝灰岩、黑云母/角闪石石英正长岩等.其矿物成分以斜长石、黑云母、角闪石、橄榄石、辉石为主(图 3(a，c))，不含或含少量石英，含极少量的磁铁矿(图 3a).强磁性岩石磁化率在5153~19487(4π×10⁶SI)之间，岩石类型主要为橄榄玄武岩、黑云斜长片麻岩、黑云母花岗闪长岩、黑云母/角闪石花岗岩等.其矿物成分以斜长石、黑云母、角闪石、橄榄石、辉石为主(图 3(b、d))，少量磁铁矿(0.1% ~3%，粒径0.03mm 左右)及铁质氧化物(约5%).

极强磁性岩石磁化率在20627~105467(4π×10⁶SI)之间，岩石主要为含磁铁矿橄榄玄武岩、含磁铁矿闪长玢岩、闪长岩、角闪黑云片岩等.其矿物成分主要为斜长石、角闪石、辉石、橄榄石(图 3(e、f、j)，少量磁铁矿(1%~10%，粒径0.03~0.1mm 左右)及铁质氧化物(5%~20%).

火山岩是岩浆喷出地表时快速冷凝固结形成的，与相应成分的侵入岩比较，其结晶颗粒小，斑状结构发育.这一特点也决定了火山岩的磁化率较同成分的侵入岩低^[33].本次研究中，火山岩磁化率主要为中磁性和强磁性，少量弱磁性和极强磁性.研究表明，火山岩的磁化率与其结构构造有密切的关系.

流纹岩的磁化率在1247~5153(4π×10^-6SI)之间，变化范围较小，属中磁性岩石.其矿物成分主要为长英质矿物，含少量的黑云母，黑云母发生大面积的氧化，边缘及内部均分布有磁铁矿微粒.就结构构造而言，流纹岩样品具菲细结构，斑晶不发育，为块状构造.由此可以认为，流纹岩的磁化率与其中铁磁性矿物的含量有密切关系.

玄武岩的磁化率变化范围在1112~69867(4π×10^-6SI)之间，从中磁性到极强磁性均有分布.从结构构造方面，所研究的玄武岩斑状结构不发育(图 3(a，b))，多为间粒结构或间隐结构，气孔杏仁构造.研究表明，气孔的发育程度及充填状态对玄武岩的磁化率有一定的影响.表现在基质成分相同时，气孔中充填绿泥石的玄武岩比充填方解石、石英、沸石或无充填的玄武岩磁化率高；气孔大量发育的玄武岩比气孔不发育或少量发育的玄武岩磁化率值低，这主要是气孔影响了岩石中磁性矿物的体积含量.从矿物成分而言，玄武岩主要由斜长石、橄榄石、辉石及少量铁镁质微粒矿物组成.值得一提的是，研究区发育大量橄榄玄武岩，且橄榄石含量通常占到岩石体积的20%以上.橄榄石本身就可使玄武岩的磁化率升高，另一方面，玄武岩中橄榄石的伊丁石化(蛇纹石化)、绿泥石化及橄榄石与辉石的反应边结构，都会使橄榄石释放出铁质氧化物，使得玄武岩的磁化率进一步升高，进而达到极强磁性.因此，玄武岩的磁化率主要来源于橄榄石、辉石、磁铁矿和含铁矿物蚀变分解的铁质集合体，而占大量体积的斜长石贡献较小.

岩浆岩磁化率的变化范围很广，从10~105467(4π×10^-6SI).前人研究认为，这种大的范围主要是由岩石中铁磁性矿物的含量变化引起的^[34].本次研究采集了侵入岩(包括浅成侵入岩)样品72块，岩石的磁性分布示于图 4.

图 4

Fig. 4

图 4 研究区侵人岩磁性分布直方图 Fig. 4 Distribution of magnetismof intrusive rocks in study area

由图 4可以看出，侵入岩样品以无磁性和中磁性为主.各磁性岩石组成具体为:逆磁性岩石为硅质岩脉和花岗质伟晶岩脉；无磁性岩石包括石英二长岩、石英正长岩、富石英花岗岩、花岗斑岩；弱磁性岩石主要为二长花岗岩，中磁性岩石为二云母石英正长岩、含黑云母花岗斑岩、含黑云母/角闪石正长花岗岩；强磁性岩石包括黑云母石英闪长岩、黑云母角闪石花岗岩；极强磁性岩石主要为磁铁矿闪长岩、磁铁闪长玢岩、辉绿玢岩等.由此可以看出，侵入岩的磁性大小表现为:磁铁矿闪长岩/闪长玢岩> 黑云母/角闪石花岗岩>含黑云母/角闪石花岗岩>花岗岩.从各磁级岩石矿物成分看，这种磁化率差异就是岩石中黑云母、角闪石(辉石)以及铁磁性矿物含量变化的反应.硅质岩脉或伟晶岩脉的矿物成分单一，矿物纯度高，鲜含杂质，因此显示逆磁性.石英二长岩、花岗斑岩等岩石，矿物成分以长石、石英等弱顺磁性矿物为主，含极少量的黑云母、角闪石(小于1%)，极少见不透明的铁磁性矿物，因此岩石磁化率值低；其次，随着岩石中黑云母、角闪石等强顺磁性矿物含量的增加，岩石的磁化率也开始增加，此时，铁镁硅酸盐矿物就是岩石磁化率的主要贡献者.当磁铁矿含量增加到一定量时，即使岩石中不含黑云母等强顺磁性矿物，岩石也属于强磁性-极强磁性的.另外，当岩石中的黑云母或角闪石发生氧化或蚀变释放出铁质(图 3f)，其磁化率也会增大，这时，铁磁性矿物及含铁硅酸盐矿物一起构成了岩石的强磁化率.

本文选取45个新鲜无蚀变的侵入岩样本，进行多元线性回归分析.选择侵入岩中的主要常见矿物---石英、斜长石、碱性长石、黑云母、角闪石及磁铁矿作为自变量，拟合函数形式为:

(1)

其中，κ_r 为岩石磁化率值，C、κ 依次为石英(q，κ=-1.3)(磁化率单位为4π×10^-6SI，下同)、斜长石(f，κ= 0.01)、碱性长石(a，κ= 0.01)、黑云母(b，κ=100)、角闪石(am，κ =80)、磁铁矿(m，κ =100000)的体积百分含量和磁化率值，a_i(i=1，2，…，6)为各变量的系数.

(1) 式中C是岩矿鉴定所得到的各种矿物的体积含量，矿物的磁化率值亦为给定的值，两者均为已知数.这样，据式(1)建立起求解a_i(i=1，2，…，6)的方程组，应用最小二乘估计，求得各项系数a_i，并带入(1)式，得出如下关系式:

(2)

为了检验(2)式是否有意义，必须对其进行有效性检验.应用F统计量检验回归方程的显著性.经SPSS软件计算得出观测值F₀=348.25(显著性水平选为95%)，查F分布表得临界值F_α=2.54，F₀<F_α，说明(2)式的线性关系是显著的.然后对回归系数进行t分布显著性检验，经SPSS计算结果可知，C_m(磁铁矿)、C_am(角闪石)、C_b(黑云母)三项通过显著性检验，C_q(石英)、C_f(斜长石)、C_a(碱性长石)没有通过显著性检验.说明前三者与κ_r 显著线性相关，而后三者与κ_r 线性相关不显著.

由(2)式计算的结果与实测值具有良好的符合关系(图 5)，进一步说明侵入岩岩石磁化率与单矿物磁化率之间存在线性关系(各项系数反映相应矿物对岩石磁化率贡献的大小)，从而也证明了侵入岩磁化率的矿物源主要是铁磁性矿物(体积百分含量前的系数权重值很高)、黑云母及角闪石.

图 5

Fig. 5

图 5 侵人岩多元线性回归分析结果与实际值对比 Fig. 5 Contrast between multiple linear regressionanalysis result and real value of intrusive rocks

从岩石磁化率与其组成矿物的磁化率之间的关系可以看出，磁性体总磁化率是构成该磁性体各个部分的磁化率累加的结果.由此推测，地质体的总磁化率与构成地质体各个岩石的磁化率-体积含量之间也应存在类似关系.我们进行磁异常解释，实际上所涉及的是具备一定规模的地质体.本研究结果暗示，有两点在磁异常解译应加以注意，一是总体磁化率与个体磁化率可能为线性累加关系；二是小体积的强磁性体可能是影响大的地质体磁性的主导因素.

沉积岩在形成过程中，母岩物质经过了风化、剥蚀和搬运，使得其中的暗色矿物难以保存下来，而斜长石、石英等抗风化颗粒得以大量保存.但碎屑颗粒也可能包含了来自母岩的含铁矿物，这些含铁矿物通常为磁铁矿、赤铁矿及铁的氢氧化物，以赤铁矿为主^[35]，含量一般低于1%.对沉积岩中这些磁性载体类型及粒度大小的研究，有着重要的应用价值^[36~39].

本次研究中经过显微镜鉴定，沉积岩样品中并未发现铁磁性物质.泥岩、粉砂质泥岩、石英砂岩等以泥质、粘土矿物、石英为主的沉积岩，磁化率在25~93(4π×10^-6SI)之间，岩石的磁化率由粘土矿物等提供，为无磁性岩石.长石石英砂岩(硅质胶结、泥质胶结)、岩屑长石砂岩(泥质胶结)的磁化率要明显高于泥岩类，磁化率变化在112~512(4π×10^-6SI)，属弱磁性岩石.研究表明，含黑云母长石石英砂岩、绢云母化长石砂岩及绿泥石化粉砂质泥岩的磁化率要明显高于其他沉积岩.这说明即便是少量的黑云母、绿泥石等强顺磁性矿物对沉积岩磁化率的贡献也是显著性的.

由表 1可以看出，变质岩的磁化率值有很大的变化范围，从12~11712(4π×10^-6SI)，这跟其原岩成分有关，也受到变质岩变质程度的影响^[19].以沉积岩为原岩的副变质岩(包括千枚岩、白云母片岩、石英片岩等)磁性通常较弱，而以火成岩为原岩的正变质岩(包括黑云角闪片岩和黑云斜长片麻岩等，原岩为火山岩^{[40, 41]})磁化率通常较高.前人资料显示^[19]，磁化率很弱的变质岩与造岩矿物的成分有关，而磁化率在100~10000(4π×10^-6SI)的岩石则与铁磁性成分成比例.本次研究中，无磁性、弱磁性岩石中未见铁磁性矿物，绢云母、白云母、黑云母、角闪石(表 4)是组成岩石的主要顺磁性矿物，岩石类型主要为白云母片岩.中磁性的变质岩中黑云母、角闪石的含量明显增加，甚至可占岩石体积的60% (如NH32号，黑云角闪片岩，磁化率值为2617×4π×10⁶SI，磁铁矿的含量小于1%).强磁性或极强磁性的岩石不仅铁磁性矿物的含量有所增加，强顺磁性的黑云母等矿物也大量发育，如NH33 号(图 3j)，岩性为石英角闪黑云片岩，矿物成分为碱性长石(4%)、黑云母(35%)、角闪石(25%)、石英(40%)、磁铁矿(5%).由此可知，无-弱磁性变质岩石的磁化率主要由组成岩石的铁镁硅酸盐矿物(如角闪石、绿泥石和黑云母)贡献，因为他们的原始结晶形态比磁铁矿的原始结晶尺寸大^[42]，而且它们在岩石中的含量远比磁铁矿丰富，但后期黑云母、角闪石蚀变释放出游离的铁而形成磁铁矿等铁磁性矿物时，岩石的磁化率就主要由铁磁性矿物决定.

采用与侵入岩相同的方法进行拟合，选取自变量为石英(q，κ= -1.3)、斜长石(f，κ=0.01)、碱性长石(a，κ=0.01)、白云母(ms，κ=10)、石榴石(g，κ=200)、角闪石(am，κ=60)、黑云母(b，κ=80)、磁铁矿(m，κ=100000)，得出如下拟合关系式:

(3)

(3)式的显著性检验结果F₀=2.56<F_α=181.73，(3)式的线性关系显著成立.t分布回归系数显著性结果为石榴石、黑云母、角闪石、磁铁矿通过检验，其余未通过检验.拟合值与实际测量值的对比示于图 6.同样地，式(3)及显著性检验结果也证明了变质岩磁化率的矿物源主要是黑云母、角闪石、磁铁矿，石榴石对变质岩磁化率的贡献与黑云母、角闪石相当.

图 6

Fig. 6

图 6 变质岩多元线性回归拟合结果与实际值对比 Fig. 6 Contrast between multiple linear regression analysis result and real value of metermophic rocks

矿物的次生蚀变作用往往会使其磁化率发生显著性变化，且随着蚀变类型和强度的不同而不同，被蚀变矿物类型和新生矿物种类都会影响其磁化率^[43].表 2给出了矿物的常见蚀变特征及对矿物磁化率的影响.

不含铁造岩矿物主要为逆磁性和弱顺磁性矿物(常见为石英、长石和部分粘土矿物)，蚀变后不释放出铁质.这类矿物蚀变前后磁化率的变化率主要取决于蚀变前后反应物(被蚀变矿物)与产物(新生矿物)的磁化率比值和蚀变程度(新生矿物量).二者磁化率差别越大、新生矿物量越高，磁化率变化越大；否则，蚀变前后无显著性变化.例如，长石(磁化率-1.3~1.7 或<0.01)的绢云母(4~20)×4π×10⁶SI化会使磁化率升高，而碳酸盐(磁化率多<0)化则会使磁化率降低.

铁镁造岩矿物(常见为黑云母、角闪石、橄榄石等)，本身具有较高的磁化率，经次生蚀变常释放出铁质^[29].本次研究表明，中酸性火成岩中的黑云母在发生绿泥石化或转变为白云母时，会释放出铁质矿物(图 3(c，d，j))；角闪石蚀变为绿泥石、绿帘石、黑云母(图 3e)、碳酸盐矿物(图 3f).这些蚀变因形成铁的氧化物而使岩石的磁化率升高.有文献报道^[44]，当岩石遭受长期的氧化作用和表生作用，使得磁铁矿和钛磁铁矿变为弱铁磁性(赤铁矿和其他)，且磁性颗粒也变小，此时岩石磁化率就减小；机械风化作用会使铁磁性矿物部分带出也能导致岩石磁化率降低.

杨慧心教授、肖锋老师的指导使作者受益匪浅，在此表示真诚的谢意，一并感谢张俊峰、赵刚在磁化率测量过程中给予的大力支持!