地磁场古强度

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1、第十章地磁场古强度（LisaTauxe著，史瑞萍译）建议阅读的相关材料：Coeetal.(1978)http://www.Angelfire.com/wa/hurben/mag.htmlTauxe(1993)同时，请参阅本书第15章和Dunlop&Ozdemir(1997)一书10.1前言上一章讨论了如何获得岩石记录的古磁场方向。在弱场（如地磁场）条件下，岩石携带的剩磁大小（例如：热剩磁、化学剩磁和碎屑剩磁）与岩石形成时外磁场强度成线性关系，因此原则上讲，古地磁场强度也可以测定。两者存在下面的关系式：和其中aanc和alab是比例常数。如果它们相等，那么

2、：如果实验室外磁场和古地磁场的aanc和alab相同，即剩磁与外场大小为线性关系，对于单组分天然剩磁（NRM），只要测量其NRM大小，让岩石在已知实验室磁场强度下获得一个剩磁，再乘以该比例系数，就可以获得地磁场古强度。可实际情况并非这么简单。这主要因为：1）aanc和alab可能不相同（例如：样品获得剩磁的能力被改变了，或者所获得剩磁的机制在实验室难以模拟）；2）剩磁和外加磁场大小并非线性关系（例如：在第五章中讲到的DRM数值模拟就说明了这点）；3）NRM可能由多个组分组成（例如一个原生组分加上一个粘滞剩磁）。这章将讨论测定地磁场古强度的各种假设，以及相

3、关的实验和统计方法。首先讨论热剩磁（TRM），然后是碎屑剩磁。迄今为止，还无法从其它类型剩磁（例如，化学剩磁或粘滞剩磁）获得古强度。10.2热剩磁古强度的测定单畴颗粒的TRM与所加弱的外场（如地磁场）大小成线性关系。图10.1给出了随机排列的粒径为20-80nm的单畴磁铁矿颗粒的理论TRM获得曲线。[大于80nm的磁铁矿具有更复杂的磁畴（花状，漩涡状的和多畴），可能不符合这条理论曲线]。随着颗粒的增大，剩磁与磁场的线性关系逐渐减小。现今最大地磁场（~65mT）正好在线性区域。事实上，即使磁场达到几百mT，这种线性关系都存在。因此，前言中提到的磁场与磁化强

4、度之间呈线性关系的这一假设基本成立。古强度测定的第二个假设是实验室和古地磁场的两个线性比例常熟相等，即aanc＝alab。只测量NRM和总的TRM并不能证明这个假设。比如，样品在加热过程中可能发生变化，从而改变样品获得TRM的能力，并给出错误的强度结果。在古强度试验中，13有几种方法可以用来检验样品获得TRM的能力。下面我们将介绍测定地磁场古强度的方法：Thellier-Thellier方法、Shaw方法，微波方法（即通过微波加热磁性矿物，非磁性部分不受热，从而避免矿物变化）；还有一些对获得的剩磁用IRM归一化方法等。图10.1：不同粒径磁铁矿颗粒的预测

5、TRM值占饱和值的比例与外加磁场的关系。该线性受颗粒大小影响，对于低于几百个mT的磁场，线性关系存在。10.2.1Thellier-Thellier法为了检测并去除矿物变化的影响，Thellier-Thellier（1959）提出通过逐步加热样品，用部分热剩磁(pTRM)来逐步取代NRM，由此获得样品在改变前的MNRM/Mlab比例。这种被称为Thellier－Thellier的方法加上较低温度点的pTRM可重复性检验（可以判断样品是否被改变）非常有用。这种逐步加热法假设在两个不同的温度区间所获得的pTRM相互独立（图10.2），即pTRM的独立性。此外

6、还假设总的TRM等于各个独立pTRM的和（图10.2），即pTRM的可加性。在实验室有几种方法可将NRM用pTRM取代。原始的Thellier-Thellier法是将样品加热到温度T1后，在实验室外加场（Blab）中冷却，这样室温的剩磁就为剩下的NRM（MNRM）和实验室新获得的pTRM（MpTRM）之和（Mfirst）。Mfirst=MNRM+MpTRM测量Mfirst之后，再将样品加热到同一温度，在同等大小的反向场（-Blab）中冷却,再测量此时的剩磁（Msecond）:Msecond=MNRM-MpTRM进行简单的矢量相减就可以计算出每个温度点剩余

7、的天然剩磁和获得的pTRM（图10.3a），通常将这些数据投影在Arai图（Nagataetal.,1961）上（图10.3b）。13图10.2：pTRM独立性和可加性。两个温度点状之间获得的pTRM是互相独立的，其加和等于总TRM。图10.3：Thellier-Thellier方法测定地磁场古强度。a)NRM热退磁（实心圆）和实验室获得的pTRM（空心圆）；b)每个温度点的NRM剩余与获得的pTRM之间的关系。随着磁屏蔽技术的发展，提出了几种更复杂的古强度方法。在最常用的测定地磁场古强度方法中（通常指Coe,1967提出的方法），如果将第一次改为在零场

8、中冷却，这样就可以直接获得每个温度点的剩余磁化强度，此时上面两个公式就变为：Mf