第七章磁性地层学

第七章磁性地层学一，磁性地层学的定义磁性地层学(Magneticstratigraphy)：是根据岩石的磁学特征来进行地层划分和对比的地层学的分支学科。以岩石的剩余磁化强度和磁化率的特征及变化作为基础。剩余磁化强度：基于地球磁场的极性倒转以及长期变化性质磁化率：取决于来自气候异常或火山活动以及外星撞击的区域性磁化率异常二，磁性地层学的原理1，地球磁场的时空特征地磁要素地磁场一直在变化之中，其变化周期有几千年的，也有几十万年的，如果掌握了地磁场随时间变化的规律，反过来就能用来确定岩石的年龄。磁性地层学所建立的地层与该地层形成时的地磁场特征相对应。由于地磁事件(即磁北极变成磁南极)具有良好的控时性、广布性和等时性，所以海洋中或大陆上的沉积岩所记录的地磁场倒转信息所提供的等时线，在全球范围内相关。2，磁性地层学分支学科①以周期约102—104a的地磁场长期变化为依据，称长期变化磁性地层学；②以周期为105—107a的极性带为依据，称极性磁性地层学；（应用最广）③以磁化率变化为依据的磁化率磁性地层学。3，磁化率及剩磁的概念1）磁化率：表示在外磁场中物质被磁化的难易程度，是一个重要的参数。铁磁质物质的磁化率随外磁场的大小而变化，即磁化强度M与磁场强度H的关系为：M=κ/H，κ为磁化率。磁性物质可分为三类：抗磁质、顺磁质、铁磁质三类物质在常温下受到外磁场作用时的磁化效果存在不同：抗磁质产生的磁矩与磁场相反，顺磁质和铁磁质产生的磁矩与磁场相同；抗磁质、顺磁质产生的磁矩较弱，铁磁质产生的磁矩较强；抗磁质、顺磁质的磁化过程是可逆的，铁磁质的磁化过程是不可逆的2）剩磁铁磁性矿物具有的磁滞现象，说明铁磁性矿物的磁化强度J不仅与外磁场和温度有关，还与自己过去磁状态的全部历史有密切关系。

J——磁化强度K——磁化率H——磁场强度Jr——正常剩余磁性或正常剩余磁化强度，即剩磁

J=KH+Jr由于岩石是在天然状态下获得这种磁矢量，所以特定义为天然剩余磁化强度。不同类别的岩石获得天然剩余磁性的方式不同。一般有以下几种剩磁方式：

热剩磁、沉积剩磁、化学剩磁、粘滞剩磁、等温剩磁及非粘滞剩磁热剩磁(thermoremanentmagnetism)：在恒定磁场的作用下，岩石从居里点以上的温度逐渐冷却到居里点以下，在通过居里点附近（阻挡温度）时受磁化所获得的剩磁，称为热剩余磁性，即热剩磁。热剩磁具有强度大，方向与外磁场方向一致，很高的稳定性和可加性的特点。一般来说，火成岩的剩磁即来源于热剩磁。火山岩剩余磁性形成示意图沉积剩磁(depositionalremanent

magnetism)：

沉积岩在形成过程中，其中的铁磁质颗粒在水中沉积时，受当时的地磁场作用，沿地磁场方向定向排列，或者是这些磁性颗粒在沉积物的含水孔隙中转向地磁场方向，沉积物固结后，按地磁场方向保存下来的磁性，称为沉积剩余磁性，即沉积剩磁。

其稳定性较热剩磁小。沉积岩中剩余磁场形成示意图化学剩磁(chemicalremanentmagnetism):

是指在地磁场中，某些磁性物质在低于居里点稳定的条件下，经过相变过程（重结晶）或者化学过程（氧化还原）所获得的剩磁。粘滞剩磁(viscousremanentmagnetism)

：是指岩石在长期的地磁场作用下，随着时间的推移，其中原来定向排列的磁畴，弛豫到地磁场作用方向，所形成的剩磁。热剩磁、沉积剩磁和化学剩磁三种为原生剩磁，粘滞剩磁为次生剩磁三，磁化率地层学概念：是以磁化率变化为依据的磁性地层学。应用：磁化率与古气候、地质事件、沉积物物源及沉积物颗粒大小，尤其是古气候或地质事件有重要的联系，而古气候或地质事件的垂向变化在一定范围内是相同的，地层剖面中磁化率的垂向分布特征能反映这种古气候或地质事件的垂向变化。因此，通过研究地层中磁化率的变化特征可以进行精确的地层划分、对比。应用最好的是第四纪地层，尤其是中国北方地区的黄土-古土壤层；在事件地层、层序地层及古环境分析中的应用黄土剖面磁化率地层划分与单位命名阳郭剖面与蓝田剖面磁化率曲线对比四，磁极性地层学1，基本原理：地磁场的反转理论，其地层划分与对比基于地磁场的正向性和反向性。正向：Normal,用“N”表示反向：Reversal,用“R”表示2，重要特征：全球性、同时性、控时性3，磁极性地层单位：是指在正常地层序列中，以其磁极性基本一致而组合在一起，并以此区别于相邻单位的岩石体。通常由三种情况组成：(1)整个单位为单一的极性(2)可由正向与负向的交替而成(3)是以正向极性为主又包含了次要的负向极性，或以负向极性为主又包含了次要的正向极性磁极性地层单位地质年代单位年代地层单位时间跨度等级极性巨带极性超带极性带极性亚带极性微带巨时超时时亚时微时巨时间带超时间带时间带亚时间带微时间带107～108106～107105～106104～105＞104磁极性地层单位的等级及其时间跨度的划分极性带是基本单位，每个极性带是以自身所特有的极性为基本特征，其时空位置均以上限和下限来区分，这种界线被称为转换带，标志着两种相反极性符号的变化。磁极性地层柱状图中，正向极性带（亚带或超带）通常用黑色表示，反向极性带（亚带或超带）则用白色表示。4，地磁极性年表根据化石带和岩石的绝对年龄值建立地层层序后，确立各层序的地磁极性，列出年龄—地层—地磁极性对应的序列表，这种表称为地磁极性年表。最近5Ma以来地磁极性年代表（据W.B.Harland，1982）5，工作方法与实例磁极性地层学工作的具体步骤是（1）首先测定已知相对、绝对年龄岩层的磁性方向，作出剖面磁倾角变化图；（2）根据标准地磁极性年代表，进行极性带的划分。以正磁倾角为主的地段，划为正向极性带，否则划为负向极性带。正向、负向交错出现，则划为混合极性带；（3）检查极性带的划分是否正确，检验方法：堆积物埋藏深度/地磁极性年代指示的时间=沉积物沉积时的速度。若沉积速率基本保持不变，说明极性带的划分基本正确；（4）不同剖面的极性带划分出后，要进行不同剖面之间的极性带对比，确定各剖面之间的地层对比关系。Fundy盆地和Newark盆地磁性地层对比图北美东部晚三叠世古纬度及磁性地层对比（据KentandOlsen,2000）(DR、D、C、N、H、F：剖面名；c、含煤沉积；s、盐类沉积；e、风成沉积)陕西黄土地层的磁极性地层对比二道沟剖面、拉芨盖剖面磁极性变化与标准磁极性柱的对比（据方小敏等，2002）

五，长周期磁极性地层学和视磁极漂移曲线磁极性地层学1，长周期磁极性地层学在快速沉积或喷出的岩石中可以记录几千年为周期的地磁长期变化，不同时期的长期变化特征不同。在缺乏化石的地区，利用长期变化来进行地层的划分对比具有重要的意义。英国斯凯岛上斯托尔与基朗两地新近纪熔岩层位对比（据Tarling

,1978）2，视磁极漂移曲线磁极性地层学同一时代磁化的岩层都具有相同的古磁极位置。任何时代岩层的剩磁矢量均可用于计算它们形成的古地磁位置。但由于地球表面的不同地区（或不同板块）正在相互运动，所以尽管地理轴基本上是固定的，而每一个板块的古地磁极位置却随时间变化而变化。确定一个稳定构造区不同时代的古地磁极位置连续的位移曲线，称为视极移漂移轨迹（简称视极移轨迹）。每一个板块只有唯一的一条代表它们相对于地理轴运动的极移轨迹，所以确定极移轨迹所选择的古地磁极位置样品要遵循下列原则：（1）同一板块上至少要在5个分开的地点取样，以便有助于消除长期变化及其它地磁干扰的影响（2）所采集的样品要能够比较容易通过各种退磁方法来确定及分离出原生的稳定剩磁成分；（3）样品的