Лекция 1. Магниторазведка 1.1 Элементы магнетизма (стр. 4 )

У ферромагнитных веществ взаимодействие между атомами настолько велико, что магнитные моменты всех атомов даже при отсутствии внешнего поля располагаются параллельно друг другу, образуя элементарные объемы [домены]. Характерной особенностью доменов является их самопроизвольная [спонтанная] намагниченность, не зависящая от величины внешнего магнитного поля. При насыщении ферромагнетика магнитные моменты располагаются параллельно внешнему полю. Однако магнитная восприимчивость ферромагнетиков проявляется до определенной температуры (точки Кюри), выше которой они превращаются в парамагнетики. На рисунке 1.5, 1.6 [по ] показана зависимость начальной магнитной восприимчивости от температуры для образцов изверженных пород имеющих различный минералогический состав.

Рисунок 1.5 - Примеры изменения магнитной восприимчивости с температурой изверженных пород (однофазная система)

На рисунке 1.5 показаны изменения магнитной восприимчивости как при нагревании, так и при охлаждении образцов, содержащих лишь один ферромагнитный минерал (магнетит), тогда как рисунок 1.6 относится к образцам, имеющим двухфазную структуру, т. е состоящим из двух ферромагнитных минералов.

Рисунок 1.6 - Примеры изменения магнитной восприимчивости изверженных пород с температурой (двухфазная система)

В обоих случаях кривые а почти идентичны как при прямом так и обратном ходе температуры, в то время как кривые б резко отличаются друг от друга. В первом случае нагревание не оказывает влияние на ферромагнитные минералы, во втором происходит изменение физического или минералогического состава. Кроме того кривые на рисунке 1.6 отличаются от кривых на рисунке 1.5 тем, что имеют минимум и слабый второй максимум магнитной восприимчивости. Этот минимум и соответствует точке Кюри второго ферромагнитного минерала, которые в обоих случаях кривые (а, б) лежит около 350°С.

По наблюдениям температурной зависимости магнитной восприимчивости горных пород можно судить:

о вещественном составе ферромагнитных минералов по точкам Кюри; при получении информации по стадии образования ферромагнитных минералов (ферромагнитные минералы образовались одновременно с породой или в процессе наложенного метаморфизма) по точкам Кюри можно оценивать температуру формирования пород или проявления процессов метаморфизма сопровождающегося образованием.

К наиболее распространенным ферромагнитным минералам относятся магнетит, титаномагнетит, гематит, маггемит, пирротин, пентландит и др.

Ферромагнетики делятся на собственно ферромагнетики, антиферромагнетики и ферриты. У собственно ферромагнетиков магнитные моменты всех атомов, входящих в домен, ориентируются в одном направлении. Намагниченность их очень сильная. В доменах антиферромагнетиков атомы (ионы) делятся на две примерно равные части. Одна часть атомов имеет направление магнитных моментов, противоположное направлению магнитных моментов других атомов (ионов). В результате происходит полная или частичная компенсация моментов. Антиферромагнетики намагничиваются слабо, но их намагниченность стабильная во времени. Примером может служить минерал гематит. У ферритов происходит частичная компенсация магнитных моментов доменных атомов (ионов). К ним относятся минералы магнетит и пирротин (рис. 1.7).

Рисунок 1.7 - Схематическое представление магнитных моментов атомов в ферромагнитных (а), антиферромагнитных (б) и ферримагнитных (в) кристаллах

В таблице 1.3 приведены магнитные свойства ферромагнитных минералов.

Таблица 1.3 - Магнитные свойства ферромагнитных минералов

Минерал	Формула	ч, ед. СГС	Js ед. СГС	Hc, Э	Тс, єС
Магнетит	Fe2O3	0,7-20	490	10-150	578
Титаномагнетит	xFe3O4(1-x)TiFe2O4	10-6-10-1	75-430	-	100-578
Треволит	NiFe2O4	0,5	240	-	590
Якобсит	MnFe2O4	20	320	-	510
Магнезиоферрит	MgFe2O4	0,8	140	-	310
Маггемит	гFe2O3	0,3-2	435	10-130	675
Гематит	ЬFe2O3	10-5-10-4	1,5-2,5	7000-8000	675
Пирротин	FexS1+x	10-2-10-3	17-70	15-110	300-325
Гетит	ЬFeOOH	(0,02-80)·10-3	4,8	700	-
Лепидокрокит	гFeOOH	(0,9-2,5)·10-3	-	-	-
Гидрогематит	ЬFe2O3H2O	(20-60)·10-3	2,3·10-3	-	-

Магнитные свойства магматических пород зависят от минерального и химического составов, размеров кристаллов ферромагнетиков, их концентрации. Магнитная восприимчивость магматических пород зависит от типа и размера структур, в которых они развиты: древние щиты, складчатые области, зоны тектонической активизации; от степени проявления гидротермально-метасоматических и гипергенных процессов, приводящих к разрушению или образованию новых ферромагнетиков.

Граниты, гранодиориты, кварцевые диориты при среднем значении магнитной восприимчивости около 0,4·10-3ед. СИ могут иметь повышенную восприимчивость до 8·103ед. СИ. Диориты, габбро, габбро-диориты характеризуются восприимчивостью от 0,4 до 25·10-3ед. СИ. Пироксениты, перидотиты, дуниты обладают самой высокой магнитной восприимчивостью - до 50·10-3ед. СИ. Эффузивные породы кислого состава (фельзиты, кварцевые порфиры, их туфы) иногда имеют восприимчивость, близкую к восприимчивости гранита, чаще более низкую. Эффузивам среднего и основного состава (спилиты, диабазы, базальты, андезито-базальты) свойственна резкопеременная магнитная восприимчивость от 0,3 до 15·10-3ед. СИ.

В таблице 1.4 приведена информация, характеризующая зависимость магнитной восприимчивости магматических пород от содержания в них магнетита, титаномагнетита.

Таблица 1.4 - Значения магнитной восприимчивости МГП в зависимости от процентного содержания в них магнетита

Порода	Содержание магнетита
Минимальное	Максимальное	Среднее
%	ч, 10-5 ед. Си	%	ч, 10-5 ед. Си	%	ч, 10-5 ед. Си
Гранит	0,2	800	1,9	7200	0,90	2400
Трахисиенит	0,0	0	4,6	18000	2,04	7700
Нефелин	0,0	0	6,6	25000	2,71	10000
Пироксен	0,9	3800	8,4	32000	3,51	13200
Габбро	0,9	3800	3,9	15000	2,40	9100
Кварцевый диорит	1,6	5800	8,0	29000	3,48	13100
Андезит	2,6	9800	5,8	21000	4,50	17000
Диорит	1,2	4500	7,2	28000	3,45	13100
Перидотит	1,6	5800	7,2	28000	4,60	17800
Базальт	2,3	8700	8,6	32000	4,76	18300
Диабаз	2,3	8700	6,3	24000	4,35	16500

Метаморфические породы обладают различной восприимчивостью, зависящей не только от содержания ферромагнитных минералов, но и от первичного состава пород, условий их образования, типа и интенсивности проявления метаморфизма. Кварциты, мраморы, парагнейсы имеют низкую магнитную восприимчивость от 0 до 0,5·10-3ед. СИ. Кристаллические сланцы различного состава, амфиболиты, гнейсы обладают восприимчивостью от 0 до-3·10-3ед. СИ. Сильномагнитными являются хлоритовые, хлорит содержащие сланцы, железистые кварциты, восприимчивость которых достигает 10-20ед. СИ. Осадочные породы содержат незначительное количество ферромагнитных минералов и являются слабомагнитными. Относительно повышенные значения магнитной восприимчивости могут иметь терригенные породы, заполняющие мульды, кальдеры - гравелиты, песчаники, конгломераты – 30-100·10-5ед. СИ. При формировании осадочных пород из продуктов выветривания интрузивных и эффузивных пород, содержащих ферромагнитные минералы они приобретают высокую намагниченность достигающих несколько n·10-3ед. СИ. К таким породам относятся мусорные песчаники среднего карбона в Калбе, из других распространенных пород, обладающих высокой остаточной намагниченностью (500-3000·10-5ед. СИ) но сравнительно невысокой магнитной восприимчивостью (не выше 50-75·10-5ед. СИ), следует отметить углеродсодержащие алевролиты, алевропесчаники, содержащие сингенетичный глобулярный пирротин. В зонах контактов осадочных пород с гранитоидными массивами, ультраосновными породами за счет воздействия температуры при их внедрении наблюдается повышенная магнитная восприимчивость роговиков.

Естественная остаточная намагниченность Jп, по результатам многочисленных измерений для большинства горных пород почти пропорциональна их магнитной восприимчивости. Для пегматитов, гранитов, гранодиоритов она составляет 0,3-12А/м; для габбро, пироксенитов, перидотитов, дунитов - 0,3-40А/м; для кварцевых порфиров, их туфов - 0,3-3А/м; для сидеритов, порфиритов, базальтов, диабазов, спилитов - 0,3-20А/м. У осадочных пород значения Jп, не превышают 20·10-3А/м. Таким образом, основной предпосылкой для постановки магнитной съемки является дифференциация магнитных свойств горных пород и руд.