第七章磁性地層學(xué)

第七章磁性地層學(xué)一，磁性地層學(xué)的定義磁性地層學(xué)(Magneticstratigraphy)：是根據(jù)巖石的磁學(xué)特征來(lái)進(jìn)行地層劃分和對(duì)比的地層學(xué)的分支學(xué)科。以巖石的剩余磁化強(qiáng)度和磁化率的特征及變化作為基礎(chǔ)。剩余磁化強(qiáng)度：基于地球磁場(chǎng)的極性倒轉(zhuǎn)以及長(zhǎng)期變化性質(zhì)磁化率：取決于來(lái)自氣候異?；蚧鹕交顒?dòng)以及外星撞擊的區(qū)域性磁化率異常二，磁性地層學(xué)的原理1，地球磁場(chǎng)的時(shí)空特征地磁要素地磁場(chǎng)一直在變化之中，其變化周期有幾千年的，也有幾十萬(wàn)年的，如果掌握了地磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的規(guī)律，反過(guò)來(lái)就能用來(lái)確定巖石的年齡。磁性地層學(xué)所建立的地層與該地層形成時(shí)的地磁場(chǎng)特征相對(duì)應(yīng)。由于地磁事件(即磁北極變成磁南極)具有良好的控時(shí)性、廣布性和等時(shí)性，所以海洋中或大陸上的沉積巖所記錄的地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)信息所提供的等時(shí)線(xiàn)，在全球范圍內(nèi)相關(guān)。2，磁性地層學(xué)分支學(xué)科①以周期約102—104a的地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化為依據(jù)，稱(chēng)長(zhǎng)期變化磁性地層學(xué)；②以周期為105—107a的極性帶為依據(jù)，稱(chēng)極性磁性地層學(xué)；（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(xué)。3，磁化率及剩磁的概念1）磁化率：表示在外磁場(chǎng)中物質(zhì)被磁化的難易程度，是一個(gè)重要的參數(shù)。鐵磁質(zhì)物質(zhì)的磁化率隨外磁場(chǎng)的大小而變化，即磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)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(lèi)：抗磁質(zhì)、順磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)三類(lèi)物質(zhì)在常溫下受到外磁場(chǎng)作用時(shí)的磁化效果存在不同：抗磁質(zhì)產(chǎn)生的磁矩與磁場(chǎng)相反，順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)產(chǎn)生的磁矩與磁場(chǎng)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(qiáng)；抗磁質(zhì)、順磁質(zhì)的磁化過(guò)程是可逆的，鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程是不可逆的2）剩磁鐵磁性礦物具有的磁滯現(xiàn)象，說(shuō)明鐵磁性礦物的磁化強(qiáng)度J不僅與外磁場(chǎng)和溫度有關(guān)，還與自己過(guò)去磁狀態(tài)的全部歷史有密切關(guān)系。

J——磁化強(qiáng)度K——磁化率H——磁場(chǎng)強(qiáng)度Jr——正常剩余磁性或正常剩余磁化強(qiáng)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(qiáng)度。不同類(lèi)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(xué)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(chǎng)的作用下，巖石從居里點(diǎn)以上的溫度逐漸冷卻到居里點(diǎn)以下，在通過(guò)居里點(diǎn)附近（阻擋溫度）時(shí)受磁化所獲得的剩磁，稱(chēng)為熱剩余磁性，即熱剩磁。熱剩磁具有強(qiáng)度大，方向與外磁場(chǎng)方向一致，很高的穩(wěn)定性和可加性的特點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，火成巖的剩磁即來(lái)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(guò)程中，其中的鐵磁質(zhì)顆粒在水中沉積時(shí)，受當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)作用，沿地磁場(chǎng)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(chǎng)方向，沉積物固結(jié)后，按地磁場(chǎng)方向保存下來(lái)的磁性，稱(chēng)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(chǎng)形成示意圖化學(xué)剩磁(chemicalremanentmagnetism):

是指在地磁場(chǎng)中，某些磁性物質(zhì)在低于居里點(diǎn)穩(wěn)定的條件下，經(jīng)過(guò)相變過(guò)程（重結(jié)晶）或者化學(xué)過(guò)程（氧化還原）所獲得的剩磁。粘滯剩磁(viscousremanentmagnetism)

：是指巖石在長(zhǎng)期的地磁場(chǎng)作用下，隨著時(shí)間的推移，其中原來(lái)定向排列的磁疇，弛豫到地磁場(chǎng)作用方向，所形成的剩磁。熱剩磁、沉積剩磁和化學(xué)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(xué)概念：是以磁化率變化為依據(jù)的磁性地層學(xué)。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(guò)研究地層中磁化率的變化特征可以進(jìn)行精確的地層劃分、對(duì)比。應(yīng)用最好的是第四紀(jì)地層，尤其是中國(guó)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(yáng)郭剖面與藍(lán)田剖面磁化率曲線(xiàn)對(duì)比四，磁極性地層學(xué)1，基本原理：地磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)理論，其地層劃分與對(duì)比基于地磁場(chǎng)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(shí)性、控時(shí)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(gè)單位為單一的極性(2)可由正向與負(fù)向的交替而成(3)是以正向極性為主又包含了次要的負(fù)向極性，或以負(fù)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(shí)間跨度等級(jí)極性巨帶極性超帶極性帶極性亞帶極性微帶巨時(shí)超時(shí)時(shí)亞時(shí)微時(shí)巨時(shí)間帶超時(shí)間帶時(shí)間帶亞時(shí)間帶微時(shí)間帶107～108106～107105～106104～105＞104磁極性地層單位的等級(jí)及其時(shí)間跨度的劃分極性帶是基本單位，每個(gè)極性帶是以自身所特有的極性為基本特征，其時(shí)空位置均以上限和下限來(lái)區(qū)分，這種界線(xiàn)被稱(chēng)為轉(zhuǎn)換帶，標(biāo)志著兩種相反極性符號(hào)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(duì)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(duì)應(yīng)的序列表，這種表稱(chēng)為地磁極性年表。最近5Ma以來(lái)地磁極性年代表（據(jù)W.B.Harland，1982）5，工作方法與實(shí)例磁極性地層學(xué)工作的具體步驟是（1）首先測(cè)定已知相對(duì)、絕對(duì)年齡巖層的磁性方向，作出剖面磁傾角變化圖；（2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地磁極性年代表，進(jìn)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(fù)向極性帶。正向、負(fù)向交錯(cuò)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(yàn)方法：堆積物埋藏深度/地磁極性年代指示的時(shí)間=沉積物沉積時(shí)的速度。若沉積速率基本保持不變，說(shuō)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(jìn)行不同剖面之間的極性帶對(duì)比，確定各剖面之間的地層對(duì)比關(guān)系。Fundy盆地和Newark盆地磁性地層對(duì)比圖北美東部晚三疊世古緯度及磁性地層對(duì)比（據(jù)KentandOlsen,2000）(DR、D、C、N、H、F：剖面名；c、含煤沉積；s、鹽類(lèi)沉積；e、風(fēng)成沉積)陜西黃土地層的磁極性地層對(duì)比二道溝剖面、拉芨蓋剖面磁極性變化與標(biāo)準(zhǔn)磁極性柱的對(duì)比（據(jù)方小敏等，2002）

五，長(zhǎng)周期磁極性地層學(xué)和視磁極漂移曲線(xiàn)磁極性地層學(xué)1，長(zhǎng)周期磁極性地層學(xué)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(zhǎng)期變化，不同時(shí)期的長(zhǎng)期變化特征不同。在缺乏化石的地區(qū)，利用長(zhǎng)期變化來(lái)進(jìn)行地層的劃分對(duì)比具有重要的意義。英國(guó)斯凱島上斯托爾與基朗兩地新近紀(jì)熔巖層位對(duì)比（據(jù)Tarling

,1978）2，視磁極漂移曲線(xiàn)磁極性地層學(xué)同一時(shí)代磁化的巖層都具有相同的古磁極位置。任何時(shí)代巖層的剩磁矢量均可用于計(jì)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(yùn)動(dòng)，所以盡管地理軸基本上是固定的，而每一個(gè)板塊的古地磁極位置卻隨時(shí)間變化而變化。確定一個(gè)穩(wěn)定構(gòu)造區(qū)不同時(shí)代的古地磁極位置連續(xù)的位移曲線(xiàn)，稱(chēng)為視極移漂移軌跡（簡(jiǎn)稱(chēng)視極移軌跡）。每一個(gè)板塊只有唯一的一條代表它們相對(duì)于地理軸運(yùn)動(dòng)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(gè)分開(kāi)的地點(diǎn)取樣，以便有助于消除長(zhǎng)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(guò)各種退磁方法來(lái)確定及分離出原生的穩(wěn)定剩磁成分；（3）樣品的