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岩石中的磁性矿物_重磁与时间域电磁

时间:2020-01-26 百科知识 联系我们
岩石中的磁性矿物_重磁与时间域电磁

5.1 岩石中的磁性矿物

5.1.1 逆磁性

逆磁性是由原子中的轨道电子对外磁场的响应引起的。轨道运动产生的磁场与外磁场相反,逆磁性的特点是具有负磁化率。所有的物质都具有逆磁性,但是很微弱。一些矿物(如方解石、石英、石膏)具有很弱的逆磁性,负磁化率约106或105SI,在地球物理勘探工作中一般认为它们是无磁性的。假如用某种仪器测得一块标本具有绝对值很大的负磁化率,那一定是测量误差,如果不注意这一点,或者认为是什么新发现,那就是基本概念不清。20世纪七八十年代国外提出视磁化率填图方法,将磁测数据转换为视磁化率,看起来很形象。后来我国有人利用这种方法处理航磁和卫星磁测数据,得出的结果令人吃惊,正异常的区域出现正(视)磁化率,负异常区域出现绝对值很大的负(视)磁化率,对照基本原理,不知如何解释。后来作了修补,不让出现幅度大的负(视)磁化率,如何解释所得的结果,作者没有去深究。

5.1.2 顺磁性

含有铁、镁或其他过渡金属和稀土离子的矿物,相邻离子的电子自旋相互联系微弱,这样的矿物是顺磁性的。顺磁性矿物(如橄榄石、辉石、纯钛铁矿)具有弱的正磁化率(最大约103 G/Oe≈102SI,一般小于103≈104SI),没有剩磁。大多数岩石只含有少量的顺磁性矿物,因此在解释工作中不重要。近来,由于磁力仪灵敏度提高,磁测分辨率改善,可以探测出不同顺磁性矿物岩石的磁化率差别。(www.guayunfan.com)

5.1.3 铁磁性

当处于一个亚晶格的自旋是平行的,另一个亚晶格的自旋是反平行的,两种自旋相等,在没有外磁场情况下,净磁矩为零,这种物质是反铁磁性的。反铁磁性矿物的磁化率很低,没有剩磁。由于交换作用,有些物质的相邻原子内的自旋竟平行排列,形成自发磁化(spontaneous magnetization,Js),如铁、镍等,这种特性称为铁磁性。另有一种物质,分为两种亚晶格,两种自旋各占据一种亚晶格,一种自旋平行排列,另一种自旋反平行排列,但两种自旋不相等,因此也有自发磁化,这种特性称为亚铁磁性,如磁铁矿、硫复铁矿。铁磁性与亚铁磁性性质相近,可统称为铁磁性。

岩石圈磁场中扮演重要角色的磁铁矿是一种亚铁磁性的矿物。法国物理学家路易·奈耳(Louis Néel)[1]建立和发展了反铁磁性(1932)、亚铁磁性(1948)和超反铁磁性(1961)的分子场理论,在岩石磁性、磁畴和畴壁的理论等领域也都有突出贡献。他在1955年发表的长篇论文《关于岩石磁学的若干理论见解》是岩石磁学的奠基之作。由于在反铁磁性和铁氧体磁性(亚铁磁性)方面的基础研究,路易·奈耳获得了1970年诺贝尔物理学奖,同时获奖的还有瑞典学者汉内斯·阿尔文,阿尔文的贡献是在磁流体力学方面。只有他们两人的研究成果直接与地球物理学有关。反铁磁性物质当温度超过某一特定温度时,反铁磁性消失,变成顺磁性物质,这个特定温度称为奈耳点(Néel temperature,TN);铁磁性物质在温度超过某一特定温度时,铁磁性消失,变成顺磁性物质,这个特定温度称为居里点(Curie temperature,Tc)。居里点Tc是居里夫人玛丽·居里(Marie Curie)的丈夫皮埃尔·居里(Pierre Curie)发现的,皮埃尔·居里是一位著名的物理学家,对磁学很有研究,不幸因(马)车祸英年早逝,生前于1903年他与玛丽·居里一起因发现并研究放射性元素钍、钋和镭获得诺贝尔物理学奖。

居里点Tc只取决于物质成分。低于居里点,铁磁性矿物有很高的磁化率,并可获得剩磁;高于居里点,铁磁性矿物变成顺磁性的,磁化率低而且没有剩磁。