（壹）古地磁場的特征
1.地磁場方向的長期變化
利用有歷史記載的古物和熔巖中保存的剩磁，可把地磁場的長期變化追溯到幾千年 前。因為古代的窯、冶煉爐、磚瓦和陶器等都是在當時地磁場中經歷了由高溫冷卻到常溫 的過程，並獲得與當地地磁場方向壹致的、較穩定的熱剩磁。這些古物的年代可通過考古 學的方法確定。如果這些古物保持原始位置，那麽通過測定它們的剩磁傾角、偏角即可獲 得當時地磁場的方向，圖3-40（a）是利用古磚測得的近2ka來北京地區地磁場傾角的變 化曲線。從統計結果來看，變化周期約為1ka左右。
2.地磁場強度的長期變化
采用特利埃逐步加熱法，對北京地區各朝代的古磚作逐步加熱研究，確定了北京地區各朝代的古地磁場總強度，如圖3-40（b）所示。從圖中可知，公元初期地磁場強度約 為現代的1.6倍。很顯然，北京地區近2ka來地磁場是逐漸減小的。這個結論與法國、前 蘇聯和日本所測的結果相近。從中得出，近幾千年地磁場強度的變化幅度大約是平均場的 10％～15％。
圖3-40 我國古代地磁場的長期變化
3.古地磁場的軸向地心偶極子場特征
通過分析世界不同地區所得到的古地磁極的位置，可得到地磁場在史期和考古時期 的平均圖像。圖3-41是在希臘、日本和埃特那山根據考古地磁資料得到的史期和史期 前幾千年的地磁極的位置。就其整體而言，這些地磁極是以地理極為中心而聚集在它 的周圍。
圖3-42是對世界20Ma來（古近紀中新世以來）火山巖的觀測求得的1000多個古 地磁極的位置圖。這些地磁極同樣是以地理極為中心分布的，就平均而言，古地磁場表現 為軸向地心偶極子場的特征。由大量資料證明，從地質年代相對年輕巖石中發現的地磁場 平均軸向偶極子的性質，可以推廣到地球史上更古老的時期。所以，古老地質時期的地磁 場仍然具有軸向地心偶極子場的特征。
圖3-41 按考古材料測定的古地磁極位置
圖3-42 20Ma以來的火山巖的磁極位置
（二）古地磁學的研究方法
古地磁學研究的依據是利用未經構造變動巖石單元穩定的天然剩余磁化強度（NRM），提供出巖石形成時期的古地磁場（T古）特征。基本假設是：不同歷史時期巖石 天然剩余磁化強度（Mr）的方向與相應古地磁場的方向平行且強度呈正比（即Mr//T古，Mr∝T古），對於全球規模的研究，還要依據古地磁場的軸向地心偶極子場的特征。
古地磁學研究的基礎資料是巖石的TRM和CRM，因為它們比其他種類的NRM更 穩定。
古地磁的研究方法，首先要從被研究的巖石單元收集壹套空間定向的標本，由於巖石 露頭（特別是基性噴出巖或侵入巖地區）的NRM比較強，利用壹般羅盤測出的角度誤差 較大，所以要用太陽羅盤。如果收集的巖石標本是明顯經過變形的（如傾斜層），則還要 標出由層理指示的原始水平面。對於壹套層狀序列（如熔巖流）的巖石，常常從相當於幾 千年時間的壹個垂直斷面采取標本，以便對標本測得的NRM取平均時，使T古中長期變 化的影響最小。
將收集的每壹塊標本切成許多方塊形（或圓柱形）的巖樣。通常用無定向磁力儀和旋 轉磁力儀測量巖樣的NRM向量，然後利用極射赤面投影把它們的方向畫出。極射圖上方 向向量點的聚集情況表示出測定壹致性的程度。
圖3-43 褶皺實驗
為確定NRM的穩定性，需要進行壹些地質試驗來進行驗證。其中最基本的有“褶 皺試驗”和“烘烤接觸試驗”。褶皺試驗的原理為：如果在褶皺層的不同位置上，采樣 的NRM方向彼此不同，當進行了傾角校正（將NRM方向隨巖層傾斜而轉動相應的角 度，使巖層恢復水平位置）後，NRM的方向變為壹致，說 明NRM是在巖石褶皺前獲得的；否則，表明剩磁是次生 的。如圖3-43所示。烘烤接觸試驗是指當火山巖漿侵入 母巖時，母巖周圍被加熱，而在冷卻的時候，母巖與侵入 巖在同壹個磁場中被磁化而獲得NRM（這裏主要是 TRM）。由於侵入（焙烘）巖和圍巖物質成分壹般不同，所以，利用侵入巖與圍巖（包括烘烤和未被烘烤的）NRM 方向的壹致與否，就能提供侵入巖磁化強度的穩定性，如 圖3-44所示。這種情況也適用於噴出熔巖流下面被烘烤 過的巖石，實際上這個試驗已對地磁場極性倒轉的真實性提供了有力的證據。如果圍 巖的NRM與被烘烤過的NRM方向完全相反，則說明地磁場的極性發生過倒轉。
圖3-44 火成巖及其鄰近 被烘烤過的巖石冷卻後磁 化強度方向的變化
在對所測到的NRM進行古地磁場方向解釋之前，必須消除掉疊加在原生剩磁上的黏 滯剩磁（VRM）、等溫剩磁（IRM）以及其他剩磁。這些次生剩磁成分壹般比原生剩磁（TRM或CRM）的“軟”，在有利情況下，能用部分退磁的辦法破壞“軟”成分而保留 有用的“硬”成分，這個過程稱為“磁清洗”。最常用的磁清洗方法是交變磁場退磁法。該方法把巖樣放在交變磁場中，根據被破壞成分的矯頑磁力Hc選擇壹個最大的場強，而 後平緩地減小到零。另外也能用在無磁空間中逐步分段加熱和冷卻的辦法“清洗”巖石。熱退磁法壹般不如交變磁場退磁法方便，但是當巖石有過復雜的受熱史並得到了次生 TRM或PTRM時，它會更有用些。
進行磁清洗後，取方向壹致的壹組剩磁值作為指示古地磁方向的數據。為了排除在重 新磁化過程中獲得任何次生TRM或CRM的可能，凡能查明巖石形成以後由地質、構造 事件或磁性礦物的物理化學變化而引起的任何改變的各種檢驗都壹定要做。然後，在軸向 地心偶極子場的假設前提下，利用壹組方向壹致的NRM的平均方向代入必要的換算公式 即可推斷出等效的磁極位置。此外，由於磁化方向在原始極射赤面圖上確定的是壹塊面積 而不是壹個點，所以古地磁極是當做地球上的壹塊面積求得的。