岩石磁性
对岩石、沉积物和土壤的磁性的研究
岩石磁性(英语:rock magnetism)是对岩石、沉积物和土壤的磁性的研究。研究此磁场是由于古地磁学需要了解岩石如何记录过去地球磁场[1][2]。这种剩磁由主要磁性矿物,如磁铁矿所系带。研究剩磁的理解有助于古地磁学家发展测量古代磁场的方法,并纠正沉积物压实和变质作用等效应。研究岩石磁性有助于了解海洋磁异常条纹图案的来源,从而提供有关板块构造的重要资讯。它们也用于解释磁力测量中的地球磁异常以及火星上的强地壳磁性[3]。
基本原理
任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。原子是组成物质的基本单元,它由带正电的原子核及其核外电子壳屏组成。电子绕核沿轨道运动,具有轨道磁矩。电子还有自旋运动,具有自旋磁矩。这些磁矩的大小,与各自的动量矩成正比。原子核为带正电粒子组成,呈自旋转动,亦具有磁矩,但数值很小。因此,原子总磁矩是电子轨道磁矩、自旋磁矩、及原子核自旋磁矩三者的矢量和。各类物质由于原子结构不同,它们在外磁场作用下,呈现不同的宏观磁性[4][5]。
三类岩石磁性
- 岩浆岩:岩浆岩是富含铁磁性矿物的岩石,因此,岩浆岩的磁性一般具有较高的磁性。但由于各种岩浆岩成份不同,矿物结晶程度不同,形成过程不同,其磁性也有很大的差异。一般而言,在岩浆岩的磁性在成份方面有以下规律:超基性岩>基性岩>中性岩>酸性岩。在形成过程方面有以下规律:深成岩>浅成岩>火山岩,体现了矿物结晶程度与岩石磁性的关系。岩浆岩磁化率一般约为10~104×10-5SI数量级[5]。
- 沉积岩:沉积岩是原岩物质经过了风化、剥蚀、搬运、沉积过程形成的岩石,原岩物质的物理化学性质在这些过程会发生不同程度的改变。以致原有的磁性基本“丧失殆尽”。所以,沉积岩的磁性较低,磁化率属顺磁质范围,一般被称为“无磁性”岩石[6][5]。
- 变质岩:变质岩的磁性取决于原岩磁性和变质过程。一般而言,变质程度越高,其磁性越高,尤其是在高温高压条件下原岩物质发生重结晶,会使原岩磁性增高。对于沉积岩,变质后磁性多会有所增高;但对于岩浆岩来说,经过低温变质或热液变质岩变质,会使铁磁性矿物磁畴被破坏,磁性反而变低。变质岩磁化率一般约为10~104×10-5SI数量级[5]。
影响因素
一般情况下,岩石的磁性是在其形成过程中获得的。由于岩石成份和形成过程的差异,岩石的磁性(磁化率)存在着很大差异。岩石磁性不仅与其矿物组成有关,而且与矿物结构构造以及所处的物理环境有关。大量岩石标本测试和统计以及岩石物理学研究结果表明,影响岩石磁性的主要因素有以下几个方面[6]:
- 铁磁性矿物含量
- 铁磁性矿物结构与颗粒大小
- 温度-压力。
参考文献
- ^ Stacey, Frank D.; Banerjee, Subir K. (1974). The Physical Principles of Rock Magnetism. Elsevier. ISBN 0-444-41084-8
- ^ Irving, E. (1956). "Paleomagnetic and palaeoclimatological aspects of polar wandering". Geofis. Pura. Appl. 33 (1): 23–41. Bibcode:1956GeoPA..33...23I. doi:10.1007/BF02629944. S2CID 129781412.
- ^ Hunt, Christopher P.; Moskowitz, Bruce P. (1995). "Magnetic properties of rocks and minerals". In Ahrens, T. J. (ed.). Rock Physics and Phase Relations: A Handbook of Physical Constants. Vol. 3. Washington, DC: American Geophysical Union. pp. 189–204
- ^ Dunlop, David J.; Özdemir, Özden (1997). Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers. Cambridge Univ. Press. ISBN 0-521-32514-5
- ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 王君恒,李淑玲,姚长利.固体地球物理学概论.地质出版社.2014
- ^ 6.0 6.1 McCabe, C.; Elmore, R. D. (1989). "The occurrence and origin of Late Paleozoic remagnetization in the sedimentary rocks of North America". Reviews of Geophysics. 27 (4): 471–494. Bibcode:1989RvGeo..27..471M. doi:10.1029/RG027i004p00471.