岩石的天然剩余磁性

2013-01-05 08:09阅读：

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岩石的天然剩余磁性
岩石通常含有多种矿物成分，其中或多或少含有一些铁磁性矿物，如火成岩。当岩浆温度降到其中所含的铁磁性矿物的居里点(见岩石磁性)以下，这些矿物被当时当地的地磁场所磁化，从而使得岩石获得磁性。温度继续降到常温以后，一部分磁性被保留下来，成为岩石的剩余磁性，简称剩磁。这样的磁化过程叫热磁化，由此获得的剩余磁性叫热剩磁（简称TRM）。再如沉积岩,一部分磁性是由于组成岩石的磁性矿物碎屑在沉积过程中受到地磁场的作用形成定向排列而获得的,这种磁性叫碎屑剩磁（简称DRM）或沉积剩磁；另一部分磁性是在成岩过程中由于在常温下氧化等化学反应、相变或结晶增长等原因而获得的，其磁化方向也与地磁场密切相关,这部分磁性叫化学剩磁（简称CRM）。除上述3种主要的剩磁之外，还有等温剩磁（简称IRM），粘滞剩磁（简称VRM），压剩磁（简称PRM）等。这些剩磁也都与地磁场有关。岩石在形成时获得的剩磁叫原生剩磁。岩石生成以后，在漫长的地质年代中，由于某些原因再被磁化而获得的剩磁叫次生剩磁。岩石的天然剩磁包括原生剩磁和次生剩磁两部分。古砖瓦、古陶器等也含有一些磁性矿物,在焙烧过程中也会获得热剩磁,这种热剩磁也与当时的地磁场有关。因此，不论岩石或古物

，都可以提供研究过去某个时期地磁场特征的有用资料。

地磁学原理和各种参数的确定

由于同一时期生成的岩石不管其处于地球上的哪一部分，它们所获得的磁性都是由当时的地磁场所决定的，彼此相关联，且具有全球一致性。因此，可以通过各种古地磁参数，如偏角、倾角、古极位置和古纬度等的测定，推算出各岩石之间在时间空间上的相互关系。如果这些岩石获得磁性以后，经历了某种地质事件，如构造运动等，就将引起它们的各种古地磁参数发生变化。通过对这些变化的分析，可以追溯它们所经历的地质事件。地磁场可以近似为一个置于地心的偶极子磁场。地磁学的研究指出，近400年来的实测记录表明,地磁极有围绕地理极做周期性运动的趋势,其运动的周期可能为10⁴～10⁵年。上新世以来的岩石剩余磁性的测量结果表明,在最近500万年期间，地磁极是均匀分布在地理极四周的，其平均位置与现代地理极重合。因此，可以根据各个年代的岩石剩磁的测量结果,计算出古地磁极的位置,并用以代表地理极位置。这就是说，地心偶极子的磁轴与地球的转轴重合。这就是著名的轴向地心偶极子假说。它是古地磁学中的一个非常重要的基本假说。

在地球上任何地方，相同年代生成的岩石所获得的磁化的方向与当时当地的地磁场方向基本上是一致的。由这些磁化方向推算出的磁极位置就是当时的地磁极位置，而且所有岩石的磁化方向应该对应同一个磁极位置。如果某些岩石在磁化以后，地理位置发生了变化，如发生了地块的漂移，或在原地发生了水平面内的转动，那么保存在岩石内部的磁化方向也将随之改变其空间方位。因此，从磁化方向的易位可反推地块或地理位置的变动。
利用某地某个地质年代的岩石标本可以测定其剩磁方向，进而确定出这个年代该地的磁偏角D和磁倾角I。已知岩石标本产地的地理纬度嗘和经度λ, 由下列球面三角公式可以算出相应的磁极位置,其中嗘_p和λ_p分别为磁极的纬度和经度。
sin嗘_p=sin嗘 cosθ＇+cos嗘 sinθ＇cos D
（-90°≤嗘_p≤+90°）。
当cosθ＇≥sin嗘 sin嗘_p时，
λ_p=λ+β，
当cosθ＇嗘 sin嗘_p时,
λ_p=λ+180°-β，
式中β是磁极与标本产地的经度差,由决定(-90°≤β≤+90°), θ＇=90°-嗘＇为岩石标本产地的古地磁余纬度，嗘＇为古地磁纬度。
在古地磁研究中，单个的岩体，例如单个的熔岩流，所保留的剩磁只反映地质史上瞬时的地磁场情况，因此，由单个岩体数据所算出的磁极叫虚地磁极（简称VGP）。虚地磁极沿顺时针方向绕地理极运动，周期约为 10⁴年。因此，当用足够的岩石标本，而且它们所代表的时间范围超过10⁴年时，则由它们的平均数据算出的磁极才叫古地磁极。古地磁极与地极是一致的。
由倾角I的平均值，根据公式可以算出岩石产地的古地理纬度嗘＇,简称古纬度。由古纬度嗘＇与现在纬度嗘之差就可以看出从岩石获得剩磁以来,岩石标本产地的地理位置的变化。

古地磁极移

通过测定岩石和某些古物的天然剩余磁性，分析它们的磁化历史，研究导致它们磁化的地磁场的特征的一门学科。其中以古物（如古陶器和古砖瓦）为对象研究史前期地磁场特征的称为考古地磁学。

通过测定岩石和某些古物的天然剩余磁性，分析它们的磁化历史，研究导致它们磁化的地磁场的特征的一门学科。其中以古物（如古陶器和古砖瓦）为对象研究史前期地磁场特征的称为考古地磁学。
古地磁学的研究始于19世纪中叶。德莱斯(A.Deles-se,1849)和梅洛尼（M.Melloni,1853）分别对岩石天然剩磁的方向进行了研究，发现这些近代熔岩是沿着地磁场方向磁化的。1899年福尔盖赖特（G.Folgheraiter）把这种研究扩展到测定古陶器和古砖的天然剩磁，也得到了相同的结果。1925年谢瓦利埃（R.Chevallier）通过研究埃特纳火山熔岩的剩磁变化，追溯了过去2000年间地磁场的长期变化。达维德（P.David,1904）和布容(B.Brunhes,1906)最先从熔岩中发现了磁化方向与现代地磁场方向相反的岩石，为地磁场倒转学说提供了最早的事实依据。到了20世纪50年代，古地磁的研究不仅在古地磁场而且在构造地质学和地层学中都得到了广泛应用，并发展成为地磁学的一个重要分支，称为古地磁学。60年代以来，随着技术的进步和各种国际性研究项目的开展，古地磁学的研究得到了蓬勃的发展，并取得一些重大成果。

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