Магнітні властивості мінералів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Геологічний факультет

Кафедра геофізики

Група геофізики

Реферативна робота

з навчальної дисципліни: «Петрофізика»

на тему: «Магнітні властивості мінералів»

Безродна І.М

Київ 2014

Магнітні властивості мінералів і гірських порід - сукупність властивостей, що характеризують здатність мінералів і гірських порід намагнічуватися у зовнішньому магнітному полі. Магнетизм порід залежить від їх генезису, умов утворення та існування. Магнітні властивості змінюються при зміні тиску і температури, адже при цьому змінюється не тільки структура породи але і її мінеральний склад.

Мінерали підрозділяються на діамагнетики (наприклад, кварц, кальцит, польові шпати , самородне срібло і золото, флюорит і інші ), парамагнетики (залізовмісні силікати , хлорит, слюди та інші), антиферомагнетики (гематит, гетит та інші), феромагнетики (самородне залізо, нікель та ін) і феримагнетики (магнетит, титаномагнетит, хроміт та інші.) До слабомагнітних відносяться діа- і парамагнітні мінерали, до сильномагнітних - феромагнітні і феримагнітні мінерали.

До основних характеристик магнітних властивостей відносяться магнітна сприйнятливість (k) , намагніченість (I_s), точки Кюрі (T_c) і коерцитивної сила (H_c) . мінерал гірський магнітний

В точці Кюрі (Т_c) відбувається перехід речовини з феромагнітного в парамагнітний стан, мимовільна намагніченість практично зникає. Температура переходу речовини з антиферомагнітного в парамагнітний стан називається температурою Нееля (TN) . Намагніченість речовини при збільшенні напруженості (Н) зовнішнього магнітного поля зростає, а потім досягає насичення I_s . Величини Is і Tc (TN) визначаються складом і розподілом іонів по кристаллографическим позиціях і практично не залежать від розміру і форми виділень, характеру розподілу феромагнітного мінералу в слабомагнітной матриці, розподілу напружень та ін. Ці константи феромагнітних мінералів можуть бути використані з метою діагностики , так, для магнетиту T_c = 575 ° С , I_s ( при 20 ° С) 92 А * м²/кг ; для гематиту TN = 675 ° С , I_s ( при 20 ° С) 0,36 , А * м2/кг ; для самородного заліза T_c = 770 ° С , I_s ( при 20 ° С) 218 А * м2/кг та ін. Значення T_c мінералів залежать від змісту ізоморфних домішок в кристалічній структурі, концентрації яких можуть бути визначені на основі відомих калібрувальних графіків. Так , наприклад, вміст MgO в магномагнетитах (проміжні члени ряду магнетит - магнезіоферит ) визначається за формулою; aMgO = 85 - 0,149 Tc , де aMgO - вміст MgO в % за масою і T_c - значення температури Кюрі. Значення коерцитивної сили Hc дорівнює абсолютній величині поля, яке треба докласти, щоб намагніченість зразка стала рівною нулю. Розрізняють магнітно- м'які (з малими величинами Hc ) мінерали - крупнозернистий магнетит , пірротін , самородне залізо і магнітно- тверді - гематит , маггеміт ) . На відміну від T_c , TN і I_s величини k , Hc та ін крім складу і кристалічної структури істотно залежать від текстурно - структурних особливостей мінералів і варіюють у значних межах для одного мінералу. Різні види природної залишкової намагніченості I_п, крім зазначених факторів , враховують той факт , що формування мінеральних індивідів та їх агрегатів відбувається в магнітному полі Землі.

Магнітні властивості гірських порід визначаються вмістом в них головним чином феромагнітних мінералів, залежать також від їх складу , кристалічної структури , текстурно - структурних особливостей і характеру розподілу . У зв'язку з цим розрізняють властивості структурно - нечутливі до текстурно - структурним особливостям гірських порід (але не до кристалічній структурі мінералів) : намагніченість насичення , точка Кюрі; і структурно -чутливі, які, крім того, залежать від розміру і структури феромагнітних мінералів: магнітна сприйнятливість , залишкова намагніченість , коерцитивної сила . Зміна концентрації феромагнітних мінералів у вивержених гірських породах визначається тектонічними умовами їх утворення і складом магми. В одній тектономагматіческой зоні намагніченість статистично зростає від порід кислого складу до основних (мінімальних значень в гранітах складчастих зон). Загалом з збільшенням ступеня метаморфізму намагніченість зменшується , хоча її значення сильно змінюються від типу метаморфізму. Наприклад, серпентінізація перідотітов, в яких відсутні первинні магнітні мінерали, призводить до утворення магнетиту і зростанню намагніченості .

Різниця магнітних властивостей по різних напрямках породи визначається кристалографічною анізотропією феромагнітних мінералів, текстурою, неізометричністю форми зерен, лінійним чи пошаровим їх розподілом. Найбільшою магнітною анізотропією володіють метаморфічні гірські породи - сланці , гнейси , у яких відношення k_max/k_min досягає 1,5-2,0 і більше.

Вимірювання магнітних властивостей порід

Магнітні властивості гірських порід вимірюються в лабораторних умовах за попередньо відібраними в полі зразками, у відслоненнях і гірських виробках в природному заляганні, визначаються за допомогою каротажу свердловин, а також за матеріалами інтерпретації магнітних аномалій на ділянках параметричних спостережень. З метою магніторозвідки вимірюють магнітну сприйнятливість, рідше - залишкову намагніченість, температуру Кюрі. При палеомагнітних дослідженнях визначають стабільність намагніченості, температуру Кюрі , намагніченість насичення, коерцитивної сили, величину і напрям природної залишкової намагніченості. Основними методами вимірювання магнітної сприйнятливості і залишкової намагніченості є:

а )магнітометричний метод, в якому вивчається просторовий розподіл магнітного поля, створюваного зразком при різній орієнтуванні по відношенню до земного полю або при компенсації геомагнітного поля за допомогою полів системи кільцевих струмів (кілець Гельмгольца);

б) індукційний метод, в якому безпосередньою мірою вимірюваної величини служить ЕРС в котушках з поміщеними всередину зразками (і без них) або в котушках, обертових щодо зразка. Конкретні прилади тут не розглядаються.

Вивчення магнітних властивостей дозволяє судити про умови утворення і перетворення мінералів і гірських порід , про природу магнітних аномалій Землі. Наприклад , природна залишкова намагніченість гірських порід характеризує напруженість і напрямок магнітного поля часу утворення породи , що дозволило створити палеомагнітний шкалу часу, сприяло розвитку тектоніки літосферних плит. На магнітних властивостях засновані магнітна розвідка і археомагнетизм , на виділенні феромагнітних мінералів з гірських порід - збагачення методом магнітної сепарації , а поділ магнітної фракції гірських порід за складом засноване на відмінностях значень точок Кюрі мінералів ( термомагнітна сепарація ) .

Размещено на Allbest.ru