第一章节岩矿石的地球物理特征课件PPT文档格式.ppt

1、动力变质而使岩石破碎，则密度减小。,变质岩的密度与矿物成分、含量和孔隙度均有关，这主要由变质的性质和变质程度来决定；通常，由于重结晶等作用，区域变质作用将使变质岩比原岩密度值加大；经过变质的沉积岩，如大理岩、板岩和石英岩比原生石灰岩、页岩和砂岩更致密些。由于变质作用的复杂性，所以这类岩石的密度变化显得很不稳定，要具体情况具体分析。,变质作用与变质岩,5.矿石,金属矿：很大，一般大于岩石的平均密度（2.7 g/cm）非金属矿：其 小于岩石的平均密度（2.7 g/cm）,三、地球内部的密度分布,根据有关地球物理资料，推测地球内部物质密度变化如下图所示：,第二节 岩矿石的磁性,一、物质的磁性,矿物组

2、合成岩石，岩石的磁性强弱与矿物的磁性有直接关系。磁异常的起因取决于地球磁场和岩（矿）石磁性。,任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。,又叫逆磁性、反磁性。一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。当受到外加磁场作用时,电子轨道运动会发生变化,而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩,如H2O,SiO2,AlCI2。,（一）抗磁性（逆磁性）,抗磁性,抗磁性,洛伦磁力,抗磁性物质的原子（离子）的磁矩应为零,即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁场中，受到外磁场作用后，电子受到洛仑兹力的作用，外磁场使电子轨道改变，其运动轨道绕外磁场做旋转，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。所以抗磁

3、性来源于原子中电子轨道状态的变化。,K:磁化率,抗磁性,顺磁性是指有些物质可以受到外部磁场的影响产生同指向的磁场的特性。这样的物质具有正的磁化率。与顺磁性相反的现象被称为抗磁性。,（二）顺磁性,顺磁性物质的主要特征是，不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。MH,顺磁性,过渡族金属（如铁）及它们的合金和化合物所具有的磁性叫做铁磁性。法国P.E.外斯认为：铁磁体内部存在强大的“分子场”，即使无外磁场，也能使内部自发地磁化；自发磁化的小区域称为磁畴，每个磁畴的磁化均达到磁饱和。实验表明，磁畴磁矩起因于电子的自旋磁矩。,（三）铁磁性,1.磁化强度与磁化场呈非线性关系。右图中HC 称为矫顽磁力。,

4、磁滞回线,铁磁性,2.磁化率与温度的关系，服从居里-魏斯定律即：式中：C是居里常数，T是热力学温度,TC是居里温 度,当TTC，铁磁性消失，转变为顺磁 性。,铁磁性,3.在无外磁场作用时，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，磁畴结构发生变化;随外磁场增加,通过畴壁移动和转动的过程，显示出宏观磁性。,铁磁性,二、岩石、矿石的磁性特征,（一）表征磁性的物理量 1.磁化强度和磁化率 磁化强度：均匀无限磁介质受到外部磁场H的作用时，衡量物质被磁化程度的物理量，它与磁场强度H的关系为：M=kH 式中：k-磁化率,它表征物质磁化的难易程度，是一个量纲为一的物理量。SI单位制用SI（k）

5、标明，CGSM单位制用CGSM（k）标明,两者的关系是1SI（k）=1/4CGSM（k）。在两种单位中，磁化强度的单位,分别是A/m及CGSM（M）,两者的关系是1A/m=10-3CGSM（M）。,2.磁感应强度和磁导率 在各向同性磁介质内部任意点上，磁化场H在该点产生的磁感应强度（磁通密度）为B=H,=0（1+k）式中：B 以T特（斯拉）为单位，是介质的磁导率，单位为H/m亨（利）/米；H以A/m（安/米）为单位。,令r=/0（相对磁导率），有：B=H=0rH=0H+0（r-1）H=0（1+k）H=0（H+M）（k=r-1）上式为物质磁化与外磁场的关系。显然，在同一外磁场H的作用下，空间为磁

6、介质充填与空间为真空相比，B增加了kH项，即介质受磁化后所产生的附加场，其大小与介质的磁化率成正比。磁介质的r=1+k是一个纯量。=0（1+k）,3.感应磁化强度和剩余磁化强度 感应磁化强度：位于岩石圈中的地质体，处在约为0.510-4T的地球磁场的作用下；它们受现代地磁场的磁化，而具有的磁化强度，叫感应磁化强度（Mi），表示为：Mi=k（T/0）T:地磁场总强度（磁感应强度）；k：岩石、矿石的磁化率。,剩余磁化强度：岩石、矿石在生成时，处于一定条件下，受当时的地磁场磁化，成岩后经历漫长的地质过程，所保留下来的磁化强度，称作天然剩余磁化强度，它与现代地磁场无关。岩石的总磁化强度 M=Mi+Mr

7、=k（T/0）+Mr 磁法勘探中，表征岩石磁性的物理量是:k（Mi）、Mr 及M。,（二）矿物的磁性 1.抗磁矿物与顺磁矿物：绝大多数矿物属顺磁性与抗磁性。常见矿物的磁化率,2.铁磁性矿物 自然界中不存在纯铁磁性矿物，最重要的铁磁性矿物当推铁钛氧化物，由FeO、Fe203、TiO3组合成的固熔体的主要矿物及其他磁性矿物,（三）各类岩石一般磁性特征 1.沉积岩的磁性 一般说来，沉积岩的磁性较弱，主要取决于副矿物的含量和成分，它们是磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿，以及铁的氢氧化物。造岩矿物如石英、长石、方解石等，对磁化率无贡献。,2.火成岩的磁性（1）不同类型的侵入岩，其k平均值随着岩石的基性增强而增大

8、。它们的磁化率数值分布范围宽。（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，辉石被蚀变分解成蛇纹石和磁铁矿，使磁化率增大，可达到几个SI（k）单位。（3）基性岩、中性岩，一般说来其磁性较超基性岩低。（4）花岗岩建造的侵入岩，普遍是铁磁顺磁性的，磁化率不高。（5）喷出岩在化学和矿物成分上与同类侵入岩相近，其磁化率的一般特征相同。由于喷出岩迅速且不均匀冷却，结晶速度快，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。,3.变质岩的磁性 变质岩的磁化率和天然剩余磁化强度的变化范围很大。按磁性，变质岩可分为铁磁顺磁性和铁磁性两类，其与原来

9、的基质有关，也与其形成条件有关。由沉积岩变质生成的，称副变质岩，其磁性特征一般具有铁磁顺磁性；由岩浆岩变质生成的，称正变质岩，其磁性有铁磁顺磁性与铁磁性两种。这和原岩的矿物成分，以及变质作用的外来性或原生性有关。,具有层状结构的变质岩，表现有磁各向异性。其Mr方向往往近于片理方向。磁化率各向异性可用下式来评价：k是磁化率各向异性系数。在强变质沉积岩石中，k值可达1.01.5。,（四）影响岩石磁性的主要因素 1.岩石磁性与铁磁性矿物含量有关 2.岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构有关（1）相对含量相同，磁化率与粒经成正比。（2）衡量剩磁大小的矫顽力HC，与铁磁性矿物颗粒成反比。喷出岩的剩磁常较同一

10、成分的侵入岩的剩磁大。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成分散状者磁性强。,3.岩石磁性与温度、压力有关（1）顺磁体磁化率与温度的关系由居里定律确定：（2）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。此外，温度增高还引起矿物矫顽力减小。铁磁体磁化，同时发生机械变形，其形状和体积的改变称为磁致申缩。岩石的剩余磁化强度随着岩石受压的增大而减小。,三、岩石的剩余磁性,（一）岩石剩余磁性的类型及特点 1.热剩余磁性（TRM）在

11、恒定的磁场作用下，岩石从居里点以上的温度，逐渐冷却到居里点一下，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）。,热剩磁具有如下特点：（1）强度大，大致正比于外磁场强度，并同外磁场方向一致。因此,火成岩的天然剩余磁化强度方向,代表了成岩时的地磁场方向。（2）具有很高的稳定性，热剩磁的弛豫时间长。（3）实验证明，总热剩磁是居里温度至室温各个温度区间的部分热剩磁之和。即热剩磁服从叠加定律。（4）热退磁过程也服从叠加定律。岩石的热剩磁是古地磁研究的重要对象之一。,2.碎屑剩余磁性（DRM）沉积岩中含有从母岩分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

12、场作用，会沿地磁方向定向排列，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（沉积剩余磁性，简称碎屑剩磁）。,碎屑剩磁特点：（1）强度正比于定向排列的磁性颗粒数目,比热剩磁小得多。（2）形成碎屑剩磁的磁性颗粒来自火成岩,这些颗粒的原生磁性来自热剩磁，因此，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。,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，称为化学剩余磁性（简称化学剩磁）。,化学剩磁特点：（1）在弱磁场中,其强度

13、正比于外磁场强度。（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的几十分之一，但大于碎屑剩磁强度。上述三种剩余磁性，统称为原生剩磁。,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为黏滞剩余磁性。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。,5.等温剩余磁性（IRM）在常温没有加热情况下，岩石受外磁场的作用（如闪电作用），获得的剩磁称等温剩余磁性，其大小和方向随外磁场变化。黏滞剩余磁性和等温剩余磁性，称为次生剩磁。地壳岩石具有的原生剩磁，即是磁法

14、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”。,（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.沉积岩剩磁的成因 沉积岩的剩余磁性，是通过沉积作用和成岩作用两个过程形成的。前者形成碎屑剩磁，后者成岩作用经氧化和脱水过程,获得化学剩磁。故,沉积岩的剩磁系碎屑与化学剩磁。3.变质岩剩磁的成因 变质岩的剩余磁性与其原岩有关。由火成岩变质生成的正变质岩，它可能有热剩磁，由沉积岩变质生成的副变质岩，它可能有碎屑剩磁与化学剩磁。,第三节 岩（矿石）的电性,（一）岩石、矿石导电机制 1.固体矿物的导电机制 金属导体 半导体 固体电解质。金属导体和半导体是电子导体，导电作用