岩矿石磁性解析课件

磁法、电法在区矿调工作中的应用磁法、电法第一章磁法勘探

第一节地磁场

第二节岩（矿）石的磁性特征

第三节磁力仪

第四节磁测的野外工作方法

第五节磁异常的地质解释及应用

第一章磁法勘探

第一节地磁场

第二节岩（教学目的：使学员了解岩（矿）石物性特征教学内容：一、物质的磁性二、岩石矿物的磁性特征

三、岩石的剩余磁性授课方法：理论讲解，图片演示，实例引导，课堂提问。教学时间：50分钟2023/8/19教学目的：使学员了解岩（矿）石物性特征2023/8/5第二节岩（矿）石的磁性特征地壳中的岩石和矿体都处在地球磁场中，从它们形成时起，就受其磁化而具有不同程度的磁性，其磁性差异在地表引起磁异常。

岩（矿）石磁性是磁法勘探的物理基础

第二节岩（矿）石的磁性特征地壳中的岩石和矿体都处研究岩（矿）石磁性的目的掌握岩石和矿物受磁化的原理。了解岩（矿）石的磁性特征及其影响因素，以正确确定磁法能够解决的地质任务，对磁异常作出正确的地质解释。有关岩（矿）石磁性的研究成果，亦可直接用来解决某些基础地质问题(如区域地层对比，构造划分等)。第二节岩（矿）石的磁性特征第二节岩（矿）石的磁性特征任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果，起源于原子中原子核和电子的运动。一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果，起源于原子中原子核和电磁化强度：三者的矢量和电子轨道磁矩自旋磁矩原子核自旋磁矩。磁化率：是物质在外加磁场作用下的合磁矩(称为磁化强度)与磁场强度之比值，符号为κ。一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征磁化强度：三者的矢量和一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁各类物质，由于原子结构不同，它们在外磁场作用下，呈现不同的宏观磁性。

2023/8/19抗磁性顺磁性铁磁性一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征各类物质，由于原子结构不同，它们在外磁场作用下，呈（一）抗磁性(逆磁性)

1.定义：在受到外加磁场作用时，物质获得反抗外加磁场的磁化强度的现象。一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征（一）抗磁性(逆磁性)1.定义：在受到外加磁场作用时，物质（一）抗磁性(逆磁性)

2.特征：磁化率（κ）＜0，数值很小（0.n~n×10-6CGSM），且为常数在外磁力作用下，电子的运动轨道绕外磁场作旋进，此旋进产生附加磁矩的方向与外磁场相反，形成抗磁性。常见的抗磁性物质:金、汞、锌、硫、水、金属铜、碳（C）和大多数有机物、生物组织。一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征（一）抗磁性(逆磁性)2.特征：常见的抗磁性物质:金、汞、（二）顺磁性1.定义：磁场作用下，物质中相邻原子或离子的热无序磁矩在一定程度上与磁场强度方向一致的定向排列的现象。一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征（二）顺磁性1.定义：一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁（二）顺磁性2.特点：顺磁性物质（paramagnetism）的磁化率为正值，比抗磁性大1～3个数量级，κ约10-5～10-3。

κ顺磁性绝对值＞κ抗磁性绝对值在外磁场作用下，原来取向杂乱的磁矩将定向，从而表现出顺磁性。顺磁性与绝对温度成反比κ顺磁∝C/T

（C为居里常数）一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征常见的顺磁性物质：铝、锰、钨、铀等（二）顺磁性2.特点：一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁(三)铁磁性1.定义物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征(三)铁磁性1.定义一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性

2.特征:（1）磁化强度与磁化场呈非线性关系（2）磁化率与温度的关系服从居里-魏斯定律（3）磁化率要比抗、顺磁性物质的磁化率大很多。(三)铁磁性一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征2.特征:(三)铁磁性一、物质的磁性第二节岩（（1）.磁化强度与磁化场呈非线性关系-磁滞现象对未磁化样品施加磁场H的作用。随H值由零增至Hs，而后减至零；反向由零减至-Hs，再由-Hs，增至Hs，变化一周。样品的磁化强度M，沿O、A、B、C、D、E、F、A变化，诸点形成曲线，称磁滞回线。磁滞回线表明铁磁性物质的磁化强度随磁化场变化，呈不可逆性。一、物质的磁性第二节岩（矿）石的磁性特征

2.特征:(三)铁磁性（1）.磁化强度与磁化场呈非线性关系-磁滞现象对未磁化样品施(2)磁化率与温度的关系温度升高，铁磁性物质磁化率κ增大，容易被磁化，临近居里点时κ达到极大值；温度高于居里温度，继续升高时，κ急剧下降→0，由铁磁性转为顺磁性。磁化率与温度服从居里-魏斯定律：C是居里常数，T是热力学温度，TC是居里温度。一般铁磁体的TC很高，例如铁为1043K（3.73；280℃）。2023/8/19

2.特征:(三)铁磁性第二节岩（矿）石的磁性特征一、物质的磁性(2)磁化率与温度的关系2023/8/52.特征:(三)铁（3）磁化率要比抗、顺磁性物质的磁化率大很多。铁磁物质内包含着很多个自发磁化区域，称做磁畴。无外磁场，各磁畴的磁化强度矢量取向混乱，不呈磁性。当施加外磁场时，磁畴结构将发生变化；随外磁场增强，通过畴壁移动和磁畴转动的过程，显示出宏观磁性。无外磁场外磁场较小外磁场大＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋-＋-----------

2.特征:(三)铁磁性第二节岩（矿）石的磁性特征一、物质的磁性（3）磁化率要比抗、顺磁性物质的磁化率大很多。铁磁物质内包含磁畴内原子间相互作用、原子磁矩排列情况有别，铁磁性又分为三种类型。2023/8/19（1）铁磁性：磁畴内原子磁矩同一方向。(铁、镍、钴）（2）反铁磁性：原子磁矩排列相反，磁化率很小。（3）亚铁磁性：磁矩不相等，故仍具有自发磁矩。具有较大的磁化率和剩余磁化强度(三)铁磁性第二节岩（矿）石的磁性特征一、物质的磁性磁畴内原子间相互作用、原子磁矩排列情况有别，铁磁性又分为三种

第二节岩（矿）石的磁性特征

二、岩石、矿石的磁性特征

（一）表征磁性的物理量

（二）矿物的磁性

（三）各类岩石的一般磁性特征（四）影响岩石磁性的主要因素

第二节岩（矿）石的磁性特征

二、岩石、矿石的磁性特在磁法勘探中，岩矿石的磁性通常用磁化率（κ）、感应磁化强度（Mi）、剩余磁化强度（Mr）和总磁化强度(M)表示。第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（一）表征磁性的物理量在磁法勘探中，岩矿石的磁性通常用磁化率（κ）、感应磁化强度（CGSM制单位磁场强度：常用单位为“伽马（γ）”1伽马（γ）

=10-5奥斯特（Oe）磁感应强度：高斯奥斯特与高斯两者量纲相同，有时可通用。SI制单位（国际单位）特斯拉（T）。此量纲较大，通常用“纳特（nT）”，1纳特（nT）=10-9特斯拉（T）=10-5高斯=1伽马（γ）第二节岩（矿）石的磁性特征（一）表征磁性的物理量二、岩石、矿石的磁性特征CGSM制单位第二节岩（矿）石的磁性特征（一）表征磁性的1.磁化强度（M）和磁化率（κ）磁化强度（M）均匀无限磁介质受外磁场（H）作用（如地球磁力作用），衡量物质被磁化的程度；磁化率（κ）物质被磁化的难易程度M与H之间的关系

M=κH第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（一）表征磁性的物理量1.磁化强度（M）和磁化率（κ）第二节岩（矿）石的磁性特单位（量纲）磁化率（κ）的单位表示为无量纲的物理量；在SI单位制中用SI（κ）表示在CGSM制中用CGSM（κ）表示

1SI（κ）=CGSM（κ）/4π磁化强度（M）单位SI制单位：安培/米（A/m）CGSM制：CGSM（m）

1A/m=10-3CGSM（m）（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征单位（量纲）（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）石的磁性2.磁感应强度和磁导率磁感应强度（B）在各向同性磁介质内部任意点上，磁化场H在该点产生的磁通密度。与磁化场关系

B=μHB的单位为特斯拉（T）或纳特（nT）磁导率（μ

）单位为亨利/米（H/m），在CGSM制中为无量纲用CGSM（μ

）表示

1H/m=107CGSM（κ）/4π（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征2.磁感应强度和磁导率（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿3.感应磁化强度感应磁化强度（Mi）岩矿石在现代地磁场中被磁化获得的磁化强度地磁场近似为均匀的弱磁场，用T表示，即Mi=κT式中：κ为岩矿石的磁化率，它取决于岩矿石的性质。（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征3.感应磁化强度（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）石的4.剩余磁化强度（Mr）岩矿石在生成时，处在一定条件下，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。与现代地磁场无关。（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征4.剩余磁化强度（Mr）（一）表征磁性的物理量第二节岩（5.总磁化强度（M）由感应磁化强度（Mi）和剩余磁化强度（Mr）叠加组成，即为感磁和剩磁的矢量和：

M=Mi+Mr=κT+Mr剩磁可通过岩矿石标本测定获得大小和方向，地磁场强度T可通过查地磁图或计算获得，因此不难获得总磁化强度（M）（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征5.总磁化强度（M）（一）表征磁性的物理量第二节岩（矿）第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（二）矿物的磁性1.抗磁性矿物与顺磁性矿物自然界中，绝大多数矿物属顺磁性与抗磁性。2023/8/19抗磁性矿物顺磁性物质名称κ平均10-5SI(κ)名称κ平均10-5SI(κ)名称κ平均10-5SI(κ)名称κ平均10-5SI(κ)石英-1.3方铅矿-2.6橄榄石2绿泥石29~90正长石-0.5闪锌矿-4.8角闪石10~80金云母50锆石-0.8石墨-0.4黑云母15~65斜长石1方解石-1.0磷灰石-8.1辉石40~90尖晶石3岩盐-1.0重晶石-1.4铁黑云母750白云母40~20第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（二）矿物的磁性2023/8/5抗磁性矿物顺磁性物质名称κ平（二）矿物的磁性2.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一钛氧化物。由FeO、Fe2O3和TiO2组合成的固熔体的主要矿物及其他磁性矿物。2023/8/19矿物分子式κ/SI(κ)磁铁矿Fe3O40.07~0.2钛磁铁矿xFe3O4•(1-x)TiFe2O410-7~10-2磁赤铁矿γFe2O30.03~0.2赤铁矿αFe2O310-6~10-5磁黄铁矿FeS1+xx10-3~10-4铁镍矿NiFe2O40.05锰尖晶石MnFe2O32.0镁铁矿MgFe2O40.08针铁矿αFeOOH(0.02~80)×10-4纤铁矿γFeOOH(0.9~2.5)×10-4菱铁矿FeCO3(20~60)×10-4第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（二）矿物的磁性2023/8/5矿物分子式κ/SI(κ)（三）各类岩石的一般磁性特征1.沉积岩的磁性一般说来，沉积岩的磁性较弱。沉积岩的磁化率主要决定于副矿物的含量和成分（磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿，以及铁的氢氧化物）。沉积岩的天然剩余磁性，与由母岩剥蚀下来的磁性颗粒有关，其数值不大。2023/8/19第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/5第二节岩（矿（三）各类岩石的一般磁性特征2.火成岩的磁性（1）不同类型的侵人岩（花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、超基性岩等），其κ平均值随着岩石的基性增强而增大。它们的磁化率均具有数值分布范围宽的相同特征。2023/8/19第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/5第二节岩（矿（三）各类岩石的一般磁性特征2.火成岩的磁性（2）超基性岩是火成岩中磁性最强的。超基性岩体系在经受蛇纹石化时，辉石被蚀变分解形成蛇纹石和磁铁矿，使磁化率急剧增大，可达到几个SI（κ）单位。2023/8/19第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/5第二节岩（矿（三）各类岩石的一般磁性特征2.火成岩的磁性（3）基性岩、中性岩，一般来说其磁性较超基性岩要低。（4）花岗岩建造的侵人岩，普遍是铁磁—顺磁性的，磁化率不高。2023/8/19第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/5第二节岩（矿（三）各类岩石的一般磁性特征2.火成岩的磁性（5）喷出岩在化学和矿物成分上与同类侵人岩相近，其磁化率的一般特征相同。由于喷出岩迅速且不均匀地冷却，结晶速度快，因而其磁化率离散性大。（6）火成岩具有明显的天然剩余磁性，其Q=Mr/Mi称为柯尼希斯贝格比。不同岩石组成的Q值范围，可在0~10或更大范围内变化。2023/8/19第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/5第二节岩（矿（三）各类岩石的一般磁性特征3.变质岩的磁性变质岩的磁化率和剩余磁化强度的变化范围很大。

磁性与原来的基质有关，也与其形成条件有关。副变质岩，磁性特征一般具有铁磁一顺磁性；正变质岩，磁性有铁磁一顺磁性与铁磁性。2023/8/19第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/5第二节岩（矿（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/19岩石类型κ/10-6SI(κ)Mr/(A·m-1)超基性岩101~10310-1~101基性岩100~10310-3~101酸性岩100~10210-~101变质岩10-1~10210-3~10-1沉积岩10-1~10110-3~10-1第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（三）各类岩石的一般磁性特征2023/8/5岩石类型κ/10（四）影响岩石磁性的主要因素岩石的磁性是由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小与结构，以及温度、压力等因素决定的。1.岩石磁性与铁磁性矿物含量的关系一般来说，岩石中铁磁性矿物含量愈大，磁性愈强。2023/8/19第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征（四）影响岩石磁性的主要因素2023/8/5第二节岩（矿2023/8/19（四）影响岩石磁性的主要因素2.岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系在给定的外磁场

作用下，铁磁性矿物的相对含量不变，颗粒粗的较之颗粒细的磁化率大。铁磁性矿物在岩石中的结构对岩石的磁化率的影响。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。第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征2023/8/5（四）影响岩石磁性的主要因素第二节岩（矿2023/8/19（四）影响岩石磁性的主要因素3.岩石磁性与温度、压力的关系铁磁性矿物的磁化率与温度的关系，有可逆及不可逆两种。前者磁化率随温度增高而增大，接近居里点则陡然下降趋于零；加热和冷却的过程，在一定条件下磁化率都有同一个数值。后者其加热和冷却曲线不相吻合，即不可逆。它是温度增高后不稳定的那类铁磁性矿物的特征。温度增高，还导致岩石剩余磁化强度退磁。第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征2023/8/5（四）影响岩石磁性的主要因素第二节岩（矿2023/8/19（四）影响岩石磁性的主要因素3.岩石磁性与温度、压力的关系一般而言，岩石磁化率随着所受机械压力的增加而减小。垂直于受压方向所测得的磁化率，与压力的相依关系较弱。岩石的剩余磁化强度，亦随着岩石受压的增大而减小。第二节岩（矿）石的磁性特征二、岩石、矿石的磁性特征2023/8/5（四）影响岩石磁性的主要因素第二节岩（矿

第二节岩（矿）石的磁性特征

三、岩石的剩余磁性

（一）岩石剩余磁性的类型及特点（二）各类岩石剩余磁性的成因

第二节岩（矿）石的磁性特征

三、岩石的剩余磁性

2023/8/19三、岩石的剩余磁性岩石在成岩过程中获得天然剩余磁化强度，它是岩石磁性的重要组成部分。不论是磁法勘探，还是古地磁测定，都要十分注意研究岩石的剩余磁性。第二节岩（矿）石的磁性特征2023/8/5三、岩石的剩余磁性第二节岩（矿）石的磁性2023/8/19（一）岩石剩余磁性的类型及特点由于形成剩余磁性的磁化历史（如磁化场、矿物成分、温度及化学反应等）的不同因而岩石剩余磁性的类型、特点各不相同。1.热剩余磁性（TRM）2.碎屑剩余磁性（DRM）3.化学剩余磁性（CRM）4.黏滞剩余磁性（VRM）5.等温剩余磁性（IRM）第二节岩（矿）石的磁性特征三、岩石的剩余磁性2023/8/5（一）岩石剩余磁性的类型及特点第二节岩（2023/8/19（一）岩石剩余磁性的类型及特点1.热剩余磁性（TRM）在恒定磁场作用下，岩石从居里点以上的温度，逐渐冷却到居里点以下，在通过居里温度时受磁化所获得的剩磁，称热剩余磁性（简称热剩磁）。热剩磁的特点：（1）强度大。（2）具有很高的稳定性。第二节岩（矿）石的磁性特征三、岩石的剩余磁性2023/8/5（一）岩石剩余磁性的类型及特点第二节岩（2023/8/19（一）岩石剩余磁性的类型及特点2.碎屑剩余磁性（DRM）沉积岩中含有从母岩风化剥蚀带来的许多碎屑颗粒，其中磁性颗粒（磁铁矿等）在水中沉积时，受当时的地磁场作用，会沿地磁场方向定向排列，或者是这些磁性颗粒在沉积物的含水孔隙中转向地磁场方向。沉积物固结成岩石，保存下来的磁性称为碎屑剩余磁性。碎屑剩磁的特点：（1）其强度比热剩磁小得多。（2）碎屑剩磁比较稳定。（3）等轴状颗粒，其碎屑剩磁方向和外磁场（地磁场）方向一致。第二节岩（矿）石的磁性特征三、岩石的剩余磁性2023/8/5（一）岩石剩余磁性的类型及特点第二节岩（2023/8/19（一）岩石剩余磁性的类型及特点3.化学剩余磁性（CRM）在一定磁场中，某些磁性物质在低于居里温度的条件下，经过相变过程（重结晶）或化学过程（氧化还原）所获得的剩磁，称化学剩余磁性（化学剩磁）。化学剩磁的特点：（1）在弱磁场中，其强度正比于外磁场的强度。（2）有较高的稳定性。（3）在相同磁场中，化学剩磁强度只有热剩磁强度的几十分之一，但大于碎屑剩磁强度。热、碎屑、化学剩余磁性，统称为原生剩磁。第二节岩（矿）石的磁性特征三、岩石的剩余磁性2023/8/5（一）岩石剩余磁性的类型及特点第二节岩（2023/8/19（一）岩石剩余磁性的类型及特点4.黏滞剩余磁性（VRM）岩石生成之后，长期处在地球磁场作用下，随时间的推移，其中原来定向排列的磁畴，逐渐地弛豫到作用磁场的方向，这一过程中所形成的剩磁称黏滞剩余磁性。黏滞剩余磁性的特点：（1）强度与时间的对数成正比。（2）随温度增高，黏滞剩磁增大。裸露于地表的岩石，受昼夜及季节温差变化的热骚动影响，随时间增长会形成较强的黏滞剩磁。具有较大黏滞剩磁的岩石样品，不宜用于古地磁研究。第二节岩（矿）石的磁性特征三、岩石的剩余磁性2023/8/5（一）岩石剩余磁性的类型及特点第二节岩（2023/8/19（一）岩石剩余磁性的类型及特点5.等温剩余磁性（IRM）在常温没有加热情况下，岩石因受外部磁场的作用（比如闪电作用），获得的剩磁称等温剩余磁性。等温剩磁是不稳定的，其大小和方向随外磁场变化。第二节岩（矿）石的磁性特征三、岩石的剩余磁性2023/8/5（一）岩石剩余磁性的类型及特点第二节岩（2023/8/19（一）岩石剩余磁性的类型及特点黏滞、等温剩磁，是在岩石生成之后，因受某些外部因素的作用而获得的，因此称它们为次生剩磁。地壳岩石具有的原生剩磁，既是磁法勘探，也是古地磁研究的对象。次生剩磁不能作为古地磁研究的“化石”。第二节岩（矿）石的磁性特征三、岩石的剩余磁性2023/8/5（一）岩石剩余磁性的类型及特点第二节岩（2023/8/19（二）各类岩石剩余磁性的成因1.火成岩剩磁的成因热剩磁是形成火成岩原生剩磁的原因。2.