磁組構

磁組構

岩石內部磁性礦物分布排列方式的特點。

基本簡介

一種物質在外磁場(通常是弱場)存在時,內部會產生一種磁感應。磁化率 K作為該物質被感應程度的度量,用其感應強度 J與外場強度 H的比值來定義,即 K= J/ H。磁化率是依賴於物質內部特性和外場方向的二階張量。決定磁化率的物質內部特徵主要指其內磁性物質的種類、粒度和相對含量等。各向同性的物質,其各個方向上的磁化率相同,外場強度和方向的改變並不改變其磁化率值,因而磁化率是表征物質特性的“物質量”。岩石內部特性與其生成環境有關,故而岩石的磁化率可作為判定岩石種類及其生成環境的一種有效指標。

岩石內部特徵決定岩石的磁化率。多數岩石並非各向同性,由於沉積和後生成岩作用,岩漿流動或變質變形,岩石內部各種礦物會以一定的方式定向排列。換言之,岩石內部磁性礦物的定向排列與造岩礦物的分布排列具一致性,而其中磁性礦物的定向排列決定了岩石的磁化率在不同方向上的差異性。

相關標準

磁化率主值有規律的分布特點反映了岩石結構即內部礦物分布排列的規律性,而後者與其形成或形變有關。岩石內部磁性礦物分布排列方式的特點稱為 磁組構(Magnetic Fabric),它決定的磁化率在各個方向上的差異性被稱為 磁化率各向異性(Anisotropy of Magnetic Susceptibility,簡稱 AMS),其特徵由一個定向的三個相互垂直軸的橢球體予以表征(圖1.1)。橢球體的長軸、中間軸和短軸分別與磁化率的最大( K)、中間( K)和最小值( K)相對應,三軸的大小以及它們相對於水平面和北極的方位,就組成了描述岩石磁組構的基本要素。

對於單個磁性顆粒來說,磁疇、晶系、磁性顆粒的方向與大小等因素決定了它的易磁化方向,而多個顆粒的易磁化方向在空間分布上的一致程度決定了整個岩石在不同方向上發生磁化的難易程度,這種差別即岩石磁化率的各向異性。

引起岩石磁化率各向異性的因素可以歸納為6種,而控制天然岩石(在測量前未暴露在任何強磁場中的岩石)磁化率各向異性的最重要因素是:

(1) 鐵磁性礦物顆粒形狀定向排列;

(2) 具有磁晶各向異性晶體的晶格定向排列。

磁晶各向異性限於赤鐵礦和磁黃鐵礦,而形狀各向異性則限於強磁性的磁鐵礦型礦物。順磁性和反磁性礦物的形狀各向異性可以忽略,赤鐵礦和磁黃鐵礦不具有形狀各向異性(Hrouda,1982)。

自然界中沉積顆粒並非球形,而是沿各方向長度不等,通常可以用三軸橢球(a≥b≥c)近似表示。由於它在不同方向的退磁係數不同,於是產生了磁顆粒形狀各向異性(Bhatal,1971)。沉積物含有許多磁顆粒,它的各向異性橢球是所有磁顆粒合成形狀的結果(Noltimier,1971)。

可以證明,沿a,b和c三軸方向的退磁係數分別為 N, N和 N的磁鐵礦型磁顆粒,具有 N≥ N≥ N的關係,即沿顆粒長軸方向的退磁係數最小,沿短軸方向的退磁係數最大。

試驗中,人們觀測到的磁化率是視磁化率 K,它與真磁化率 K具有下列關係:

K= K/(1+ N· K)

式中: N為 i方向的退磁係數。對於同一磁顆粒, K為常數,由於 N≥ N≥ N,則有:

K≥ K≥ K並且 K∥a, K∥b, K∥c

研究表明,磁化率三軸橢球體的幾何形態和空間位置與磁顆粒形狀或岩石組構的三軸橢球體是相對應的(Khan,1962)。因此,獲得了一個磁性顆粒三個主磁化率(即沿橢球三個主軸的磁化率)及其方位,就可知這個顆粒形狀是壓扁或是拉長,以及這個壓扁面和拉長軸的空間方位。獲得了一個樣品三個主磁化率及其方向,則可了解樣品中磁顆粒上述特徵的總趨勢。

優點與套用

(1)適用於各種鬆散沉積物和固結岩石;

(2)高靈敏度,可以揭示岩石的組構,如弱變形岩石;

(3)對岩石磁組構和變形尺度半定量或定以往視為各向同性量分析;

(4)快速和無損測量;

(5)能較好獲得磁性物質沉積過程的一些信息。

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