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古地磁,又称自然剩磁,是指人类史前(地质年代)和史期的地磁场。各地质时代的岩石常有一定的磁性,指示其生成时期的磁极方向。古地磁一般分为两种,即热剩磁和沉积剩磁。
古地磁场的研究以岩石磁性的测量为基础。
古地磁学通过测量天然材料中磁性矿物记录的自然剩余磁化 (NRM) 来研究地质时间中地磁场的变化。地质材料的 NRM 通常由多个组分组成。因此,定义稳定特征余量磁化 (ChRM),需要使用顺序退磁技术(热质退磁或交变退磁等)去除二次剩余磁化,而热退磁炉是广泛使用的古地磁设备。
一、热退磁炉
理想的热退磁器应在热处理期间保持样品室中的“零”磁场。然而,磁场噪声,包括结构材料的残余磁场和加热元件中的交流电(AC)引起的感应磁场,这可能会影响古地磁结果,尤其是对于磁性较弱的样品。
在此前提下,welcome登录入口威尼斯的科研团队借鉴最新的科研成果,在中国科学院地质与地球物理研究所副研究员秦华峰等人已发表《An ultra-low magnetic field thermal demagnetizer for high-precision paleomagnetism》文章的相关技术基础上,经过改进优化,研发了一款操作方便快捷,质量可靠的TD-PGL-100型高精度热退磁炉,仿真和实际测量表明,使用新技术可以大大降低加热电流磁场。热退磁实验表明,即使对于弱磁性样品,新型退磁器也可以产生低噪声结果。
因容量大、低干扰磁场、温度特性优良等特点,TD-PGL-100型高精度热退磁炉已出口至俄罗斯、德国等国家,在古地磁学研究方面发挥着重要的作用。
TD-PGL-100高精度热退磁炉
热消磁器中的加热元件通常由无感绕组构成,以最大限度地减少加热电流的交流退磁效应。TD-PGL-100 采用的新型直芯电磁铁电热丝。
无感炉丝烧制方式
技术参数:
二、应用示例
中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生袁杰等(2020)利用TD- PGL -100型高精度热退磁炉研究了桑丹林剖面红色层的古地磁行为。所得结果可与传统的热退磁炉对同一剖面发表的古地磁结果进行合理比较。显然,使用TD- PGL -100的数据(图a)可以确定高温组分(650-680℃)的古地磁定向数据,而使用传统热退磁炉在620-660℃进行热退磁后,一些残余方向变得不稳定(图b)。
图a
图b
江长兴县煤山剖面包括了二叠纪-三叠纪界线(PTB)和长兴阶-吴家坪阶界线两个“金钉子”( GSSP)(图a),并完整记录了晚二叠世海相生物灭绝过程。在朱日祥、潘永信等院士的带领下,章敏等(2021)利用TD-PGL-100型高精度热退磁炉等最新仪器,对采集到的古地磁样品进行了剩磁测量工作,并建立了煤山剖面可靠的磁极性序列(图b),为晚二叠世长兴阶-印度阶海相地层和陆相地层对比提供新的对比依据,并为该时期地磁极性年表提供了重要参考。
红层沉积形成了红层地貌,也就是我国常说的丹霞,同时也代表了一种特殊的氧化气候,在我国,红层沉积主要分布于秦岭—淮河以南、青藏高原以东的广大区域(图a)。赋予其红色的染色矿物通常为磁赤铁矿、赤铁矿等,并携带化学剩磁(CRM)。沉积红层中CRM的获取,不仅对评估主要CRM的稳定性至关重要,而且对评估成岩作用对古地磁记录的影响也至关重要。
为了准确解译大梅剖面记录的原生碎屑剩磁,中国地震局地质研究所研究院刘彩彩等(2022)采用TD-PGL-100热退磁炉对大梅剖面的平行样品重新进行了热退磁实验,该退磁炉独特的线圈结构可以极大地降低炉内的残留场。依据所获得的高温分量建立的磁极性地层与大梅剖面中上部出露的玻璃陨石的40Ar/39Ar年龄相符(图b)。大梅剖面微弱的原生碎屑剩磁被成功解译了出来。
此外,该热退磁炉应用还支持了其他系列研究成果,发表在EPSL、JGR、Tectonics、QSR等期刊上:
1. Qin H , Zhao X , Liu S , et al. An ultra-low magnetic field thermal demagnetizer for high-precision paleomagnetism. Earth, Planets and Space, 2020, 72, 170.
2. Yuan J , Yang Z , Deng C , et al.Rapid drift of the Tethyan Himalaya terrane before two-stage India-Asia collision. National Science Review, 2021, 8, nwaa173, DOI:10.1093/nsr/nwaa173.
3. Zhang M , Qin H F , He K , et al. Magnetostratigraphy across the end-Permian mass extinction event from the Meishan sections, southeastern China[J]. Geology, 2021(11):49. DOI: 10.1130/G49072.1.
4. Liu, C , Qin H F , Eric C, et al., 2022. Importance of Hematite Self-Reversal in Al-Rich Soils Magnetostratigraphy: Revisiting the Damei Red Soil Sequence in the Bose Basin, Southern China. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127(4), e2021JB023165. DOI: 10.1029/2021JB023165