古地磁方法

古地磁極（paleomagnetic pole）是通過測量某一地質年代岩石的剩餘磁化強度的方向所確定的該地質年代的地磁極位置。測量所用的一套岩石定向標本、數量及其時間在分佈上應有一定的代表性。如果岩石標本在時間的分佈上代表的階段小於10^ 3年，則從地質時間尺度來看，它們的磁化強度方向只能反映瞬時的地磁場方向，據此定出的磁極稱虛地磁極。但也有人把古地磁極就叫做虛地磁極，以區別於實測的現代地磁極。在求古地磁極時假定地磁場在地質時期也具有偶極子場形式，同時地磁極也在地理極周圍不斷變化，所以在約為10^3年的一段時間裏所求得的古地磁極平均位置基本上代表了這一時期古地磁極的位置。上述假定已得到部分證實。 ^[1] 

古地磁場的研究以岩石磁性的測量為基礎。

現代地磁場的記錄不超過400年,這在很大程度上限制了人們對地球基本磁場和長期變化規律的認識。地殼各處的岩石含有或多或少的各種磁性礦物，在冷卻或沉積過程中被地磁場磁化，記錄下岩石形成時期地磁場的方向和強度，其中一部分磁性穩定的岩石，在漫長的地質時期，完整地保留了這種記錄。同理，古磚、古瓷器、爐灶等原始焙燒物在它冷卻時也被當時的地磁場磁化，於是記錄了人類史期的地磁場。這些珍貴資料擴大了人們對地磁場變化的認識。

岩石和原始焙燒物在其形成後的漫長時期，由於各種物理、化學作用，難免產生次生磁化。清除岩石的次生磁化,保留穩定的原生磁化,這項工作叫做磁清洗。由於古地磁場的方向和強度很難測定得很精確，所以，只有利用大量標本的測量結果進行統計，才可能取得較好的結果。 ^[1] 

20世紀50年代以來，大量的研究結果表明，由同一大陸、同一地質時代的岩石標本得出的古地磁極位置基本一致。但由不同大陸、同一地質年代的岩石標本得出的古地磁極位置卻往往不同。由同一大陸不同地質年代所得到的古地磁極位置連成的曲線叫做極移曲線。這種極移只是一種表觀現象，而不是真實的過程，因此這種極移曲線亦叫做視極移曲線。實際上視極移曲線反映了大陸在不同地質年代的位置發生了變動。不同的大陸運動情況不同，因此各自得出的視極移曲線的形狀和取向也就不同。由此可以追溯各個大陸的運動歷史和它們之間的相互關係。古地磁極移第一次為地殼水平運動提供了強有力的證據，從而導致了沉寂多年的大陸漂移學説的復活和板塊大地構造學説的建立。這方面的成就引起了地學家的極大重視，也促進了古地磁學的迅速發展。 ^[1] 

50年代以來大陸上岩石古地磁的研究成果表明，在所研究的岩石中有將近一半是正向磁化（即磁化方向與現代地磁場方向相同），而另一半則是反向磁化（即磁化方向與現代地磁場方向正好相反）。這説明在漫長的地質歷史中，地磁場南、北極的極性並不是固定的，而是發生着週期性的反轉，有的時期地磁南、北極方向與現代一致，有的時期則正好相反。所以，極性反轉現象是地磁場演化的一個基本特徵，通常把保持一定的地磁極性的大階段（大約相隔100萬年以上）稱為極性期，把每個極性期內的短期轉向時間稱為極性事件。如果根據不同時期岩石磁化的方向排列出地磁場轉向的先後順序，並利用岩石同位素年齡測定方法測出各個極性期和極性事件的延續時間，就可以建立古地磁場轉向年代表。根據世界各地大量層狀熔岩的古地磁資料建立的4.5Ma的地磁場轉向年代表。

海底磁異常條帶及其成因

海底磁異常條帶是50年代後半期發現的，其特點是大致平行於洋中脊軸線延伸，正負異常相間排列並對稱地分佈於大洋中脊兩側，單個磁異常條帶寬約數公里到數十公里，縱向上延伸數百公里以上而不受地形影響，在遇到洋底斷裂帶時被整體錯開。對於這種磁異常條帶的成因，曾一度使人們困惑不解，有人認為這是洋底岩石磁性強弱不同所引起的，但這種觀點不能解釋磁條帶分佈的規律性，也與當時所獲得的海底地質資料不吻合。1963年，英國學者瓦因和馬修斯結合海底擴張假説與地磁場倒轉現象，對海底磁異常條帶作了極為成功的解釋。他們認為海底磁異常條帶不是由海底岩石磁性強弱不同所致，而是在地球磁場不斷倒轉的背景下海底不斷新生和擴張的結果。高温的地幔物質不斷沿大洋中脊軸部上湧冷凝形成新的海底，當它冷卻經過居里温度時，新生的海底玄武岩層便會沿當時地磁場方向磁化。隨着海底擴張，先形成的海底向兩側推移，在中脊頂繼續不斷地形成新的海底，如果某個時候地磁場發生轉向，則這時形成的海底玄武岩層便在相反的方向上被磁化。這樣，只要地磁在反覆地轉向，海底又不斷地新生和擴張，那就必然會形成一條條正向和反向磁化相間排列、平行洋脊對稱分佈的磁化條帶。擴張的海底就像錄音磁帶那樣記錄了地磁場轉向的歷史。正向磁化的海底條帶由於加強了地磁場強度而形成正異常，反向磁化的海底條帶由於抵消了一部分地磁場強度而形成負異常。

上述推斷不僅合理地解釋了海底磁異常條帶的成因，而且也與大陸岩石和深海沉積的古地磁研究成果相吻合。60年代中期，一些學者通過將洋脊兩側的海底正、負磁異常條帶與大陸岩石古地磁研究獲得的地磁場轉向年代表進行對比發現，海底正、負磁異常的排列，與地磁場轉向年代表中的正向段和反向段完全可以一一對比，而且磁條帶的寬度也與地磁場轉向年代表中極向的時間長短成正比關係。與此同時，對取自海底的沉積物岩心的弱剩餘磁性研究也取得了重要成果。在沉積岩心中交替地出現正向和反向磁化段，正向、反向磁化段的厚度可以與地磁場轉向年代表中正極性期和反極性期的時間長短一一對比，也可以與海底正、負磁異常條帶相對比。這3種相互獨立的磁性測量資料服從於統一的變化規律，充分證實了它們是在地磁場頻繁倒轉的統一背景下形成的（有人稱為：“三位一體”）。這不僅説明了上述海底磁條帶成因的正確性，同時也為海底擴張説取得了決定性的證據。

深海鑽探工作開始於1968年，在幾年的時間裏，著名的深海鑽探船“格羅瑪挑戰者”號在世界各大洋進行了廣泛的鑽探和取樣，取得了豐碩的成果。深海鑽探證實，深海沉積物由洋脊向兩側從無到有，從薄到厚，沉積層序由少到多，最底部沉積物的年齡愈來愈老，並且與海底磁異常條帶所預測的年齡十分吻合，深海鑽探所採得的最老沉積物的年齡不老於1.7億年（晚侏羅世）。因此深海鑽探成果令人信服地證實了海底擴張理論。

洋脊被一系列橫向斷層切割，斷層長度可達數千公里，斷層兩側洋脊被明顯錯斷，錯距可達數百至千餘公里。斷裂帶多已成為很深的溝槽，從海底地貌圖上看得十分清楚。這種巨大規模的橫向斷層早在50年代即已發現，曾被認為是一般的平移斷層，並用以證明地殼中存在着巨大規模的水平運動。但是，它的實際意義遠不止於此。1965年，加拿大學者威爾遜（Wilson，1965）指出，這種橫斷中脊的斷裂帶不是一般的平移斷層，而是自中脊軸部向兩側的海底擴張所引起的一種特殊斷層。威爾遜稱之為轉換斷層（transform fault）。

轉換斷層具有不同於一般平移斷層的特徵。其一，如果是平移斷層，則隨着時間的推移，斷層兩側的洋脊將越離越遠；但如果是轉換斷層，雖然中脊軸兩側海底不斷擴張，斷層兩側洋中脊之間的距離並不一定加大。其次，如果是平移斷層，錯動是沿整條斷裂線發生的；至於轉換斷層，相互錯動僅發生在兩側中脊軸之間的段落上（BC段），在該段落以外的斷裂帶上，斷層兩側海底的擴張移動方向相同，其間沒有相互錯動。第三，轉換斷層中相互錯動段的錯動方向，恰好與平移斷層中把洋脊錯開的方向相反，這一點是轉換斷層和平移斷層的最重要區別。

沿洋底的這種轉換斷層記錄到頻繁的地震活動，這顯然是斷層兩側巖塊發生相對錯動引起的。調查表明，地震活動幾乎都集中在被錯開的洋脊之間的斷層段上，而其餘部分一般沒有地震發生。而且對來自洋底斷裂帶上的地震的分析證明，斷層錯動的方向與轉換斷層所要求的方向完全相符。這就證實了轉換斷層是確實存在的。轉換斷層是由洋中脊的海底擴張引起的，轉換斷層的錯動方向也就是海底擴張的方向，所以轉換斷層的發現和驗證，為海底擴張説提供了又一有力的依據。 ^[1]