地磁場(chǎng)古強(qiáng)度

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1、第十章地磁場(chǎng)古強(qiáng)度（LisaTauxe著，史瑞萍譯）建議閱讀的相關(guān)材料：Coeetal.(1978)http://www.Angelfire.com/wa/hurben/mag.htmlTauxe(1993)同時(shí)，請(qǐng)參閱本書(shū)第15章和Dunlop&Ozdemir(1997)一書(shū)10.1前言上一章討論了如何獲得巖石記錄的古磁場(chǎng)方向。在弱場(chǎng)（如地磁場(chǎng)）條件下，巖石攜帶的剩磁大?。ɡ纾簾崾４?、化學(xué)剩磁和碎屑剩磁）與巖石形成時(shí)外磁場(chǎng)強(qiáng)度成線性關(guān)系，因此原則上講，古地磁場(chǎng)強(qiáng)度也可以測(cè)定。兩者存在下面的關(guān)系式：和其中aanc和alab是比例常數(shù)。如果它們相等，那么

2、：如果實(shí)驗(yàn)室外磁場(chǎng)和古地磁場(chǎng)的aanc和alab相同，即剩磁與外場(chǎng)大小為線性關(guān)系，對(duì)于單組分天然剩磁（NRM），只要測(cè)量其N(xiāo)RM大小，讓巖石在已知實(shí)驗(yàn)室磁場(chǎng)強(qiáng)度下獲得一個(gè)剩磁，再乘以該比例系數(shù)，就可以獲得地磁場(chǎng)古強(qiáng)度。可實(shí)際情況并非這么簡(jiǎn)單。這主要因?yàn)椋?）aanc和alab可能不相同（例如：樣品獲得剩磁的能力被改變了，或者所獲得剩磁的機(jī)制在實(shí)驗(yàn)室難以模擬）；2）剩磁和外加磁場(chǎng)大小并非線性關(guān)系（例如：在第五章中講到的DRM數(shù)值模擬就說(shuō)明了這點(diǎn)）；3）NRM可能由多個(gè)組分組成（例如一個(gè)原生組分加上一個(gè)粘滯剩磁）。這章將討論測(cè)定地磁場(chǎng)古強(qiáng)度的各種假設(shè)，以及相

3、關(guān)的實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)方法。首先討論熱剩磁（TRM），然后是碎屑剩磁。迄今為止，還無(wú)法從其它類(lèi)型剩磁（例如，化學(xué)剩磁或粘滯剩磁）獲得古強(qiáng)度。10.2熱剩磁古強(qiáng)度的測(cè)定單疇顆粒的TRM與所加弱的外場(chǎng)（如地磁場(chǎng)）大小成線性關(guān)系。圖10.1給出了隨機(jī)排列的粒徑為20-80nm的單疇磁鐵礦顆粒的理論TRM獲得曲線。[大于80nm的磁鐵礦具有更復(fù)雜的磁疇（花狀，漩渦狀的和多疇），可能不符合這條理論曲線]。隨著顆粒的增大，剩磁與磁場(chǎng)的線性關(guān)系逐漸減小?，F(xiàn)今最大地磁場(chǎng)（~65mT）正好在線性區(qū)域。事實(shí)上，即使磁場(chǎng)達(dá)到幾百mT，這種線性關(guān)系都存在。因此，前言中提到的磁場(chǎng)與磁化強(qiáng)

4、度之間呈線性關(guān)系的這一假設(shè)基本成立。古強(qiáng)度測(cè)定的第二個(gè)假設(shè)是實(shí)驗(yàn)室和古地磁場(chǎng)的兩個(gè)線性比例常熟相等，即aanc＝alab。只測(cè)量NRM和總的TRM并不能證明這個(gè)假設(shè)。比如，樣品在加熱過(guò)程中可能發(fā)生變化，從而改變樣品獲得TRM的能力，并給出錯(cuò)誤的強(qiáng)度結(jié)果。在古強(qiáng)度試驗(yàn)中，13有幾種方法可以用來(lái)檢驗(yàn)樣品獲得TRM的能力。下面我們將介紹測(cè)定地磁場(chǎng)古強(qiáng)度的方法：Thellier-Thellier方法、Shaw方法，微波方法（即通過(guò)微波加熱磁性礦物，非磁性部分不受熱，從而避免礦物變化）；還有一些對(duì)獲得的剩磁用IRM歸一化方法等。圖10.1：不同粒徑磁鐵礦顆粒的預(yù)測(cè)

5、TRM值占飽和值的比例與外加磁場(chǎng)的關(guān)系。該線性受顆粒大小影響，對(duì)于低于幾百個(gè)mT的磁場(chǎng)，線性關(guān)系存在。10.2.1Thellier-Thellier法為了檢測(cè)并去除礦物變化的影響，Thellier-Thellier（1959）提出通過(guò)逐步加熱樣品，用部分熱剩磁(pTRM)來(lái)逐步取代NRM，由此獲得樣品在改變前的MNRM/Mlab比例。這種被稱(chēng)為T(mén)hellier－Thellier的方法加上較低溫度點(diǎn)的pTRM可重復(fù)性檢驗(yàn)（可以判斷樣品是否被改變）非常有用。這種逐步加熱法假設(shè)在兩個(gè)不同的溫度區(qū)間所獲得的pTRM相互獨(dú)立（圖10.2），即pTRM的獨(dú)立性。此外

6、還假設(shè)總的TRM等于各個(gè)獨(dú)立pTRM的和（圖10.2），即pTRM的可加性。在實(shí)驗(yàn)室有幾種方法可將NRM用pTRM取代。原始的Thellier-Thellier法是將樣品加熱到溫度T1后，在實(shí)驗(yàn)室外加場(chǎng)（Blab）中冷卻，這樣室溫的剩磁就為剩下的NRM（MNRM）和實(shí)驗(yàn)室新獲得的pTRM（MpTRM）之和（Mfirst）。Mfirst=MNRM+MpTRM測(cè)量Mfirst之后，再將樣品加熱到同一溫度，在同等大小的反向場(chǎng)（-Blab）中冷卻,再測(cè)量此時(shí)的剩磁（Msecond）:Msecond=MNRM-MpTRM進(jìn)行簡(jiǎn)單的矢量相減就可以計(jì)算出每個(gè)溫度點(diǎn)剩余

7、的天然剩磁和獲得的pTRM（圖10.3a），通常將這些數(shù)據(jù)投影在Arai圖（Nagataetal.,1961）上（圖10.3b）。13圖10.2：pTRM獨(dú)立性和可加性。兩個(gè)溫度點(diǎn)狀之間獲得的pTRM是互相獨(dú)立的，其加和等于總TRM。圖10.3：Thellier-Thellier方法測(cè)定地磁場(chǎng)古強(qiáng)度。a)NRM熱退磁（實(shí)心圓）和實(shí)驗(yàn)室獲得的pTRM（空心圓）；b)每個(gè)溫度點(diǎn)的NRM剩余與獲得的pTRM之間的關(guān)系。隨著磁屏蔽技術(shù)的發(fā)展，提出了幾種更復(fù)雜的古強(qiáng)度方法。在最常用的測(cè)定地磁場(chǎng)古強(qiáng)度方法中（通常指Coe,1967提出的方法），如果將第一次改為在零場(chǎng)

8、中冷卻，這樣就可以直接獲得每個(gè)溫度點(diǎn)的剩余磁化強(qiáng)度，此時(shí)上面兩個(gè)公式就變?yōu)椋篗f