古地磁学的原理和方法

1.古地磁学的基本原理

古地磁研究建立在下列两个假设基础上：

（1）岩石的原生剩磁方向与形成岩石时的地磁场方向一致，而且如前面讨论过，岩石的原生剩磁具有高度稳定性。于是研究岩石的原生剩磁就能推测岩石形成时的地磁场方向。至于在岩石形成后的漫长地质历史中，岩石所获得的各种次生磁化必须予以去除，才能获得所需的原生剩磁。在后面将讨论有关磁清洗的问题。

（2）古地磁场是轴向地心偶极场。我们知道，根据现代对地磁场的观测，地磁场的基本部分是地心偶极场。对于偶极子场，磁倾角I与磁纬度φ、磁余纬度θ之间的关系为

tan I=2tanφ=2cotθ（18-4）

由上式可知，在地面上任意点测定I后，可由上式计算磁余纬θ，再由该点测出的磁偏角D，可定出地磁极的位置，这样确定的磁极称为虚地磁极（VGP）。

图18-4上标出了测点S（λ，φ），地理北极GP和虚地磁极P点（λ′，φ′）的位置，它们组成一个球面三角形。根据球面三角形的余弦定理和正弦定理，虚地磁极P点的地理经纬度（λ′，φ′）由下列方程决定：

图18-4 计算虚磁极位置图

D—磁偏角；θm—磁余纬度

其中，当cosθ≥sinφ′sinφ时，取λ′-λ=β；当cosθ＜sinφ′sinφ时，取λ′-λ=180°-β，-90°≤β≤90°。

2.工作方法

古地磁的工作方法，包括标本采集，实验室内测量标本的磁化方向和对测量结果进行统计整理及原生剩磁的判别等。

采集待研究的岩石标本，采样位置尽可能均匀分布于该岩层所代表的整段时代。在每一采样点上，要采集若干块风化程度轻的新鲜岩石标本。

在岩石标本采集之前，必须在标本上标出地理坐标轴（正北、正东、正下）或者标出层面坐标轴（倾向、走向、垂直层面），并记下层面的倾角和倾向。这样做是为了将实验室内测定的剩磁方向与实地方向联系起来。

一般手工标本的尺寸约为15cm×7cm×7cm；用轻便钻钻取15cm长的岩心。在实验室内，从每块标本中切取若干标有坐标标志、形状规则（立方体、圆柱体）的样品，进行磁测量。

测量岩石剩余磁性的常用仪器有无定向磁力仪和旋转磁力仪，还有测量灵敏度更高的超导磁力仪。

由于古地磁的研究是岩石的原生剩磁，所以需要消除次生剩磁。一般采用交变磁场退磁（图18-5）和热退磁两种方法消除次生剩磁。

热退磁的方法是将样品加热到某一温度，然后在无磁场状态下冷却，这时弛豫时间比较短的磁化强度矢量分布在随机方向上，而弛豫时间长的材料的剩磁仍保留在原方向上。

资料整理包括：

（1）层面坐标系与地理坐标系的变换。

（2）倾斜改正。许多岩层在形成后发生倾斜，建立原始的剩磁方向与原始岩层水平位置的联系，这项工作称为倾斜改正。对于细粒沉积岩（如泥页岩），可把层面当作原始水平面；对于火成岩，则常常假定它侵入原来的水平岩层中，可把周围沉积岩的倾斜当作火成岩体的倾斜。

图18-5 交变退磁的图解

（3）磁化方向的图示法。使用球极投影图网在平面上表示每个样品的剩磁方向（用偏角和倾角代表），网的圆周上的角度代表偏角，至圆心的距离代表倾角，倾角向下时用圆圈（○）表示，向上时用圆点（·）表示。

（4）数据的统计处理。通常会在一个岩样采集点采集若干块标本，这些岩石标本的磁化方向一般是离散的。数据统计处理的目的是确定：①平均的磁化方向；②磁化方向的离散程度；③古地磁极的误差。