古地磁方向的获取

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1、第九章古地磁方向的获取（LisaTauxe著，黄宝春译）建议读物背景知识：Butler(1992)第四章；详细了解：Collinson(1983)第八、九章9.1前言正如第五讲所讨论的，岩石获得磁化的方式多种多样。火成岩和沉积岩均可能受到后期化学变化的影响，而获得次生的磁化。许多磁性矿物均受到粘滞剩磁的影响。岩石中各种不同磁化分量累加起来构成了岩石的天然剩磁（NRM），这一剩磁是岩石样品取出后的“原始”剩磁。古地磁实验室工作的目标正是分离各种剩磁分量，研究其成因、磁化年龄及稳定性。然而，在开始实验室工作之前，我们

2、首先必须进行采样，且采样方案对一项成功研究至关重要。我们将首先简要地介绍采样的技术、定向方法及总的原则；然后将扼要地介绍一些有效的评价古地球磁场方向的野外和实验室技术。9.2古地磁采样对岩石单元进行古地磁采样的目的有好几种。其中之一是为了平均掉采样本身所带入的误差；而另一个目的则是评估记录介质的可靠性。此外，为了获得能够代表岩石单元形成时获得的、经时间平均的古地球磁场方向，我们希望通过合理的采样来消除由地球磁场长期变化所引起的偏离。在一个单一的采样单元（称之为一个采样点）上，可以通过采集一定数量（N）的独立定向的

3、样品来消除记录和采样的“噪声”。一个采样点的样品必须采自一个单一的时间单元，即来自于一个单一的冷却单元或相同沉积层位。即使最仔细的样品定向过程也可以有几度的定向误差。由于定向精度正比于N1/2，因此为了提高定向精度，需要采集多个独立定向的样品。采样的数量需根据特殊的研究方案而确定。如果想知道极性，也许三个样品就足够了（这些样品将被用于最初评估“记录噪声”）。另一方面，如果探讨地球磁场的长期变化，则需要更多的样品以抑制采样误差。古地磁学的一些研究需要平均掉地球磁场的长期变化（古地磁“噪声”）以获得时间平均的古地球磁

4、场方向。地球磁场随时间变化的周期可以从毫秒变化到数百万年。我们有理由假定时间平均的，比如说10万年平均的地球磁场一级近似为轴向地心偶极子的磁场（等价于一个在地球中心沿地球旋转轴放置的磁棒所产生的磁场；参见第二讲）。因此，当要获得一个时间平均的磁场方向时，必须布置足够多的采样点以跨越足够长的时间，以便消除地球磁场长期变的影响。凭经验在10万年时间尺度内布置大约100个采样点为佳（每个采样点采集9至10个样品）。古地磁样品可以用汽油钻或电钻采集，从一个活塞式岩芯中取出的样品可以称之为“手标本”或“子标本”。样品在被取

5、出之前必须定向。样品的定向有许多种方法。图9.1,9.2,9.3和9.4分别列举了几种常见的采样和定向方法。如果在野外采用磁罗盘定向，所测得的方位角必须进行地方地磁偏角校正。地方地磁偏角可以从已知的参考地磁场（国际参考地磁场IGRF及DGRF）计算得到。用太阳罗盘定向，样品方位角的计算更棘手一些。如图9.5所示，一个带竖直指针（“指时针”20）被放置在一个水平的平台上。野外需要记录下与岩芯钻取方向（反倾向方向，译者注）相对应的太阳影子角(α)和采样的准确时间及采样点的地理位置。有了这些数据，借助于天文年鉴或一个简

6、单的运算法则（参见附录），就可以在合理精度范围内计算出所需要的方向（误差的最主要来源其实来自于太阳影子角的读数！）。一项由（加里福利亚大学圣地亚哥分校）斯克里普斯海洋研究所的C.Constable和andF.Vernon提出的新的定向技术（参见图9.6）是应用差分的GPS技术确定方位角。在一个无磁的基线装置的两端安装两个NovotelGPS接收器，基线的地理位置及方位角由两个GPS接收器的信号计算得到。基线的方位可以通过一个安装在基线装置上的激光转换成古地磁样品的方向，这个激光需对焦于一个粘连在古地磁样品定向装置

7、上棱镜上。由差分GPS装置确定的方位与太阳罗盘的定向数据几乎是一致的，但是这一技术的实施过程至少需要半个小时且装置本身运输起来相对笨拙。然而，在高纬度地区的进行古地磁野外工作，当不可能有效利用太阳时，差分GPS技术是一个很大的突破。图9.1：用水冷却轻便岩石采样钻机的采样技术：a)样品的钻取，b)在样品的四周塞进一个带可调节平台和狭缝的无磁套管。将狭缝旋转至样品的顶部，用太阳罗盘或磁罗盘及倾角测量装置记录下样品钻取方向（反倾向方向）的方位角和倾角。用黄铜丝或铜丝通过狭缝在样品上进行标记。c)取出样品。d)在样品的

8、钻取方向（反倾向方向）画上永久的箭头，并对样品进行编号。在野外记录簿上记下样品名及定向数据。9.3坐标转换样品被带回到实验室之后首先需要切割成标准大小和形状（见图9.7）。这些切割成子样品称之谓古地磁标本（paleomagneticspecimens）。样品坐标系由右手法则确定：拇指(X1)指向样品的标志箭头方向，食指(X2)20与拇指在同一个平面内，但沿顺时针方向与拇指