1物質的磁性2磁性地層學3磁性地層學的發(fā)展趨勢磁偶極子的磁矩M=ml偶極子1、物質的磁性質物質通過產(chǎn)生磁性感應外界磁場，部分物質在無外磁場的情況下也能產(chǎn)生自發(fā)磁化.所以，可以把物質的磁化分成兩部分：感應磁化－只有在外磁場時才存在；剩余磁化－零場時也可以存在的磁化1.2磁矩

電流產(chǎn)生的磁矩

M=ir2

Jiles,1992

磁矩M的單位為Am2

磁矩在均勻磁場的力矩()和靜磁能(Em)力矩Em=-M?H=-MHcos量子化的原子磁矩玻爾磁子：MB=9.2710-24Am2磁化強度單位:Am-1或Am2kg-1

磁化強度

質子和電子可以等效于小磁矩，當有外場作用時，它們會被感應磁化.感應磁化強度與外場H的關系為：

其中是體磁化率（bulkmagneticsusceptibility），它是多種參數(shù)的函數(shù)，諸如樣品的定向、溫度、應力狀態(tài)、觀測的時間尺度以及外場大小等，但是它通常作為標量使用磁化率：magnetizabilityofasubstanceJi=H磁化率Diamagnetism水（-0.910-8m3/kg

）與溫度T無關典型礦物：石英，SiO2（約為水的一半）外加場只改變電子運動軌道Paramagnetism~3.510-5SI典型礦物：Fe2SiO2Ferromagnetism礦物的磁性：Paramagnetism

具有原子磁矩，原子磁矩之間無相互作用原子磁矩與外場和熱能有相互作用原子磁矩M＝2MBT=300K

外場H＝103T（109A/m）

磁能＝1.8510-22J熱能kT=4.1410-23J通常，實驗室磁場是n個T（106A/m），1.8510-25JCurie’slaw

=J/H=nM2/3kT=C/T注意：室溫Paramagnetism無剩磁，對有貢獻

Ferromagnetism具有原子磁矩，原子磁矩之間有相互作用原子磁矩與外場和熱能有相互作用

Generallyspeaking:上述四種通稱為鐵磁性Stricklyspeaking:

Ferromagnetism才是鐵磁性,地球上無Ferromagnetism

在古地磁(甚至磁學領域)人們認為的一些重要鐵磁性礦物，實際上主要是FerrimagnetismCantedantiferromagnetismImperfect

bcd

none鐵磁性礦物的最大特點Hysteresisloop，居里（奈耳）溫度之下＝剩磁，居里（奈耳）溫度之上－Paramagnetism

主要磁性礦物的性質磁鐵礦磁赤鐵礦鈦磁鐵礦赤鐵礦剩磁(Jr)是在某些晶體中鄰近電子自旋有很強的相互作用引起

物質對磁場的記憶古地磁學

物質剩磁的起源相互作用能—Interactionenergy內部退磁場形狀各向異性磁晶各向異性與磁晶各向異性能磁晶各向異性常數(shù)單疇顆粒—single-domaingrainsMagnetited0=0.1μmJs=480kA/mHematited0=15μmJs=~2.5kA/m

磁鐵礦磁赤鐵礦鈦磁鐵礦赤鐵礦剩磁的熱行為？

當溫度增加時，晶格會擴展，交換作用會變弱.高于每種晶體類型的特定溫度（稱為居里溫度Curietemperature，Tc），相互作用的電子自旋行為會完全消失，物質就變成順磁性了.溫度剩磁冷卻加熱Tc磁性馳豫—Magneticrelaxation超順磁—Superparamagnetism阻擋溫度—Blockingtemperature

Mt=M0e-t/τ

τ=feE1/E2=fexp(vHcJs/2kT)

磁鐵礦磁赤鐵礦鈦磁鐵礦赤鐵礦剩磁在強磁場的行為？單疇顆粒多疇顆粒似單疇顆?！狿seudo-single-domaingrains

Jr/JsHc較小的Hc和τ

磁鐵礦磁赤鐵礦鈦磁鐵礦赤鐵礦

古地磁學的重要基石－單晶能夠克服各向異性能，從而使得磁化強度從某種低能狀態(tài)轉到與外界地磁場相關的高能均衡狀態(tài)，并被“凍結”從而能夠在地質時間尺度上被保存在巖石中

磁鐵礦磁赤鐵礦鈦磁鐵礦赤鐵礦自然界巖石獲得剩磁的過程？地磁場火山巖剩磁記錄地磁場FromTauxe

磁鐵礦磁赤鐵礦鈦磁鐵礦赤鐵礦熱剩磁的特點1－對弱磁場，熱剩磁的強度和冷卻時的外加磁場的強度線性相關2－pTRM彼此獨立3－pTRM具有可加性沉積剩磁(DRM)記錄地磁場

在沉積環(huán)境中，巖石被磁化的過程和火山巖中的熱剩磁行為完全不同.碎屑顆粒在沉積前已被磁化(主要為熱剩磁)，這和火山巖中晶體處于它們的居里溫度點之上不同.磁性碎屑顆粒沉積時會和外界磁場保持一致－DRM.但是，磁性顆粒在沉積后會受生物或其他擾動重新排列，稱為沉積后剩磁(

pDRM)沉積剩磁記錄地磁場的可靠性

一些沉積剩磁的傾角會比預期的外磁場的傾角小，這個現(xiàn)象稱為傾角誤差.實驗觀測到的傾角的正切一般是外磁場正切的0.40.6值得注意的是，許多天然沉積物(比如深?；虺练e速率很低的湖相沉積物)沒有傾角誤差.最不理想的沉積物是剩磁載體為碎屑赤鐵礦，它是片狀的顆粒，有很小的飽和剩磁沉積后擾動對剩磁的影響非常大.且不易觀測到，所以，不是所有的“觀測異?！倍计鹪从诘卮艌霰旧鞮ock-inofDRM：DewateringandconsolidationEstimatesoflock-intimerangeupto103yr

化學剩磁ModifiedFromTauxe

磁鐵礦磁赤鐵礦鈦磁鐵礦赤鐵礦化學剩磁的特點巖石或沉積物中的磁性礦物在形成以后經(jīng)常會因為環(huán)境的變化而發(fā)生變化赤鐵礦在低溫生長時所攜帶的剩磁被稱為顆粒生長型化學剩磁（graingrowthchemicalremanentmagnetization,g-CRM）磁鐵礦風化－磁赤鐵礦CRM與外磁場的關系很復雜

2磁性地層學

Magneticstratigraphyormagnetostratigraphy

定義:

研究巖石單元的磁特征

磁性地層分類

1-磁極性地層

Magneticpolaritystratigraphy2-巖石磁性地層

Rockmagneticstratigraphy3-古強度磁性地層

Paleointensitymagneticstratigraphy4-地磁場長期變磁性地層

SVmagneticstratigraphy

2.1磁極性地層的定義

什么是地磁極性？什么是地磁極性倒轉？地磁極地磁極現(xiàn)在地磁場形態(tài)78萬年前地磁場形態(tài)

通過測定不同時代沉積物的剩磁，就可以確定沉積物形成時的地磁極性磁極性地層的發(fā)展歷史-1

1－Khramov(1958)-大陸沉積物

2－Cox(1963)-火山巖剩磁＋年代學

命名：Brunhes,Matuyama,Gauss,GilbertAge/Ma磁極性地層的發(fā)展歷史-2

Harrison等

(1964)-海洋沉積物

Vine&Mathews(1963)proposed

線性海洋磁異常起因于地磁極性倒轉磁極性地層的發(fā)展歷史－3Vine等(1965)-海洋磁異常條帶－－10Ma

Heirtzleretal(68)－－早于C33，線性磁異常不明顯意大利的陸相地層表明CNS存在

C33C1正極性編號

M－sequence最初只給負極性編號(M1-M25),但M2和M4表示正極性－－混淆后來編號為M0,M1,M3,M5,M6,M7...Channel(1995)--M1-M29Handschumaker(1998)--M1-M38C34M0M29165Ma以來地磁極性倒轉序列磁極性地層的標準已經(jīng)建立可以測量需要研究的地層Doell&Dalrymple(1966)-Event(discoveryplace)Jaramillo(NewMexico,JaramilloCreek)Olduvai(Tanzania,OlduvaiGorge)磁極性地層－極性亞時與短極性事件MagneticpolaritystratigraphyVerylowamplitude,butcorrelatable,magneticanomalieshavebeencalledtinywiggleorcryptochron--canbemodeledSPCorintensityfluctuation--~20kyrSomehavebeenidentifiedasSPC--Reunion--CobbMountainTinywigglesincontinentsediment??Unlikemarinesediments,terrestrialsediments-nonhomogeneous,variationrateForelandbasininthefrontoftherisingHimalayan

--SiwaliksofPakistanandIndia--sedimentaryenvironmentmeanderingriversystem--sedimental:mudstones,sandstones,gravelsdeposition

--manyhiatus

--gapinterval~1000years--105~106yearscontinues

國際地層表

Pliocene(N2)/Pleistocene(Q1)--1.77Ma(2.6)Miocene(N1)/Pliocene(N2)------5.3Ma(5.3)Oligocene(E3)/Miocene(N1)-----23.5Ma(23.3)

Eocene(E2)/Oligocene(E3)------33.7Ma(32)Paleocene(E1)/Eocene(E2)------53Ma(56.5)Cretancous(K2)/Paleocene(E1)--65Ma(65)K1/K2---96Ma(96)J3/K1---135Ma

值得注意的基本概念

地磁極性帶與海洋磁異常

PolarityzoneandOceanicmagneticanomalyPolarityzonelabels--polaritychronC26Oceanicmagneticanomalynumbers--anomaly26DifferentPhenomena,buttheyhaveacommoncauseandbetimecorrelaive磁性地層－三部曲

第一步：野外

Geologicsetting-地層厚,連續(xù)

Samplingschedule,褶皺,倒轉，礫石

定向－地層，樣品

第二步：加工樣品

第三步：實驗

地磁場----歌唱家

巖石------錄音機

如何獲得巖石形成時地磁場的信息??需認識巖石的磁學性質－－這是過去少有注意

如何確定地磁極性?VGP的緯度--Normal--Reversal--Transition

磁極性地層

應用實例元謀古猿的生存時代？Sunetal.,2004,EPSL~7Ma是天山的重要隆升期

2.2-巖石磁性地層

Rockmagneticstratigraphy

Lithology+Susceptibility

Lithology+Susceptibility＋磁極性地層磁極性地層＋磁化率Heller&Liu,Nature,19825254501402803.04.25.40.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6BM_JOMG_BM_JOMG_100120(m)Units53791111719212315132729313335372539414345515347495557596163656971736775777981838589919587931011031046636CMCompositebenthicoxygenisotoperecordV19-30/ODP677/ODP846Mediangrainsize(mm)Luochuan

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