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。
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 剩磁称为黏滞剩余磁性。 特点： （1）强度与时间的对数成正比。 （2）随温度增高，黏滞剩磁增大。
5.等温剩余磁性（IRM） 在常温没有加热情况下，岩石受外磁场的作用（如
闪 电 作 用） ， 获 得的 剩 磁 称等 温 剩 余磁 性 ， 其大 小 和 方
磁畴的磁化均达到磁饱和。实验表明，磁畴磁矩起
因于电子的自旋磁矩。
1.磁化强度与
磁化场呈非线
磁滞回线
铁 磁 性
性关系。右图中
HC 称为矫顽磁
力。
2. 磁化率与温度的关系，服从居里 - 魏斯定律
即：
铁 磁 式中： C 是居里常数， T 是热力学温度 ,T 是居里温 C 性
度, 当T＞TC，铁磁性消失，转变为顺磁 性。 古地磁学
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，称为化学剩余磁
性（简称化学剩磁）。
特点：
（1）在弱磁场中,其强度正比于外磁场强 度。 （2）有较高的稳定性。 （3）在相同磁场中,化学剩磁强度只有热剩
磁的几十分之一，但大于碎屑剩磁强度。
上述三种剩余磁性，统称为原生剩磁。
4.黏滞剩余磁性（VRM）
2.铁磁性矿物 自然界中不存在 纯铁磁性矿物，最重 要的铁磁性矿物当推 铁—钛氧化物，由 FeO 、 Fe 2 0 3 、 TiO 3 组 合成的固熔体的主要 矿物及其他磁性矿物
二、各类岩石一般磁性特征 1.沉积岩的磁性 一般说来，沉积岩的磁性较弱，主要取决于副 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。
K:磁化率
抗 磁 性
（二）顺磁性

顺磁性是指有些物质可以受到外部磁场的影
响产生同指向的磁场的特性。这样的物质具
有正的磁化率。与顺磁性相反的现象被称为
抗磁性。
顺 磁 性
顺磁性物质的主要 特征是，不论外加磁
场是否存在，原子内
部存在永久磁矩。 M∝H
（三）铁磁性 Ferromagnetism

过渡族金属（如铁）及它们的合金和化合所具有的 磁性叫做铁磁性。法国P.E.外斯认为：铁磁体内部 存在强大的“分子场”，即使无外磁场，也能使内 部自发地磁化；自发磁化的小区域称为磁畴，每个
抗 磁 性
抗 磁 性
洛 伦 磁 力
抗磁性物质的原子（离子）的磁矩应为零, 即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁 场中，受到外磁场作用后，电子受到洛仑兹 力的作用，外磁场使电子轨道改变，其运动 轨道绕外磁场做旋转（拉莫尔旋进），感生 一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁 性。所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态 的变化。
具有层状结构的变质岩，表现有磁各向异性。 其Mr方向往往近于片理方向。磁化率各向异性可 用下式来评价：
k
k最大 k最小 k平均
式中：λ k是磁化率各向异性系数。在强变质沉积 岩石中，λ k值可达1.0～1.5。
三、影响岩石磁性的主要因素 1.岩石磁性与铁磁性矿物含量有关 2.岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构有关 （1）相对含量相同，磁化率与粒经成正比。 （ 2 ）衡量剩磁大小的矫顽力 H C ，与铁磁性矿 物颗粒成反比。喷出岩的剩磁常较同一成分的侵入 岩的剩磁大。 当磁性矿物相对含量、颗粒大小都相同，颗粒 相互胶结的比颗粒乘分散状者磁性强。
向随外磁场变化。 黏滞剩余磁性、等温剩余磁性，称为次生剩磁。 地壳岩石具有的原生剩磁，即是磁法勘探，也是古 地 磁 研 究的 对 象 。 次 生 剩 磁不 能 作 为古 地 磁 研究 的 “ 化 石”。
（二）各类岩石剩余磁性的成因
1.火成岩剩磁的成因 热剩磁是形成火成岩原生剩磁的原因。 2，沉积岩剩磁的成因 沉积岩的剩余磁性，是通过沉积作用和成岩作用两个过程形 成的。前者形成碎屑剩磁，后者成岩作用经氧化和脱水过程,获 得化学剩磁。故,沉积岩的剩磁系碎屑与化学剩磁。 3.变质岩剩磁的成因 变质岩的剩余磁性与其原岩有关。由火成岩变质生成的正变 质岩，它可能有热剩磁，由沉积岩变质生成的副变质岩，它可能 有碎屑剩磁与化学剩磁。
四、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） 在恒定的磁场作用下， 岩石从居里点以上的温度， 逐渐冷却到居里点一下，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）。
热剩磁具有如下特点： （1）强度大，大致正比于外磁场强度，并同外磁场方向一 致。因此,火成岩的天然剩余磁化强度方向,代表了成岩时的地磁 场方向。 （2）具有很高的稳定性，热剩磁的弛豫时间长。 （3）实验证明，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。即热剩磁服从叠加定律（特里埃第一定律）。 （4）热退磁过程也服从叠加定律（特里埃第二定律）。 岩石的热剩磁是古地磁研究的重要对象之一。
C k T TC
3.在无外磁场作用 时，各磁畴的磁化强 度矢量取向混乱，不 铁 呈磁性。当施加外磁 磁 性 场时，磁畴结构发生 变化;随外磁场增加, 通过畴壁移动和转动 的过程，显示出宏观 磁性。
第三节 岩石的磁性
一、矿物的磁性 1.抗磁矿物与顺磁矿物：绝大多数矿物属 顺磁性与抗磁性。
常见矿物的磁化率
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 B=μ H, μ =μ 0(1+k)
式中：B 以T[特（斯拉）]为单位，μ 是介质的磁导率， 单位为H/m[亨（利）/米]；H以A/m（安/米）为单位。

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四、物质的磁性
任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。
磁场强度H，单位：安培 /米 为了形象地描述磁场的分布，可以用一系列连 续曲线来反映磁场中各点的磁场强度，这些曲 线称为磁力线。
二、磁化强度与磁感应强度
1.磁化强度 将原来不显磁性的物体放入磁场中，由于磁 场的作用，该物体即表现出磁性，这种现象 称为磁化。 衡量物质被磁化的程度，称为磁化强度。
m M V
V—磁化体的体积，m—平面电流环定义的磁矩

能够被磁化的物体当受到外磁场H的作用时， 其本身就获得了一定程度的磁化，当去掉外磁 场时，磁化就消失了，这种磁化被认为是由外 加磁场感应产生的，称为感应磁化强度。
M i H

k是岩石、矿石的磁化率，衡量岩矿石被磁化的难易程
度



剩余磁化强度：岩石、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 漫长的地质过程，所保留下来的磁化强度，称 作天然剩余磁化强度，它与现代地磁场无关。 岩石的总磁化强度 M= Mi+ Mr 磁法勘探中，表征岩石磁性的物理量是:k （Mi）、Mr 及M。
2.火成岩的磁性 （ 1 ）不同类型的侵入岩，其 k 平均 值随着岩石的基性增强 而增大。它们的磁化率数值分布范围宽。 （ 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，辉石被蚀变分解成蛇纹石和磁铁矿，使磁 化率增大，可达到几个SI（k）单位。 （3）基性岩、中性岩，一般说来其磁性较超基性岩低。 （ 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冷却，结 晶速度快，其Q= Mr /Mi 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。
原子总磁矩 电子轨道磁矩电子自旋磁矩 原子核自旋磁矩
（一）抗磁性（逆磁性）
又叫逆磁性、反磁性。一些物质的原子中电
子磁矩互相抵消，合磁矩为零。当受到外加磁场
作用时,电子轨道运动会发生变化,而且在与外加
磁场 的 相反 方 向产 生 很小 的 合磁 矩 , 如 H 2 O, SiO 2 ,
AlCI2 。
2.碎屑剩余磁性（DRM） 沉积岩中含有从母岩分化剥蚀带来的许多 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 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，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）。