Горная порода, помещённая в магнитное поле напряжённости Н, намагничивается под его воздействием. Характеристика поля, учитывающая намагничивание среды, называется магнитной индукцией В. Намагниченность зависит как от величины намагничивающего поля, так и от параметра χ – магнитной восприимчивости горной породы.
Она представляет собой коэффициент пропорциональности между интенсивностью индуктивного намагничения (Ii) и напряжённостью намагничивающего поля: Ii = χТ. Магнитная восприимчивость горных пород изменяется в широких пределах — от 10-6 до 20 ед. СИ.
По магнитным свойствам все вещества делятся на три группы: диамагнитные, па ра магнитные и ферромагнитные. У диамагнитных пород магнитная восприимчивость очень мала (10-5—10-6 ед. СИ) и отрицательна, их намагничение направлено против намагничивающего поля. К диамагнетикам относятся многие минералы и горные породы, например, кварц, каменная соль, мрамор, нефть, графит, золото, серебро, свинец, медь и др. У па ра магнитных пород магнитная восприимчивость положительна и также невелика. К парамагнетикам относится большинство осадочных, метаморфических и изверженных пород. Особенно большой (до нескольких единиц СИ) и положительной χ характеризуются фер ромагнитные минералы, к которым относятся магнетит, титаномагнетит и ильменит.
Магнитная восприимчивость большинства горных пород определяется, прежде всего присутствием и процентным содержанием ферромагнитных минералов (см. таблицу 1). Среди изверженных пород наибольшей магнитной восприимчивостью обладают ультраосновные и основные породы, слабо- или умеренномагнитные кислые породы. У метаморфических пород магнитная восприимчивость обычно ниже, чем у изверженных. Осадочные породы, за исключением некоторых песчаников и глин, практически немагнитны.
Магнитная восприимчивость основных минералов, горных пород и руд
Таблица 1
| Минерал, горная порода | χ ед. СИ | |
| Диапазон изменений | среднее | |
| Кварц | − | -0,46∙10-5 |
| Кальцит | (7−12)∙10-5 | 10-4 |
| Пирит | 7∙10-5−15∙10-4 | 11∙10-4 |
| Гематит | 10-4−2∙10-3 | 10-3 |
| Пирротин | 10-2−10-1 | 0,5∙10-2 |
| Ильменит | 1−−10 | 7 |
| Магнетит | 3−20 | 15 |
| Гранит | 0−40000 | 2000 |
| Базальт | 3∙10-4−5 | 6∙10-1 |
| Осадочные | 0−5∙10-2 | 10-2 |
| Метаморфические | 0−10-1 | 10-1 |
| Кислые изверженные | 5∙10-4−10-2 | 8∙10-2 |
| Основные изверженные | 6∙10-4−10-1 | 3∙10-1 |
С увеличением температуры магнитная восприимчивость у ферромагнетиков возрастает, а при достижении критической температуры, или точки Кюри, которая у разных минералов изменяется от 400 до 700°С, уменьшается практически до нуля. Следствием этого является принципиальное ограничение глубинности магниторазведки, так как с глубиной температура возрастает; на глубине 20-50 км в зависимости от строения, величины теплового потока и теплопроводных свойств горных пород она достигает точки Кюри, и ферромагнетики становятся парамагнетиками с весьма слабыми магнитными свойствами.
Горные породы, слагающие геологические структуры, залегают среди вмещающих пород, и поэтому геофизиков интересуют не абсолютные значения магнитной восприимчивости пород изучаемых структур (χстр), а только её изменения или так называемая эффективная магнитная восприимчивость : Δχ = χстр − χо, где χо — магнитная восприимчивость вмещающих пород. Значение Δχ в зависимости от геологической ситуации может изменяться в широких пределах и быть как отрицательным, так и положительным. Благодаря отличию Δχ от нуля и возникают магнитные аномалии.
Важным магнитным параметром горных пород, содержащих ферромагнитные минералы, является остаточная намагниченность (In), т.е. специфическое свойство пород, несущее в себе информацию о палеомагнитных полях, при которых образовались данные породы. Она характеризуется отношением Q=In/Ii где Ii — индукционная намагниченность, которое изменяется от 0 до 100 и может быть как положительным, так и отрицательным. Значение Q велико для ферромагнитных минералов, меньше для магматических пород, ещё меньше для метаморфических и близко к нулю для осадочных пород.
Основной вклад в создание аномалий магнитного поля вносят ферромагнитные минералы и содержащие их горные породы. Так как эффективная магнитная восприимчивость горных пород изменяется в больших пределах (в миллионы раз), то интенсивность аномалий магнитного поля варьирует от долей до тысяч нТл. Для регистрации подобного поля необходима специальная аппаратура, имеющая и высокую чувствительность, и большой динамический диапазон измерений.
Измерения магнитного поля Земли и его вариаций проводят как на стационарных пунктах — магнитных обсерваториях, которых насчитывается на Земле около 150, так и во время магниторазведочных работ. При абсолютных определениях измеряют, как правило, три элемента магнитного поля (например, Z, D, H). Для этого применяют сложные трёхкомпонентные магнитные приборы — магнитные теодолиты и вариационные станции, которые ведут запись автоматически.
При геологической разведке измеряют абсолютные (Т) и относительные по отношению к какой-нибудь исходной (опорной) точке (ΔТ, ΔZ) элементы магнитного поля. Приборы, используемые в магнитной разведке, называются магнитометрами. В настоящее время в основном применяют три типа магнитометров — феррозондовые, протонные и квантовые.
Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты атомов μА. Направление преимущественной ориентации μА совпадает с направлением намагничивающего поля, поэтому намагниченность и магнитная восприимчивость у парамагнетиков является положительными величинами.
Состояние, когда все элементарные магнитные моменты оказываются ориентированы параллельно внешнему магнитному полю, является предельным и может быть достигнуто лишь при очень низких температурах или в очень сильных полях. В слабых магнитных полях, типа земного, магнитную восприимчивость парамагнетика определяют по следующей приближённой формуле:
...............................χ = 
...............................(15)
где С – постоянная Кюри, К - постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, n- количество атомов в единице объёма, μА – магнитные моменты атомов, μо – магнитная проницаемость вакуума.
Как видим, магнитная восприимчивость парамагнетиков существенно зависит от температуры.
К парамагнетикам относится большая группа минералов, в том числе породообразующих. Безжелезистые минералы (плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, мусковит, скаполит, шпинель, топаз, апатит и др.) имеют относительно низкую магнитную восприимчивость, не превышающую 10∙10-5 ед. СИ. Парамагнитная восприимчивость железосодержащих силикатов и алюмосиликатов (биотиты, амфиболы, хлориты, пироксены, оливины) связана главным образом с содержанием в них ионов железа. В химически чистых разностях оно достигает 20∙10-5 ед. СИ. Более высокие значения магнитной восприимчивости этих минералов, образованных в естественных условиях, обусловлены микропримесями в них ферримагнетиков, в основном – магнетита.
Дата: 2019-04-23, просмотров: 326.
