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1、第一章第一章 地球的磁场地球的磁场地球的磁场地球的磁场 由地心轴向偶极子场由地心轴向偶极子场m m产生的磁力线方向分布图。产生的磁力线方向分布图。和和 分别是纬度和余纬。分别是纬度和余纬。I I是在地表特定点处的磁倾角。是在地表特定点处的磁倾角。磁偶极矩（磁偶极矩（magnetic dipole momentmagnetic dipole moment）：）：历史上，人们最早认为天然磁体（或人造磁铁）历史上，人们最早认为天然磁体（或人造磁铁）是由无数小的磁偶极子组成，每一个小的磁偶极是由无数小的磁偶极子组成，每一个小的磁偶极子由相距很近的等量正、负磁荷构成。于是定义子由相距很近的等量正、负磁荷
2、构成。于是定义了了“磁偶极矩磁偶极矩”，它也是矢量，方向由负磁荷指向，它也是矢量，方向由负磁荷指向正磁荷。人们认识到磁荷并不存在，物质的磁性正磁荷。人们认识到磁荷并不存在，物质的磁性乃是由分子电流定向排列而产生，于是用闭合元乃是由分子电流定向排列而产生，于是用闭合元电流电流I I重新定义这个量，使等效重新定义这个量，使等效“磁偶极矩磁偶极矩的概的概念保存下来。念保存下来。载流回路中的磁场在一个载流回路中，磁偶载流回路中的磁场在一个载流回路中，磁偶极矩是电流乘于回路面积：极矩是电流乘于回路面积：u=I*au=I*a；其中，；其中，u u为磁偶极矩，为磁偶极矩，I I 为电流，为电流，a a 为面
3、积。为面积。面积的方向则为右手定则所决定的方向。面积的方向则为右手定则所决定的方向。磁力线方向磁力线方向磁力线方向磁力线方向磁位增大方向磁位增大方向磁位增大方向磁位增大方向1.地磁场的解析表达式地磁场的解析表达式两极磁场强度等于赤道磁场强度的两极磁场强度等于赤道磁场强度的两极磁场强度等于赤道磁场强度的两极磁场强度等于赤道磁场强度的2 2 2 2倍，倍，倍，倍，以上计算所得结果与地磁图所示大致符合。以上计算所得结果与地磁图所示大致符合。以上计算所得结果与地磁图所示大致符合。以上计算所得结果与地磁图所示大致符合。设某地垂直强度设某地垂直强度z=46200z=46200伽马伽马,H=29900H=2
4、9900伽马伽马,地球半径为地球半径为6437Km,6437Km,则：则：2 2、地磁场的构成和磁异常、地磁场的构成和磁异常积测量时积测量时,必须消除地理坐标及高度的影响必须消除地理坐标及高度的影响.纬度改正纬度改正 高度改正高度改正第二章第二章 岩矿石的磁性岩矿石的磁性磁化强度和磁化率磁化强度和磁化率均匀无限磁介质，受到外部磁场均匀无限磁介质，受到外部磁场H H的作用产生磁的作用产生磁感应强度。衡量物质被磁化的强度，以磁化感应强度。衡量物质被磁化的强度，以磁化强度强度M M表示。表示。M=M=HH：物质的磁化率，它表示物质受磁化的难易：物质的磁化率，它表示物质受磁化的难易程度，是一个无量纲的
5、物理量。程度，是一个无量纲的物理量。由物理学可知，磁化强度的定义是单位由物理学可知，磁化强度的定义是单位体积的磁矩。即体积的磁矩。即n矿物颗粒在外磁场中磁化后，可以看成一根等效的磁矿物颗粒在外磁场中磁化后，可以看成一根等效的磁棒。磁棒的磁矩为：棒。磁棒的磁矩为：M=QM=Q磁磁L Ln式中式中Q Q磁磁磁棒的磁极强度，安米；磁棒的磁极强度，安米；nLL磁棒的长度，米。磁棒的长度，米。n磁化强度的概念反映物体被磁化的程度。磁化强度在磁化强度的概念反映物体被磁化的程度。磁化强度在数值上是矿物颗粒单位体积内的磁矩。用数值上是矿物颗粒单位体积内的磁矩。用J J表示，即表示，即J=M/VJ=M/Vn式中
6、式中JJ矿物颗粒的磁化强度，安矿物颗粒的磁化强度，安/米；米；nM M 矿物颗粒的磁矩，安平方米；矿物颗粒的磁矩，安平方米；nVV矿物颗粒的体积，立方米。矿物颗粒的体积，立方米。磁化强度是矢量，磁化强度愈大，表明矿粒磁化强度是矢量，磁化强度愈大，表明矿粒被外磁场磁化的程度愈大。被外磁场磁化的程度愈大。把磁化的矿物颗粒看成一根等效的磁棒。把磁化的矿物颗粒看成一根等效的磁棒。其磁化强度可以表示为：其磁化强度可以表示为：J=M/V=QJ=M/V=Q磁磁L/L/（SLSL）=Q=Q磁磁/S=Q0/S=Q0式中式中 S S矿物颗粒的等效面积，平方米；矿物颗粒的等效面积，平方米；LL矿物颗粒的等效长度，米
7、；矿物颗粒的等效长度，米；Q0Q0单位面积上的磁极强度（磁极面密度），单位面积上的磁极强度（磁极面密度），安安/米。米。即矿物颗粒的磁化强度与它等效的磁棒单位即矿物颗粒的磁化强度与它等效的磁棒单位面积上的磁极强度或面积上的磁极强度或磁极面密度相等。磁极面密度相等。物质磁化后磁荷分布及表示物质磁化后磁荷分布及表示设面磁荷密度为设面磁荷密度为，面积面积abcdabcd的磁荷密度为的磁荷密度为nn与与abcdabcd的磁荷密度的磁荷密度的关系显然：的关系显然：n=/cosn=/cosJ=整个体积内磁荷整个体积内磁荷/整个体积整个体积J=n =JcosJ J与磁荷面斜交时，磁性体面磁荷密与磁荷面斜交时
8、，磁性体面磁荷密度等于度等于J J在该面外法线方向的投影在该面外法线方向的投影抗磁性抗磁性 顺磁性顺磁性 铁磁性铁磁性n所有的物质可按其磁化率的不同划分为三大类，所有的物质可按其磁化率的不同划分为三大类，即抗磁性、顺磁性和铁磁性。即抗磁性、顺磁性和铁磁性。抗磁性：它的磁化率很小，为抗磁性：它的磁化率很小，为(-1(-1-2)10-2)10-8 8CGSMCGSM。有些常见的矿物是抗磁性的，如岩盐、石。有些常见的矿物是抗磁性的，如岩盐、石油、方解石等。油、方解石等。(可看成无磁性物质可看成无磁性物质)顺磁性：其磁化率在顺磁性：其磁化率在0 0 500 10 500 10-8-8CGSMCGSM；
9、有；有些矿物如黑云母、辉石、褐铁矿等是顺磁性的。些矿物如黑云母、辉石、褐铁矿等是顺磁性的。铁磁性：它的磁化率有几千至几百万个铁磁性：它的磁化率有几千至几百万个CGSMCGSM。在自然界中；只有铁、镍、钻和它们的化合物、在自然界中；只有铁、镍、钻和它们的化合物、合金以及铬、锰合金属于铁磁性的。合金以及铬、锰合金属于铁磁性的。抗磁性与顺磁性物质的磁化抗磁性与顺磁性物质的磁化各类岩石磁性的一般规律各类岩石磁性的一般规律 岩石中铁磁性矿物的有无、含量的多少、颗粒的大岩石中铁磁性矿物的有无、含量的多少、颗粒的大小及其分布情况，与岩石的磁性直接有关。小及其分布情况，与岩石的磁性直接有关。一般而言，火成岩磁
10、性最强，沉积岩磁性最弱，一般而言，火成岩磁性最强，沉积岩磁性最弱，变质岩则介于二者之间，其磁性取决于原岩的磁性。变质岩则介于二者之间，其磁性取决于原岩的磁性。岩石类型岩石类型JrJr岩石类型岩石类型JrJr超基性岩超基性岩102 104102 104变质岩变质岩100 103100 102基性岩基性岩101 104100 104沉积岩沉积岩100 102100 102酸性岩酸性岩101 103100 104表中单位为表中单位为1010-6-6CGSMCGSM沉积岩的磁性沉积岩的磁性 沉积岩的磁性取决于它是否含有铁磁性矿物，若含有随母沉积岩的磁性取决于它是否含有铁磁性矿物，若含有随母岩侵蚀而来的
11、磁性颗粒，它将显示磁性，所含铁磁性矿物岩侵蚀而来的磁性颗粒，它将显示磁性，所含铁磁性矿物越多其磁性就越强。有的沉积岩几乎不含任何铁磁性物质越多其磁性就越强。有的沉积岩几乎不含任何铁磁性物质（如灰岩）基本上是非磁性的。（如灰岩）基本上是非磁性的。沉积岩的剩余磁性均很小，其量值在沉积岩的剩余磁性均很小，其量值在1010-7-7 1010-4-4CGSMCGSM之间，之间，一般为一般为1010-6-6CGSMCGSM。一般把沉积岩看作是无磁性的。一般把沉积岩看作是无磁性的。火成岩的磁性火成岩的磁性 火成岩一般都不同程度的含有铁磁性矿物，大多显火成岩一般都不同程度的含有铁磁性矿物，大多显示磁性特征。火
12、成岩由酸性到基性，二氧化硅含量渐示磁性特征。火成岩由酸性到基性，二氧化硅含量渐减，而铁磁性矿物含量渐增，其磁性表现出逐渐增强减，而铁磁性矿物含量渐增，其磁性表现出逐渐增强的趋势。的趋势。同一成分的火成岩其磁性变化较大；同一成分的火成岩其磁性变化较大；不同时代的同一种火成岩往往具有不同的磁性；不同时代的同一种火成岩往往具有不同的磁性；同一岩体的不同岩相带，往往也表现出不同的磁性。同一岩体的不同岩相带，往往也表现出不同的磁性。变质岩的磁性变质岩的磁性 变质岩的磁性一般与其变质前岩石的磁性有关。变质岩的磁性一般与其变质前岩石的磁性有关。但也应注意岩石受高温和高压作用产生物理化学但也应注意岩石受高温和
13、高压作用产生物理化学变化使矿物成分发生变化而引起的磁性变化。变化使矿物成分发生变化而引起的磁性变化。在具有层状结构的变质岩中，其磁性一般随方在具有层状结构的变质岩中，其磁性一般随方向不同而异，表现有磁的各向异性，沿片理方向向不同而异，表现有磁的各向异性，沿片理方向上的磁化率要比垂直片理方向上的要大。上的磁化率要比垂直片理方向上的要大。岩石的剩余磁性岩石的剩余磁性 岩石的剩余磁性也是因其含有铁磁性矿物颗粒岩石的剩余磁性也是因其含有铁磁性矿物颗粒造成的。由于造成剩余磁性的磁化历史不同，因造成的。由于造成剩余磁性的磁化历史不同，因而剩磁的类型和特点也不相同。而剩磁的类型和特点也不相同。热剩磁热剩磁
14、（TRM thermoremanent magnetismTRM thermoremanent magnetism）即在即在外磁场作用下，岩浆岩自居里点以上的温度逐渐外磁场作用下，岩浆岩自居里点以上的温度逐渐冷却到居里点以下时获得的磁性。冷却到居里点以下时获得的磁性。热剩余磁性不仅很强，而且特别稳定。热剩余磁性不仅很强，而且特别稳定。火成岩的剩余磁性主要是属于热剩磁，比较稳定。火成岩的剩余磁性主要是属于热剩磁，比较稳定。n沉积剩磁（沉积剩磁（碎屑剩磁碎屑剩磁）n（DRM depositional remanent magnetism）n 在形成沉积岩的缓慢过程中，微细的磁性岩在形成沉积岩的缓慢
15、过程中，微细的磁性岩石颗粒按当时地磁场的方向呈定向排列，这种颗石颗粒按当时地磁场的方向呈定向排列，这种颗粒的排列经沉积、压实、脱水后，长期保存在沉粒的排列经沉积、压实、脱水后，长期保存在沉积岩中所显示出的磁性。沉积岩没有经历居里点积岩中所显示出的磁性。沉积岩没有经历居里点高温。高温。n 沉积岩的剩余磁性是随颗粒的母岩磁性或在沉沉积岩的剩余磁性是随颗粒的母岩磁性或在沉积过程中因化学变化而形成的，一般比较稳定。积过程中因化学变化而形成的，一般比较稳定。n等温剩磁等温剩磁（IRM isothermal remanent magnetism）n 在未加热的情况下，在外磁场作用下而获得的剩在未加热的情况
16、下，在外磁场作用下而获得的剩余磁性。余磁性。n 如闪电能使地面小范围的岩石产生剩余磁性，这种如闪电能使地面小范围的岩石产生剩余磁性，这种剩余磁性是不稳定的，它的大小和方向随着施加外磁剩余磁性是不稳定的，它的大小和方向随着施加外磁场的大小和方向发生变化。场的大小和方向发生变化。n化学剩磁化学剩磁（CRM chemical remanent magnetism）n 在居里点以下的某一温度条件下，因化学作用结在居里点以下的某一温度条件下，因化学作用结果，使得磁性颗粒直径增大，或由原来矿物变为新的果，使得磁性颗粒直径增大，或由原来矿物变为新的矿物，在此过程中，受当时地磁场作用获得的剩余磁矿物，在此过程
17、中，受当时地磁场作用获得的剩余磁性。性。沉积岩和变质岩剩余磁性的形成常与这种过程有关。沉积岩和变质岩剩余磁性的形成常与这种过程有关。n化学剩磁比较稳定。化学剩磁比较稳定。n粘滞剩磁粘滞剩磁（VRM viscous remanent magnetism）n 磁性矿物在外磁场长期作用下，且随着时间的磁性矿物在外磁场长期作用下，且随着时间的延续，愈来愈多的磁畴按所作用磁场的方向排列，延续，愈来愈多的磁畴按所作用磁场的方向排列，使其剩余磁性增强，并获得与外磁场方向相同的剩使其剩余磁性增强，并获得与外磁场方向相同的剩磁。磁。n 这种剩余磁性随获得的时间愈长而愈稳定，这种剩余磁性随获得的时间愈长而愈稳定，
18、因此粘滞剩磁是很稳定的。因此粘滞剩磁是很稳定的。各类岩石剩余磁性的成因各类岩石剩余磁性的成因n1.1.火成岩火成岩n热剩磁热剩磁n2.2.沉积岩沉积岩n碎屑剩磁与化学剩磁碎屑剩磁与化学剩磁n3.3.变质岩变质岩n热剩磁、碎屑剩磁与化学剩磁热剩磁、碎屑剩磁与化学剩磁3.3.影响岩矿石磁性的因素影响岩矿石磁性的因素n内在因素：磁性矿物成分、含量、颗粒大小、结构等内在因素：磁性矿物成分、含量、颗粒大小、结构等n外在因素：外在因素：磁化场、磁化场、温度、应力等温度、应力等n岩石磁性与磁性矿物岩石磁性与磁性矿物 含量的关系一般而言，含量的关系一般而言，铁磁性矿物含量越多，铁磁性矿物含量越多，磁性就越强。
19、磁性就越强。磁铁矿含量与磁化率的关系磁铁矿含量与磁化率的关系标本磁化率不但受磁铁矿标本磁化率不但受磁铁矿体积百分含量的影响，而体积百分含量的影响，而且与磁铁矿的颗粒度有关。且与磁铁矿的颗粒度有关。粗粒者磁化率较大，分布粗粒者磁化率较大，分布于回归曲线于回归曲线X=0.2y+26.1X=0.2y+26.1的上部，细粒者分布于回的上部，细粒者分布于回归曲线的下部。不等粒者归曲线的下部。不等粒者中等，分布于两者之间。中等，分布于两者之间。1.1.粗粒矿石粗粒矿石 2.2.不等粒矿石不等粒矿石 3.3.细粒矿石细粒矿石不同粒度矿石的磁化率与磁铁矿体积百分含量关系曲线不同粒度矿石的磁化率与磁铁矿体积百分
20、含量关系曲线10-6cm磁化率磁化率与颗粒大小的关系曲线与颗粒大小的关系曲线岩石磁化率与机械应力的关系曲线岩石磁化率与机械应力的关系曲线/K0（）表示平行于表示平行于应力的变化应力的变化/K0（）表示垂直于应表示垂直于应力的变化力的变化同一个岩石标本经同一个岩石标本经单轴压缩，磁化率单轴压缩，磁化率平行轴向减少，垂平行轴向减少，垂直轴向增加。直轴向增加。n思考题思考题:1.1.简述各类岩石的磁性特征。简述各类岩石的磁性特征。2.2.影响岩矿石磁性的因素有那些。影响岩矿石磁性的因素有那些。3.3.什么是剩余磁化强度，剩余磁化分哪几什么是剩余磁化强度，剩余磁化分哪几类？类？4.4.概念：概念：抗磁性抗磁性 顺磁性顺磁性 铁磁性铁磁性 磁化强度磁化强度 磁化率磁化率