岩石的磁性ppt课件.ppt

磁法勘探,姚长利,中国地质大学地球物理学院,第二章 岩石的磁性,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,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 = H,第二章 岩石的磁性,表征磁性的物理量：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：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！,表征磁性的物理量,无量纲，但仍注以单位在SI制中:,单位注明为SI（），磁化强度单位为A/m;,CGSM制中:,单位注明为CGSM（），磁化强度单位为,CGSM（m）,两者关系 : 1SI（）=1/4CGSM()；,1A/m=10-3CGSM（m）,0 0,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T M i = H = = T,T：地磁场总强度0: 真空中的磁导率,：岩矿石的磁化率,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：,M r,0,表征磁性的物理量,岩石的总磁化强度，由两部分组成：,M = M i + M r = T + M r,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,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 物质磁性原子总磁矩：,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、物质磁性带电粒子运动 物质磁性原子总磁矩： 电子轨道磁矩； 电子自旋磁矩； 原子核自旋磁矩.,结构不同,表现不同,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,1、物质磁性,抗磁性：,H作用 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 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），角速度的方向与H相同，产生的磁,场方向相反抗磁性。,2,i,Z :,2,1、物质磁性,抗磁性:, = ,0 Ne24 6me,z ri=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.,1、物质磁性抗磁性是普遍的, = ,0 Ne24 6me,zi=1,ri 2,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,顺磁性：,H作用 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。,2,1、物质磁性,顺磁性：,a : 原子磁矩；, =,0 N a4 3kT,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：,a : 原子磁矩；, =,0 N a4 3kT,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,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,铁磁性磁化过程：（与外磁场关系，温度不变） 无外磁场作用时，各磁畴的取向混乱，不呈磁性；, 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；, 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；, 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：（与温度关系，外磁场不变）, 温度 ； 温度 ；,铁磁性 顺磁性,铁磁性的类型：,三种：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:,当原子磁矩间没有相互作用时，显示顺磁性；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,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。,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,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：,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,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,(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,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,2、与磁性矿物颗粒大小结构关系；,(半径) ， H C ,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3、与温度、压力的关系；,温度A、顺磁性（居里定律）； T, ,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 H C ,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；压力关系,构造运动,各种力（拉伸力、压力、地震振动）,压力 （方向一致）压力 （方向垂直）（很小）,3、岩石中的剩磁,3、岩石中的剩磁,岩石剩磁的类型与特点 ：,原生剩磁:,热剩磁；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：,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：,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：,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,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:,古地磁学研究成果：,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,寒武世磁偏角338，五莲晚侏罗世磁偏角7，说明后者相对前者顺时针旋转29。断裂带西侧宿县早寒武世磁偏角42，霍山晚侏罗世偏角17，则后者较前者逆时针旋转25。上述表明，断裂带两侧,地壳各自有独立的运动方式，至少在侏罗纪前，两侧地层已发生过相对运动。,研究岩石剩磁的地质意义:,古地磁学广泛应用于研究古地理、古气候、预测沉积矿产和协助地质填图等方面。右图是根据欧亚板块岩石标本确定的各地质时代古地磁极,的迁移轨迹。由图可见,在约五亿年期间,古地磁极移动了约90,平均每年移动2cm。,人们还发现，由不同地块的岩石标本确定的古地磁极有不同的迁移轨迹，说明各板块的相对位置在不 同的地质时代相差很大，这就从古地磁学方面提供了大陆漂移的证据。,研究岩石剩磁的地质意义:,如南美和非洲，其视极移曲线变化趋势很相似，都是从赤道附近逐渐移向南极，南美的视极移曲线始终在非洲的西侧，和今天的状态一样。,如果沿大陆架边界将两者拼合，结果中生代以前两个大陆的视极移曲线是吻合的，中生代以后两条曲线分开，即说明南美和非洲在古生代时候是连在一起的，南大西洋还不存在，侏罗纪以后开始分裂，逐步形成今天这种分布状态。,