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。
粘滞剩磁 等温剩磁
次生剩磁
岩石的磁性
各类岩石剩余磁性的成因
火成岩--------热剩磁 热剩磁 火成岩 碎屑剩磁 化学剩磁 热剩磁 变质岩------ 碎屑剩磁 变质岩 化学剩磁
沉积岩-----沉积岩
岩石的磁性
岩石剩余磁性的类型及特点
2. 碎屑剩余磁性（DRM） 碎屑剩余磁性（ ）
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） 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，受当时地磁场作用，使其沿地磁场方向定向排列， 在水中沉积时，受当时地磁场作用，使其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。沉积物固结成岩后， 磁性颗粒在沉积物的含水孔隙中转向地磁场方向。沉积物固结成岩后，按其碎 屑的磁化方向保存下来的磁性，称碎屑剩余磁性（沉积剩余磁性）。 屑的磁化方向保存下来的磁性，称碎屑剩余磁性（沉积剩余磁性）。 特点： 特点： 1）强度正比于定向排列的磁性颗粒数目，强度比热剩磁小得多。 ）强度正比于定向排列的磁性颗粒数目，强度比热剩磁小得多。 2）比较稳定。形成碎屑剩磁的磁性颗粒大都来自火成岩，这些颗粒的原生磁 ）比较稳定。形成碎屑剩磁的磁性颗粒大都来自火成岩， 性来自热剩磁。 性来自热剩磁。 3）等轴状颗粒，其碎屑剩磁方向与外磁场（地磁场）方向一致。 ）等轴状颗粒，其碎屑剩磁方向与外磁场（地磁场）方向一致。
则
M i = κ 'T0 / µ 0 − κ ' NM r M i = κ 'T0 / µ 0
若不考虑剩磁， 若不考虑剩磁，Mr=0; 则有 表示均匀有限磁介质的感应磁化强度与磁化场的关系。 表示均匀有限磁介质的感应磁化强度与磁化场的关系。 κ 叫真磁化率。 率， 叫真磁化率。
κ ' 叫视磁化
岩石的磁性
H=H0+He
总磁场 外磁场 退磁场
对于均匀磁性体， 对于均匀磁性体，其消磁场为
He=-NM
N为消磁系数（退磁系数），是磁性体形状有关的张量 为消磁系数（退磁系数），是磁性体形状有关的张量 为消磁系数 ）， 直角坐标系中，若沿三个坐标轴的消磁因子为 直角坐标系中，若沿三个坐标轴的消磁因子为Nx、Ny、Nz，则：Nx+Ny+Nz=1， ， 球体： 无限长圆柱体： 为柱轴） 球体：Nx=Ny=Nz=1/3， ， 无限长圆柱体：Ny=Nz=1/2, Nx=0（x为柱轴） （ 为柱轴
岩石的磁性
岩石剩余磁性的类型及特点
3. 化学剩余磁性（CRM） 化学剩余磁性（ ）
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（ 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 或化学过程（氧化还原），所获得的剩磁，称化学剩余磁性（ ），所获得的剩磁 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）。 特点： 特点： 1）在弱磁场中，其剩磁强度正比于外磁场 强度。 ）在弱磁场中， 强度。 2）有较高的稳定性。 ）有较高的稳定性。 3）在相同磁场中，化学剩磁强度只有热剩磁强度的几十分之一；但它大于碎 ）在相同磁场中，化学剩磁强度只有热剩磁强度的几十分之一； 屑剩磁强度。 屑剩磁强度。
M=Mi+Mr=κ (T/µ0)+Mr
岩石的磁性
矿物的磁性
矿物组成岩石， 矿物组成岩石，岩石的磁性强弱与矿物的磁性有直接关系 1. 抗磁性矿物 磁化率很小， 磁化率很小，在磁力勘探中通常视为无磁性 2. 顺磁性矿物 磁化率比抗磁性矿物大得多，约两个数量级 磁化率比抗磁性矿物大得多， 3. 铁磁性矿物 自然界不存在纯铁磁性矿物，主要存在的是铁淦氧磁性矿物， 自然界不存在纯铁磁性矿物，主要存在的是铁淦氧磁性矿物，磁 性很强， 性很强，对岩石磁性起决定性作用
岩石的磁性
H e = − NM = − N (M i + M r )
又： M i = κH = κ (H 0 + H e ) = κ [T0 / µ 0 − N (M i + M r )] 得：
Mi =
κ
1 + Nκ
T0 / µ0 −
κ
1 + Nκ
NM r
令
κ' =
κ
1 + Nκ
或

κ=
κ'
1 − Nκ '
岩石的磁性
第二章 岩石的磁性
物质磁性
抗磁性（逆磁性） 抗磁性（逆磁性） 顺磁性 磁化率为负值，且数值很小， 磁化率为负值，且数值很小，与温度无关 磁化率为正值，且数值很小， 磁化率为正值，且数值很小，与温度成反比 铁磁性（磁畴内原子磁矩排列在同一方向） 铁磁性（磁畴内原子磁矩排列在同一方向） 铁磁性 磁化率很大，与温度有关，当温度升高时， 磁化率很大，与温度有关，当温度升高时，磁 反铁磁性（磁畴内原子磁矩排列相反， 反铁磁性（磁畴内原子磁矩排列相反，磁 化率逐渐增加，临近居里点时达到极大值， 居里点时达到极大值 化率逐渐增加，临近居里点时达到极大值，然 化率很小，具很大矫顽磁力） 化率很小，具很大矫顽磁力） ，物质变为顺磁性 后急剧下降，趋于零， 后急剧下降，趋于零 亚铁磁性（或称铁淦氧磁性， 磁化强度与磁化场呈非线性关系（磁滞回线） 亚铁磁性（或称铁淦氧磁性，磁畴内原子磁矩排 磁化强度与磁化场呈非线性关系（磁滞回线） 列相反，磁矩互不相等，具自发磁矩） 列相反，磁矩互不相等，具自发磁矩） 铁磁物质的基本磁矩为电子自旋磁矩， 铁磁物质的基本磁矩为电子自旋磁矩，轨道磁 矩基本无贡献（磁畴） 矩基本无贡献（磁畴）
岩石的磁性
岩（矿）石磁性特征
表征磁性的物理量
1. 磁化强度和磁化率 M=κH 2. 磁感应强度和磁导率 B=µH B=µ0H（真空） （真空） µ=µ0（1+κ） ） 3. 感应磁化强度和剩余磁化强度 Mi=κ (T/µ0) 感应磁化强度：位于岩石圈中的岩体和矿体， 感应磁化强度：位于岩石圈中的岩体和矿体，受现代地磁场的磁化而具有 的磁化强度，叫感应磁化强度。 的磁化强度，叫感应磁化强度。 剩余磁化强度：岩矿石在生成时，受当时地磁场磁化所保留下来的磁化强 剩余磁化强度：岩矿石在生成时， 称为天然剩余磁化强度M 与现代地磁场无关。 度，称为天然剩余磁化强度 r。与现代地磁场无关。
岩石的剩余磁性
岩石剩余磁性的类型及特点
1. 热剩余磁性（TRM） 热剩余磁性（ ）
在恒定磁场的作用下，岩石从居里点以上的温度逐渐冷却到居里点以下， 在恒定磁场的作用下，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（又称温度顽磁性）。 过居里温度时受磁化所获得的剩磁，称热剩余磁性（又称温度顽磁性）。 特点： 特点： 1）强度大。热剩磁强度大致正比于外磁场强度，并与外磁场方向一致。 ）强度大。热剩磁强度大致正比于外磁场强度，并与外磁场方向一致。 2）具有很高的稳定性。剩磁随时间衰减的现象叫做磁性弛豫。热剩磁弛豫时 ）具有很高的稳定性。剩磁随时间衰减的现象叫做磁性弛豫。 间很长。 间很长。 3）热剩磁服从叠加定律（特里埃第一定律）。总热剩磁是居里温度至室温各 ）热剩磁服从叠加定律（特里埃第一定律）。总热剩磁是居里温度至室温各 ）。 个温度区间的部分热剩磁之和。 个温度区间的部分热剩磁之和。 4）热退磁服从叠加定律（特里埃第二定律）。若将已具有热剩磁的岩石样本， ）热退磁服从叠加定律（特里埃第二定律）。若将已具有热剩磁的岩石样本， ）。若将已具有热剩磁的岩石样本 在零磁场空间内从室温加热到某一个温度T，然后再冷却至室温，则标本中T 在零磁场空间内从室温加热到某一个温度 ，然后再冷却至室温，则标本中 温度以下的部分热剩磁全被清洗掉，称部分热退磁（或热清洗）。 温度以下的部分热剩磁全被清洗掉，称部分热退磁（或热清洗）。
岩石的磁性
地质体磁化的消磁作用
消磁作用（ 消磁作用（demagnetization） 又称“退磁作用”。当地质体被外 ） 又称“退磁作用” 磁场磁化时， 磁场磁化时，在其内部除存在外磁场外还能产生一个与外磁场方向 相反的磁场，抵消一部分外磁场， 相反的磁场，抵消一部分外磁场，这—现象称为消磁作 用 。这个 现象称为消磁作 磁场称为消磁场（退磁场）。 ）。则地质体内的磁场为 磁场称为消磁场（退磁场）。则地质体内的磁场为
特点： 特点： 1）强度与时间的对数成正比。 ）强度与时间的对数成正比。 2）随温度升高，粘滞剩磁增大。具有较大粘滞剩磁的岩石样品，不宜用于古 ）随温度升高，粘滞剩磁增大。具有较大粘滞剩磁的岩石样品， 地磁研究。 地磁研究。
岩石的磁性
岩石剩余磁性的类型及特点
5. 等温剩余磁性（IRM） 等温剩余磁性（ ）
岩石的磁性
岩石剩余磁性的类型及特点
4. 粘滞剩余磁性（VRM） 粘滞剩余磁性（ ）
岩石生成之后，长期处在地球磁场作用下， 的推移， 岩石生成之后，长期处在地球磁场作用下，随着时间 的推移，其中原来定向 排列的磁畴，逐渐弛豫到作用磁场的方向，所形成的剩磁称粘滞剩余磁性。 排列的磁畴，逐渐弛豫到作用磁场的方向，所形成的剩磁称粘滞剩余磁性。
在常温没有加热情况下，岩石因受外部磁场作用（比如闪电作用）获得的剩磁， 在常温没有加热情况下，岩石因受外部磁场作用（比如闪电作用）获得的剩磁， 称等温剩余磁性。 称等温剩余磁性。 特点： 特点： 不稳定，其大小和方向随外磁场变化。 不稳定，其大小和方向随外磁场变化。
热剩磁 碎屑剩磁 化学剩磁 原生剩磁