磁性与岩性
13-1第二章岩矿石的磁性
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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。 (2)磁化率与温度的关系，服从居里—魏斯定律。 (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。
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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。
典型岩石地层的岩性识别与解释
典型岩石地层的岩性识别与解释岩性是岩石地层中的一种物理特征，对于理解地质过程、研究地层演化以及进行矿产资源勘探具有重要意义。
通过对典型岩石地层的岩性识别与解释，可以揭示地球的历史变迁，帮助我们更好地了解地球的构造和演化过程。
一、岩性识别的方法岩石地层的岩性识别可以通过不同的方法来进行，包括地质野外观察、显微镜分析、物理性质测试等。
在地质野外观察中，可以通过观察岩石的颜色、纹理、结构等特征来进行岩性的初步判断。
例如，一种灰色细粒砂岩具有细薄层理、均匀的颜色以及较好的耐磨性，可以初步判断该岩石属于砂岩。
显微镜分析是进一步确认岩石岩性的重要工具。
通过显微镜观察岩石薄片的矿物成分、晶粒结构以及孔隙特征，可以确定岩石的岩性类型。
例如，如果岩石薄片中富含方解石的晶粒，可以判断该岩石属于石灰岩。
物理性质测试可以通过测量岩石的硬度、密度、磁性等参数来了解岩石的性质。
例如，测量岩石的密度可以通过剖面测量仪来进行，根据不同的密度数值可以初步判断出岩石的种类。
二、岩性解释的方法岩性解释是对岩石地层中存在的岩性进行分析研究，揭示岩石地层的形成原因和演化过程。
岩性解释可以基于岩石的物理特征、化学成分以及地质构造等方面进行。
首先，可以根据岩石的物理特征来解释岩性。
例如，如果岩石具有明显的层理结构和节理裂缝，可以推断这是受到古代沉积作用的影响，通过沉积过程的解释可以进一步了解岩石地层的沉积环境和古气候条件。
其次，岩石的化学成分也可以提供岩性解释的线索。
例如，含有大量二氧化硅（SiO2）的岩石往往是火山喷发的产物，通过分析岩石中的化学元素含量可以推测出火山的类型和活动性质。
最后，地质构造也对岩性解释起着重要作用。
例如，在断裂带中出现的破碎岩石和变形构造可以告诉我们这个地区曾经发生过构造变动，通过对断裂带的研究可以了解岩石地层的构造演化历史。
三、典型岩石地层的岩性识别与解释案例以下以中国的某一典型地质断层带为例，进行岩性识别与解释。
岩石的地球物理学特征
岩石的地球物理学特征岩石是地球的主要构成物质之一，对了解地球内部的结构和演化起着重要作用。
地球物理学是研究地球内部和地球表面的力学和物理性质的学科，而岩石的地球物理学特征是地球物理学的一个重要组成部分。
岩石主要由矿物质组成，通过地球物理学的方法可以对岩石的性质进行研究。
岩石的地球物理学特征包括密度、磁性、电性、声速等。
首先，岩石的密度是指单位体积岩石的质量。
不同类型的岩石由不同的矿物组成，因此具有不同的密度。
通过测量岩石的密度，可以初步判断岩石的成分和结构。
常见的火山岩具有较低的密度，而花岗岩和片麻岩则具有较高的密度。
利用这一特征，地球科学家可以对地壳的构成进行研究。
其次，岩石的磁性是指岩石在磁场作用下的表现。
磁性可以分为顺磁性、抗磁性和磁性。
顺磁性岩石在外磁场作用下会产生磁化强度较弱的磁性，抗磁性岩石在外磁场作用下不会产生磁性，而磁性岩石在外磁场作用下会产生较强的磁性。
通过研究岩石的磁性，不仅可以判断地壳岩石的类型，还可以对地磁场进行研究。
地球的磁场由地核中的液态外核运动所产生，通过研究地壳中的磁性岩石，可以了解地磁场的变化和地球内部的动力学过程。
岩石的电性也是岩石的地球物理学特征之一。
电性可以分为导电性和绝缘性。
导电性岩石具有较高的电导率，而绝缘性岩石则具有较低的电导率。
通过测量岩石的电导率，可以研究地下水的分布和地下岩石的性质。
导电性较高的岩石通常富含水分，而月球上的岩石则通常导电性较低。
最后，岩石的声速是指岩石中声波传播的速度。
不同类型的岩石具有不同的声速。
通过测量岩石的声速，可以初步推断岩石的成分和结构，并对地球内部的物质特性进行研究。
声速是地球物理学中常用的工具，被广泛应用于地质勘探、地震学和地壳构造等领域。
综上所述，岩石的地球物理学特征包括密度、磁性、电性和声速等。
这些特征对于研究地球内部的构成和演化，理解地球物理过程和地球动力学有着重要的意义。
通过研究岩石的地球物理学特征，可以深入了解地质现象的成因，为地质学、地球物理学和地球科学的发展提供重要的依据和支持。
岩石磁性
岩石磁性岩石磁性rock magnetism由岩石所含铁磁性矿物产生的磁性。
岩石磁性的强弱由岩石的磁化强度决定。
岩石如被放入磁场则被磁化。
当把外磁场去掉以后，岩石仍会保留一部分磁化强度，叫做剩余磁化强度，简称剩磁。
它不仅同岩石性质和外磁场有关，也同岩石所处的物理状态以及化学过程有关。
研究岩石磁性，可以追溯岩石的磁化历史，发现古地磁场的变化情况。
岩石在自然界中获得剩磁的方式有：①热剩磁（TRM）。
在高于居里点的状态下，对铁磁性物质进行磁化，并且逐步降温，当温度低于居里点时去掉外磁场，铁磁性物质将获得永久性的剩磁。
②碎屑剩磁（DRM），又称沉积剩磁。
是已经磁化的岩石碎屑在水中或空气中沉积时，受到地磁场的定向排列作用而产生的剩磁。
这种剩磁相当稳定。
③化学剩磁（CRM）。
在常温下，在较弱的外磁场中，岩石中的磁性矿物由于氧化等化学反应、相变或结晶增长等过程而获得的剩磁。
其强度和稳定性都可同热剩磁相比。
此外，还有等温剩磁、粘滞剩磁、压剩磁等也与地磁场作用有关。
一般沉积岩的磁参数表2-1岩石名称K X10-5SI Jr X10-3A/m砂岩10～150 50含铁砂岩1180 2440砂砾岩10～600页岩10～750 10～300表土25～120黄土3～500灰岩0～100 0～11一般火成岩磁化率参数统计表表2-2产状岩石名称K X10-5SI 平均K X10-5SI深成岩超基性岩类30-15490 3410 基性岩类200-39000 6530 中性岩类37-8683 2600 过渡岩类800-2500 2150 酸性岩类100-2800 1020 碱性岩类60-1650 740 脉岩类600-6800 3020浅成岩基性岩类100-10000 2760 中性岩类230-8300 2900 过渡岩类208酸性岩类200-2000 1220喷出岩超基性岩类2000基性岩类837-5000 2860中性岩类445-6700 2750过渡岩类140-3000 1310酸性岩类150-4000 2370碱性岩类85火山碎屑岩类32-10600 2648一般变质岩磁参数特征统计表表2-3变质类型变质程度岩石名称K(X4πX10-6SI)K(X4πX10-6SI)平均Jr(X10-3A/m)Jr(X10-3A/m)平均区域变质浅变质岩带板岩14-3230 750 3-390 360千枚岩20-46 29中变质岩带石英片岩600-2000 1020 175绢云母片岩2300-16000 6700 600-8700 4000绿泥片岩2600-12000 8100 1200-1500 1416 绿泥斜长片岩26-7400 3310 3-3900 1650 角闪片岩6300-12000 9150 260 绿泥阳起片岩40-50 45 15-17 16 片岩类20-16000 4700 3-8700 1897 深变质岩带片麻岩类500-38150 12600 120-12200 3540角闪岩197-29000 10100 122-13000 4880接触变质接触变质岩大理岩20-132 58 73 矽卡岩化大理岩380-17000 4760 160-9900 1840 石英岩5-175 74角岩980-2100 1320 28-730 350 接触交代矽卡岩300-5400 2150 60-5500 1120 含磁铁矽卡岩102-91120 15500 32-8000 4060汽成热液变质蛇纹岩50-4280 2350 90-4109 2360变安山岩3100 1000 混合岩化混合岩混合花岗岩50-3000 600 30-400 142动力变质破碎角砾岩100绿泥岩7200 3000 绿色岩系含铁绿泥岩10660 2300磁铁石英岩6500-180000 39400 1000-200000 37200 ——变粒岩2520 8615[磁化率][磁化率]susceptibility，magnetic susceptibility 在磁法勘探中是指矿物、岩石和砂石的磁化率。
组成岩石和矿石的矿物磁性
组成岩石和矿石的矿物磁性组成岩石和矿石的矿物磁性绝大部分矿物属逆磁性和顺磁性，只有少部分的矿物具有铁磁性。
一、属于逆磁性的矿物岩盐石膏方解石石英石油大理石石墨金刚石及某些长石等，其值的数量级为-10-6CGSM单位。
基本上可视为接近于零。
但有时在某些简单的地质条件下，在某些盐丘和石英脉上能观测到微弱的负异常。
二、属于顺磁性的矿物如黑云母、辉石、角闪石、蛇纹石、石榴子石、堇青石、褐铁矿等。
磁化率变化范围由0—5000×10-6CGSM单位。
有时，由于矿物中掺有磁铁矿而出现较高的磁化率。
三、自然界并不存在纯铁磁性矿物，主要是铁淦氧磁性的（也有反铁磁性的）矿物如铁的氧化物和硫化物及铁的氧化物和其他金属氧化物的混合结晶体。
这些矿物虽然数量不多，但磁性很强。
1. 磁铁矿（FeO.Fe2O3）:它是典型的铁淦氧磁体。
在弱磁场中的磁化率为0--29CGSM，Jr=4--20 CGSM，Tc=560—5650C。
饱和磁化Js=485 CGSM。
Hc=7—30Oe。
2. 氧化铁Fe2O3: 有两种类型,即γFe2O3和αFe2O3。
前者是磁赤铁矿к=0.1CGSM，T c=7200C，Hc=30—400Oe。
后者是赤铁矿，为菱形晶体系，具有反铁磁性，к=20-100×10-6CGSM，T c=6750C，Hc=7600Oe。
天然的赤铁矿常含有铁磁性杂质（γFe2O3和Fe3O4）使к及Jr增加。
赤铁矿的一个重要特性是当其从高温冷却下来时，会得到很强的温差剩磁，比感磁大数千倍。
3. 钛铁矿（FeO.TiO2）：顺磁性，к=500×10-6CGSM。
钛铁矿常与磁铁矿形成钛磁铁矿，表现铁磁性。
在自然界中，大部分的铁淦氧磁体差不多都有FeO、Fe2O3及TiO2三种成分组合而成，称之为FeO —Fe2O3—TiO2三元系。
在矿物组合中，这三种化合物的比例不同组成不同性质的磁性矿物。
4. 磁黄铁矿FeS(1+X): 铁和硫的化合物有特殊的磁性, FeS2为黄铁矿,具有顺磁性。
《岩层磁性法测量》课件
在考古探测中的应用
探测古代遗址
岩层磁性法测量可以检测到古代遗址的磁性特征，帮助考古学家 确定遗址的位置和范围。
确定文物分布
通过测量岩层的磁性特征，可以发现文物的分布规律，为考古发掘 提供重要线索。
评估遗址保护价值
结合其他考古方法，岩层磁性法测量可以评估遗址的历史价值和文 化价值，为文物保护提供决策支持。
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岩层磁性法测量的挑战 与展望
测量精度与误差控制
测量精度
提高测量精度是岩层磁性法测量 的重要挑战之一。为了获得更准 确的结果，需要优化测量方法和 数据处理技术，减少误差来源。
误差控制
实施严格的误差控制措施是确保 测量精度的关键。这包括对测量 设备的校准、对测量环境的监控 以及数据处理的标准化和验证。
评估矿产资源量
结合其他地质勘探方法，岩层磁性法测量可以估算矿产资源的储 量和品质，为资源开发提供决策支持。
在地质灾害预警中的应用
预警滑坡
岩层磁性法测量可以检测到滑坡区域岩层的磁性变化，为滑坡灾害 预警提供依据。
监测地裂缝
通过测量岩层的磁性特征，可以发现地裂缝的分布和变化情况，及 时采取应对措施。
评估地质灾害风险
数据采集的方法与步骤
测点布设
根据测量需求和目标，合 理布设测点，确保测量覆 盖范围和精度。
数据采集方法
根据所使用的测量设备， 按照规定的操作流程进行 数据采集。
数据记录与整理
详细记录每个测点的数据 ，并进行整理，以便后续 处理和分析。
数据处理与分析的流程
数据预处理
对采集到的原始数据进行筛选、 过滤和整理，去除异常值和噪声
各种岩矿石的磁性
磁铁矿含量与磁化率的关系
标本磁化率不但受磁铁矿 体积百分含量的影响，而 且与磁铁矿的颗粒度有关。 粗粒者磁化率较大，分布 于回归曲线 X=0.2y+26.1 Y=2.8x-17.7 的上部，细粒者分布于回 归曲线的下部。不等粒者 中等，分布于两者之间。
1.粗粒矿石 2.不等粒矿石 3.细粒矿石 不同粒度矿石的磁化率与磁铁矿体积百分含量关系曲线
抗磁性与顺磁性物质的磁化
各类岩石磁性的一般规律
岩石中铁磁性矿物的有无、含量的多少、颗粒的大 小及其分布情况，与岩石的磁性直接有关。 一般而言，火成岩磁性最强，沉积岩磁性最弱， 变质岩则介于二者之间，其磁性取决于原岩的磁性。
岩石类型 超基性岩 基性岩 酸性岩
ĸ 102~ 104 101~ 104 101~ 103
等温剩磁（IRM isothermal remanent magnetism）
在未加热的情况下，在外磁场作用下而获得的剩 余磁性。 如闪电能使地面小范围的岩石产生剩余磁性，这种 剩余磁性是不稳定的，它的大小和方向随着施加外磁 场的大小和方向发生变化。
化学剩磁（CRM chemical remanent magnetism）
在居里点以下的某一温度条件下，因化学作用 结果，使得磁性颗粒直径增大，或由原来矿物变为新 的矿物，在此过程中，受当时地磁场作用获得的剩余 磁性。
沉积岩和变质岩剩余磁性的形成常与这种过程有关。
化学剩磁比较稳定。
粘滞剩磁（VRM viscous remanent magnetism）
磁性矿物在外磁场长期作用下，且随着时间的 延续，愈来愈多的磁畴按所作用磁场的方向排列， 使其剩余磁性增强，并获得与外磁场方向相同的剩 磁。
第二章岩矿石的磁性
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第二章岩矿石的磁性
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/12/10
第二章岩矿石的磁性
• 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 0.5X10-4T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:
13-1第二章岩矿石的磁 性
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2020/12/10
第二章岩矿石的磁性
内容提要
一、物质的磁性 二、岩(矿)石的磁性特征 三、岩石的剩余磁性
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第二章岩矿石的磁性
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。
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第二章岩矿石的磁性
三、岩石的剩余磁性
• 1、热剩余磁性(TRM ) thermoremanent magnetism • 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。
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第二章岩矿石的磁性
•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。
地质勘察中的地下岩层岩性描述
地质勘察中的地下岩层岩性描述地质勘察是研究地球表面和地下的岩石、矿物、地壳运动等地质现象的科学方法。
在进行地质勘察时，地下岩层岩性描述是其中重要的一项工作。
本文将详细介绍地质勘察中地下岩层岩性描述的意义、方法和技巧。
一、地下岩层岩性描述的意义岩性描述是地质勘察中对地下岩石的实质性特征进行记录和描述的过程。
准确地描述地下岩层的岩性对于进行地质勘察、工程建设和资源勘探都具有重要作用。
通过岩性描述，可以了解地下岩层的物理和力学特性，为勘察和工程设计提供有力的依据。
此外，岩性描述还能够帮助地质学家推断地下构造和地质历史，为寻找矿产资源提供指导。
二、地下岩层岩性描述的方法1.实地观察实地观察是进行地下岩层岩性描述的基本方法。
勘察人员需要亲自到达现场，仔细观察地下岩石的颜色、纹理、结构和均质性等特征。
通过观察，可以判断岩石的成分和类型，并对其密度、硬度、风化程度以及可能存在的裂缝、节理等进行初步评估。
2.取样分析在实地观察的基础上，取样分析是进一步了解地下岩层岩性的重要手段。
勘察人员需要采集岩石样品，并对其进行物理、化学和显微镜分析。
物理分析可以获得岩石的密度、磁性和声速等参数；化学分析可以了解岩石的化学成分和成因；显微镜分析可以观察岩石的细微结构、矿物组分和成因特征。
3.地球物理勘察地球物理勘察是辅助地下岩层岩性描述的重要手段。
通过地震勘探、地电勘探、重力勘探和磁力勘探等技术，可以获取地下岩石的物理性质和空间分布信息。
地球物理勘察能够较大程度上补充实地观察和取样分析的不足，提供全面、准确的地下岩层岩性数据。
三、地下岩层岩性描述的技巧1.准确记录准确记录是进行地下岩层岩性描述的关键。
勘察人员需要详细记录地下岩石的各项特征，包括颜色、纹理、结构、均质性、含矿物组分等。
记录时应使用清晰、准确的语言描述，并尽量避免使用模糊的词汇和主观评价。
2.系统分类地下岩层岩性描述需要进行系统的分类。
勘察人员可以根据岩石的成分、结构、纹理等特征，将其分为火成岩、沉积岩和变质岩等不同类别。
岩石的磁性
第二章岩石的磁性位于地壳中的岩石和矿体处在地球磁场中，从它们形成时起，就受其磁化而具有不同程度的磁性，其磁性差异在地表引起磁异常。
研究岩石磁性，其目的在于掌握岩石和矿物受磁化的原理，了解矿物与岩石的磁性特征及其影响因素，以便正确确定磁力勘探能够解决的地质任务，以及对磁异常作出正确的地质解释。
有关岩石磁性的研究成果，亦可直接用来解决某些基础地质问题，如区域地层对比，构造划分等。
第一节物质磁性任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。
原子是组成物质的基本单元，它由带正电的原子核及其核外电子壳层组成。
电子绕核沿轨道运动，具有轨道磁矩。
电子还有自旋运动，具有自旋磁矩。
这些磁矩的大小，与各自的动量矩成正比。
原子核为带正电粒子组成，呈自旋转动，亦具有磁矩，但数值很小。
因此，原子总磁矩是电子轨道磁矩、自旋磁矩、及原子核自旋磁矩三者的矢量和。
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。
一、抗磁性（逆磁性）抗磁性或逆磁性，是由于该类物质原子的各电子壳层中，电子成对出现，自旋方向相反，因而抵消了它的自旋磁矩；其轨道磁矩也因相邻轨道磁场的相互作用而抵消，故这类原子没有剩余磁矩。
当受外磁场作用后，电子受到洛伦兹力的作用，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。
实际上它是物质的一种普遍性质。
当外磁场去掉时，附加磁矩随即消失，并与温度无关。
这类物质的磁化率为负值，且数值很小，如图1.2-1所示。
图1.2-1 抗磁性与顺磁性物质的磁化二、顺磁性物质原子的不同电子壳层中，含有非成对的电子，其自旋磁矩未被抵消，在外磁场作用下，电子自旋的磁矩方向转为与外磁场平行，这种特性叫顺磁性。
然而，若失去外磁场的作用，热骚动使原子磁矩取向混乱。
顺磁性物质，其磁化率为不大的正值，且其磁化率与绝对温度成反比。
服从居里定律：CK=，C为居里常数，T为温度（1.2-1）三、铁磁性在弱外磁场作用下，铁磁性物质即可达到磁化饱和，其磁化率要比抗、顺磁性物质的磁化率大很多。
第二章 第一节(二) 岩矿石的磁性
纯橄榄岩
②沉积岩的磁性 沉积岩的磁化率比火成岩及变质岩的磁化率 小，如果不含铁质，磁化率可以认为接近于零。 在含有少量铁质时，κ值有所增高。所含的铁矿物 愈多磁性愈强。接近火成岩或变质岩 剥蚀地区的沉积岩，通常具有较高的κ值。一 般认为，砾岩和砂岩因颗粒较粗，形成时又靠近 剥蚀地区，磁化率具有稍高的数值。而泥灰岩、 石灰岩等的磁化率则可忽略不计。沉积岩的Mi 值 一般很小，而且Mr值更小，在磁法勘探中作用不 大，但对古地磁研究具有一定的价值。
Mi
2.剩余磁化强度和总磁化强度 剩余磁化强度 M r与当代地磁场无关，它是岩 石在形成时，处于一定的条件下，受当时地磁场 磁化所保留下来的磁性。由前面关于铁磁性的讨 论可知，只要岩石中含有铁磁性矿物，它就可能 具有一定的剩余磁化强度(简称剩磁)。 总磁化强度用 M 表示，它代表岩石总的磁性， M Mr 其与 和 i 的关系为 M M i M r (T0 / 0 ) M r
经研究发现，在各个地质时期内地磁极的位 置是变化的，地磁极的极性曾多次发生倒转。目 前已编制出从现在回溯到7千万年前的地磁极性年 表。由于古地磁学的发展，使人们对古地磁场的 空间分布及时间上的变化规律等问题有了进一步 的认识，从而对于地磁场起源问题的研究起着重 要的作用。它的发展同时对地质科学理论的发展 也起了积极的推动作用。
c.基性、中性岩，一般说来其磁性较超基性岩 次之。d.花岗岩建造的侵入岩，普遍是铁磁-顺磁 性的，磁化率不高。e.喷发岩在化学和矿物成分 上与同类侵入岩相近，其磁化率一般特征相同。 由于喷发岩迅速且不均匀的冷却，结晶速度快， 使磁化率离散性大。f.火成岩具有明显的天然剩余 磁性，其Q=Mr/Mi 称作柯尼希斯贝格比。不同岩 石群组的Q值范围，可从0-10或更大。
磁法勘探1-岩矿石磁性
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，其与原来的基质有关，也与其形成条件 有关。由沉积岩变质生成的，称副变质岩，其磁性 特征一般具有铁磁 — 顺磁性；由岩浆岩变质生成 的，称正变质岩，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。
第二章
磁法勘探
第一节 磁学的基础知识
一、磁场
磁体中两个磁性最强的部位，称为磁极。
磁极不仅有明显的吸铁作用，而且不同极性 的磁铁之间还存在相互作用，这种排斥力和 吸引力统称为磁力。
' 1 Qm Qm F0 40 r 2
磁场就是磁力作用的物质空间。
Qm F0 40 r 2 1
特点：
（ 1 ）强度正比于定向排列的磁性颗粒数目 , 比热剩磁小得多。
（ 2 ）形成碎屑剩磁的磁性颗粒来自火成岩 ,
这些颗粒的原生磁性来自热剩磁，因此，碎屑剩
磁比较稳定。
（3）等轴状颗粒，其碎屑剩磁方向和外磁 场（地磁场）方向一致。
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
3.岩石磁性与温度、压力有关 （1）顺磁体磁化率与温度的关系由居里定律确定：
k C T TC
（2）铁磁性矿物的磁化率与温度的关系，有可逆及不可逆 两种。前者磁化率随温度增高而增大，接近居里点则陡然下 降趋于零；加热和冷却的过程，在一定条件下磁化率都有同 一个数值。后者其加热和冷却曲线不相吻合，即不可逆。此 外，温度增高还引起矿物矫顽力减小。 铁磁体磁化，同时发生机械变形，其形状和体积的改变 称为磁致申缩。岩石的剩余磁化强度随着岩石受压的增大而 减小。
磁性与岩性
常用的岩石磁性参数是磁化率、磁化强度、剩余磁化强度矢量，以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值Q。
编辑本段分类矿物按其磁性的不同可分为3类：①反磁性矿物,如石英、磷灰石、闪锌矿、方铅矿等。
磁化率为恒量，负值，且较小。
②顺磁性矿物，大多数纯净矿物都属于此类。
磁化率为恒量,正值，也比较小。
③铁磁性矿物,如磁铁矿等含铁、钴、镍元素的矿物。
磁化率不是恒量，为正值，且相当大。
也可认为这是顺磁性矿物中的一种特殊类型。
岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质作用过程的影响。
一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。
①岩浆岩的磁性取决于岩石中铁磁性矿物的含量。
结构构造相同的岩石，铁磁性矿物含量愈高，磁化率值愈大。
铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度，按酸性、中性、基性、超基性的顺序逐渐变大。
铁磁性侵入岩的特点是Q值一般小于1。
由接触交代作用而形成的岩石,Q值可达1～3，甚至更大。
②沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的含量决定的。
分布最广的沉积岩造岩矿物，如石英、方解石、长石、石膏等，为反磁性或弱顺磁性矿物。
菱铁矿、钛铁矿、黑云母等矿物之纯净者是顺磁性矿物；含铁磁性矿物杂质者具有强顺磁性。
沉积岩的磁化率和天然剩余磁化强度值都比较小。
③变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的。
原岩为沉积岩的变质岩，磁性一般比较弱；原岩为岩浆岩的变质岩在变质作用相同时，其磁性一般比原岩为沉积岩的变质岩强。
大理岩和结晶灰岩为反磁性变质岩。
岩石变质后，磁性也发生变化。
蛇纹石化的岩石磁性比原岩强；云英岩化、粘土化、绢云母化和绿泥石化的岩石，磁性比原岩减弱。
岩石磁性的各向异性是岩石的层状结构造成的。
磁化率高，变质程度深的岩石，磁各向异性很明显。
褶皱区沉积岩的磁各向异性一般要比地台区的大。
岩石的天然剩余磁化强度矢量是在岩石形成过程中，按当时当地的地磁场方向“冻结”下来的。
这个矢量的指极性与现代地磁场方向一致的称为正极性。
岩石的物理性质
作业
岩石的物理性质
密度：是指岩（矿）石的致密程度，通常以单位体积物质的质量来表示，单位是：g/cm3或kg/m3。
决定岩石密度的主要因素有：岩石中各种矿物成分及其含量，岩石的孔隙度及孔隙中的充填物，岩石所受的压力。
通常情况下，只有其中某一种或二种因素起主导作用。
磁性：由于岩石由矿物组成，所以岩石的磁性强弱与矿物的磁性有直接关系。
而矿物磁性特征为抗磁性矿物的磁化率都很小，在磁力勘探中通常视为无磁性的；顺磁性矿物的磁化率要比抗磁性矿物大得多，约两个数量级。
电阻率：电流通过每边长度为1m的立方体均匀物质时所遇到的电阻值。
岩石的电阻率越小，它的导电性越好，岩石的电阻率越大，其导电性越差。
岩（矿）石的电阻率变化除了与其矿物成分、含量、矿物颗粒结构、构造有关外，很大程度上取决于它们的孔隙度或裂隙度及其中所含水分的多少。
速度：地震波速度既与岩石的弹性性质相关，又是反映岩石物理性质的重要参数。
影响因素为孔隙度及孔隙填充物性质，密度，埋藏深度，构造历史和地质年代，温度。
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。
地球内部的磁场与岩石磁性
地球内部的磁场与岩石磁性地球是一个富有活力的星球。
它的外部由大气层和水域组成，当然还有我们所熟知的陆地。
但是我们对地球的真正了解还极其不足。
我们关注的只是地球表面，而地球内部才是该领域中长期以来的一个重要研究课题。
地球内部受到热的影响，从而在地面上产生了许多现象，如地震，水文循环和现代板块构造。
这些都是我们想要理解的。
1. 地球内部磁场的来源我们知道地球有一个磁场，但是，它从哪里来？地球磁场的源头是流动在外核中的熔融动力学液体。
这些熔融动力学液体由铁和镍的合金组成，外层的小部分是硫和氧。
电流产生于这些熔融动力学液体中，和网格一样，交织着形成了我们的地球磁场。
磁场因地球自转而产生旋转。
这些熔融动力学液体创造了一个地球范围内的磁场，以及我们在日常生活中看到的磁吸和磁铁现象。
2. 磁性岩石的性质磁性岩石是一种含有铁磁性矿物的岩石。
当地球磁场弥漫在变幻莫测的矿物中时，磁性岩石能够被磁化。
当磁性岩石中的磁性矿物被磁化后，就会变得类似于一个小磁铁。
任何的磁场都会影响这个小磁铁，使其指向地磁北极。
因此，磁性岩石是地球内部磁场的一个极其重要的标志。
地质学家可以利用磁性岩石来研究地球的构造和历史。
3. 磁性岩石怎样记录地球磁场历史可以通过测量磁性岩石中磁性矿物的指向来记录地球的磁场历史。
当磁性岩石岩浆熔融并冷却结晶时，其中的磁性矿物会指向当前的地球磁场，就像悬挂在磁场中的指南针一样。
但是，地球的磁场是不断变化的，并且它的极性有时会完全翻转。
在这种情况下，磁性矿物的指向将反向，以指向新的地球北极。
通过测量磁性岩石中磁性矿物的指向，我们可以重建地球磁场的变化，并揭示关于地球内部反转的、不断变化的磁场的许多奥秘。
4. 磁性岩石在地球内部的查询上的应用磁性岩石的感应和测量在许多地球内部查询中都是极其重要的。
例如，钻孔勘探旨在在地下找到矿物沉积。
这些勘探中通常使用磁芯钻探来获取磁性岩石样本，并识别潜在的矿物区。
此外，磁性岩石的数值模拟和测量也被用于预测地震和火山爆发等自然灾害。
3岩矿石磁性
电子轨道磁矩 自旋磁矩
原子核自旋磁矩。
磁化率：是物质在外加磁
场作用下的合磁矩(称为磁
化强度)与磁场磁性
第二节 岩（矿）石的磁性特征 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。
抗磁性 顺磁性 铁磁性
1H/m=107 CGSM （κ）/4 π
二、岩石、矿石的磁性特征
第二节 岩（矿）石的磁性特征
（一）表征磁性的物理量
3.感应磁化强度
感应磁化强度（Mi） 岩矿石在现代地磁场中被磁化获得的磁化强度 地磁场近似为均匀的弱磁场，用T表示，即 Mi=κT 式中： κ为岩矿石的磁化率，它取决于岩矿石的性质。
二、岩石、矿石的磁性特征
第二节 岩（矿）石的磁性特征
（二）矿物的磁性 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。
抗磁性矿物 名称 石英 正长石 锆石 方解石 岩盐 κ平均 10-5SI(κ) -1.3 -0.5 -0.8 -1.0 -1.0 名称 方铅矿 闪锌矿 石墨 磷灰石 重晶石 κ平均 10-5SI(κ) -2.6 -4.8 -0.4 -8.1 -1.4 名称 橄榄石 角闪石 黑云母 辉石 铁黑云母 顺磁性物质 κ平均 10-5SI(κ) 2 10~80 15~65 40~90 750 名称 绿泥石 金云母 斜长石 尖晶石 白云母 κ平均 10-5SI(κ) 29~90 50 1 3 40~20
通过畴壁移动和磁畴转动的过程，显示出宏观磁性。
- ＋ -＋ ＋- ＋ 无外磁场 - ＋ -＋ -＋ -＋ - ＋ - ＋ - ＋＋- ＋
外磁场较小
外磁场大 一、物质的磁性
第二节 岩（矿）石的磁性特征
磁法勘探第二章
岩石的磁性
岩石的磁性
地壳岩石分为沉积岩、火成岩、 地壳岩石分为沉积岩、火成岩、变质岩三大类 1. 沉积岩的磁性 磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量， 磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量，天然剩余磁性小 2. 火成岩的磁性 磁化率随岩石基性增强而增大，具有明显的剩余磁性 磁化率随岩石基性增强而增大， 3. 变质岩的磁性 磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁 磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁 两类。 性顺磁性和铁磁性两类 性顺磁性和铁磁性两类。由沉积岩变质生成的岩石磁性特征具有 铁磁-顺磁性 由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁-顺磁 顺磁性； 铁磁 顺磁性；由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁 顺磁 生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性， 生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性，沿片理方向 的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。 的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。
岩石的磁性
影响岩石磁性的主要因素
岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、 岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、 压力等因素决定 1. 岩石磁性与铁磁矿物含量的关系 铁磁矿物含量越多， 铁磁矿物含量越多，磁性愈强 2. 岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系 岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、 颗粒粗的较颗粒细的磁化率大，Hc随铁磁性矿物颗粒的增大而减 颗粒粗的较颗粒细的磁化率大， 随铁磁性矿物颗粒的增大而减 小，颗粒相互胶结的比颗粒呈分散状者磁性强 3. 岩石磁性与温度、压力的关系 岩石磁性与温度、 岩石的热磁曲线（ ）与铁磁性矿物的成分有关， 岩石的热磁曲线（κ-t）与铁磁性矿物的成分有关，岩石的居里温 度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。 度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。 温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。岩石的磁化率和剩 温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。 磁随着压力增大近于线性降低。 磁随着压力增大近于线性降低。
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常用的岩石磁性参数是磁化率、磁化强度、剩余磁化强度矢量，以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值Q。
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分类
矿物按其磁性的不同可分为3类：①反磁性矿物,如石英、磷灰石、闪锌矿、方铅矿等。
磁化率为恒量，负值，且较小。
②顺磁性矿物，大多数纯净矿物都属于此类。
磁化率为恒量,正值，也比较小。
③铁磁性矿物,如磁铁矿等含铁、钴、镍元素的矿物。
磁化率不是恒量，为正值，且相当大。
也可认为这是顺磁性矿物中的一种特殊类型。
岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质作用过程的影响。
一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。
①岩浆岩的磁性取决于岩石中铁磁性矿物的含量。
结构构造相同的岩石，铁磁性矿物含量愈高，磁化率值愈大。
铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度，按酸性、中性、基性、超基性的顺序逐渐变大。
铁磁性侵入岩的特点是Q值一般小于1。
由接触交代作用而形成的岩石,Q值可达1～3，甚至更大。
②沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的含量决定的。
分布最广的沉积岩造岩矿物，如石英、方解石、长石、石膏等，为反磁性或弱顺磁性矿物。
菱铁矿、钛铁矿、黑云母等矿物之纯净者是顺磁性矿物；含铁磁性矿物杂质者具有强顺磁性。
沉积岩的磁化率和天然剩余磁化强度值都比较小。
③变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的。
原岩为沉积岩的变质岩，磁性一般比较弱；原岩为岩浆岩的变质岩在变质作用相同时，其磁性一般比原岩为沉积岩的变质岩强。
大理岩和结晶灰岩为反磁性变质岩。
岩石变质后，磁性也发生变化。
蛇纹石化的岩石磁性比原岩强；云英岩化、粘土化、绢云母化和绿泥石化的岩石，磁性比原岩减弱。
岩石磁性的各向异性是岩石的层状结构造成的。
磁化率高，变质程度深的岩石，磁各向异性很明显。
褶皱区沉积岩的磁各向异性一般要比地台区的大。
岩石的天然剩余磁化强度矢量是在岩石形成过程中，按当时当地的地磁场方向“冻结”下来的。
这个矢量的指极性与现代地磁场方向一致的称为正极性。
岩石的年代愈古老，它的剩余磁化强度矢量的成分愈复杂。
岩石剩余磁性由各种天然磁化过程形成。
岩石在磁场中从居里点以上温度冷
却时获得的剩余磁性称为热剩余磁性；岩石中的铁磁性物质在磁场中由于磁粘滞性而获得的剩余磁性称粘滞剩余磁性；沉积岩中的微小磁性颗粒在沉积过程中受磁场作用采取定向排列因而获得的剩余磁性称为沉积剩余磁性；沉积物中的铁矿物沉积后，在磁场中经化学变化而获得的剩余磁性称化学剩余磁性；还有等温剩余磁性是常温下磁性物质在磁场中获得的剩余磁性（见岩石磁性）。
岩石的剩余磁性是古地磁学赖以建立的基础。
岩石和矿物的磁性与温度、压力有关系。
顺磁性矿物的磁化率与温度的关系遵循居里定律。
铁磁性矿物的居里温度一般为300～700℃，其磁化率一般随温度升高而增大（可达50％），至居里温度附近则迅速下降。
铁磁性矿物的磁化率与温度的关系有两种类型：一为可逆型，即在矿物加热和冷却过程中温度相同时磁化率值相同，如纯磁铁矿、钛铁矿。
另一种为不可逆型，即矿物加热和冷却过程中温度相同时磁化率值不同，如对升温不稳定的铁磁性矿物。
岩石加热时，磁化率也逐步升高，至200～400℃迅
地球物理勘探中常用的岩石电性参数有电导率σ或电阻率ρ，电容率ε和极化率η。
在外电场恒定时，岩石和矿物的电导率σ一般为常数，其倒数即为电阻率ρ。
外电场为交变场时，电导率为频率的函数。
在高频时，由于位移电流比较明显，在低频和超低频时，由于某些岩石和矿石的激发极化电流比较明显，使场与电流之间出现相位差，此时的电导率用复数表示，而电阻率不再为电导率的倒数。
大多数岩石和矿石的电导率在欧姆定律关系式中是一常系数。
这类岩石和矿石称为欧姆导体。
在一些各向异性的晶体和等离子体中，外电场和电流的方向不一致，此时物体的导电特性不能用欧姆定律来描述。
这类物体称为非欧姆导体，它们的电导率为一张量。
电法勘探中所用的电导率，一般是指定场或低频时不包含激发极化作用而测定的标量值，习惯上常使用其倒数电阻率这个量。
按导电特性不同，矿物可分为导体、半导体和介电体。
一些金属（如自然金、自然铜等）和石墨等属于导体（ρ≈10-6～10-5欧姆·米）。
多数金属硫化物和金属氧化物属于半导体（ρ≈10-6～106欧姆·米）。
绝大多数造岩矿物（石英、长石、云母等）属于介电体（ρ>106欧姆·米）。
不同岩石和矿石的矿物组成、结构构造、孔隙液含量和液体的性质都不相同，因此它们的电阻率值常相差很大，有时可以相差20个数量级。
同类岩石的电阻率值也常因孔隙液含量和液体含盐浓度的增加或减小而明显降低或升高。
这种变动能达2～4个数量级。
岩石和矿石的电阻率值随温度和压力的变化规律与矿物组分和结构构造有关。
电阻率一般随温度升高而下降；随压力的变化趋势常因岩石种类而异。
拉长形矿物呈定向排列的岩石、矿石和层状岩层，其电阻率值常显现各向异性。
电流平行于矿物的拉长方
向或岩层的层面时所测定的电阻率值ρt,常小于电流垂直于矿物的拉长方向或岩层层面时所测定的电阻率值ρn。
岩石和矿物的电容率ε即为介电常数。
在实用中为了方便，常采用无量纲参数相对电容率k
面极化系数和极化率是激发极化法（见电法勘探）所用的两个电性参数。
当电流流过岩石或矿体中的两相（孔隙溶液和导体）界面或通过岩石中含有溶液的宽度不同的孔隙时，将产生电极极化或薄膜极化等电化学作用，使两相界面附近，随着充电时间增长逐渐积累新的电荷,产生超电压并渐趋饱和。
这样形成的电场分布,称为激发极化场。
该场在外电源断掉后，逐渐衰减为零。
这个现象称为岩石或矿体的激发极化效应。
反映致密块状矿体与液体的界面上激发极化效应的参数为面极化系数，它由下式定义：式中ΔV为超电压，V2和V1分别为界面矿体一侧和含液体的围岩一侧的电位，n为矿体的外法线方向,比例系数Ψ称为面极化系数，单位为米或厘米。
附图所示为石墨样品在不同电流密度j0的外电流激发下，在通电时和断电后阳极和阴极的超电压随时间变化的特征曲线。
实线和虚线分别代表石墨的阳极和阴极。
当j0的数值不大时,ΔV随j0作线性变化,此时的面极化系数Ψ为常数。
当j0较大时，ΔV与j0之间将出现非线性关系,面极化系数不再为常数,而且某些物体的阴极极化和阳极极化的面极化系数可能出
现明显的差异。
对于不同导体，这种差异的特点不同。
在浸染型金属矿石或矿化岩石中，金属矿物颗粒散布在整个体积中，每个金属颗粒都能发生激发极化效应。
因而在外电场作用下，激发极化效应遍布整个矿体或矿化体。
这种作用称为体积极化。
极化率也有类似于面极化系数的时间特性和非线性效应，但极化率随时间变化较快，出现非线性的电流密度也比较大。
不含导电矿物的岩石一般不出现非线性现象。
含矿岩石的极化率要比不含矿的大得多。
在结构构造相同的同类含矿岩石中,随着导电矿物体积含量(ξv)的增加，极化率开始明显增大，渐趋于某一极大值。
极化率在很大程度上受着结构构造的控制。
此外，极化率还与温度和孔隙液含盐浓度等因素有关。
岩石或矿石中有拉长形导电矿物，当其呈定向排列时，这种岩石或矿石的极化率有明显的各向异性。