磁性地层学

表征岩石或沉积物磁学性质的参数从应用的角度大体可以分为两类:一类主要受控于岩石或沉积物本身固体颗粒的成分和结构特征(例如磁化率);另一类既受上述固体颗粒本身特征影响，也能反映地磁场及其变化的特征(例如天然剩磁)。这两类磁学参数都可以用作地层划分和对比的依据。

传统的磁性地层学致力于研究地磁场极性倒转在地层中留下的剩磁记录，并根据地磁场极性倒转特征进行地层划分和对比。以地质年代的尺度而言，地磁场极性倒转的发生是瞬时的、全球等时的、非周期性的。将极性特征作为地层单元的划分和对比标志，在与生物地层学、年代地层学综合使用时体现出了强大的优势和广泛的适用性。磁性地层学因此而成为现代地层学的重要分支学科之一。但近年来随着更多磁参数的开发利用，特别是环境磁学研究的兴起，“磁性地层学”这一名词的含义和用法正在发生变化。一些研究者开始将传统的、基于地磁场极性倒转研究的磁性地层学专门性地称作“磁极性地层学”(Magnetic polarity stratigraphy;Opdyke＆Channell，1996)，但多数文献中，磁性地层学(Magnetostratigraphy; Hailwood，1989;Langereis et al．，2010)指的就是磁极性地层学。

磁极性地层学依赖于古地磁学技术。古地磁学是建立在地磁学和岩石磁学基础上的一门较新的地球物理学分支学科，致力于研究已经消失了的、没有以人文方式记录下来的、遥远时期的古地磁场。古地磁学方法从现代地磁学理论和模型出发，从岩石、沉积物或考古材料中提取数千年前至数十亿年前的地磁场的信号，发现了地质历史时期地磁场的变化行为，发现了地磁极倒转，极大地丰富了地磁学理论，拓宽了地磁学的应用领域。磁极性地层学和板块运动的定量分析堪称古地磁学应用于地质学的两个最重要的研究方向。了解古地磁学的原理和方法是做好磁极性地层学研究的前提。

现代地层学中一种常见的思路是将地层剖面上获得的物性参数(例如磁性参数、电性参数、放射性参数、颜色参数、灰度参数、孔隙度和粒度参数等)作为古气候或其他古环境因素的替代性指标，定量分析地层的旋回特征并进行地层的划分和对比。岩石或沉积物的磁化率和剩磁等参数主要反映其中含铁矿物的类型、含量以及粒度特征，这类参数在地层剖面上的变化受控于物源和沉积环境，也包含了风化、搬运、沉积、成岩、变质等地质过程的信息(张世红等，2000)。20世纪80年代兴起的环境磁学(Thomson＆Oldfield，1986)即是这样一门利用广泛的岩石磁学参数测量来研究各种地质过程和环境变化的边缘学科。一些教材将基于环境磁学方法建立地层学标志的研究称为“岩石磁性地层学”或“岩石磁性旋回地层学”(Rockmagnetic stratigraphy;Opdyke＆Channell，1996;Rock magnetic cyclostratigraphy;Kodama＆Hinnov，2014)。

粗略地讲，“磁极性地层学”是基于年代地层学的研究思路，依赖于古地磁学专门技术，其基础理论是地磁学和岩石磁学;“岩石磁性地层学”是基于岩石地层学的研究思路，偏重于研究地质过程(和地质环境)对岩石磁性的影响，其基础理论主要是岩石磁学，也需要很好的地质学(特别是沉积学)知识。这样的划分能够帮助初学者了解磁性地层学的研究方法及特点，但不是严格意义上的学科分类。

本章重点介绍作为地层学重要分支学科的磁(极)性地层学的原理、方法及应用，以下分节概述现代地磁场的基本特征、岩石磁学的基础知识、古地磁学工作流程和技术要点、古地磁场的倒转特征以及磁极性地层学工作思路、地磁极性年表的标定和应用等问题。