岩石的磁性课件

磁法勘探姚长利中国地质大学地球物理学院磁法勘探姚长利中国地质大学地球物理学院1第二章岩石的磁性第二章岩石的磁性2第二章岩石的磁性§1、物质磁性§2、岩石的磁性§3、岩石中的剩磁§4、地质体磁化的消磁作用第二章岩石的磁性§1、物质磁性§2、岩石的磁性§3、岩石中3第二章岩石的磁性表征磁性的物理量磁化强度M:均匀无限磁介质，受外部磁场H作用，衡量物质被磁化程度的物理量。M=κH第二章岩石的磁性表征磁性的物理量磁化强度M:均匀无限磁介质4第二章岩石的磁性表征磁性的物理量к：物质磁化率它表征物质受磁化的难易程度，是无量纲的物理量。第二章岩石的磁性表征磁性的物理量它表征物质受磁化的难易程度5第二章岩石的磁性表征磁性的物理量к：物质磁化率它表征物质受磁化的难易程度，是无量纲的物理量。注意单位制！第二章岩石的磁性表征磁性的物理量它表征物质受磁化的难易程度6表征磁性的物理量无量纲，但к仍注以单位在SI制中:к单位注明为SI（к），磁化强度单位为A/m;CGSM制中:к单位注明为CGSM（к），磁化强度单位为CGSM（m）两者关系:1SI（к）=1/4πCGSM(к)；1A/m=10-3CGSM（m）表征磁性的物理量无量纲，但к仍注以单位к单位注明为SI（к）7μ0μ0

表征磁性的物理量感应磁化强度： 位于岩石圈中的地质体，受到现代地磁场的磁化而具有的磁化强度

Tκ

Mi=κH=κ=TT：地磁场总强度µ0:真空中的磁导率к：岩矿石的磁化率μ0μ0 表征磁性的物理量T：地磁场8

表征磁性的物理量剩余磁化强度： 岩矿石在生成时，处在一定的条件下，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。记为：Mr 表征磁性的物理量记为：Mr9μ0表征磁性的物理量岩石的总磁化强度，由两部分组成：κM=Mi+Mr=T+Mrμ0表征磁性的物理量岩石的总磁化强度，由两部分组成：κM=10岩石的磁性ppt课件11第二章岩石的磁性§1、物质磁性第二章岩石的磁性§1、物质磁性12第二章岩石的磁性§1、物质磁性带电粒子运动物质磁性第二章岩石的磁性§1、物质磁性带电粒子运动物质磁性13

第二章岩石的磁性

§1、物质磁性带电粒子运动物质磁性 原子总磁矩：①②③电子轨道磁矩；电子自旋磁矩；原子核自旋磁矩. 第二章岩石的磁性①电子轨道磁矩；14

第二章岩石的磁性

§1、物质磁性带电粒子运动物质磁性 原子总磁矩： ①电子轨道磁矩；②电子自旋磁矩； ③原子核自旋磁矩.结构不同表现不同 第二章岩石的磁性结构不同表现不同15

第二章岩石的磁性§1、物质磁性结构不同表现不同分三类：抗磁性、顺磁性、铁磁性 第二章岩石的磁性结构不同表现不同分三类：16§1、物质磁性抗磁性：H作用→κ为负（M与H相反),且很小。原因：1、本身没有净剩磁矩(1)各电子层中，电子成对出现，自旋方向相反，自旋磁矩抵消;(2)相邻轨道相互作用，抵消轨道磁矩.§1、物质磁性抗磁性：H作用→κ为负（M与H相反),17§1、物质磁性抗磁性：H作用→κ为负（M与H相反),且很小。原因：2、外磁场作用下，运动电子（轨道）受到罗伦茨力，绕外磁场旋进（拉莫尔旋进），角速度ω的方向与H相同，产生的磁场方向相反抗磁性。§1、物质磁性抗磁性：H作用→κ为负（M与H相反),182iZ:2§1、物质磁性抗磁性:κ=−

μ0Ne24π6me

z∑r

i=1

N:单位体积物质的原子数；e:为元电荷；me:为电子静质量； 为每个原子中的电子数；ri:为电子轨道半径的均方值.2iZ:2§1、物质磁性抗磁性:κ=− μ0Ne19

§1、物质磁性抗磁性是普遍的κ=−

μ0Ne24π6me

z∑

i=1ri2与温度无关；去掉外磁场，附加磁矩消失，即磁性消失 §1、物质磁性κ=− μ0Ne2 zri2与20§1、物质磁性顺磁性：H作用→κ为正（M与H方向相同)原因：1、电子层中，有非对称的电子，其自旋磁矩未被抵消，在作用下，转向平行；2、无外磁场时，杂乱排列，不显示磁性，有外磁场时，转向，显示顺磁性。§1、物质磁性顺磁性：H作用→κ为正（M与H方向相同)212§1、物质磁性顺磁性：μa:原子磁矩；κ=

μ0Nμa4π3kT＝CT

N:单位体积物质原子数；k:玻尔兹曼常数；C：居里常数；

T：热力学温度.与（绝对）温度成反比（居里定律）2§1、物质磁性顺磁性：μa:原子磁矩；κ= μ0222§1、物质磁性顺磁性：μa:原子磁矩；κ=

μ0Nμa4π3kT＝CT

N:单位体积物质原子数；k:玻尔兹曼常数；C：居里常数；

T：热力学温度.与（绝对）温度成反比（居里定律）

发展了通过磁化率测定，确定原子磁矩的重要实 验方法2§1、物质磁性顺磁性：μa:原子磁矩；κ= μ023§1、物质磁性铁磁性：某些物质（Fe,Co,Ni）含有非成对电子，电子自旋磁矩构成原子磁矩，由于相邻原子彼此相互发生交换力的作用，迫使这些电子保持自旋平行，即使没有外磁场作用，也在局部“区域”内产生平行排列，这种磁化叫自发磁化，小区域称为“磁畴”。§1、物质磁性铁磁性：某些物质（Fe,Co,Ni）含有非成对24§1、物质磁性铁磁性磁化过程：（与外磁场关系，温度不变）①无外磁场作用时，各磁畴的取向混乱，不呈磁性；②施加外磁场时，磁畴结构发生变化，畴壁移动，磁畴转动，显示出宏观磁性；③当外磁场增加时，磁畴的磁化方向都接近磁场的方向，外磁场继续增加时，磁化方向趋于饱和，磁化强度不再增加；④如果减小外磁场直到零，磁化并不按原过程返回，而落后于外磁场变化，外磁场为零时，仍保留部分磁化强度（剩余磁化强度）。§1、物质磁性铁磁性磁化过程：（与外磁场关系，温度不变）②25§1、物质磁性铁磁性：（与温度关系，外磁场不变）①温度↑⇒κ↑；②温度↑↑⇒κ↓↓；铁磁性顺磁性铁磁性的类型：三种：①铁磁性;②反铁磁性;③亚铁磁性.§1、物质磁性铁磁性：（与温度关系，外磁场不变）①温度↑26§1、物质磁性物质的磁性规律：1、当原子（或分子）的磁矩总和为零时，显示抗磁性;2、当原子具有一定磁矩（电子自旋磁矩）时:①当原子磁矩间没有相互作用时，显示顺磁性；②当原子磁矩间有很强的交换力时，原子磁矩之间的相互作用形成磁畴，显示铁磁性(三种类型：铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性)§1、物质磁性物质的磁性规律：1、当原子（或分子）的磁矩总和27§1、物质磁性几个问题：1、物质的磁性从何而来？2、物质的磁性分几类？3、温度与物质的磁性有什么关系？4、铁磁性物质（随外磁场变化）的磁化过程。§1、物质磁性几个问题：1、物质的磁性从何而来？3、温度与物28§2、岩石的磁性一．矿物的磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性§2、岩石的磁性一．矿物的磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性29§2、岩石的磁性一．矿物的磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性§2、岩石的磁性一．矿物的磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性30§2、岩石的磁性铁磁性矿物：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。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。铁-钛氧化物的三元系统如下图所示，由FeO、Fe2O3和TiO2组成的固熔体,其主要矿物及磁性见以下附表所示。§2、岩石的磁性铁磁性矿物：自然界中不存在纯铁磁性矿物。最重31§2、岩石的磁性铁磁性矿物：铁-钛氧化物的三元系统：其主要矿物及磁性见附表所示。§2、岩石的磁性铁磁性矿物：铁-钛氧化物的三元系统：其主要矿32§2、岩石的磁性§2、岩石的磁性33§2、岩石的磁性二．岩石的磁性岩石的磁性与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直接有关。§2、岩石的磁性二．岩石的磁性岩石的磁性与岩石中铁磁性矿物的34§2、岩石的磁性(一).沉积岩：磁性较弱。沉积岩的磁化率主要决定于副矿物(磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿等）的含量及成分.(二).火成岩：1.侵入岩的磁化率随岩石的基性增强而增大；2.超基性岩磁性最强,基性、中性岩次之；3.花岗岩建造的侵入岩,磁化率不高,喷发岩磁化率变化大；4.火成岩具有明显的天然剩磁.(三).变质岩：其磁性与原来基质有关,也与生成条件有关.§2、岩石的磁性(一).沉积岩：磁性较弱。沉积岩的磁化率主要35§2、岩石的磁性§2、岩石的磁性36§2、岩石的磁性三、影响岩石磁性的主要因素1、与铁磁性矿物含量关系；一般来说，岩石中铁磁性矿物含量愈多,磁性也愈强。§2、岩石的磁性三、影响岩石磁性的主要因素1、与铁磁性矿物含37§2、岩石的磁性三、影响岩石磁性的主要因素2、与磁性矿物颗粒大小结构关系；(半径)ρ↑⇒κ↑，ρ↑⇒HC↓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.§2、岩石的磁性三、影响岩石磁性的主要因素2、与磁性矿物颗粒38

§2、岩石的磁性三、影响岩石磁性的主要因素3、与温度、压力的关系；①温度

A、顺磁性（居里定律）；T↑⇒κ↓

B、抗磁性（无关）；C、铁矿性（可逆、不可逆）.温度增高还使矿物质矫顽力减小，使剩余磁化强度退磁.

T↑⇒HC↓ §2、岩石的磁性①温度↑⇒κ↓ B、抗磁性（无关）；39↓↑

§2、岩石的磁性三、影响岩石磁性的主要因素3、与温度、压力的关系；②压力关系构造运动各种力（拉伸力、压力、地震振动）压力↑⇒κ（方向一致）压力↑⇒κ（方向垂直）

（很小）↓↑ §2、岩石的磁性构造运动各种力（拉伸力、压力、地震振动40§3、岩石中的剩磁§3、岩石中的剩磁41§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的类型与特点：原生剩磁:热剩磁；碎屑剩磁；化学剩磁次生剩磁:粘滞剩磁；等温剩磁§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的类型与特点：原生剩磁:热剩磁；42§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：成因复杂.由成岩至今，经历各种地质作用、物理和化学变换过程，都会影响岩石的剩余磁性.§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：成因复杂.由成岩至今，43§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：1、火成岩剩磁成因：热剩磁是形成火成岩原生剩磁的原因.§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：1、火成岩剩磁成因：热剩磁44§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：2、沉积岩剩磁成因：沉积岩剩磁是通过沉积作用和成岩作用两个过程形成的，因而是碎屑剩磁和化学剩磁.§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：2、沉积岩剩磁成因：沉积岩45§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：3、变质岩剩磁成因：变质岩的剩磁与其原岩有关，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正变质岩，它可能有碎屑剩磁和化学剩磁.§3、岩石中的剩磁岩石剩磁的成因：3、变质岩剩磁成因：变质岩46§3、岩石中的剩磁研究岩石剩磁的地质意义:对磁测资料的解释：当剩磁较强时，且其方向与现在的地磁场方向不一致时，计算及解释需要考虑剩磁，否则，容易得出错误的结论，磁性体的产状推断也会出错.§3、岩石中的剩磁研究岩石剩磁的地质意义:对磁测资料的解释：47§3、岩石中的剩磁研究岩石剩磁的地质意义:古地磁学研究成果：§3、岩石中的剩磁研究岩石剩磁的地质意义:古地磁学研究成果：48研究岩石剩磁的地质意义:地层对比我国东部著名的郯城-庐江深大断裂,多数学者认为它是左旋平移断层。但是，对平移的时间和距离，却有不同的看法。对断裂带东西两侧的寒武纪、侏罗纪地层进行的古地磁测量，为解决上述问题提供了有意义的资料。在断裂带东侧，复县早