第七章磁性地層學

第七章磁性地層學一，磁性地層學的定義磁性地層學(Magneticstratigraphy)：是根據(jù)巖石的磁學特征來進行地層劃分和對比的地層學的分支學科。以巖石的剩余磁化強度和磁化率的特征及變化作為基礎(chǔ)。剩余磁化強度：基于地球磁場的極性倒轉(zhuǎn)以及長期變化性質(zhì)磁化率：取決于來自氣候異?；蚧鹕交顒右约巴庑亲矒舻膮^(qū)域性磁化率異常二，磁性地層學的原理1，地球磁場的時空特征地磁要素地磁場一直在變化之中，其變化周期有幾千年的，也有幾十萬年的，如果掌握了地磁場隨時間變化的規(guī)律，反過來就能用來確定巖石的年齡。磁性地層學所建立的地層與該地層形成時的地磁場特征相對應(yīng)。由于地磁事件(即磁北極變成磁南極)具有良好的控時性、廣布性和等時性，所以海洋中或大陸上的沉積巖所記錄的地磁場倒轉(zhuǎn)信息所提供的等時線，在全球范圍內(nèi)相關(guān)。2，磁性地層學分支學科①以周期約102—104a的地磁場長期變化為依據(jù)，稱長期變化磁性地層學；②以周期為105—107a的極性帶為依據(jù)，稱極性磁性地層學；（應(yīng)用最廣）③以磁化率變化為依據(jù)的磁化率磁性地層學。3，磁化率及剩磁的概念1）磁化率：表示在外磁場中物質(zhì)被磁化的難易程度，是一個重要的參數(shù)。鐵磁質(zhì)物質(zhì)的磁化率隨外磁場的大小而變化，即磁化強度M與磁場強度H的關(guān)系為：M=κ/H，κ為磁化率。磁性物質(zhì)可分為三類：抗磁質(zhì)、順磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)三類物質(zhì)在常溫下受到外磁場作用時的磁化效果存在不同：抗磁質(zhì)產(chǎn)生的磁矩與磁場相反，順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)產(chǎn)生的磁矩與磁場相同；抗磁質(zhì)、順磁質(zhì)產(chǎn)生的磁矩較弱，鐵磁質(zhì)產(chǎn)生的磁矩較強；抗磁質(zhì)、順磁質(zhì)的磁化過程是可逆的，鐵磁質(zhì)的磁化過程是不可逆的2）剩磁鐵磁性礦物具有的磁滯現(xiàn)象，說明鐵磁性礦物的磁化強度J不僅與外磁場和溫度有關(guān)，還與自己過去磁狀態(tài)的全部歷史有密切關(guān)系。

J——磁化強度K——磁化率H——磁場強度Jr——正常剩余磁性或正常剩余磁化強度，即剩磁

J=KH+Jr由于巖石是在天然狀態(tài)下獲得這種磁矢量，所以特定義為天然剩余磁化強度。不同類別的巖石獲得天然剩余磁性的方式不同。一般有以下幾種剩磁方式：

熱剩磁、沉積剩磁、化學剩磁、粘滯剩磁、等溫剩磁及非粘滯剩磁熱剩磁(thermoremanentmagnetism)：在恒定磁場的作用下，巖石從居里點以上的溫度逐漸冷卻到居里點以下，在通過居里點附近（阻擋溫度）時受磁化所獲得的剩磁，稱為熱剩余磁性，即熱剩磁。熱剩磁具有強度大，方向與外磁場方向一致，很高的穩(wěn)定性和可加性的特點。一般來說，火成巖的剩磁即來源于熱剩磁?；鹕綆r剩余磁性形成示意圖沉積剩磁(depositionalremanent

magnetism)：

沉積巖在形成過程中，其中的鐵磁質(zhì)顆粒在水中沉積時，受當時的地磁場作用，沿地磁場方向定向排列，或者是這些磁性顆粒在沉積物的含水孔隙中轉(zhuǎn)向地磁場方向，沉積物固結(jié)后，按地磁場方向保存下來的磁性，稱為沉積剩余磁性，即沉積剩磁。

其穩(wěn)定性較熱剩磁小。沉積巖中剩余磁場形成示意圖化學剩磁(chemicalremanentmagnetism):

是指在地磁場中，某些磁性物質(zhì)在低于居里點穩(wěn)定的條件下，經(jīng)過相變過程（重結(jié)晶）或者化學過程（氧化還原）所獲得的剩磁。粘滯剩磁(viscousremanentmagnetism)

：是指巖石在長期的地磁場作用下，隨著時間的推移，其中原來定向排列的磁疇，弛豫到地磁場作用方向，所形成的剩磁。熱剩磁、沉積剩磁和化學剩磁三種為原生剩磁，粘滯剩磁為次生剩磁三，磁化率地層學概念：是以磁化率變化為依據(jù)的磁性地層學。應(yīng)用：磁化率與古氣候、地質(zhì)事件、沉積物物源及沉積物顆粒大小，尤其是古氣候或地質(zhì)事件有重要的聯(lián)系，而古氣候或地質(zhì)事件的垂向變化在一定范圍內(nèi)是相同的，地層剖面中磁化率的垂向分布特征能反映這種古氣候或地質(zhì)事件的垂向變化。因此，通過研究地層中磁化率的變化特征可以進行精確的地層劃分、對比。應(yīng)用最好的是第四紀地層，尤其是中國北方地區(qū)的黃土-古土壤層；在事件地層、層序地層及古環(huán)境分析中的應(yīng)用黃土剖面磁化率地層劃分與單位命名陽郭剖面與藍田剖面磁化率曲線對比四，磁極性地層學1，基本原理：地磁場的反轉(zhuǎn)理論，其地層劃分與對比基于地磁場的正向性和反向性。正向：Normal,用“N”表示反向：Reversal,用“R”表示2，重要特征：全球性、同時性、控時性3，磁極性地層單位：是指在正常地層序列中，以其磁極性基本一致而組合在一起，并以此區(qū)別于相鄰單位的巖石體。通常由三種情況組成：(1)整個單位為單一的極性(2)可由正向與負向的交替而成(3)是以正向極性為主又包含了次要的負向極性，或以負向極性為主又包含了次要的正向極性磁極性地層單位地質(zhì)年代單位年代地層單位時間跨度等級極性巨帶極性超帶極性帶極性亞帶極性微帶巨時超時時亞時微時巨時間帶超時間帶時間帶亞時間帶微時間帶107～108106～107105～106104～105＞104磁極性地層單位的等級及其時間跨度的劃分極性帶是基本單位，每個極性帶是以自身所特有的極性為基本特征，其時空位置均以上限和下限來區(qū)分，這種界線被稱為轉(zhuǎn)換帶，標志著兩種相反極性符號的變化。磁極性地層柱狀圖中，正向極性帶（亞帶或超帶）通常用黑色表示，反向極性帶（亞帶或超帶）則用白色表示。4，地磁極性年表根據(jù)化石帶和巖石的絕對年齡值建立地層層序后，確立各層序的地磁極性，列出年齡—地層—地磁極性對應(yīng)的序列表，這種表稱為地磁極性年表。最近5Ma以來地磁極性年代表（據(jù)W.B.Harland，1982）5，工作方法與實例磁極性地層學工作的具體步驟是（1）首先測定已知相對、絕對年齡巖層的磁性方向，作出剖面磁傾角變化圖；（2）根據(jù)標準地磁極性年代表，進行極性帶的劃分。以正磁傾角為主的地段，劃為正向極性帶，否則劃為負向極性帶。正向、負向交錯出現(xiàn)，則劃為混合極性帶；（3）檢查極性帶的劃分是否正確，檢驗方法：堆積物埋藏深度/地磁極性年代指示的時間=沉積物沉積時的速度。若沉積速率基本保持不變，說明極性帶的劃分基本正確；（4）不同剖面的極性帶劃分出后，要進行不同剖面之間的極性帶對比，確定各剖面之間的地層對比關(guān)系。Fundy盆地和Newark盆地磁性地層對比圖北美東部晚三疊世古緯度及磁性地層對比（據(jù)KentandOlsen,2000）(DR、D、C、N、H、F：剖面名；c、含煤沉積；s、鹽類沉積；e、風成沉積)陜西黃土地層的磁極性地層對比二道溝剖面、拉芨蓋剖面磁極性變化與標準磁極性柱的對比（據(jù)方小敏等，2002）

五，長周期磁極性地層學和視磁極漂移曲線磁極性地層學1，長周期磁極性地層學在快速沉積或噴出的巖石中可以記錄幾千年為周期的地磁長期變化，不同時期的長期變化特征不同。在缺乏化石的地區(qū)，利用長期變化來進行地層的劃分對比具有重要的意義。英國斯凱島上斯托爾與基朗兩地新近紀熔巖層位對比（據(jù)Tarling

,1978）2，視磁極漂移曲線磁極性地層學同一時代磁化的巖層都具有相同的古磁極位置。任何時代巖層的剩磁矢量均可用于計算它們形成的古地磁位置。但由于地球表面的不同地區(qū)（或不同板塊）正在相互運動，所以盡管地理軸基本上是固定的，而每一個板塊的古地磁極位置卻隨時間變化而變化。確定一個穩(wěn)定構(gòu)造區(qū)不同時代的古地磁極位置連續(xù)的位移曲線，稱為視極移漂移軌跡（簡稱視極移軌跡）。每一個板塊只有唯一的一條代表它們相對于地理軸運動的極移軌跡，所以確定極移軌跡所選擇的古地磁極位置樣品要遵循下列原則：（1）同一板塊上至少要在5個分開的地點取樣，以便有助于消除長期變化及其它地磁干擾的影響（2）所采集的樣品要能夠比較容易通過各種退磁方法來確定及分離出原生的穩(wěn)定剩磁成分；（3）樣品的