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岩石磁性

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震動磁量儀用於測量標本 磁滯現象

岩石磁性(英語:rock magnetism)是對岩石、沉積物和土壤的磁性的研究。研究此磁場是由於古地磁學需要了解岩石如何記錄過去地球磁場[1][2]。這種剩磁由主要磁性礦物,如磁鐵礦所繫帶。研究剩磁的理解有助於古地磁學家發展測量古代磁場的方法,並糾正沉積物壓實和變質作用等效應。研究岩石磁性有助於了解海洋磁異常條紋圖案的來源,從而提供有關板塊構造的重要資訊。它們也用於解釋磁力測量中的地球磁異常以及火星上的強地殼磁性[3]

基本原理

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任何物質的磁性都是帶電粒子運動的結果。原子是組成物質的基本單元,它由帶正電的原子核及其核外電子殼屏組成。電子繞核沿軌道運動,具有軌道磁矩。電子還有自旋運動,具有自旋磁矩。這些磁矩的大小,與各自的動量矩成正比。原子核為帶正電粒子組成,呈自旋轉動,亦具有磁矩,但數值很小。因此,原子總磁矩是電子軌道磁矩、自旋磁矩、及原子核自旋磁矩三者的向量和。各類物質由於原子結構不同,它們在外磁場作用下,呈現不同的宏觀磁性[4][5]

三類岩石磁性

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  1. 岩漿岩:岩漿岩是富含鐵磁性礦物的岩石,因此,岩漿岩的磁性一般具有較高的磁性。但由於各種岩漿岩成份不同,礦物結晶程度不同,形成過程不同,其磁性也有很大的差異。一般而言,在岩漿岩的磁性在成份方面有以下規律:超基性岩>基性岩>中性岩>酸性岩。在形成過程方面有以下規律:深成岩>淺成岩>火山岩,體現了礦物結晶程度與岩石磁性的關係。岩漿岩磁化率一般約為10~104×10-5SI數量級[5]
  2. 沉積岩:沉積岩是原岩物質經過了風化、剝蝕、搬運、沉積過程形成的岩石,原岩物質的物理化學性質在這些過程會發生不同程度的改變。以致原有的磁性基本「喪失殆盡」。所以,沉積岩的磁性較低,磁化率屬順磁質範圍,一般被稱為「無磁性」岩石[6][5]
  3. 變質岩:變質岩的磁性取決於原岩磁性和變質過程。一般而言,變質程度越高,其磁性越高,尤其是在高溫高壓條件下原岩物質發生重結晶,會使原岩磁性增高。對於沉積岩,變質後磁性多會有所增高;但對於岩漿岩來說,經過低溫變質或熱液變質岩變質,會使鐵磁性礦物磁疇被破壞,磁性反而變低。變質岩磁化率一般約為10~104×10-5SI數量級[5]

影響因素

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一般情況下,岩石的磁性是在其形成過程中獲得的。由於岩石成份和形成過程的差異,岩石的磁性(磁化率)存在着很大差異。岩石磁性不僅與其礦物組成有關,而且與礦物結構構造以及所處的物理環境有關。大量岩石標本測試和統計以及岩石物理學研究結果表明,影響岩石磁性的主要因素有以下幾個方面[6]

  • 鐵磁性礦物含量
  • 鐵磁性礦物結構與顆粒大小
  • 溫度-壓力。

參考文獻

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  1. ^ Stacey, Frank D.; Banerjee, Subir K. (1974). The Physical Principles of Rock Magnetism. Elsevier. ISBN 0-444-41084-8
  2. ^ 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.
  3. ^ 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
  4. ^ Dunlop, David J.; Özdemir, Özden (1997). Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers. Cambridge Univ. Press. ISBN 0-521-32514-5
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 王君恆,李淑玲,姚長利.固體地球物理學概論.地質出版社.2014
  6. ^ 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.