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1、应用地磁学应用地磁学（磁法勘探）（磁法勘探）姚长利姚长利中国地质大学地球物理学院中国地质大学地球物理学院第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性1、物质磁性、物质磁性2、岩石的磁性、岩石的磁性3、岩石中的剩磁、岩石中的剩磁4、地质体磁化的消磁作用、地质体磁化的消磁作用第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性表征磁性的物理量表征磁性的物理量磁化强度磁化强度M: 均匀无限磁介质，受外部磁场均匀无限磁介质，受外部磁场H作用，作用，衡量物质被磁化程度的物理量。衡量物质被磁化程度的物理量。M HJJKJJK=第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性表征磁性的物理量表征磁性的物理量：物质磁化率：物
2、质磁化率它表征物质受磁化的难易程度，是无量纲的它表征物质受磁化的难易程度，是无量纲的物理量。物理量。第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性表征磁性的物理量表征磁性的物理量：物质磁化率：物质磁化率它表征物质受磁化的难易程度，是无量纲的它表征物质受磁化的难易程度，是无量纲的物理量。物理量。注意单位制！注意单位制！表征磁性的物理量表征磁性的物理量无量纲，但无量纲，但仍注以单位仍注以单位在在SI制中制中:单位注明为单位注明为SI（），磁化强度单位为），磁化强度单位为A/m; CGSM制中制中:单位注明为单位注明为CGSM（），磁化强度单位为），磁化强度单位为CGSM（m）两者关系两者关系: 1SI（）=1/
3、4CGSM()；1A/m=10-3CGSM（m）表征磁性的物理量表征磁性的物理量感应磁化强度感应磁化强度：位于岩石圈中的地质体，受到现代地磁场的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磁化而具有的磁化强度T：地磁场总强度：地磁场总强度：岩矿石的磁化率：岩矿石的磁化率0:真空中的磁导率真空中的磁导率00iTM HTJKJJK JJKJK= =表征磁性的物理量表征磁性的物理量剩余磁化强度剩余磁化强度：岩矿石在生成时，处在一定的条件下，受当岩矿石在生成时，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。代，
4、所保留下来的磁化强度。记为：记为：rMJJK表征磁性的物理量表征磁性的物理量岩石的总磁化强度，由两部分组成：岩石的总磁化强度，由两部分组成：0ir rM MM TMJJKJJKJJJKJKJ JK=+= +第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性1、物质磁性、物质磁性第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性1、物质磁性、物质磁性带电粒子运动带电粒子运动物质磁性物质磁性第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性1、物质磁性、物质磁性带电粒子运动带电粒子运动物质磁性物质磁性原子总磁矩：原子总磁矩：电子轨道磁矩；电子轨道磁矩；电子自旋磁矩；电子自旋磁矩；原子核自旋磁矩原子核自旋磁矩.第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性1、物质磁
5、性、物质磁性带电粒子运动带电粒子运动物质磁性物质磁性原子总磁矩：原子总磁矩：电子轨道磁矩；电子轨道磁矩；电子自旋磁矩；电子自旋磁矩；原子核自旋磁矩原子核自旋磁矩.结构不同结构不同表现不同表现不同第二章第二章岩石的磁性岩石的磁性1、物质磁性、物质磁性结构不同结构不同表现不同表现不同分三类：分三类：抗磁性、顺磁性、铁磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性1、物质磁性、物质磁性抗磁性：抗磁性：原因：原因： 1、本身没有净剩磁矩、本身没有净剩磁矩(1)各电子层中，电子成对出现，自旋方向各电子层中，电子成对出现，自旋方向相反，自旋磁矩抵消相反，自旋磁矩抵消;(2)相邻轨道相互作用，抵消轨道磁矩相邻轨道相互作用，抵消
6、轨道磁矩.),HMHJJKJJKJJK作用为负（与相反且很小。1、物质磁性、物质磁性抗磁性：抗磁性：原因：原因： 2、外磁场作用下，运动电子（轨道）受到、外磁场作用下，运动电子（轨道）受到罗伦茨力，绕外磁场旋进（罗伦茨力，绕外磁场旋进（拉莫尔旋拉莫尔旋进进），角速度），角速度的方向与的方向与H相同，产生的磁相同，产生的磁场方向相反抗磁性。场方向相反抗磁性。),HMHJJKJJKJJK作用为负（与相反且很小。1、物质磁性、物质磁性抗磁性抗磁性:2201246:ziieeiNermNemZrJJKJJK=单位体积物质的原子数；单位体积物质的原子数；为元电荷；为元电荷；为电子静质量；为电子静质量；为
7、每个原子中的电子数；为每个原子中的电子数；为电子轨道半径的均方值为电子轨道半径的均方值.1、物质磁性、物质磁性抗磁性是普遍的抗磁性是普遍的与温度无关；与温度无关；去掉外磁场，附加磁矩消失，即磁性消失去掉外磁场，附加磁矩消失，即磁性消失220146ziieNermJJK=1、物质磁性、物质磁性顺磁性：顺磁性：原因：原因： 1、电子层中，有非对称的电子，其自旋磁、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；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，、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。有外磁场时，转向，显示顺磁性。)H
8、MHJJKJJKJJK作用为正（与方向相同1、物质磁性、物质磁性顺磁性：顺磁性：与（绝对）温度成反比（与（绝对）温度成反比（居里定律居里定律）2043aN CkT T=:aNkCT：居里常数；居里常数；热力学温度热力学温度.玻尔兹曼常数；玻尔兹曼常数；单位体积物质原子数；单位体积物质原子数；原子磁矩；原子磁矩；1、物质磁性、物质磁性顺磁性：顺磁性：与（绝对）温度成反比（与（绝对）温度成反比（居里定律居里定律）发展了通过磁化率测定，确定原子磁矩的重要实发展了通过磁化率测定，确定原子磁矩的重要实验方法验方法2043aN CkT T=:aNkCT：居里常数；居里常数；热力学温度热力学温度.玻尔兹曼常
9、数；玻尔兹曼常数；单位体积物质原子数；单位体积物质原子数；原子磁矩；原子磁矩；1、物质磁性、物质磁性铁磁性：铁磁性：某些物质（某些物质（Fe,Co,Ni）含有非成对电子，）含有非成对电子，电子自旋磁矩构成原子磁矩，由于相邻原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，即使没有外磁场作电子保持自旋平行，即使没有外磁场作用，也在局部用，也在局部“区域区域”内产生平行排列，这种内产生平行排列，这种磁化叫磁化叫自发磁化自发磁化，小区域称为，小区域称为“磁畴磁畴”。1、物质磁性、物质磁性铁磁性磁化过程铁磁性磁化过程：（与外
10、磁场关系，温度不变）：（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，不呈磁无外磁场作用时，各磁畴的取向混乱，不呈磁性；性；施加外磁场时，磁畴结构发生变化，畴壁移动，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；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；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
11、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部分磁化强度（剩余磁化强度）（剩余磁化强度）。1、物质磁性、物质磁性铁磁性铁磁性：（与温度关系，外磁场不变）：（与温度关系，外磁场不变）温度温度；温度温度；铁磁性铁磁性顺磁性顺磁性铁磁性的类型：铁磁性的类型：三种：三种：铁磁性铁磁性; 反铁磁性反铁磁性; 亚铁磁性亚铁磁性. 1、物质磁性、物质磁性物质的磁性规律：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、当原子（或分子）的磁矩总和为零时，显示抗磁性性; 2、当原子具有一定磁矩、当原子具有一定磁矩（电子（电子自旋磁矩）时自旋磁矩）时:当原子磁矩间没有相互作用时，显示顺
12、磁性；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，显示铁磁性的相互作用形成磁畴，显示铁磁性(三种类型：铁磁三种类型：铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性性、反铁磁性、亚铁磁性)1、物质磁性、物质磁性几个问题：几个问题： 1、物质的磁性从何而来？、物质的磁性从何而来？ 2、物质的磁性分几类？、物质的磁性分几类？ 3、温度与物质的磁性有什么关系？、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、铁磁性物质（随外磁场变化）的磁化过程。程。2、岩石的磁性、岩石的磁性一矿物的磁性一矿物的磁性抗
13、磁性、顺磁性、铁磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性2、岩石的磁性、岩石的磁性一矿物的磁性一矿物的磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性抗磁性、顺磁性、铁磁性2、岩石的磁性、岩石的磁性铁磁性矿物：铁磁性矿物：自然界中不存在纯铁磁性矿物。最重要的磁性矿自然界中不存在纯铁磁性矿物。最重要的磁性矿物当推物当推铁铁-钛氧化物钛氧化物。地壳中纯磁铁矿少见，大多。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。铁率，且有较强的剩余磁性，其变化范围较大
14、。铁-钛氧化物的三元系统如下图所示，由钛氧化物的三元系统如下图所示，由FeO、Fe2O3和和TiO2组成的固熔体组成的固熔体,其主要矿物及磁性见其主要矿物及磁性见以下附表所示。以下附表所示。2、岩石的磁性、岩石的磁性铁磁性矿物：铁磁性矿物：铁铁-钛氧化物的钛氧化物的三元系统：三元系统：其主要矿物及磁性见其主要矿物及磁性见附表所示。附表所示。2、岩石的磁性、岩石的磁性2、岩石的磁性、岩石的磁性二二岩石岩石的磁性的磁性岩石的磁性与岩石中铁磁性矿物的有无、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含量的多少，颗粒的大小及其分布情况直接有关。接有关。2、岩石的磁性、岩石的磁性 (一一).沉积岩：沉积岩：磁性较弱。沉积岩的磁化率主要决定于副矿物磁性较弱。沉积岩的磁化率主要决定于副矿物(磁铁矿、磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿等）的含量及成分磁赤铁矿、赤铁矿等）的含量及成分. (二二).火成岩：火成岩：1.侵入岩的磁化率随岩石的基性增强而增大；侵入岩的磁化率随岩石的基性增强而增大；2.超基性岩磁性最强超基性岩磁性最强,基性、中性岩次之；基性、中性岩次之；3.花岗岩建造的侵入岩花岗岩
