Магнитные свойства горных пород

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

Вещество в горных породах, как известно, характеризуется трех- фазным состоянием (твердым, жидким и газаабразным):

Твердая фаза породы (минеральный скелет) обычно состоит из смеси диа-, пара-, ферри- и реже ферромагнитных минералов; иногда представлена одним или двумя из этих минералов. Магнитные свойства этого компонента пород в основном зависят от содержания и распределения в его объеме ферри- и редко ферромагнитных минералов, значения χ = 0,4×10^-5 ÷ 1 ед. СИ.

Жидкая фаза – вода (χ=09× 10^-5 ед. СИ) и нефть (χ=1,0410^-5 ед. Си)- эти природные жидкости практически не магнитны. Минерализация вод мало влияет на их магнитные свойства, так как обычные для них соли (NаС1, СаСI₂, МgС1₂ и др.) также диамагнитны.

газовая фаза – эта фаза пород, представленная воздухом, еще слабее намагничивается по сравнению с жидкой фазой, и все ее компоненты, за исключением кислорода, диамагнитны. Поскольку магнитная восприимчивость парамагнитного кислорода значительно превосходит χ других газов и его содержание в воздухе по объему относительно велико, то воздух также является парамагнетиком, и его χ =0,04×10^-5 ед. СИ.

 

4.3.1 магматические породы

Интрузивные породы Сравнение свойств ферромагнетиков в кислых, средних и основных породах показывает следующие:

1) удельная магнитная восприимчивость их возрастает с увеличением размеров зерен;-

2) приведенная к одинаковому размеру зерен начальная удельная магнитная восприимчивость тем больше, чем меньше в этих минералах окиси титана.

 

 

Рис 4.7. Магнитная восприимчивость и минералого-химический состав интрузивных горных пород

(по Н. Дортман, А. Заварицкому и Р. Дэли)

 

 

Для интрузивных комплексов магнитные свойства обусловлены как ферри-, так и парамагнитными минералами.

Магнитная восприимчивость магматических пород варьирует от десятков до сотен тысяч (n × 10⁵) долей единицы СИ. Широкие пределы изменения χ, индуцированной и остаточной намагниченности определяются составом пород, а также термодинамическими и окислительно-восстановительными условиями их становления. Четко прослеживается тенденция возрастания χ от кислых к основным и далее к ультраосновным разностям.

 

 

Рис. 4.8. Зависимость магнитности гранитоидов от степени окисленности железа.

 

Поля граннтоидов:

1 -слабомагнитных (c < 0,5×10^-3ед. СИ);

2 - магнитных (c=(10-30)×10^-3ед. СИ);

3 - сильномагнигных (c > 30×10^-3ед. СИ)

 

Эффузинвые породы Быстрая скорость остывания эффузивов обусловливает появление в них относительного большого количества магнетита, титаномагнетита и титаномаггемита (особенно в базальтах). Эти минералы легко поддаются намагничиванию и определяют магнитные характеристики этих образований.

Коэрцитивная сила магматических пород изменяется от 400 до 37000 А/м, причем убольшинства не превышает - 8000 А/м. Магнитожесткие разности обнаружены в основном среди базальтов, гранитов, в сиенитовых порфиров.

Остаточная намагниченность магматических пород определяется природой, концентрацией и размерами зерен ферромагнетиков. Термоостаточная намагниченность увеличивается с уменьшением размеров зерен ферромагнетиков. Естественная удельная объемная остаточная намагниченность пород изменяется от 10^-3 до 10² А/м и может быть больше и меньше индуцированной намагниченности,измеренной на порошковых пробах в магнитном поле около 40 А/м. Естественная остаточная намагниченность пород прямо связана с содержанием в них ферромагнетиков.

Отличительными особенностями естественного остаточного намагничивания являются неравномерность его распределения по объему пород и устойчивость к размагничиванию. С ростом температуры термоостаточное намагничивание уменьшается и достигает нулевых значений при точках Кюри.

Точки Кюри магматических пород не зависят от размера зерен и содержания ферромагнетиков и определяются вещественным составом данной породы. Магматические породы могут характеризоваться либо одной обычной (ординарной) точкой Кюри -Т_о, или двумя обычной и необычной (екстраординарной) - Т_о, и Т_е, соответственно

Две точки Т_о, и Т_е получаются при наличии в породах ферромагнитных минералов различного химического состава (магнетит + ильменит).

 

 

4.3.2 Метаморфические породы

Магнитная восприимчивость метаморфических пород, как и магматических, изменяется в широких пределах. Широко развиты слабомагнитныеи немагнитные породы - глинистые сланцы, филлиты, кварциты, гнейсы и др. Сильномагнитные представлены железистыми кварцитами-джеспилитами-7500×10^-5ед. СИ. Магнитная восприимчивость таких метаморфических пород как хлоритовые сланцы, амфиболиты и др. лежит в пределах 12,5÷7500×10^-5ед. СИ.

Значения характеристик намагниченности пород пропорционально содержанию ферримагнетиков, представленных магнетитом, гематитом, иногда – пирротином.

 

4.3.3 Осадочные породы

Магнетизм осадочных пород связан в основном с акцессорными примесями магнетита, мартита и гематита с эффективным диаметром зерен от 0,01 до 2 мм: Магнитная восприимчивость осадочных пород находится в пределах 3×10^-5÷50×10^-2ед.СИ. При этом у глин, аргиллитов, песчаников и алевролитов преобладают разности со сравнительно низкой магнитной восприимчивостью в пределах (12,5÷125)×10^-5ед.СИ, а у известняков, доломитов и мергелей – средняя (1,25÷30)10^-5 ед.СИ. Максимальные значения χ установлены у песчаников и алевролитов вблизи источников сноса, что обусловлено высокой концентрацией магнетита. Минимальные значения χ ≈ 30×10^-5ед. СИ характерны для известняков, доломитов, ангидритов, гипсов, каменной соли и угля.

Осадочный разрез весьма детально может быть расчленен по магнитной восприимчивости (10^-5<χ<1,5×10^-3 ед. СИ), где минимальным значениям отвечают ангидриты, гипсы, максимальным – глинистые прослои.

У осадочных пород обнаружена очень слабая (от 1 о до 10^-1 А/м), но весьма стабильная естественная остаточная намагниченность, обусловленная содержания ферромагнитных минералов (магнетита и др.)

Направление естественного остаточного намагничивания осадочных пород обычно мало отличается от направления современного геомагнитного поля. Однако встречаются породы, у которых ориентация векторов J_n не совпадает с ориентацией cовременного поля Земли. Большие значения J_n обычны для осадочньгх бокситовых и железных руд, а малые для известняков, доломитов, кварцевьтх песчаоиков и гипсов.