2第二章岩石磁性
13-1第二章岩矿石的磁性
5
6
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。
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
石油地质学第二章 矿物与岩石
白色， 白色，含铁呈褐色
玻璃光泽
3.5-4
白色， 土状、细粒片状、 白色，含杂质其他 土状、细粒片状、鳞 贝壳状或粗糙状断 土状或蜡状光泽 片状或块状集合体 色调 口
2
第三节 岩浆岩、变质岩与沉积岩
一、岩浆岩 1.物质成分 物质成分
SiO2 是 最 重 要 的 成 分。 是 岩 石 酸 性 程 度 （ 基 性 程 度） 的 标 志。 超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩 SiO2<45% 橄榄岩 SiO2=45～53% 辉长岩 ～ SiO2=53～66% 闪长岩 ～ SiO2>66% 花岗岩
光泽 解理与断口 硬度 土状或 贝壳状或 蜡状光 粗糙状断 泽 口 鉴定特征
土状、 土状、细 白色， 粒片状、 白色，含 粒片状、 杂质其他 鳞片状或 色调 块状集合 体
2
光泽和可 塑性
多种含水硅酸盐矿物的混合物。主要化学组成是 多种含水硅酸盐矿物的混合物。主要化学组成是Al2O3和SiO2两种氧化物
金属光泽
半金属光泽
金刚光泽
玻璃光泽
三、矿物的物理性质
2.力学性质 力学性质
（1）硬度 ） 矿物抵抗机械作用(刻画、压入、研磨）的能力。 矿物抵抗机械作用 刻画、压入、研磨）的能力。 刻画
摩氏硬度表
硬度等级 1 2 3 4 5 代表矿物 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 硬度等级 6 7 8 9 10 代表矿物 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
第二章 矿物与岩石
第一节 矿物的形态与物理性质
第二节 常见矿物及其鉴定特征 第三节 岩浆岩、变质岩与沉积岩
第一节 矿物的形态与物理性质
一、矿物的概念
天然产出的、具有一定的化学成分、结晶构 造、外部形态和物理性质的元素或化合物，是 岩石的基本组成单位。
2 岩矿石的电磁性质
对石墨而言，当j0从小变大时，开始出现阳极过电位 大于阴极过电位(简称阳极优势)；而当继续增大j0或 当j0相当大而延长充电时间时，便逐渐变为均势，并 进而变成阴极过电位大于阳极过电位(即阴极优势)。 黄铜矿的情况则不同，当j0从小变大时，阴、阳极过 电位的关系总是阴极优势，而且阴、阳极过电位之 差，较石墨的大得多。
岩矿石的电磁性质
第二节 岩矿石的介电性
一、岩矿石的介电常数
表征岩矿石介电性的参数为介电常数(ε)，它 在高频电磁法勘探中有重要作用。 介电常数 ε=ε0εr 式中ε0=8.85×10-12F/m(法/米)，为真空介电常 数。
相对介电常数：介质在外加电场时会产生感 应电荷而削弱电场，最终介质中电场与原外
随着通电时间的延续，界面两侧堆积的异性电荷 将逐渐增多，过电位随之增大；过电位的形成和 增大将加速电极过程的进行，直到该过程的速度 与外电流相适应，即流至界面的电流能全部通过 界面，因而不再堆积新电荷时，过电位便趋于某 一个饱和值，不再继续增大。这便是过电位的形 成过程或充电过程。过电位的饱和值与流过界面 的电流密度有关，并随其增大而增大。
而岩浆岩和变质岩的μr一般不超过1.04。
上图说明，岩石的磁导率随磁铁矿含量的增高而 变大，但是即使体积百分含量高达20%时，磁导 率也才为自由空间的1.57倍。所以在考虑电磁法 的主要工作对象时，可以认为介质是无磁性的。 导磁性随频率的变化规律类似于介电常数。
例如：鉴于地壳中绝大多数岩、矿石磁导率均近 于1及铁磁性岩、矿石的剩余磁性在观测交变电 磁场时无影响，故若利用岩、矿石导磁性对交变 电磁场的影响寻找磁性铁矿或评价磁法异常，则 其所受干扰将比按导电性找矿时所受干扰小得多。
各种岩矿石的磁性
地球的磁场
由地心轴向偶极子场m产生的磁力线方向分布图。 和分别是纬度和余纬。I是在地表特定点处的磁倾角。
磁偶极矩（magnetic dipole moment）： 历史上，人们最早认为天然磁体（或人造磁铁） 是由无数小的磁偶极子组成，每一个小的磁偶极 子由相距很近的等量正、负磁荷构成。于是定义 了‚磁偶极矩‛，它也是矢量，方向由负磁荷指向 正磁荷。人们认识到磁荷并不存在，物质的磁性 乃是由分子电流定向排列而产生，于是用闭合元 电流I重新定义这个量，使等效‚磁偶极矩‘’的概 念保存下来。 载流回路中的磁场 在一个载流回路中，磁偶 极矩是电流乘于回路面积： u=I*a； 其中，u为磁偶极矩，I 为电流，a 为面积。面积的方向则为右手定则所决定的方向。
磁化强度 磁化率
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
h 、g 称为球谐系数， P 为n次m 阶缔合勒让德多项式
m n
m n
m n
积测量时,必须消除地理坐标及高度的影响. 纬度改正 高度改正
第二章 岩矿石的磁性
磁化强度和磁化率
均匀无限磁介质，受到外部磁场H的作用产生磁 感应强度。衡量物质被磁化的强度，以磁化 强度M表示。 M=κH Κ：物质的磁化率，它表示物质受磁化的难易 程度，是一个无量纲的物理量。
Jr 102~ 104 100~ 104 100~ 104
地磁学原理
三、地磁场随时间变化
1.长期变化（内因为主）
变化规律：磁矩变小，磁极西向飘移
2. 2.短期变化
平 静 变 化 干 扰 变 化
太 阳 日 变 化 太 阴 日 变 化 年 变 化 磁 暴 不 规 则 变 化 湾 形 变 化 ， 沟 形 变 化 短 周 期 变 化
中国地磁图中各地磁要素的分布特点： 中国地磁图中各地磁要素的分布特点： • 垂直强度 ，由南到北从-0.1×10-4T增加至 垂直强度Z，由南到北从 × 增加至 0.56×10-4T。 × 。 • 水平强度 ，由南到北从 ×10-4T减小至 水平强度H，由南到北从0.4× 减小至 0.2l×l0-4T。 × 。 磁倾角I，由南到北从-10 增加至+700。 磁倾角 ，由南到北从 0增加至 • 磁偏角 的零偏线约从新疆与西藏交界处向东 磁偏角D的零偏线约从新疆与西藏交界处向东 南方向延伸，穿过青海， 南方向延伸，穿过青海，并在兰州与成都之西 折向西南方向，再穿过四川、贵州与云南， 折向西南方向，再穿过四川、贵州与云南，然 后延伸至越南。零偏线以东， 由 后延伸至越南。零偏线以东，D由00变化至 110(西)，零偏线以西，D由00变化至 0 (东)。 西 ，零偏线以西， 由 变化至5 东 。
（磁子午线） H
x
D 0 y I （正东） T
Z
T， I， D ， Z， H（X，Y）
图1 地磁要素
•
世界地磁图基本上反映了来自地球核部场源的各地磁要素随地理分布的基 本特征。下图为1980年的地磁场水平强度 等值线图 单位为 年的地磁场水平强度H等值线图 单位为nT)。从图中可 本特征。下图为 年的地磁场水平强度 等值线图(单位为 。 以看出，水平分量等值线大致是沿纬度线排列的曲线族， 值由赤道向两极 以看出，水平分量等值线大致是沿纬度线排列的曲线族，H值由赤道向两极 逐渐减小至零。 逐渐减小至零。
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。
《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。
05
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
第二章岩矿石的磁性
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第二章岩矿石的磁性
3rew
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。
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。
地球磁场变化与岩石磁性记录
地球磁场变化与岩石磁性记录地球磁场是地球内部产生的一种保护层，对我们的日常生活和生命起着至关重要的作用。
然而，地球磁场并非永恒不变，而是会发生变化。
这种磁场变化对人类有着诸多影响，对于了解地球历史和预测未来磁场变化趋势也至关重要。
岩石磁性记录是我们了解地球磁场变化的主要手段之一。
地球磁场变化是一种周期性的现象，它的主要表现是磁北极和地理北极偏离彼此的位置。
这种偏离称为地磁极漂移。
地磁极漂移现象最早被人类记录下来是在古代中国。
根据历史文献记载，自公元前11世纪至公元前1世纪，中国古代权威文化文献《周易》中共有七座磁石采矿点，其中位于今天的陕西省的磁石采矿点曾经出产过上好的磁石，可见当时中国对磁性的认知是十分深入的。
通过对岩石的磁性记录研究，我们可以追踪地球磁场的历史变化。
岩石磁性记录是指岩石中所含有的磁性矿物的磁场定向保存下来的磁化特征。
这些磁性矿物会根据地球磁场的方向进行磁化，类似于一个磁针指向地磁北极。
随着时间的推移，这些磁矿物在岩石中的位置会凝固下来，形成岩石的磁性记录。
通过对这些岩石进行取样，并进行实验室测量和分析，就可以得出地球磁场在某个时期的方向和强度。
岩石磁性记录提供了对地球磁场变化的长时间尺度观测。
通过对不同时期的岩石样品进行研究，科学家们可以重建地球磁场的历史变化。
例如，通过对大洋底部的玄武岩样品进行分析，科学家们发现地球磁场在过去数百万年中翻转过数十次。
这种翻转事件被称为地磁极翻转，即地磁北极和地理北极互换位置。
这种磁性变化是地球历史上非常重要的事件之一，对于了解地球内部的动力学过程和地质演化具有重要意义。
除了长时间尺度的观测，岩石磁性记录还可以提供对地磁场短时间尺度变化的观测。
近年来，磁化强度衰减速率成为了磁记录重建瞬态变动的重要指标。
短时间尺度内地球磁场的变化可以为我们提供有关地球内部物质流动和热力学过程的信息，在地质灾害和地质资源勘探中有着重要作用。
总之，地球磁场变化是一个复杂而神秘的现象，对我们的生活和科学研究具有重要意义。
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。
矿物与岩石
弹性和挠性
• 矿物受外力作用发生弯曲形变，但当外 力作用取消后，则能使弯曲形变恢复原 状，此性质称为弹性。
– 例如云母、石棉等矿物均具有弹性。
• 如当外力作用取消后，歪曲了的形变不 能恢复原状，则此性质称为挠性。
– 例如滑石、绿泥石、蛭石等矿物均有挠性。
矿物的其它性质
矿物的比重 • 比重——矿物重量与4℃时同体积水的重 量比，称为矿物的比重。
断口: 矿物受打击后，沿任意方向发生不规则的 断裂，其凹凸不平的断裂面称为断口。断口和解 理是互为消长的，解理越完善，则断口越难出现。 断口可分为贝壳状断口、参差状断口和锯齿状断 口。 贝壳状断口:即破裂后具有弯曲的同心凹面，与贝 壳很相似，如石英。 参差状断口:断裂面呈粗糙不平，参差不齐，绝大 多数矿物，具有此种断口，如黄铁矿。 锯齿状断口:断面尖锐如锯齿，凡延展性很强的矿 物，常具此种断口，如自然铜。
熔点：矿物加热，达到一定温度会发生分解，由固态转变为液态，转变温度 称熔点。熔点的高低与矿物的化学成分及内部结构有关。 以离子键为主的矿物，最高；金属键的矿物，次之；分子键的矿物，最低。 金 1062oC 银 960.5oC 铜 1083oC 铂 1774oC 铋 271 oC 铁橄榄石 1100oC 透辉石 1319 oC 硅辉石 1540oC 霞石 1800 oC 钠长石 1100oC 钙长石 1554 oC 刚玉 2050oC 锆石 3000 oC 黄铜矿 500oC
解理的等级
最完全解理
完全解理
中等解理
不完全解理
极不完全解理
• 总之：只有结晶质矿物才具有解理。它反应了 晶体结构中不同 方向上面网间结合力的差 异性（解理发生在结合力较弱的位置）。 • 解理发生的位置： • ①在面网密度大的面网之间； • ②电性中和的面网之间； • ③两层同号离子相邻的面网之间； • ④键力较弱的面网之间。 • 实际的解理，是由一种或几种因素控制的。 • 解理是结晶质矿物的一种稳定的物理性质， 是鉴定矿物的重要依据。
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。
第二章 磁法勘探
4、磁偶极子、磁矩 磁偶极子：当两个等量异号的点磁极相距很近时， 将其看成一个整体。 磁矩：衡量磁偶极子磁性强弱的物理量。
M ml
5、磁化、磁化强度、磁化率 磁化：将原来不显磁性的物体，放入磁场中，由 于磁场的作用，该物体也能获得磁性，并产生附加 磁场。这种现象称为磁化。 磁化强度－－衡量物体磁化强弱的物理量。
Z a ( )
x
第一节 磁法勘探的基础知识
一、有关磁学知识 1、磁性、磁性体 2、磁极、磁极强度 磁极：磁性体不同部位磁性不同，两端磁性强； 磁针指北---N（+）磁极 磁针指南---S（-）磁极 磁极强度（m） ：衡量磁性体磁性强弱的物理量。 当两个点磁极相距1cm，如果其作用力为1达因， 则它们的磁极强度为1个CGSM单位。
4、应力作用： 应力作用会使岩石的磁性减弱，所以在构造破碎 带上往往出现低、负异常。 5、磁性地质体的形状： 不同形状的磁性体产生不同的消磁场，使不同形 状的磁性体显示出不同的磁性。
第三节 磁法勘探仪器及地面磁测资料整理
一、仪器 机械式磁力仪---相对测量； 电子式磁力仪： 磁通门式磁力仪； 核子旋进磁力仪； 光泵磁力仪； 超导磁力仪。
第二章 磁法勘探
以不同岩矿石间的磁性差异为基础，通过观测地 磁场的变化（磁异常）来找矿解决某些地质问题的 一种物探方法。 该方法应用最早，理论相对完善成熟。由于观测 天然存在的地磁场(天然场源法)，不需人工场源， 因此仪器轻便工作方法简单，工作效率高成本低， 应用广泛。 1640年瑞典人开始用罗盘找磁铁矿，1870年泰 朗和铁贝尔制成找磁铁矿的万能磁力仪，是地球物 理勘探学科形成的标志。此后，新仪器不断出现， 灵敏度不断提高，磁法勘探的应用范围不断扩大。
地磁图及地磁要素在地球表面的分布规律: 1)等值线大致平行于地理纬线; 2)赤道附近Z=0;H达到最大(0.3—0.4Oe); 3)随纬度增加,Z增大,H减小;在两极附近H=0；Z达到 最大; 4)北半球Z,I为正值,南半球相反。 地磁场的基本磁场位于球心的磁偶极子磁场相当。
第二章(2)磁法勘探(岩矿石磁性、磁力仪与磁法勘探野外工作方法)
测程±18000~±33000nT。
该仪器是专门为地质人员野
外踏勘，发现磁异常用的，仪器 非常轻便简单，物探工作中也可 以用来作中低精度的～磁测。观 测精度为25nT，测程范围为 ±20000 ～ ±25000nT。
用来标定机械式磁
力仪格值的仪器。它利 用赫姆兹线圈在线圈中 央产生均匀磁场,把待标 定的磁力仪放在线圈中 央,人工改变磁场大小来 测定磁力仪格值。
扰动变化
四、地磁要素
x （地理北）
X
N
H
磁北
复
D
O
I
Y
y
（地理东）
习
内
B
容
Z
z
1.七个地磁要素是什么？ 2.地磁要素间的关系是什么？ 3.图示出地磁要素。
第二章 磁法勘探
第一节 磁法勘探理论基础
三、岩（矿）石的磁性
（一）岩（矿）石磁性的构成
●感应磁化强度（ Mi ） 岩、矿石被现代地磁场磁化后，所获得的磁化强度。 其方向与地磁场方向一致。
●天然剩余磁化强度（ Mr ） 岩、矿石形成时，被当时地磁场磁化后保留下来的 磁化强度。
剩余磁化强度与现代地磁场无关，其方向与岩矿石 形成时的地磁场方向一致。
总磁化强度M
Μ Mi Mr 而 Mi B
则 M Mr B
由于地磁场在地球上各地是一个定值（已知值），故 在磁法勘探中，研究岩、矿石磁性的主要内容是：
岩石在弱磁场中获得的热剩磁具有很高 的抗干扰能力。
外磁场的变化、温度在200 ～3000C内的 热作用，很难引起热剩磁的变化。
• 沉积岩的剩磁主要有两种，一种是沉积剩 磁，另一种是化学剩磁。
2第二章岩石磁性
(二)岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系 • 实验结果表明，在给定的外磁场
H
1 .3 5 4
1 0 A / m
3
• 作用下，铁磁性矿物的相对含量不变，其颗粒粗的较 之颗粒细的磁化率大。 • 可用于衡量剩磁大小的矫顽力HC，与铁磁性矿物颗粒 大小的关系恰相反。
表明HC随铁磁性矿物颗粒 的增大，呈减小的相关关 系。 喷发岩的剩磁常较同一成 分侵入岩的剩磁大。
B 0 r H 0 H 0 ( r 1) H 0 (1 ) H
0 (H M )
• 上式为物质磁性与外磁场的关系。 • 显然，在同一外磁场H作用下，空间为磁介质充填，与空 间为真空二者相比，B增加了κH项，即介质受磁化后所生 产的附加场，其大小与介质的磁化率成正比。磁介质的 μr=1＋κ是一个纯量。 • μ与μ0二者之间的关系为
矿物的磁化率
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的。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。
(二)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。 • 地壳中纯磁铁矿少见，大多由不同比例的铁、钛、氧 组成复杂的固熔体，它是典型的亚铁磁性。 • 在我国鲁、冀、鄂、苏、皖等省的铁矿区，磁铁矿的 磁化率一般为(0.002～0.2)· SI(κ)，其剩余磁化强度 一般为(2.2 ～ 2325)A/m。 • 可见，磁铁矿不仅有较强的磁化率，且具有较强的剩 余磁性，其变化范围较大。
磁法勘探 物质的磁性
岩（矿）石磁性特征 岩石的剩余磁性 地质体磁化的消磁作用
• 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。 • 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。
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(二)岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系 • 实验结果表明，在给定的外磁场
H
1 .3 5 4
1 0 A / m
3
• 作用下，铁磁性矿物的相对含量不变，其颗粒粗的较 之颗粒细的磁化率大。 • 可用于衡量剩磁大小的矫顽力HC，与铁磁性矿物颗粒 大小的关系恰相反。
表明HC随铁磁性矿物颗粒 的增大，呈减小的相关关 系。 喷发岩的剩磁常较同一成 分侵入岩的剩磁大。
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
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。
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。 (一)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，岩石中铁矿性矿物含量愈多，磁性也愈强。
• 岩、矿石在生成时，处于一定条件下，受当时的地磁 场磁化，成岩后经历漫长的地质年代，所保留下来的 磁化强度，称作天然剩余磁化强度Mｒ，它与现代地磁 场无关。 • 岩石的总磁化强度M，是由两部分组成，即
M Mi M
r
T M
r
• 磁法勘查中，表征岩石磁性的物理量是κ(Mｉ)、Mｒ及 M。
第二章 岩石的磁性
第一节 第二节 第三节 第四节
磁法勘探 物质的磁性
岩（矿）石磁性特征 岩石的剩余磁性 地质体磁化的消磁作用
• 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。 • 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。
第三节 岩石的剩余磁性
一、岩石剩余磁性的类型及特点
• （一）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。
第一节 物质的磁性
• 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) • 在外磁场H作用下，这类物质的磁化率为负值，且数值 很小。 • 抗磁性物质没有固有原子磁矩，受外磁场作用后，电 子受到洛伦茨磁力的作用，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。
(二)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:
B H
• 式中:B以特斯拉(T)为单位，μ是介质的磁导率H/m(亨 利/米)。
• 若介质为真空，则有: B 0 H • 式中μ0是真空的磁导率(μ0=4πx10-7 H/m)。 • 令μr=μ/μ0 (相对磁导率)，可得
铁磁性物质的磁滞回线
• (2)磁化率与温度的关系，服从居里—魏斯定律。即
k C T TC
• 式中C是居里常数，T是热力学温度，Tc是居里温度 • 当T＞Tc，铁磁性消失， 转变为顺磁性. • 一般铁磁性的很高，例如铁为1 043K，钴为1 388K。但是， 随着低温测量技术的发展，又发现了一些稀土元素低温下 会转变为铁磁性，如铒（Er）、钬（Ho），其均为20K。
B 0 r H 0 H 0 ( r 1) H 0 (1 ) H
0 (H M )
• 上式为物质磁性与外磁场的关系。 • 显然，在同一外磁场H作用下，空间为磁介质充填，与空 间为真空二者相比，B增加了κH项，即介质受磁化后所生 产的附加场，其大小与介质的磁化率成正比。磁介质的 μr=1＋κ是一个纯量。 • μ与μ0二者之间的关系为
地壳岩石的磁化率和天然剩余磁化强度
5、喷发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。由于喷发岩迅速且不均匀的冷却， 结晶速度快，使磁化率离散性大。 6、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。 • 不同岩石组的Q值范围，可在0～10或更大范围变化。
(三)变质岩的磁性
• 变质岩的磁化率和天然剩余磁化强度，其变化范围很 大。 • 按其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，也与其生成条件有关。 • 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—顺磁性与铁磁性两组。 • 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 。 • 具有层状结构的变质岩，表现有磁各向异性。
矿物的磁化率
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的。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。
(二)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。 • 地壳中纯磁铁矿少见，大多由不同比例的铁、钛、氧 组成复杂的固熔体，它是典型的亚铁磁性。 • 在我国鲁、冀、鄂、苏、皖等省的铁矿区，磁铁矿的 磁化率一般为(0.002～0.2)· SI(κ)，其剩余磁化强度 一般为(2.2 ～ 2325)A/m。 • 可见，磁铁矿不仅有较强的磁化率，且具有较强的剩 余磁性，其变化范围较大。
Charlton Gully
Greenpatch 20K㎡
南澳大利亚Carrow矿区 测井磁化率统计
岩矿石类型 平均磁化率 （10-3SI） 岩矿石类型 平均磁化率 （10-3SI）
碳酸盐BIF 518.50 大理岩 4.53
氧化带BIF 17.51 花岗岩 0.15
硅酸盐BIF 359.95 残余土 22.7
• 此外，铁矿性矿物在岩石中的结构，对其磁化率也有影 响。 • 当磁性矿物相对含量、颗粒大小都相同，颗粒相互胶结 的比颗粒呈分散状者磁性强。 (三)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。 顺磁体磁化率与温度的关 系，已由居里定律确定。
• 铁磁体磁化，同时发生机械变形，其形变与晶体大小变化 有关。 • 铁磁体变化时，其形状和体积的改变称为磁致伸缩。 • 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。 • 比如在弱磁场中，当磁铁矿受到400kg/cm2的单向压力时， 其磁化率减小20～30%，且其减小与磁化场强度还有关系。 • 同样，岩石磁化率随着所受机械压力的增加而减小。 • 垂直于受压方向所测得的磁化率，对压力的相依关系较弱。 • 岩石的剩余磁化强度，亦随着岩石受压的增大而减小。
磁铁矿 BIF 1000-1500 粘土、盖层 0.34
磁铁矿BIF平均磁化率较高，而被风化剥蚀的BIF磁化率较 低，只有17.51×10-3SI。上覆第三系的泥土、残余土磁化率仅 0.34×10-3SI，可视为无磁性，花岗岩和大理岩也可视为无磁性。
(二)火成岩的磁性
• 依据火成岩的产出状态，又可分为侵入岩和喷出岩。 1、侵入岩的不同岩石组(花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、 辉长岩、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。 • 超基性岩体在经受蛇纹石化时，辉石被分解形成蛇纹 石 和磁铁矿，使磁化率急剧增大，可达几个SI(κ)单 位。 3、基性、中性岩，一般来说其磁性较超基性岩次之。 4、花岗岩建造的侵入岩，普遍是铁磁－顺磁性的，磁化 率不高。
0 (1 )
(三)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0.5×10-4(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
M i T
• 式中:T是地磁场总强度，κ是岩石矿的磁化率，它取决 于岩、矿石的性质。
二、顺磁 • 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。
三、铁磁性
• (1)磁化强度与磁化场呈非线性关系 • 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、顺磁性物质的磁化率大很多。 • 它具有下述磁性特征：
• (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。实验证明，铁磁物质内， 包含着很多个自发磁化区域，它叫做磁畴。在无外磁场作 用时，各磁畴的磁化强度矢量取向混乱，不呈磁性。当施 加外磁场时，磁畴结构将发生变化，随外磁场增加。通过 畴壁移动和磁畴转动的过程，显示出宏观磁性。 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。
岩、矿石受当时地磁场的作用
经历了构造变动，剩磁的方向变化
现代地磁场作用
总磁场强度是Mi与Mr的合矢量
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。 (一)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的。 • 对于其中几种常见矿物的磁化率，见下表。
对未磁化样品施加磁场H作用，随H 值由零增至Hs，而后减至零，反向 由零减至-Hs，再由-Hs增至Hs，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。 表明铁磁性物质的磁化强度随磁化 场变化，呈不可逆性。 其Hc称为矫顽磁力，不同铁磁性物 质它的变化范围较大。