词条 | 岩石磁性 |
释义 | yanshi cixing 岩石磁性(卷名:固体地球物理学 测绘学 空间科学) rock magnetism 岩石是由矿物组成的,岩石磁性主要是由岩石所含铁磁性矿物产生的。岩石磁性是用磁化强度来描述的,它就是单位体积内的磁矩。磁化强度是个矢量,单位为电磁单位(emu),即高斯。 岩石的磁化强度 岩石的磁化强度J由感应磁化强度Ji和剩余磁化强度Jr构成:J=Ji+Jr。当岩石在磁场J中被磁化时,岩石所获得的感应磁化强度Ji为: Ji=xH,式中x是无量纲的比例常数,称为磁化率,它的大小表示岩石被磁化的难易程度。它不仅决定于岩石所含矿物的成分、数量及其分布状况,而且还与岩石所处的物理状态(特别是温度和磁化历史)和化学过程有关。当把磁场去掉以后,岩石仍会保留一部分磁化强度,叫做剩余磁化强度。它不仅同岩石性质以及磁场有关,而且还同岩石所处的物理状态以及化学过程有关。因此岩石磁性的研究即可以揭示岩石的某些性质,也可以揭示岩石的磁化历史。 已经具有剩磁的岩石还可能再次被磁化而获得新的剩磁,因此岩石往往含有一个以上的剩磁成分。这些成分一般是在不同时期通过不同方式获得的。岩石的年代愈老,剩磁成分愈复杂。对岩石进行逐步退磁处理,可以把各个剩磁成分分离出来,从而可以追溯岩石磁化的历史。 矿物磁性的分类 ![]() 岩石剩磁的分类 根据岩石在自然界中获得剩磁的方式主要分为: 热剩磁(TRM) ![]() 等温剩磁(IRM) 在远低于居里点的恒定温度下,岩石受到较强外磁场的磁化而获得的剩磁。等温剩磁与热剩磁相比,强度较强,稳定性较差。 化学剩磁 (CRM) 在常温下,在较弱的外磁场中,岩石中的磁性矿物由于氧化等化学反应、相变或结晶增长等过程而获得的剩磁。其强度和稳定性都可同热剩磁相比。 粘滞剩磁 (VRM) 在常温下,在弱的外磁场中,在几百万年的时间内,由于岩石中磁性矿物的磁畴受到规则的热搅动而产生的剩磁。粘滞剩磁与等温剩磁相比,较强也较稳定。 碎屑剩磁 (DRM) 也称沉积剩磁。是已经磁化的岩石碎屑在水中或空气中沉积时,受到外磁场的定向排列作用而产生的剩磁。这种剩磁也是相当稳定的。 无滞剩磁 (ARM) 岩石同时受到交变磁场和恒定磁场的作用,当交变场逐渐减小到零时所获得的剩磁。 压剩磁 (PRM) 岩石在受到外磁场作用的同时又受到机械应力的作用而获得的剩磁。 岩石磁性的各向异性和粘滞性 磁性矿物的颗粒如果小到几微米而只含一个磁畴,叫单畴颗粒;如果颗粒较大,并含多个磁畴,叫多畴颗粒;如果多畴颗粒较小而其性质又很类似单畴颗粒,叫伪单畴颗粒。在岩石中剩磁的载体主要是单畴颗粒和伪单畴颗粒。 各向异性 设单畴颗粒为轴对称的,则其固有磁矩只能和轴向平行或反平行,这就是单畴颗粒的磁性各向异性。无外磁场时,岩石中的单畴颗粒是杂乱取向的,岩石不呈现磁性。在外磁场作用下,单畴颗粒相对于磁场方向有一定的取向。相对于磁场取向不同的颗粒,其磁滞回线的形状不同。 单畴颗粒的内磁能E为: ![]() ![]() 粘滞性 在没有外磁场作用时,单畴颗粒的固有磁矩可取两个能量最小而方向相反的方向。要使它从一个方向改变到另一个方向,就必须补充能量,使其跃过一个势垒 Er=KV (θ=90°),热搅动就可以引起这种改变。热搅动的能量 Et=kT,其中k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度。只要Et>Er,这种改变就会发生。所以,在一定的温度下,总有一些体积较小的颗粒能够满足kT>KV的条件,而改变其磁矩的方向。随着温度逐步升高,这种现象也就逐步加剧,结果将使磁化矿物的磁矩逐渐减小以至最后消失。这种现象称为磁粘滞衰减。磁矩随时间的衰减可以表示为: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 另一方面,在同一温度下,随着颗粒体积变小,驰豫时间也迅速减小。同理,也存在着一个临界体积,常称为阻挡体积VB。 当忽略各向异性常数K随温度的变化时,由上述公式可以得到另一个极为有用的公式: ![]() 参考书目 M.W.McElhinny,Paleomagnetism and PlateTectonics,Cambridge Univ.Press,London,1973. T.Nagata,Rock Magnetism,2nd ed.,Maruzen, Tokyo,1961. |
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