13-1章巖礦石的磁性

1、第二章巖(礦)石的磁性地球科學與工程學院E-mail:chunguan-1一、物質(zhì)的磁性二、巖(礦)石的磁性特征三、巖石的剩余磁性內(nèi)容提要2一、物質(zhì)的磁性 任何物質(zhì)的磁性都是帶電粒子運動的結(jié)果。各類物質(zhì)，由于原子結(jié)構(gòu)不同，它們在外磁場作用下，呈現(xiàn)不同的宏觀磁性。 31）抗磁性(逆磁性) 在外磁場H作用下，這類物質(zhì)的磁化率為負值，且數(shù)值很小，如圖所示。抗磁性物質(zhì)沒有固有原子磁矩，受外磁場作用后，電子受到洛侖茲力的作用，其運動軌道繞外磁場作旋進（拉莫爾旋進），此旋進產(chǎn)生附加磁矩，其方向與外磁場相反，形成抗磁性?？勾判源呕屎苄?，約為10-5數(shù)量級。 42）順磁性 順磁性物質(zhì)受外磁場作用，其磁化率為

2、不大的正值，這類物質(zhì)中原子具有固有磁矩，當無外磁場作用時，熱騷動使原子磁矩取向混亂。有外磁場作用，原子磁矩（電子自旋磁矩所作的貢獻）順著外磁場方向排列，顯示順磁性。順磁性物質(zhì)其磁化率與絕對溫度成反比，稱為居里定律。 563）鐵磁性 在弱外磁場的作用下，鐵磁性物質(zhì)即可達到磁化飽和，其磁化率要比抗磁性、順磁性物質(zhì)的磁化率大很多。它具有下述磁性特征: (1)磁化強度與磁化場呈非線性關(guān)系。 (2)磁化率與溫度的關(guān)系，服從居里魏斯定律。 (3)實驗室結(jié)果說明，鐵磁性物質(zhì)的基本磁矩為電子自旋磁矩，而軌道磁矩基本無貢獻。 7鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線 8 由于磁疇內(nèi)原子間相互作用的不同，原子磁矩排列情況有別，鐵磁

3、性又分為三種類型。 鐵磁性：磁疇內(nèi)原子磁矩排列在同一方向，例如鐵、鎳、鈷即屬于此。反鐵磁性：磁疇內(nèi)原子磁矩排列相反，故磁化率很小，但具有很大的矯頑力。亞鐵磁性：或稱鐵淦氧磁性，磁疇內(nèi)原子磁矩反平行排列，磁矩互不相等，故仍具有自發(fā)磁矩。此類物質(zhì)具有較大的磁化率和剩余磁化強度。 9各種鐵磁性原子磁矩的排列示意圖(a)鐵磁性 (b)反鐵磁性 (c)亞鐵磁性 10二、巖(礦)石的磁性特征（一）表征磁性的磁化率 1、磁化強度和磁化率 均勻無限磁介質(zhì)，受到外部磁場H的作用，衡量物質(zhì)被磁化的強度，以磁化強度M表示，它與磁化場強度之間的關(guān)系為: 式中， 是物質(zhì)的磁化率，它表征物質(zhì)受磁化的難易程度，是一個無量綱

4、的物理量。 11 在國際單位制中，磁化強度和磁場強度量綱相同，都為安(培)/米(A/m)，在CGSM制中，磁化強度用高斯(Gs)，磁場強度用奧斯特( )，兩種單位的關(guān)系是1A/m=10-3 CGSM(m)。 12 2、磁感應強度和磁導率 在各向同性磁介質(zhì)內(nèi)部任意點上，磁化場H在該點產(chǎn)生的磁感應強度(磁通密度)為:式中以B特斯拉(T)為單位，是介質(zhì)的磁導率，單位為H/m(亨(利)/米)。 若介質(zhì)為真空，則有 式中 是真空的磁導率( )。 13 3、感應磁化強度和剩余磁化強度 位于巖石圈中的地質(zhì)體，處在約為0.5X10-4T的地球磁場作用下，它們受現(xiàn)代地磁場的磁化，而具有的磁化強度，叫感應磁化強度

5、，它表示為式中T是地磁場總強度， 是巖石、礦石的磁化率，它取決于巖石、礦石的性質(zhì)。 巖石的總磁化強度M，是由兩部分組成，即: 14（二）礦物的磁性 礦物組合成巖石，巖石的磁性強弱與礦物的磁性強弱有直接的關(guān)系。 15 1、抗磁性礦物與順磁性礦物 (1)抗磁性礦物，其磁化率都很小，在磁法勘探中通常視為無磁性。 (2)順磁性礦物，其磁化率要比抗磁性礦物大得多，約兩個數(shù)量級。 1617 2、鐵磁性礦物 自然界中不存在純鐵磁性礦物，最重要的磁性礦物當推鐵鈦氧化物。 18（三）各類巖石的一般磁性特征 地殼巖石可分為沉積巖、火成巖及變質(zhì)巖三大類。 191、沉積巖的磁性 一般說來，沉積巖的磁性較弱。沉積巖的磁

6、化率主要決定于礦物的含量和成分，它們是磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦，以及鐵的氫氧化物。造巖礦物如石英、長石、方解石等，對磁化率無貢獻。沉積巖的天然剩余磁性，與由母巖剝蝕下來的磁性顆粒有關(guān)，其數(shù)值不大。 202、火成巖的磁性 (1)不同類型的侵入巖（花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖、超基性巖等），其平均值隨著巖石的基性增強而增大。它們的磁化率均具有數(shù)值分布范圍寬的相同特征。 (2)超基性巖是火成巖中磁性最強的。超基性巖體系在經(jīng)受蛇紋石化時，輝石被蝕變分解形成蛇紋石和磁鐵礦，使磁化率急劇增大，可達到幾個SI()單位。 21 (3)基性、中性巖，一般來說其磁性較超基性巖要低。 (4)花崗巖建造的侵入巖，普遍是

7、鐵磁順磁性的，磁化率不高。 (5)噴出巖在化學和礦物成分上與同類侵入巖相近，其磁化率的一般特征相同。由于噴出巖迅速且不均勻的冷卻，結(jié)晶速度快，因而其磁化率離散性大。 (6)火成巖具有明顯的天然剩余磁性，其 稱為柯尼希斯貝格比。不同巖石組成的Q值范圍，可在010或更大范圍內(nèi)變化。 223、變質(zhì)巖的磁性 變質(zhì)巖的磁化率和天然剩余磁化強度的變化范圍很大。按磁性，變質(zhì)巖可分為鐵磁順磁性和鐵磁性兩類，與原來的基質(zhì)有關(guān)，也與其形成條件有關(guān)。由沉積巖變質(zhì)生成的，稱水成變質(zhì)巖，其磁性特征一般具有鐵磁順磁性；由巖漿巖變質(zhì)生成的，稱火成變質(zhì)巖，其磁性有鐵磁順磁性與鐵磁性兩種。這和原巖的礦物成分，以及變質(zhì)作用的外來

8、性或原生性有關(guān)。 2324（四）影響巖石磁性的主要因素 巖石的磁性是由所含磁性礦物的類型、含量、顆粒大小與結(jié)構(gòu)，以及溫度、壓力等因素決定的。 25 1、巖石磁性與鐵磁性礦物含量的關(guān)系 根據(jù)實驗資料和理論計算，侵入巖的磁化率與鐵磁性礦物含量之間存在統(tǒng)計相關(guān)關(guān)系。一般來說，巖石中鐵磁性礦物含量愈多，磁性愈強。2、巖石磁性與磁性礦物顆粒大小、結(jié)構(gòu)的關(guān)系 26 3、巖石磁性與溫度、壓力的關(guān)系 高溫與高壓，對礦物和巖石的磁性會產(chǎn)生影響。鐵磁性礦物的磁化率與溫度的關(guān)系，有可逆及不可逆兩種。巖石磁化率與溫度的相互關(guān)系比單純礦物的復雜，巖石的磁化率溫度曲線與鐵磁性礦物的成分有關(guān)，巖石的居里溫度Tc分布僅與鐵磁

9、性礦物成分有關(guān)，而與礦物的數(shù)量、大小及形狀無關(guān)。 27三、巖石的剩余磁性 1、熱剩余磁性(TRM thermoremanent magnetism) 在恒定磁場作用下，巖石從居里點以上的溫度，逐漸冷卻到居里點以下，在通過居里溫度時受磁化所獲得的剩磁，稱熱剩余磁性(簡稱熱剩磁)。 應當注意，熱剩磁并非全都是在居里溫度時產(chǎn)生的。如將巖石自居里點逐漸冷卻至室溫，且只在某一溫度區(qū)間施加外磁場，由此得到的熱剩余磁性，稱部分熱剩磁。 28 2、碎屑剩余磁性(DRM depositional remanent magnetism) 沉積巖中含有從母巖風化剝蝕帶來的許多碎屑顆粒，其中磁性顆粒(磁鐵礦等)在水中

10、沉積時，受當時的地磁場作用，會沿地磁場方向定向排列，或者是這些磁性顆粒在沉積物的含水孔隙中轉(zhuǎn)向地磁場方向。沉積物固結(jié)成巖石，按其碎屑的磁化方向保存下來的磁性，稱為碎屑剩余磁性(沉積剩余磁性，簡稱碎屑剩磁)。 29 3、化學剩余磁性(CRM chemical remanent magnetism) 在一定磁場中，某些磁性物質(zhì)在低于居里溫度的條件下，經(jīng)過相變過程(重結(jié)晶)或化學過程(氧化還原)所獲得的剩磁，稱化學剩余磁性(簡稱化學剩磁)。上述三種剩余磁性，統(tǒng)稱為原生剩磁。 30 4、粘滯剩余磁性(VRM viscous remanent magnetism) 巖石生成之后，長期處在地球磁場作用下，隨時間的推移，其中原來定向排列的磁疇，逐漸地弛豫到作用磁場的方向，這一過程中所形成的剩磁稱粘滯剩余磁性。 31 5、等溫剩余磁性(IRM isothermal remanent magnetism) 在常溫沒有加熱情況