2017, Vol.37
② 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170;
③ 河北省地矿局第三水文工程地质大队, 衡水 053000)
华北平原第四纪地层影响和制约了区域含水层的性质和分布，进而影响区域资源环境承载力，因而具有重要的社会、经济意义。该地区第四纪地层厚度与新生代构造单元相关，厚度为200~500m[1, 2]；沉积相则和构造、气候等相关，形成海相、河湖相等不同的沉积类型[3, 4]，使得区域岩相古地理较为复杂。为了深入研究华北平原第四纪地层结构、沉积演化过程，需要建立精确的年代框架。磁性地层学是建立第四纪地层年代框架的有效手段，尤其是近年来随着测量技术的进步和岩石磁学理论的发展，已建立了华北平原北部多个钻孔的磁性地层年代框架[5~12]。但华北平原范围广大，沉积过程复杂，尤其是渤海湾沿岸第四纪不同时期经历了河、湖和海相互作用，形成了不同沉积相的沉积物[13~15]。不同沉积相的沉积物经历了不同程度的氧化-还原和淋溶淀积作用，易使得磁性矿物发生转变，如湖相、海相环境中易形成胶黄铁矿[16~18]，早期成岩作用也能改变沉积物的原始磁学性质[19~20]；而陆相沉积物的古地磁记录更为复杂，沉积物中有机质含量、风化程度等因素均影响或改变磁性矿物[21]，雨水下渗也可能引起重磁化[22]。因而，迫切需要对华北平原第四纪沉积物进行精细的岩石磁学研究，以确定沉积物中磁性矿物种类、粒度及成因，为磁性地层学和环境磁学研究提供岩石磁学基础。
华北平原中、西部为太行山山前的冲积扇，东部则为河海相互作用形成的海相和泛滥平原相，其沉积类型在华北平原具有区域代表性。本文利用华北平原中部滹沱河冲积扇SK1孔和东部黄河三角洲G4孔的沉积物，研究和讨论华北平原中部第四纪沉积物的岩石磁学性质。
1 地质概况华北平原中、北部在构造上属于渤海湾盆地，包括多个坳陷和隆起，新生代以来持续沉降，厚度平均为6000余米，其中古近系厚3100m，新近系厚2400m，第四系厚400~500m，其中隆起区缺失古近系[23, 24]。古近纪主要为断陷时期，坳陷和隆起区沉降差异较大；新近纪为坳陷时期，整体沉降[25, 26]，第四纪经历了构造反转[27]。冀中坳陷内第四纪地层厚320m[28]，以河流相和泛滥平原相为主，含少量湖沼相[29, 30]；埕宁隆起第四纪地层约180m，早、中更新世以泛滥平原相为主，晚第四纪沉积含有海相层[2]。
SK1孔位于河北省衡水市安平县南部，构造上位于冀中坳陷内，地貌上属于滹沱河冲积扇边部(图 1)；坐标38°12′17″N，115°31′03″E，海拔约27m，孔深480m，全孔取芯，采取率92。岩性以黄棕色、棕黄色砂质粉砂、粉砂质砂、细砂、中砂为主，上部夹有少量灰黄色砂质粉砂；沉积相以浅湖沼、河间洼地、扇间洼地、河流相和冲积扇相为主。
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图 1 华北平原构造简图和钻孔位置图 Fig. 1 Schematic tectonic map of northern and central North China Plain and the location of boreholes |
G4孔位于山东省滨州市无棣县北部，构造上位于埕宁隆起，地貌上属于黄河三角洲(图 1)；坐标38°02′15″N，117°38′51″E，海拔约6m，孔深400m，全孔取芯，采取率95。岩性以黄棕色、棕黄色、红棕色砂质粉砂、粉砂质砂、细砂为主，上部夹灰黄色、黄灰色砂质粉砂，埋深46~56m为玄武质凝灰岩；沉积相以泛滥平原为主，上部46m夹有3层海侵层[2]。
2 材料和方法本文选择SK1和G4孔不同沉积相的样品进行了岩石磁学实验(图 2)，并对全孔样品进行系统退磁实验。SK1孔331个样品进行了系统的热退磁，4个样品进行了岩石磁学实验；G4孔427个样品进行了系统的热退磁，4个样品进行了岩石磁学实验。采用AGICO公司生的KLY-3s Kappabridge及CS-3温度控制系统测量磁化率随温度变化(χ-T)曲线，加热-冷却过程均在氩气环境中进行。磁滞回线及磁滞参数(包括饱和剩磁Mrs，饱和磁化强度Ms，矫顽力Bc和剩磁矫顽力Bcr)和IRM获得曲线及其反向场中的退磁采用美国普林斯顿仪器公司的MicroMag3900型振动样品磁力仪测量。系统退磁实验在磁屏蔽空间(＜300nT)中完成，在TD-48热退磁炉中进行系统热退磁，退磁温度从室温至690℃，间隔为10~50℃；剩磁测量在美制2G-760R低温超导磁力仪上进行。所有实验在中国科学院地质与地球物理研究所古地磁与地质年代学实验室完成。
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图 2 SK1和G4孔岩性、磁化率曲线和岩石磁学样品位置 Fig. 2 Lithology, magnetic susceptibility of boreholes SK1 and G4. Red symbols represent samples used for rock magnetic investigations in this study |
SK1和G4孔均有4个样品用于岩石磁学实验，4个典型热退磁样品进行岩石磁学分析(见图 2)，其中SK1-1~4和G4-1~4主要进行χ-T曲线、磁滞回线及磁滞参数和IRM获得曲线及其反向场中的退磁等3种实验，SK1-5~8和G4-5~8主要进行系统热退磁。各样品沉积特征见表 1和图 3。
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表 1 SK1孔和G4孔代表性样品沉积特征 Table 1 Sedimentary characteristics of selected samples in boreholes SK1 and G4 |
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图 3 SK1孔和G4孔代表性样品岩芯照片 Fig. 3 Photos of selected samples in boreholes SK1 and G4 |
磁化率结果见图 2，SK1孔磁化率的范围为1×10-8~126×10-8m3/kg，平均为18.8×10-8m3/kg；G4孔磁化率的范围为2×10-8~43×10-8 m3/kg，平均为8.2×10-8 m3/kg。
3.2 χ-T曲线根据磁化率-温度(χ-T)曲线可以判别沉积物中磁性矿物在热退磁过程中的转变规律，并提供磁性矿物种类和颗粒大小的信息[31, 34]。
χ-T曲线显示所有样品在加热过程中都在580℃左右磁化率快速降低并接近零，这说明沉积物的磁化率信号主要来自磁铁矿的贡献(图 4)；且部分样品在680℃，磁化率才降至最低，可能指示了赤铁矿的存在(图 4a、4b和4e~4h)。样品SK1-1、G4-1、G4-2和G4-3(图 4a和4e~4g)在加热室温至300℃过程中，磁化率缓慢增加，可能纤铁矿脱水转化为磁赤铁矿或者细颗粒亚铁磁性矿物逐渐解阻造成的[34]；在300~450℃，磁化率快速增加，并在510℃左右形成峰值，通常指示热不稳定的含铁硅酸盐/粘土矿物受热分解后新生成磁铁矿[35]。样品SK1-2、SK1-3、SK1-4和G4-4加热和冷却时的磁化率没有明显变化(图 4b~4d和4h)，基本可逆，指示了加热过程中基本没有新的亚铁磁性矿物生成。样品SK1-1(图 4a)的冷却曲线显示，在300℃至室温过程中磁化率逐渐升高，说明在整个加热-冷却过程中有少量的细粒亚铁磁性矿物生成(应为磁铁矿)。样品SK1-1、SK1-2、SK1-3、G4-4(图 4a~4c和4h)的加热和冷却曲线上510℃左右的磁化率峰基本重合，这是磁铁矿的Hopkinson效应造成的。但是，样品G4-1、G4-2、G4-3(图 4e~4g)的加热曲线上，510℃左右也出现磁化率峰，但是这些样品的冷却曲线明显位于加热曲线上方，说明在加热过程中生成了较多的亚铁磁性矿物颗粒(应为磁铁矿)。
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图 4 SK1孔和G4孔代表性样品的χ-T曲线 Fig. 4 Temperature-dependence of magnetic susceptibilities of selected samples in boreholes SK1 and G4 |
等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线是识别载磁矿物的基本方法之一[36]，S-ratio值反映了低矫顽力的“软”磁性矿物的相对含量[37, 38]。代表性样品的等温剩磁曲线和反向场退磁曲线，均经过质量归一化处理，以1T的等温剩磁近似代表饱和等温剩磁。等温剩磁获得曲线包括两种类型：第一，样品SK1-1、SK1-2、SK1-3、G4-1、G4-2和G4-4(图 5a~5c、5e、5f和5h)在300mT的等温剩磁达到饱和等温剩磁的70 ~79，S-ratio为0.44~0.60，Bcr为88~132mT，这些数据说明这种类型的沉积物中磁性矿物组成以高矫顽力和低矫顽力磁性矿物混合为特征，且高矫顽力磁性矿物含量较高。第二，样品SK1-4和G4-3(图 5d和5g)在300mT时的等温剩磁达到饱和等温剩磁85 ~88，S-ratio为0.52~0.73，Bcr为38~55mT，说明这种类型的沉积物中磁性矿物也是以低矫顽力和高矫顽力磁性矿物混合为特征，但与上述第一类沉积物相比，高矫顽力磁性矿物含量相对较低。
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图 5 SK1孔和G4孔代表性样品的等温剩磁获得曲线及反向场退磁曲线 Fig. 5 Isothermal remnant magnetization(IRM)acquisition curves and its back-field demagnetization curves for selected samples in boreholes SK1 and G4 |
磁滞参数包括饱和剩磁(Mrs)、饱和磁化强度(Ms)、矫顽力(Bc)和剩磁矫顽力(Bcr)。代表性样品的磁滞回线均经过顺磁校正和质量归一化处理，最大外加磁场为1.0T。根据磁滞回线特征，也可将沉积物分为两类。第一，样品SK1-1、SK1-2、SK1-3、G4-1、G4-2和G4-4(图 6a~6c、6e、6f和6h)的磁滞回线在0.6T以上接近闭合，且呈现显著的细腰特征，Bcr/Bc值为4.6~7.8，Mrs/Ms的值为0.16~0.28。第二，样品SK1-4和G4-3(图 6d和6g)的磁滞回线在0.5T以上饱和，也呈现出较弱的细腰特征，Bcr/Bc值为2.7，Mrs/Ms的值为0.22~0.27。这些特征说明，两孔沉积物中磁性矿物组成都以高矫顽力和低矫顽力磁性矿物混合为特征，但以样品SK1-1、SK1-2、SK1-3、G4-1、G4-2和G4-4为代表的第一类沉积物中，高矫顽力磁性矿物含量较高；而以样品SK1-4和G4-3为代表的第二类沉积物中，高矫顽力磁性矿物含量相对较低。可见，根据磁滞回线特征与等温剩磁获得曲线特征对沉积物类型进行划分，结果是一致的。
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图 6 SK1孔和G4孔代表性样品顺磁校正后的磁滞回线 Fig. 6 Hysteresis loops after slope correction for paramagnetic contribution for selected samples in boreholes SK1 and G4 |
代表性样品的系统热退磁结果显示SK1孔和G4孔沉积物磁性特征显著不同(图 7和图 8)。
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图 7 SK1孔和G4孔沉积物代表性样品系统热退磁结果正交投影图 圆圈和正方形分别代表垂直和水平投影；图中的数字表示退磁温度(℃)，NRM为天然剩磁 Fig. 7 Orthogonal projection of progressive demagnetization for selected samples in boreholes SK1 and G4. The circles and squares represent the vertical and horizontal planes, respectively; the numbers refer to the temperatures in ℃; NRM is the natural remanent magnetization |
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图 8 SK1孔和G4孔沉积物代表性样品均一化的剩磁强度衰减图 Fig. 8 Decay curves of the NRM for representative samples in boreholes SK1 and G4 |
图 7a~7d所示的SK1孔代表性样品中，SK1-5(图 7a)高温585℃时剩磁强度已低于天然剩磁(NRM)的10，说明该样品中磁铁矿为主要剩磁载体，其特征剩磁主要为磁铁矿携带。SK1-6、SK1-7和SK1-8均显示低温150℃时剩磁强度不断增加，并在150~200℃达最大，指示针铁矿记录了粘滞剩磁(图 7b~7d和图 8a)；其中SK1-6和SK1-7在高温585℃时剩磁强度已在最大剩磁的20以下，说明这些样品中磁铁矿为特征剩磁的主要载体；SK1-8在高温585℃和680℃时剩磁强度分别为最大剩磁的30和2，且在585℃之后也记录了较为稳定的特征剩磁方向，该样品中磁铁矿和赤铁矿都是特征剩磁载体。
图 7e~7h为G4孔代表性样品的系统热退磁结果，图 8b为G4孔代表性样品的剩磁强度衰减图，图中所示样品在高温585℃时剩磁强度为天然剩磁40 ~78，在高温680~690℃才完全退磁，说明这些样品的特征剩磁主要由赤铁矿携带。
4 讨论 4.1 磁性矿物综合χ-T曲线、等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线、磁滞回线等岩石磁学结果，以及系统热退磁结果，SK1孔和G4孔沉积物中既含有低矫顽力磁性矿物(主要是磁铁矿)，又含有高矫顽力磁性矿物(主要是赤铁矿和针铁矿)。两孔沉积物的磁化率主要来自磁铁矿的贡献。但SK1孔沉积物的特征剩磁载体主要是磁铁矿，而G4孔沉积物的特征剩磁载体主要是赤铁矿；两孔沉积物都含有高矫顽力的磁性矿物，但SK1孔中以针铁矿和赤铁矿为主，而G4孔中则以赤铁矿为主。
4.2 沉积环境磁性矿物的形成、转化和沉积过程密切相关[39, 40]。本次也将SK1和G4孔代表性样品的磁性矿物和沉积环境结合讨论。
SK1孔样品SK1-5，埋深33.4m，为浅水湖沼相，为棕灰色砂质粉砂(图 3a)，磁化率为18.5×10-8m3/kg，接近平均值18.8×10-8m3/kg；以外源输入的沉积物为主，经历的风化和地球化学作用较弱；系统热退磁曲线显示其磁性矿物主要为磁铁矿(图 7a和图 8a)。样品SK1-1和SK1-2，埋深分别为90.1m和231.2m，均为泛滥平原，为棕黄色砂质粉砂，含锈染、钙质结核和灰绿色还原条带(图 3b和3d)；磁化率分别为6.7×10-8和9.4×10-8 m3/kg，均显著低于平均值18.8×10-8m3/kg；χ-T曲线、等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线和磁滞回线显示这两个样品的磁性矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，但赤铁矿含量较高(图 4a和4b，图 5a和5b，图 6a和6b)；沉积物为外源河流输入沉积物，同沉积时经历氧化作用，磁性矿物部分转化为赤铁矿；后期经历铁、锰、钙等元素的淋溶和淀积，可能又有部分磁性矿物转换赤铁矿，因此沉积物中赤铁矿含量较高。样品SK1-6和SK1-7，埋深分别为172.2m和271.4m，均为河间洼地，为棕色砂质粉砂(图 3c和3e)；磁化率分别为22.1×10-8和23.0×10-8 m3/kg，略高于平均值18.8×10-8m3/kg；系统热退磁曲线显示其磁性矿物主要为磁铁矿和针铁矿，磁铁矿含量较高(图 7b、7c和图 8a)；沉积物以陆相环境为主，经历较弱的化学风化，形成针铁矿，并携带粘滞剩磁。样品SK1-3，埋深343.7m，为天然堤，为红棕色粉砂质砂，弱钙质胶结，含少量钙质淀积结核；磁化率为7.3×10-8 m3/kg，明显低于平均值18.8×10-8m3/kg；χ-T曲线、等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线和磁滞回线显示其磁性矿物以赤铁矿、针铁矿和磁铁矿为主，赤铁矿含量较高(图 4c、图 5c和图 6c)；沉积物同沉积氧化作用较强，形成较多赤铁矿，因而呈现红棕色。样品SK1-8和SK1-4，埋深分别为448.2m和449.0m，均为天然堤，为棕红色粉砂质砂，含细砂颗粒(图 3g和3h)；磁化率为18.1×10-8和24.9×10-8 m3/kg，与平均值18.8×10-8m3/kg接近；岩石磁学实验显示其磁性矿物主要为磁铁矿、赤铁矿和针铁矿，磁铁矿含量略高(图 7d、图 4d、图 5d和图 6d)；沉积物同沉积氧化作用较强，磁性矿物转化为赤铁矿，因而呈现红棕色；但后期化学作用较弱，仅形成少量针铁矿，记录粘滞剩磁。
G4孔样品G4-5，埋深20.45m，为河流边滩，为棕黄色砂质粉砂夹薄层、纹层状粉细砂，含少量弱的灰棕色斑块(图 3i)；磁化率为6.4×10-8 m3/kg，略低于平均值8.2×10-8 m3/kg；系统热退磁曲线显示其磁性矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，且赤铁矿含量较高(图 7e和图 8b)；沉积物为边滩相，同沉积时具有弱的氧化和还原作用，但却含有较多的赤铁矿，说明其河流外源输入，河流侵蚀再搬运上游沉积物化学风化形成的赤铁矿。样品G4-1，埋深43.05m，为潟湖，为棕灰色粉砂质泥夹中层状粉砂质砂，含锈染(图 3j)；质量磁化率为9.3×10-8 m3/kg，略高于平均值8.2×10-8 m3/kg；χ-T曲线、等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线和磁滞回线显示其磁性矿物主要为赤铁矿和磁铁矿(图 4e、图 5e和图 6e)；和样品G4-5相似，磁铁矿和赤铁矿均为外源河流输入，但后期氧化作用形成锈染时，可能形成部分次生赤铁矿，使得赤铁矿含量较高。样品G4-6、G4-2和G4-3，埋深分别为166.95m、177.15m和180.2m，三者均为泛滥平原，均为黄棕色砂质粉砂(图 3k、3l和3m)；磁化率分别为9.2×10-8、7.1×10-8和10.2×10-8 m3/kg，均接近平均值8.2×10-8 m3/kg；系统岩石磁学实验显示其三者的磁性矿物主要为磁铁矿和赤铁矿(图 7f和图 8b，图 4f和4g，图 5f和5g，图 6f和6g)；三处样品经历的风化和地球化学作用均较弱，且程度基本相似，但G4-3处样品却含有较多低矫顽力的磁铁矿，磁化率较高，G4-6和G4-2却含有较多赤铁矿；说明此处地球化学作用不是赤铁矿的主要来源，而以外源输入为主；若为粉尘输入，则3个埋深相近样品赤铁矿含量也应相似；故判断赤铁矿为河流输入。样品G4-7，埋深264.7m，为泛滥平原，为红棕色砂质粉砂(图 3n)；磁化率为9.2×10-8 m3/kg，高于平均值8.2×10-8 m3/kg；系统热退磁曲线显示其磁性矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，且以赤铁矿为主(图 7g和图 8b)；沉积物同沉积时氧化作用较强，磁性矿物多转化为赤铁矿，因而沉积物呈现为棕红色。样品G4-4，埋深296.1m，为泛滥平原，为黄棕色砂质粉砂，含钙质淀积结核和还原条带(图 3o)；磁化率为8.6×10-8 m3/kg，接近平均值8.2×10-8 m3/kg；χ-T曲线、等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线和磁滞回线显示其磁性矿物主要为赤铁矿和磁铁矿(图 4h、图 5h和图 6h)；沉积物同沉积时经历一定强度的氧化作用，磁性矿物向赤铁矿转化，使得赤铁矿含量增高，沉积物颜色呈现为棕色；后期沉积物经历淋溶淀积和还原作用。样品G4-8，埋深383.4m，为泛滥平原，为红棕色砂质粉砂夹粉砂质砂纹层，含有锰质淀积结核和弱还原条带；磁化率为9.1×10-8 m3/kg，高于平均值8.2×10-8 m3/kg；系统热退磁曲线显示其磁性矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，以赤铁矿为主；沉积物同沉积时经历较强的氧化作用，磁性矿物多转变为赤铁矿，使得沉积物赤铁矿含量增高，且沉积物呈现为红色；后期又经历氧化作用，导致继续生成赤铁矿。
SK1孔和G4孔沉积物岩石磁学显示河北平原中部第四纪沉积物磁性矿物主要为磁铁矿和赤铁矿，以及少量的针铁矿(图 4~8)。SK1孔沉积物上部为棕黄色，磁性矿物以磁铁矿为主，部分为赤铁矿和针铁矿；下部为红棕色，磁性矿物以赤铁矿和磁铁矿为主，少量针铁矿。G4孔沉积物上部为棕黄色，下部为红棕色，但磁性矿物均以赤铁矿和磁铁矿为主，且多数样品赤铁矿含量较高。SK1孔磁性矿物以河流外源输入为主，且主要为磁铁矿，同沉积时随氧化作用的增强，逐步形成针铁矿和赤铁矿。G4孔磁性矿物以河流输入和风化作用成因为主，主要为赤铁矿和磁铁矿；部分赤铁矿随河流外源输入，在同沉积氧化作用增强下，部分磁铁矿转化为赤铁矿；因此，沉积物中赤铁矿含量较高。
SK1孔平均磁化率为18.8×10-8 m3/kg，如SK1-1~3磁化率均明显低于平均磁化率，其赤铁矿含量较高；SK1-4~8磁化率接近或高于平均磁化率，其磁铁矿含量较高。G4孔平均磁化率为8.2×10-8 m3/kg，明显低于SK1孔，其原因可能为G4孔赤铁矿含量明显高于SK1。G4孔中G4-3磁化率高于平均磁化率，其磁铁矿含量较高；G4-1、G4-2、G4-4和G4-6~8磁化率接近平均质量磁化率，样品中赤铁矿含量显著增加；G4-5磁化率明显低于平均磁化率，赤铁矿含量较高。
4.3 地质意义渤海湾盆地包括多个次级构造单元，且新构造差异较大[31]，从而形成了不同的沉积环境。SK1孔位于冀中坳陷内，靠近太行山山前，沉积环境以冲积扇、扇前洼地和河间洼地相为主，沉积速率较快，河流外源输入主要为磁铁矿，少量赤铁矿；随氧化作用的增强，针铁矿和赤铁矿含量增加，故此SK1孔磁性矿物主要为磁铁矿、赤铁矿和针铁矿。G4孔位于埕宁隆起，早中更新世以泛滥平原相为主，在亚洲干旱化背景下，经历干旱条件，较强的氧化作用易形成赤铁矿[41]；晚第四纪，G4孔以海相和河流相为主，沉积物的氧化作用减弱，但河流输入作用增加，磁性矿物仍以赤铁矿和磁铁矿为主，该地层中赤铁矿多以河流外源输入为主。
泥河湾河湖相沉积物[42]、北京平原天竺孔第四纪沉积物[43]中赤铁矿均被认为以粉尘输入为主。SK1孔SK1-5样品为浅水湖沼相沉积物，磁性矿物主要为磁铁矿；渤海湾北岸MT04孔早、中更新世湖相沉积物的磁性矿物却以赤铁矿为主，中、晚更新世湖相和海相沉积物的磁性矿物主要为磁铁矿[9]；湖相地层同沉积氧化作用，以及后期化学风化作用均较弱，磁铁矿较难向赤铁矿转化。MT04孔早中更新世湖相沉积物的赤铁矿应为河流侵蚀搬运周边沉积物中的赤铁矿所带来[9]。莱州湾现代海相沉积物的赤铁矿，也为河流侵蚀搬运上游的赤铁矿所成[44]。G4和SK1孔以陆相的河流相和泛滥平原相为主，沉积物的赤铁矿主要有两个来源，一是河流外源输入的碎屑赤铁矿，二是在同沉积氧化作用过程中生成的次生赤铁矿，此类次生赤铁矿可由侵蚀搬运来的上游磁铁矿物氧化形成。因此，综合各种沉积相磁性矿物特征，华北平原第四纪沉积物中赤铁矿来源主要有两种：一、强氧化作用下，磁铁矿转化为赤铁矿，为次生赤铁矿；二、河流外源输入，河流侵蚀再搬运上游沉积物中的碎屑赤铁矿。
5 结论对华北平原中部SK1和G4孔第四纪沉积物代表性样品进行了磁化率-温度关系、磁滞参数和IRM获得曲线及其反向场退磁曲线等岩石磁学实验，以及系统热退磁实验，实验结果表明：两孔沉积物中既含有低矫顽力的磁铁矿，又含有高矫顽力的赤铁矿和针铁矿；SK1孔中以低矫顽力的磁铁矿为主，少量高矫顽力磁性矿物以赤铁矿和针铁矿为主；SK1孔平均磁化率为18.8×10-8m3/kg，以磁铁矿为主的沉积物磁化率较高，而以赤铁矿为主的沉积物磁化率较低；G4孔既有磁铁矿，又有赤铁矿，但赤铁矿含量较高，导致平均磁化率较低，仅有8.2×10-8 m3/kg。但SK1孔沉积物的特征剩磁载体主要是磁铁矿，而G4孔沉积物的特征剩磁载体主要是赤铁矿。
华北平原中部第四纪沉积物磁性矿物主要为磁铁矿和赤铁矿，以及少量的针铁矿。SK1孔磁性矿物以河流外源输入为主，主要为磁铁矿，同沉积时随氧化作用的增强，逐步形成针铁矿和赤铁矿。G4孔磁性矿物主要来自河流输入和同沉积风化作用，主要为赤铁矿和磁铁矿；部分赤铁矿随河流外源输入，部分磁铁矿在同沉积氧化作用增强下转化为赤铁矿；因此，沉积物中赤铁矿含量较高。
华北平原第四纪沉积物中赤铁矿来源主要有两种：一、强风化作用下，磁铁矿转化为赤铁矿；二、河流外源输入，河流侵蚀再搬运上游沉积物中的赤铁矿。
致谢 中国科学院地质与地球物理研究所邓成龙研究员对本文进行了多校次的修改，杨美芳编辑和审稿人提出了大量宝贵意见，在此一并真诚地感谢！
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② Tianjin Center, China Geological Survey, Tianjin 300170;
③ No.3 Hydrogeololy and Engineering Geology Team of Hebei Geology and Minerals Bureau, Hengshui 053000)
Abstract
Rock magnetism can provide insights into paleomagnetic and enviromagnetic studies. In this study, detailed rock magnetic investigations and stepwise thermal demagnetization were carried out on the sediments from boreholes SK1 and G4 of the Quaternary in the central North China Plain. Borehole SK1(38°12'17″N, 115°31'03″E; 27m a.s.l) is located in Jizhong depression, and has a length of 480m. Borehole G4(38°02'15″N, 117°38'51″E; 6m a.s.l) is located in Chengning uplift, and has a length of 400m. SK1-1~4 specimens from borehole SK1 and G4-1~4 specimens from borehole G4 were subjected to the rock magnetic measurements including temperature-dependent magnetic susceptibilities(χ-T curves), hysteresis loops, and isothermal remanent magnetization(IRM)acquisition curves and its back-field demagnetization curves. SK1-5~8 specimens from borehole SK1 and G4-5~8 specimens from borehole G4 were subjected to progressive thermal demagnetization up to a maximum temperature of 690℃, with intervals of 10~25℃. The magnetic minerals in the sediments of boreholes SK1 and G4 consist of magnetite, maghemite, hematite and goethite. Magnetic susceptibilities of the sediments of both boreholes are dominantly contributed by magnetite. Magnetite, hematite and goethite were identified as the carriers for the natural remanent magnetizations(NRMs). Magnetite serves as the dominant carrier of the characteristic remanent magnetizations(ChRMs)of the SK1 borehole sediments; and hematite, of the G4 borehole sediments. Hematite grains in the Quaternary sediments in the central North China Plain come from two ways:one is of secondary origin and was formed by chemical weathering; and the other is of detrital origin and originated from the sediments eroded and transported by rivers.