磁法部分
§2.1 岩（矿）石的磁性
位于地壳中的岩矿体，在形成时，由于受地球磁场的磁化而表现出不同的磁性，由于这种磁性差异在地表反映出一定的磁异常，通过对岩石磁性的研究，可以掌握岩石磁化的原理，了解岩（矿）石的磁性特征及影响因素，从而解决对应的地质问题。
一、物质的磁性
由现代电磁学理论可知，任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。由于物质的原子结构不同，所呈现的宏观磁性也不同。
根据物性的不同，世间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，这三类物质的磁性随温度变化与受外磁场磁化作用等方面都有明显不同。
1、抗磁性物质
抗磁性物质的磁化率κ与温度无关。
在外磁场H的作用下，这类物质的磁化率表现为负值，且数量很小。这是因为抗磁性物质没有固定的原子磁矩，在受到外磁场作用后，原子磁矩将沿外磁场方向旋进，进而产生附加磁矩，方向与外磁场相反，形成抗磁性，其磁化率??可用下式计算：
?????0Ne6me2z?r
ii?12式中?0为真空中磁导率；N为单位体积内的原子数：e为元电荷；me为电子静质量；Z为每个原子的电子数；r2i 为电子轨道半径平方的平均值。
抗磁性磁化率是无量纲的负值。磁化率多为-10-5SI(κ)。 2、顺磁性
物质原子的电子壳层中，含有非成对的电子，其自旋磁矩未被抵消，此时原子具有固定磁矩，在外部均匀磁场强度H的作用下，将使原子磁矩沿H方向整齐排列，这种特性叫顺磁性。在不存在外磁场时，整个磁介质的各个原子磁矩的取向是杂乱无章的，宏观上不显磁性。在外磁场的作用下，原子磁矩在外磁场方向
的作用下定向排列，物体发生磁化，即产生顺磁效应。顺磁性物质的磁化率???可用下式表示
?????0N?a3KT2?CT
式中N为单位体积内含有非成对电子的原子数，μa 为每个顺磁物质的原子磁矩，
K为玻尔兹曼常数，T为热力学温度，C为居里常数。由公式可见顺磁物质的磁化率与热力学温度成反比。此现象由居里所发现，故称之为居里定律。
研究表明纯顺磁性矿物的磁化率一般不超过(25～35)×10-5SI(κ)，但通常来说这些矿物具有混合的磁性，若其中含有铁磁性矿物的微包裹体，磁化率值增大，这种现象与矿物结晶早期阶段或变质胶代过程中的重新结晶有关。
3、铁磁性
在自然界中，铁磁性物质只有铁、镍、钴和它们的化合物、合金以及铬和锰的合金。在这一类物质中，由于存在磁畴这种特殊结构，所以，它们磁性特别强，其磁化率比顺磁性物质大得多。这是铁磁性物质的第一个特性，除此之外，铁磁性物质还有两个明显的磁性特征：
(1)
磁滞现象
铁磁性物质的磁化强度与磁化场呈非线性关系，即具有磁滞现象。 如果用磁化曲线来表示磁性物质的磁化强度与磁化场强的关系，则顺磁性和抗磁性物质的磁化曲线均为直线，见图（a），其磁化过程是可逆的。但铁磁性物质的磁化曲线却表现为复杂的磁滞回线，如图（b）所示。
由图（b）可以看出，铁磁性物质的磁化曲线表现为：当磁场强度H增加时，磁化强度M沿着A一B—C一D曲线增加，在C点达到饱合值MS。随着H的降低，M沿着另一条曲线D一C一E下降。H=0时，磁化强度保持定值Mr。再继续往下，相反的磁场抵消了剩余磁性，在F点，H=-Hc时，M等于零。以后随反向磁场增加到G时，M达到饱合值-Ms。相反的过程曲线沿G一H一I一C变化。铁磁性物质的磁化是不可逆的，称之为磁滞。其中MS称为饱合磁化强度；Mr 称为剩余磁化强度；HS称为饱合磁化磁场；Hc称为矫顽磁力（使铁磁质完全退磁所需要的反向磁场的大小，叫铁磁质的矫顽力)。只有铁磁性物质才有磁滞现象。
(a) (b)
图 抗磁质、顺磁质和铁磁质的磁化
（a）抗磁质和顺磁质的磁化（1.顺磁质；2.抗磁质）；（b）铁磁质的磁滞回线
(2)铁磁性物质的磁性和温度的关系
抗磁性物质的磁化率不随温度变化，顺磁性物质的磁化率与热力学温度成反比：而铁磁性物质当温度升高时，磁化率逐渐增加，临近居里点时达到极大值，然后急剧下降趋于零（见图）。居里点为铁磁性物质的磁化率陡然降低，由铁磁性转变为顺磁性的温度。这个关系是服从居里—魏斯定律，即k?cT?Tc；式中：
C—居里常数；T—热力学温度；Tc居里温度。当T〉Tc时，铁磁性消失，变为顺磁性。
对于铁磁性物质，在磁化磁场增加时，加热或振动可使磁化率增加。在磁化磁场减弱时，加热或振动将使其提前去磁。
根据原子磁矩在磁畴中排列的形式不同，铁磁性物质一般可分为三类：铁磁性、亚铁磁性(或称为铁淦氧磁性)和反铁磁性，见图。
图 铁磁质磁化率随温度变化示意图 图 原子磁矩在磁畴中的排列示意图 （a）铁磁质；（b）反铁磁质；（c）铁淦氧磁质
由图中可见：
1．铁磁性物质：磁畴内原子间存在很强的正交换力，在磁畴内原子磁矩排列在同一方向上。
2．反铁磁性物质；磁畴内磁性离子间存在超交换作用力，磁畴内离子磁矩排列相反，故磁化率很小；但具有很大的矫顽磁力。
3．铁淦氧磁性物质：磁畴内离子间存在超交换作用力，磁畴内磁性离子反平行排列，且磁矩互不相等，故每一磁畴仍有自发磁矩。所以具有较大的磁化率和剩余磁化强度。
二、岩（矿）石的磁性特征 （一）表征磁性的物理量 1、磁化强度和磁化率
?
⑴磁化强度的定义是单位体积的磁矩，以M??化程度的物理量，与磁场的关系为：M??H表示，它是描述介质被磁
，式中的?即为磁化率。
磁化强度的SI单位为A／m。
⑵磁化率κ：磁化率是描述介质被磁化难易程度的物理量，定义式为
?M???H
式中H为磁介质的磁场强度，磁化率κ是无量纲的量，用SI（κ）表示κ的SI单位的大小，1SI(κ)=1。
1、磁感应强度和磁导率
? 在各向同性磁介质内部的任意点，磁感应强度B?? B??H可以定义为：
其中B以特斯拉为单位，?使介质的磁导率，在真空中记为?0?4??10?7H/m。应注意的是：磁场强度与磁感应强度是描述磁场性质的两个不同的物理量。
磁法勘探中常用T表示B。也就是说磁法中说的磁场强度，即为物理中的磁
?感应强度。H??与
?B的量纲不同、单位不等，因此二者不能混淆。磁法勘探中，
的单位是
?A/m，B使用SI
?的分数单位， H的单位是T，称为特斯拉，一般常用
纳特nt作单位，有时也用伽玛γ作单位，并有：1 nT?1? ?10?9T。
2、感应磁化强度和剩余磁化强度
感应磁化强度：位于岩石圈中的地质体，在地磁场作用下，受现代地磁场的磁化而具有的磁化强度，它可以表示成为：Mi??T
剩余磁化强度Mr与当代地磁场无关，它是岩石在形成时，处于一定的条件下，受当时地磁场磁化所保留下来的磁性。只要岩矿石中含有铁磁性矿物，它就可能有剩余磁化强度。
磁法中常可涉及到：Mi,?,Mr及M（M?Mi?Mr）。 （二）矿物的磁性
根据磁性的强弱与特点，物质分为抗磁性矿物、顺磁性矿物和铁磁性矿物。 1、抗磁性矿物和顺磁性矿物
自然界中，绝大多数矿物属顺磁性与抗磁性，主要矿物代表有：
顺磁性：黑云母、辉石、角闪石、蛇纹石、石榴子石、堇青石、褐铁矿等 抗磁性：岩盐、石膏、方解石、石英、石油、大理石、石墨、金刚石及某些长石等。
一般抗磁性矿物的磁化率很小，在磁法中可认为是无磁性的。而顺磁性矿物的磁化率比抗磁性矿物大的多。
2、铁磁性矿物
自然界中不存在纯铁磁性矿物，主要是铁淦氧磁性的矿物。如铁的氧化物和硫化物及其它金属元素的固熔体等，这些矿物虽然不多，但它们磁性却很强，对岩石的磁性起着决定性的作用。主要矿物有：磁铁矿(FeO．Fe2O3)、磁赤铁矿、赤铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿等。
（三）岩石的一般磁性特征
一般说来，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。
1、沉积岩的磁性
沉积岩的磁化率比火成岩及变质岩的磁化率小，如果不含铁质，磁化率可以认为接近于零。其磁性主要取决于副矿物的含量和成分。比如含磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿及它的氢氧化物的含量，而其中的另一些矿物如石英、长石、方解石等无磁性。它的天然磁性与母岩的磁性颗粒有关。
2、火成岩的磁性
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