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上世纪50年代海底磁异常条带的发现为海底扩张学说和板块运动提供了有力的证据,对研究海底地壳结构、地球内部动力学过程等具有重要意义。海底磁异常条带不仅携带有洋壳年龄、地磁场极性倒转等信息,而且通过分析洋中脊两侧磁条带的扩张方向,可以深入研究两个板块之间、板块内部微小的相对运动或变形。另外海底磁异常条带还携带有地球磁场强度的信息,可为古强度变化的研究提供新思路。 在观测板块运动与构造变形的方法中,空间大地测量技术只能观测近几十年来的板块运动,地质和地球物理方法在时空上具有局限性,相比而言,海底磁异常带的记录具有连续性和年代学意义等优势。而且在研究地磁场古强度方面,海底磁异常条带能连续记录过去160 Ma洋中脊两侧地球磁场强度的信息,而火山岩或考古材料得到的绝对强度记录在时间和空间上分布离散,沉积层得到的相对强度易受沉积环境影响,海底磁异常数据更具有优势。因此,本文将利用海底磁异常携带的年龄、地磁强度的信息研究板块构造运动过程和地磁场古强度的变化。 本文研究区域位于南大西洋的一段洋中脊(31°S-34.5°S,12°W-16°W),论文首先概述了该区域的地质地貌特征、地球物理特征,介绍了南大西洋开启的历史和洋壳磁结构特征。研究区域的扩张速率处在中等扩张(30~80 mm/yr)和慢速扩张(<30 mm/yr)的分界上,因而地形地貌上既有慢速扩张洋中脊典型特点,也具有中等扩张洋中脊的特征,另外洋中脊两侧磁异常条带特征明显,因而该区域是研究洋中脊的洋壳增生过程、分段机制和机械变形等的理想区域,也为探讨慢速扩张的磁异常条带是否携带有地球磁场古强度的信息提供了数据来源。 然后利用海底磁异常数据的形态学对研究区域内的洋中脊两侧板块之间的微运动或变形进行研究。NGDC收编了研究区域内过去几十年来多个观测平台的磁异常数据,通过对其进行误差分析和滤波处理,得到精度高、信噪比高的磁异常剖面,然后利用磁异常的偏态度与扩张方向之间的关系,将实测剖面与Modmag磁异常正演软件模拟的剖面上不同扩张方向的磁异常曲线进行比较,并通过统计分析的方法估计出剖面的扩张方向,得到结果:由北向南,三个小区域内洋中脊的平均扩张方向有显著的不同,与洋中脊的倾斜度分别为46.4°±5.3°,17.3°±13.0°,-14.3°±8.0°。通过讨论分析,最小能量损耗能解释研究区域内洋中脊的倾斜扩张,洋中脊两侧扩张速率的不对称性增加了区域洋中脊和转换断层及间断区演化的复杂性。另外为进一步讨论倾斜扩张的原因,本文将我们的结果与MORVEL模型给出的研究区域板块运动方向和震源机制解的主应力方向进行比较,存在一定的区别,结合宏观尺度和微观尺度的角度,表明研究区域洋中脊两侧的板块在最近的6.5 Ma期间,存在一定的形变。存在差异另一个可能原因是影响磁异常偏态度因素的复杂性,深度辉长岩层的倾斜对海底磁异常的影响值得深入研究。 最后进一步分析洋中脊两侧的磁异常数据,来研究过去地磁场古强度的变化。对磁异常数据进行误差分析和滤波处理之后,进一步作了化极、二维反演和向下延拓的处理,来去掉纬度的不同、磁性源的走向和地形等的影响,再依据CK95年表将随距离变化的磁异常转化为随年龄变化的磁异常曲线,不同剖面的磁异常进行叠加处理,得到研究区域内的综合磁异常曲线。短波长异常同时存在于多条剖面上表明其具有地磁场的来源。为评估短波长的来源,将观测剖面与沉积层得到的相对强度模拟的磁异常变化结果进行比较,一致性的短波长异常变化表明古强度的变化对洋壳的磁化具有重要作用。另外,对北大西洋的磁异常数据进行相同处理,再与南大西洋的结果进行比较,同时与前人在快速扩张洋中脊两侧的磁异常剖面相比,全球不同区域的磁异常剖面具有相似的短波长特征,这些结果都表明了海底磁异常的数据能够反映地球磁场古强度的变化,慢速扩张的海底磁异常剖面同样能够记录到过去地球磁场强度变化的信息。