Магнитные свойства горных пород

Основной характеристикой магнитного поля является магнитная ин­дукция (В, Тл), которая представляет собой сумму напряженности внешне­го поля (Н, А/м) и намагниченности вещества (горной породы)

(6.18)

где - магнитная постоянная.

Вектор намагниченности определяется магнитной поляризацией горной породы и оценивается пределом отношения суммы магнитных мо­ментов в некотором объеме к величине этого объема при его неограничен­ном уменьшении,

(6.19)

где произведение элементарного тока на площадь магнитного диполя называется магнитным моментом. Намагниченность пропорциональна на­пряженности магнитного поля

. (6.20)

Коэффициент называется объемной магнитной восприимчивостью, а его отношение к объемной массе породы - удельной магнитной вос­приимчивостью. Магнитная индукция связана с напряженностью поля следующим соотношением:

(6.21)

Здесь - относительная магнитная проницаемость горных пород, -называется абсолютной магнитной проницаемостью и представляет собой произведение относительной проницаемости на магнитную постоянную. Из уравнений (6.18), (6.20) и (6.21) следует, что Тогда

(6.22)

Таким образом, относительная магнитная проницаемость, как и маг­нитная восприимчивость, является свойством горных пород, характери­зующим их способность намагничиваться. По магнитным свойствам все горные породы подразделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферро­магнетики.

Диамагнетиками называют горные породы, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора напряженности этого поля, тем самым его ослабляя. В отсутствии внешнего поля диамагнетики немагнитны, а их атомы магнитно нейтраль­ны. При внесении такой породы в поле в электронных оболочках каждого атома, в силу закона электромагнитной индукции, возникают индуциро­ванные круговые токи, т.е. добавочное круговое движение электронов. Эти токи создают магнитный момент, который направлен, согласно правилу Ленца, противоположно внешнему полю. Поэтому магнитная проницае­мость таких пород меньше единицы, а магнитная восприимчивость всегда отрицательна. По величине эффект достаточно мал, и. К диймагнетикам относятся такие породы, как известняк, галит (поваренная соль) и др. Диамагнитные свойства проявляет и вода в жидком состоянии.

Парамагнетиками называются горные породы, намагничиваю­щиеся во внешнем магнитном поле по его направлению,. В отсутствие внешнего поля атомы парамагнетика уже обладают собственным магнитным моментом, но за счет хаотичного ориентирова­ния этих моментов горная порода в целом немагнитна. Под действием внешнего поля магнитные моменты атомов ориентируются преимущест­венно по его направлению. К парамагнетикам относится большинство из­верженных пород, имеющих рудный компонент. Парамагнетики притяги­ваются к полюсам магнита, диамагнетики отталкиваются.

Ферромагнетики - горные породы, имеющие доменную структуру и повышенные значения магнитной проницаемости. Домены представляют собой области спонтанной (самопроизвольной) намагничен­ности, которые и в отсутствие внешнего поля имеют суммарный магнит­ный момент. Напряженность ферромагнетиков зависит от напряженности магнитного поля (рис.6.2). В отсутствии поля магнитные моменты доме­нов антипараллельны и взаимно гасятся. Под действием поля начинают расти те домены, направление магнитных моментов которых совпадает с направлением поля. Когда способных к росту доменов уже не остается, на­ступает намагниченность насыщения. После снятия внешнего магнит­ного поля в ферромагнетике обнаруживается остаточная намагничен­ность, которую можно устранить, лишь подвергнув породу действию противоположно направленного магнитного поля. Напряженность такого поля, при котором горная порода размагничивается, называется коэрци­тивной силой. Указанные характеристики относятся к магнитным свойст­вам горной породы. Полный цикл намагничивания имеет вид замкнутой петли, называемой магнитным гистерезисом. Площадь этой петли пропор­циональна энергии, выделяемой в ферромагнетике в виде тепла.

Рис. 6.2. Намагничивание ферромагнетика