岩矿石的磁性.docx
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岩矿石的磁性.docx
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岩矿石的磁性
岩(矿)石的磁性
一、物质的磁性
任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。
各类物质,由于原子结构不同,它们在外磁场作用下,呈现不同的宏观磁性。
1.抗磁性(逆磁性)
在外磁场H作用下,这类物质的磁化率为负值,且数值很小,如图所示。
抗磁性物质没有固有原子磁矩,受外磁场作用后,电子受到洛仑兹力的作用,其运动轨道绕外磁场作旋进(拉莫尔旋进),此旋进产生附加磁矩,其方向与外磁场相反,形成抗磁性。
抗磁性磁化率很小,约为10-5数量级。
2.顺磁性
顺磁性物质受外磁场作用,其磁化率为不大的正值,这类物质中原子具有固有磁矩,当无外磁场作用时,热骚动使原子磁矩取向混乱。
有外磁场作用,原子磁矩(电子自旋磁矩所作的贡献)顺着外磁场方向排列,显示顺磁性。
顺磁性物质其磁化率与绝对温度成反比,称为居里定律。
3.铁磁性
在弱外磁场的作用下,铁磁性物质即可达到磁化饱和,其磁化率要比抗磁性、顺磁性物质的磁化率大很多。
它具有下述磁性特征:
(1)磁化强度与磁化场呈非线性关系。
如图1-2-2所示,对未磁化样品施加磁场H作用,随H值由零增至Hc,而后减至零,反向由零减至-Hc,再由-Hc增至Hc,变化一周,样品的磁化强度M沿O、A、B、C、D、E、F、A变化,诸点所围之曲线,称磁滞回线,表明铁磁性物质磁化强度随磁化场的变化呈不可逆性。
其中Hc称为矫顽磁力,不同铁磁性物质它的变化范围较大。
(2)磁化率与温度的关系,服从居里—魏斯定律。
式中是C居里常数,T是热力学温度,Tc是居里温度,当
,铁磁性消失,转变为顺磁性。
(3)实验室结果说明,铁磁性物质的基本磁矩为电子自旋磁矩,而轨道磁矩基本无贡献。
铁磁性物质的磁滞回线
由于磁畴内原子间相互作用的不同,原子磁矩排列情况有别,铁磁性又分为三种类型。
①铁磁性:
磁畴内原子磁矩排列在同一方向,例如铁、镍、钴即属于此。
②反铁磁性:
磁畴内原子磁矩排列相反,故磁化率很小,但具有很大的矫顽力。
③亚铁磁性:
或称铁淦氧磁性,磁畴内原子磁矩反平行排列,磁矩互不相等,故仍具有自发磁矩。
此类物质具有较大的磁化率和剩余磁化强度。
各种铁磁性原子磁矩的排列示意图
(a)铁磁性(b)反铁磁性(c)亚铁磁性
二、岩石、矿石的磁性特征
(一)、表征磁性的磁化率
1.磁化强度和磁化率
均匀无限磁介质,受到外部磁场H的作用,衡量物质被磁化的强度,以磁化强度M表示,它与磁化场强度之间的关系为:
式中,
是物质的磁化率,它表征物质受磁化的难易程度,是一个无量纲的物理量。
在国际单位制中,磁化强度和磁场强度量纲相同,都为安(培)/米(A/m),在CGSM制中,磁化强度用高斯(Gs),磁场强度用奥斯特(
),两种单位的关系是1A/m=10-3CGSM(m)。
2.磁感应强度和磁导率
在各向同性磁介质内部任意点上,磁化场H在该点产生的磁感应强度(磁通密度)为:
式中以B特斯拉(T)为单位,
是介质的磁导率,单位为H/m(亨(利)/米)。
若介质为真空,则有
式中
是真空的磁导率(
)。
3.感应磁化强度和剩余磁化强度
位于岩石圈中的地质体,处在约为
T的地球磁场作用下,它们受现代地磁场的磁化,而具有的磁化强度,叫感应磁化强度,它表示为
式中T是地磁场总强度,
是岩石、矿石的磁化率,它取决于岩石、矿石的性质。
岩石的总磁化强度M,是由两部分组成,即:
(二)、矿物的磁性
矿物组合成岩石,岩石的磁性强弱与矿物的磁性强弱有直接的关系。
1.抗磁性矿物与顺磁性矿物
自然界中,绝大多数矿物属顺磁性与抗磁性。
(1).抗磁性矿物,其磁化率都很小,在磁法勘探中通常视为无磁性。
(2).顺磁性矿物,其磁化率要比抗磁性矿物大得多,约两个数量级。
2.铁磁性矿物
自然界中不存在纯铁磁性矿物,最重要的磁性矿物当推铁—钛氧化物。
铁磁性矿物磁化率
(三)、各类岩石的一般磁性特征
地壳岩石可分为沉积岩、火成岩及变质岩三大类。
1.沉积岩的磁性
一般说来,沉积岩的磁性较弱,如表1-2-3所示。
沉积岩的磁化率主要决定于副矿物的含量和成分,它们是磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿,以及铁的氢氧化物。
造岩矿物如石英、长石、方解石等,对磁化率无贡献。
沉积岩的天然剩余磁性,与由母岩剥蚀下来的磁性颗粒有关,其数值不大。
地壳岩石的磁化率和天然剩余磁化强度
2.火成岩的磁性
依据产出状态,火成岩又可分为侵入岩和喷出岩。
(1).不同类型的侵入岩(花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、超基性岩等),其κ平均值随着岩石的基性增强而增大。
它们的磁化率均具有数值分布范围宽的相同特征。
(2).超基性岩是火成岩中磁性最强的。
超基性岩体系在经受蛇纹石化时,辉石被蚀变分解形成蛇纹石和磁铁矿,使磁化率急剧增大,可达到几个SI(κ)单位。
(3).基性、中性岩,一般来说其磁性较超基性岩要低。
(4).花岗岩建造的侵入岩,普遍是铁磁—顺磁性的,磁化率不高。
(5).喷出岩在化学和矿物成分上与同类侵入岩相近,其磁化率的一般特征相同。
由于喷出岩迅速且不均匀的冷却,结晶速度快,因而其磁化率离散性大。
(6).火成岩具有明显的天然剩余磁性,其
称为柯尼希斯贝格比。
不同岩石组成的Q值范围,可在0~10或更大范围内变化。
3.变质岩的磁性
变质岩的磁化率和天然剩余磁化强度的变化范围很大。
按磁性,变质岩可分为铁磁—顺磁性和铁磁性两类,与原来的基质有关,也与其形成条件有关。
由沉积岩变质生成的,称水成变质岩,其磁性特征一般具有铁磁—顺磁性;由岩浆岩变质生成的,称火成变质岩,其磁性有铁磁—顺磁性与铁磁性两种。
这和原岩的矿物成分,以及变质作用的外来性或原生性有关。
(四)、影响岩石磁性的主要因素
岩石的磁性是由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小与结构,以及温度、压力等因素决定的。
1.岩石磁性与铁磁性矿物含量的关系
根据实验资料和理论计算,侵入岩的磁化率与铁磁性矿物含量之间存在统计相关关系。
一般来说,岩石中铁磁性矿物含量愈多,磁性愈强。
2.岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系
3.岩石磁性与温度、压力的关系
高温与高压,对矿物和岩石的磁性会产生影响。
铁磁性矿物的磁化率与温度的关系,有可逆及不可逆两种。
岩石磁化率与温度的相互关系比单纯矿物的复杂,岩石的磁化率-温度曲线与铁磁性矿物的成分有关,岩石的居里温度Tc分布仅与铁磁性矿物成分有关,而与矿物的数量、大小及形状无关。
岩石在机械应力作用下,由于铁磁体的磁致伸缩,其磁性大小会有变化。
三、岩石的剩余磁性
(一)、岩石剩余磁性的类型及特点
1.热剩余磁性(TRM)
在恒定磁场作用下,岩石从居里点以上的温度,逐渐冷却到居里点以下,在通过居里温度时受磁化所获得的剩磁,称热剩余磁性(简称热剩磁)。
应当注意,热剩磁并非全都是在居里温度时产生的。
如将岩石自居里点逐渐冷却至室温,且只在某一温度区间施加外磁场,由此得到的热剩余磁性,称部分热剩磁。
2.碎屑剩余磁性(DRM)
沉积岩中含有从母岩风化剥蚀带来的许多碎屑颗粒,其中磁性颗粒(磁铁矿等)在水中沉积时,受当时的地磁场作用,会沿地磁场方向定向排列,或者是这些磁性颗粒在沉积物的含水孔隙中转向地磁场方向。
沉积物固结成岩石,按其碎屑的磁化方向保存下来的磁性,称为碎屑剩余磁性(沉积剩余磁性,简称碎屑剩磁)。
3.化学剩余磁性(CRM)
在一定磁场中,某些磁性物质在低于居里温度的条件下,经过相变过程(重结晶)或化学过程(氧化还原)所获得的剩磁,称化学剩余磁性(简称化学剩磁)。
上述三种剩余磁性,统称为原生剩磁。
4.粘滞剩余磁性(VRM)
岩石生成之后,长期处在地球磁场作用下,随时间的推移,其中原来定向排列的磁畴,逐渐地弛豫到作用磁场的方向,这一过程中所形成的剩磁称粘滞剩余磁性。
5.等温剩余磁性(IRM)
在常温没有加热情况下,岩石因受外部磁场的作用(比如闪电作用),获得的剩磁称等温剩余磁性。
等温剩磁是不稳定的,其大小和方向随外磁场变化。
上述第4、5两种剩磁,是在岩石生成之后,因受某些外部因素的作用而获得的,因此称它们为次生剩磁。
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