Магнитная восприимчивость, плотность и электропроводность. Месторождение Миссури

Ответ:

Парамагнетизм - это явление, возникающее в веществах с некомпенсированными магнитными моментами и отсутствием магнитного атомного порядка. Атомы или молекулы в этом случае можно представить в виде элементарных магнетиков. При отсутствии внешнего магнитного поля упорядоченному расположению этих магнетиков препятствует тепловое движение, энергия которого на порядок выше энергии взаимодействия между магнетиками. Поэтому при обычных температурах магнитные моменты разупорядочены и результирующая намагниченность равна нулю.

Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты атомов. Направление преимущественной ориентация совпадает с направлением намагничивающего поля, поэтому намагниченность и магнитная восприимчивость у парамагнетиков являются положительными величинами.

Состояние, когда все элементарные магнитные моменты оказываются ориентированы параллельно внешнему магнитному полю, является предельным и может быть достигнуто лишь при очень низких температурах или в очень сильных полях. Соответствующая этому состоянию намагниченность насыщения J° зависит лишь от магнитных моментов атомов и их количества в единице объема.

В обычных условиях ориентации магнитным полям магнитных моментов атомов препятствует их тепловое движение. Поэтому намагниченность меньше намагниченности насыщения.

К парамагнетикам относится большая группа минералов, в том числе породообразующих. Безжелезистые минералы (плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, мусковит, скаполит, шпинель, топаз, апатит и др.) имеют относительно низкою магнитную восприимчивость не превышающую 10-0,00001 ед. Парамагнитная восприимчивость железосодержащих силикатов алюмосиликатов (биотиты, амфиболы, хлориты, пироксены, оливины) связана главным образом с содержанием в них ионов железа. В химически чистых разностях оно достигает 200,00001 ед. СИ. Более высокие значения магнитной восприимчивости этих минералов, образованных в естественных условиях, обусловлены микропримесями в них ферромагнетиков, в основном - магнетита (рис.4.4).

Как мы знаем даже не значительные примеси ферромагнетика (магнетита) заметно отклоняют магнитную стрелку компаса.

Для диагностики ферромагнитных минералов пользуются параметрами коэрцитивного спектра г₀ и Дm вычислены таким образом, чтобы они не зависели от концентрации ферромагнетика в породе.

г_о = 10³/J_i * c/d Дm = 10³/J_i * (ДJ_о/Дh) max

где J_i и J_о - индукционная и остаточная намагниченности; h - магнитное поле; с и d отрезки, поясняющие определение параметра по кривой коэрцитивного спектра (рис.4.13)

В общем случае параметры коэрцитивного спектра зависят как от состава ферромагнетика, так и от его структурных особенностей. На диаграмме рис.4.14 приведены эталонные данные для основных разновидностей ферромагнитных минералов. Использовались породы с изометричными многодоменными включениями этих минералов. Структурные особенности могут повлиять на параметры коэрцитивного спектра, что затруднит идентификацию минералов по составу. Так, уменьшение зерна магнетита от 10 до 0,1 мкм увеличивает параметр Дm более чем в 2 раза, оставляя г_о практически неизменным. Удлинение же зерна магнетита в два раза по сравнению с изометричиым зерном приводит к возрастанию обоих и параметров тоже почти в два раза.

Вопрос 10,6: В чем может быть причина отличия по плотности пород Русской (Восточно-Европейской) и Западно-Сибирской платформ?

Ответ:

Петрофизическая классификация геологических формации составлена Н.Б. Дортман. В ее основу положены значения двух физических параметров - намагниченности и плотности горных пород, входящих в состав геологической формации. О скоростях распространения упругих колебаний горных пород выделенных групп можно судить по корреляционным зависимостям между этим параметром и плотностью. Геологические формации распределены по пяти петрофизическим рис. №2. группам, различающимся как значениями физических параметров пород, так и условиями их образования.

Формации литифицированных осадочных пород наиболее полно представлены и пределах Русской платформы и связаны с палеозойским этапом ее развития (см. рис.2). Плотность пород терригенных формаций здесь преимущественно 2,3-2,4 г/см³, карбонатных - 2,55-2,6 г/см³. Более древние (нижнепалеозойские) карбонатные формации Сибирской платформы имеют более высокие плотности - 2,65-2,85 г/см³. Наибольшими плотностями соответствующих литологических разностей пород отличаются геосинклинальные отложения складчатых систем (2,5 - 2,85 г/см³).

Намагниченность осадочных формаций слабая, в основном не выходящая за пределы (0-50) - 10³ А/м. Наблюдается некоторая дифференциация отдельных разностей пород по вариациям предельных значений намагниченности. В целом намагниченность формаций слаболитифицированных пород изменяется в меньших пределах, чем намагниченность литифицированных пород, а вариации предельных значений намагниченности пород складчатых областей выше, чем платформ.

Кислые и умеренно кислые интрузивные и эффузивные образования первой петрофизической группы характеризуются средней плотностью и слабой намагниченностью. В нее входят гранитовая и липаритовая формации, формация гранито-рапакиви, а также часть гранитоидных формаций. Этими образованиями сложены крупные баталитоподобные массивы в центральных частях антиклинорных зон, протяженные вулканогенные пояса. Наиболее широко эти группы интрузивных и эффузивных формаций развиты в палеозойских и мезозойских геосинклинально-складчатых системах.

Петрофизические группы геологических формаций, отличающиеся особенностями петрофизической характеристики пород, слагают различные крупные геоструктуры земной платформы, геосинклинально складчатые пояса, щиты, что определяет петрофизическую обособленность этих геоструктур. Из рис.2 можно видеть, что платформы по петрофизическим особенностям отличаются от геосинклинально-складчатых поясов и кристаллических щитов, молодые платформы отличаются от древних, а Сибирская платформа имеет уникальную петрофизическую характеристику в связи с широким развитием в ней трапповой базит-долеритовой формации (IV петрофизическая группа). Складчатые системы и кристаллические щиты выделяются как в среднем более высокими значениями плотности и намагниченности, так и большим диапазоном изменения этих параметров в сравнении с платформами.

Петрофизическая классификация геологических формаций, из-за большого разнообразия горных пород в каждой формации и перекрытия интервалов значений плотности и намагниченности носит ориентирующий характер. Однако в привязке к любому конкретному региону она становится значительно более определенной и существенно помогает решать разнообразные задачи геологического картирования.

Иными словами можно сказать, что плотность пород этих платформ, да впрочем как и других различается в том какими геологическими формациями пород и какими петрофизическими группами пород сложены платформы.

Глава 2. Распределение минералов по петрофизическим группам