古地磁场

[外文]：palaeomagnetic field

人类史前（地质年代）和史期的地磁场。古地磁场的研究以岩石磁性的测量为基础。

现代地磁场的记录不超过400年，这在很大程度上限制了人们对地球基本磁场和长期变化规律的认识。地壳各处的岩石含有或多或少的各种磁性矿物，在冷却或沉积过程中被地磁场磁化，记录下岩石形成时期地磁场的方向和强度，其中一部分磁性稳定的岩石，在漫长的地质时期，完整地保留了这种记录。同理，古砖、古瓷器、炉灶等原始焙烧物在它冷却时也被当时的地磁场磁化，于是记录了人类史期的地磁场。这些珍贵资料扩大了人们对地磁场变化的认识。

岩石和原始焙烧物在其形成后的漫长时期，由于各种物理、化学作用，难免产生次生磁化。清除岩石的次生磁化，保留稳定的原生磁化，这项工作叫做磁清洗。由于古地磁场的方向和强度很难测定得很精确，所以，只有利用大量标本的测量结果进行统计，才可能取得较好的结果。

当标本的产状(走向、倾向、倾角)已知时，由标本剩磁方向的测定可以得到标本产地的古地磁场的偏角和倾角。在地心偶极子的假定下，由古偏角和古倾角即可确定古地磁极的位置（通常叫作虚磁极，见古地磁学）。

关于利用岩石标本测定地磁场的方向，1925年谢瓦利埃(R.Chevallier)曾对西西里岛的埃特纳火山近代熔岩流磁化方向进行过测定，他发现熔岩磁化方向与地磁场方向相当一致，并注意到虚磁极绕地极顺时针方向运动。至今人们已经获得许多史前和史期地磁场方向的测定结果。1962年行武毅系统分析了日本地区古偏角和古倾角的资料，发现古地磁场方向的变化具有700、1200、1800和7000年的周期成分。他认为1200年和1800年是非偶极子磁场的变化周期，而7000年是赤道偶极子的运动周期。永田武由日本第四纪熔岩流测得的虚磁极的运动，似乎有近 10000年的周期趋势。这与行武毅得到的7000年周期相近。据此永田武提出，地磁轴沿顺时针方向绕地轴运动，速度约为0.05年。70年代有人系统分析了考古地磁和近代测得的伦敦地磁场方向的变化，但没有发现相同周期的变化。因此，上述结果还有待验证。

测量方法是30年代由法国人泰利埃(Thellier)最先确立的，只适用于热剩磁标本。70年代末曾有人探索利用其他类型岩石标本测定古地磁场强度的方法，但还不够完善。至今泰利埃方法仍然是测量古磁场强度的有效方法。泰利埃方法又称“逐步加热”法，其基础是岩石“部分热剩磁定律”，即岩石在T0（室温）至T1（居里温度）温度区间所获得的总磁化，等于各温度区间所获得的磁化的总合。把T0～T1分成几个温度区间，先在零磁空间中逐段加热，测定残留磁化强度JT(n-i)，再在现代地磁场中冷却，测定重新获得的净磁化强度J孏(i)，i=0，1，…，n。如果在实验过程中岩石物理化学性质不变，则有

。

由JT(n-i)和J孏(i)的直线斜率和现代地磁场强度F0即可求得古地磁场强度F。图1为我国北京地区古地磁场强度的测定结果。若假定古地磁场为地心偶极子场，则由某测点古地磁场强度的测定，即可标出古地磁矩。图2为全球几个地区古地磁矩的变化。可以看出，近2000年来地球磁矩是衰减的，这与现代观测结果相符；2000年前有个较大值，约为现代地磁矩的1.5倍；公元前2000年有个低值，与现代地磁矩相近；约在公元前4000年有个小值，由此估计地球磁矩的变化周期约为 8000～10000年。

布容 (B.Brunhes)1906年从法国熔岩中发现了磁化方向与现代地磁场方向相反的岩石。随后在其他地方也观测到同样的事实。60年代以前存在着岩石自发反向磁化和地磁场本身倒转两种观点的争论。随着反向磁化岩石的普遍发现和实验室工作的进展，到了60年代古地磁场倒转的观点已为人们普遍接受。地磁场倒转给地磁场起源和核内动力学的理论提出了一个重要的约束条件。