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。变异系数法
图1.2-1 抗磁性与顺磁性物质的磁化
二、顺磁性电厂节能减排
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：
C
K=，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。它具有下述磁性特征：
（一）磁化强度与磁化场呈非线性关系
岳西论坛如图1.2-2所示，对未磁化样品施加磁场H 的作用，随H 值由零增至H s ，而后减去零，反向由零减至-H ，再由-H 增至H s s s ，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，称磁滞迥线，表明铁磁性物质的磁化强度随磁化场变化，呈不可逆性。其H 称为矫顽磁力，不同铁磁性物质它的变化范围较大。
c
图1.2-2 铁磁性的磁滞回线
（二）磁化率与温度的关系
铁磁性物质当温度升高时，磁化率逐渐增加，临近居里点时达到极大值，然后急剧下降，趋于零。居里点为铁磁性物质的磁化强度陡然降低，物质由铁磁性转为顺磁性的温度。
服从居里—魏斯定律。即
c T T C k −= （1.2-2）
是居里温度，当T>T 式中，C 是居里常数，T 是热力学温度，T c c ，铁磁性消失，转变为顺磁
性。一般铁磁体的T 很高，例如铁（1043K ）
，钴（1388K ）。 c （三）铁磁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，随外磁场增强，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，如图1.2-3所示。
图1.2-3 各种铁磁性，原子磁矩排列示意图
（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，但具有很大的矫顽磁力。
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。
第二节 岩（矿）石磁性特征
解释推断磁异常，以解决地质矿问题，离不开分析研究岩石的磁性特征。
一、表征磁性的物理量
（一）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，衡量物质被磁化的程度，以磁化强度M 表示，它与磁化场强度之间的关系为：
M =k H （1.2-3） 式中，k 是物质的磁化率，它表征物质受磁化的难易程度，是一个无量纲的物理量。实际工作中，磁化率仍注以所用单位制，SI 单位制它用SI （k ）标明，CGSM 单位制，它用CGSM （k ）标明，两者的关系是1SI π
41)(=k CGSM(k )。在二种单位制中，磁化强度的单位，分别是安培/米及CGSM （M ），二者的关系是1安培/米=10-3CGSM （M ）
。 （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）由（1.1-2）式表示为
B =μH 若介质为真空，则有
B =μH
0（相对磁导率）
，代入前式得 0/μμμ=r 0μ是真空的磁导率，令式中，B =μ0μr H =μ0H +μ0（μr -1）H =μ0（1+k ）H =μ0（H +M ） （1.1-4） 1−=r k μ式中，此式表明，物质磁性与外磁场的定量关系。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k H 项，即介质受磁化后所产生的附加场，其大小与介质的磁化率成正比。磁介质的k r +=1μμ0μ是一个纯量。与二者之间的关系为：
（1.1-5）
)1(0k +=μμ（三）感应磁化强度和剩余磁化强度
-4位于岩石圈中的岩体和矿体，处在约为0.5×10（T ）的地球磁场作用之下，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 =k T （1.1-6） 式中，T 是地磁场总强度，k 是岩矿石的磁化率，它取决于岩矿石的性质。
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M r ，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 =M i +M =k T +M （1.1-7） r r 磁力勘探中，表征岩石磁性的物理量是k （M ）、M 及M 。
i r 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有直接关系。
（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。对其中几种常见矿物的磁化率，列表于1.2-1：
表1.2-1 抗 磁 性 矿 物 顺 磁 性 矿 物
课题结题报告
名 称 k ·10-5
SI(k ) 名 称 k ·10-5SI(k )名 称k 平均·10-5SI(k )名 称 k 平均·10-5SI(k )
石 英 -1.3 方铅矿 -2.6 2 绿泥石 20-90 橄榄石正长石 -0.5 闪锌矿 -4.8 10-80 金云母 50 角闪石锆 石 -0.8 石 墨 -0.4 15-65 斜长石 1 黑云母方解石 -1.0 磷灰石 -8.1 辉 石40-90 尖晶石 3 岩 盐 -1.0 重晶石 -1.4 750 白云母 4-20 铁黑云母
由表可见：
①抗磁性矿物，其磁化率都很小，在磁力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
自然界并不存在纯铁磁性矿物，主要存在的是铁淦氧磁性矿物，如铁的氧化物和硫化物及其它金属元素的固熔体等。它们的磁性很强，对岩石磁性起着决定性作用。
铁的氧化物能用图1.2-4所示的三元素图来描述。图中属4243)1(O T Fe x O xFe i −⋅固溶体系列的叫做
钛磁铁矿，属系列的叫做钛赤铁矿。钛磁铁矿形成固溶体系列表明和是彼此互溶的。磁铁矿具有反尖晶石结构，其居里温度随固溶体中钛尖晶石的克分子百分数的增加而线性下降，由磁铁矿的578℃直至钛尖晶石的约-150℃的居里温度。与此相类似，钛铁矿含量的增加也使钛赤铁矿系列的居里点近乎线性下降，从赤铁矿的680℃到钛铁矿的-223℃。在钛磁铁矿系列中，饱和磁化强度随x 的降低而减小，它取决于Fe 332)1(O FeT x O xFe i −⋅42O T Fe i 43O Fe 2+3+4+、Fe 和Ti 离子在两种可能晶位上的有序程度。在钛赤铁系列中，随着x 的变化存在复杂的磁性变化，当1≥x>0.5时呈弱磁性，当0.5>x>0.2时呈亚铁磁性，当0.2>x>0时呈反铁磁性。研究表明，当钛赤铁中钛的含量增加时，钛赤铁矿系列从弱磁性过渡到亚铁磁性最后成为反铁磁性，当其在x ≈0.5时的亚铁磁性状态在室温下的饱和磁化强度可达磁铁矿的四分之一，此时在岩石中的磁性作用不可忽视。
图1.2-4 铁钛氧化物的三元系统
除上面给出的铁的氧化物系列矿物外，还有铁的硫化物和一些分布较广而磁性的铁磁性矿物，列出其磁化率参数于表（1.2-2）。
地壳中的纯磁铁矿少见，大都由不同比例的铁、钛、氧组成复杂的固溶体，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 （k ），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，且有较强的剩余磁性，其变化范围较大。
磁黄铁矿属铁-硫二元系，它常见于汞、砷、锑层控矿床。当0<x<0.1时，它是反铁磁性，当0.1<x<0.25时，它是亚铁磁性。它亦分为型，后者磁化率较大。
αγ型和
表1.2-2 铁磁性矿物磁化率 矿 物 分子式 k ，SI （k ）
磁铁矿 Fe 3O 0.07~0.2
4钛磁铁矿 xFe 3O 4·(1-x)TiFe 2O 410-7-2
~1032O Fe γ磁赤铁矿 0.03~0.2 32O Fe α-6-5
赤铁矿 10~10磁黄铁矿 FeS 1+x 10-3-4
~10铁镍矿 NiFe 2O 0.05
4锰尖晶石 MnFe 2O 2.0
3镁铁矿 MgFe 2O 0.08
4FeOOH α针铁矿 (0.02-80)×10-4
FeOOH γ纤铁矿 (0.9-2.5)×10-4
菱铁矿 FeCO (20-60)×10-43
三、各类岩石的一般磁性特征
地壳岩石可分为沉积岩、火成岩及变质岩三大类。
（一）沉积岩的磁性
一般来说，沉积岩的磁性较弱，如表1.2-3所示。沉积岩的磁化率主要决定于副矿物的含量及成分，它们是磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿以及铁的氢氧化物。其造岩矿物如石英、长石、方解石等，对磁化率无贡献。沉积岩的天然剩余磁性，与由母岩剥蚀下来的磁性颗粒有关，其数值不大。
表1.2-3
岩石类型
k ，10-6SI(k) M r A/m 岩石类型 k ，10-6SI(k) M r A/m 超基性岩
1013~1010-11~10变质岩 10-12~1010-3-1~10基 性 岩
1003~1010-31~10沉积岩 10-11~1010-3-1~10酸 性 岩 1002~1010-31~10
（注：表中数字表示数量级）
毒株（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k 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 （k ）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。
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。由于喷发岩迅速且不均匀的冷却，结晶速度快，使磁化率离散性大。
通风盘式
6. 火成岩具有明显的天然剩余磁性，其Q=M /M r i 称作柯尼希斯贝格比。不同岩石组的Q 值范围，可从0~10或更大。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议