Магнитные свойства минералов

Элементарными носителями собственного магнетизма веществ являются в основном электроны атомов. Кроме того, под действием внешнего магнитного поля все вещества намагничиваются. Количественная оценка этого явления называется намагниченностю (J) и представляет собой магнитный момент единицы объёма вещества.

Основной величиной, характеризующей магнитные свойства минералов и горных пород, в магниторазведке принято считать магнитную восприимчивость æ (каппа) - параметр, характеризующий способность вещества намагничиваться.

Как это известно из курса физики, по своим магнитным свойствам все вещества делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Выделяют еще более редко встречающиеся антиферромагнетики и ферриты.

Диамагнетизм является результатом воздействия внешнего магнитного поля Н на движущиеся электрические заряды в атоме и проявляется в том, что индуцируется магнитный момент, противоположный внешнему магнитному полю. Поэтому магнитная восприимчивость и намагниченность J у диамагнетиков отрицательная (рис.3.11). Абсолютные значения магнитной восприимчивости диамагнетиков невысокие и редко достигают 10^-4 ед. СИ. К диамагнитным минералам относятся самородные медь, золото, ртуть, нефть и вода, а также галенит, кварц, ортоклаз и другие безжелезистые минералы (табл. 3.4)

Таблица 3.4.

Парамагнетизм возникает в веществах с нескомпенсированными магнитными моментами и отсутствием магнитного атомного порядка. При отсутствии внешнего магнитного поля упорядоченному расположению элементарных магнетиков препятствует их тепловое движение, энергия которого выше энергии взаимодействия между магнетиками. Результирующая намагниченность парамагнетиков равна нулю. Внешнее намагничивающее поле ориентирует магнитные моменты атомов преимущественно по направлению намагничивающего поля, но в обычных условиях ориентации магнитных моментов атомов препятствует их тепловое движение. Магнитная восприимчивость (и намагниченность) у парамагнетиков положительная, но небольшая. Намагниченность может достигнуть насыщения только при очень низких температурах или в очень высоких полях, много больших земного магнитного поля.

К парамагнетикам относится большая группа минералов, в основном породообразующих. Безжелезистые минералы (плагиоклазы, полевые шпаты, мусковит, скаполит, шпинель и др.) имеют низкую магнитную восприимчивость, не превышающую 10 10^-5 ед. СИ. Для железосодержащих силикатов (биотиты, амфиболы, хлорит, пироксены, оливин) за счет ионов железа характерна несколько повышенная магнитная восприимчивость – до 20 10^-5 ед. СИ.

Некоторые вещества в отсутствии внешнего магнитно поля обладают упорядоченными магнитными моментами. Области самопроизвольной намагниченности называются магнитными доменами. Вещества с параллельным расположением магнитных моментов в доменах называются ферромагнетиками. Если в домене магнитные моменты расположены антипараллельно, такие вещества называют антиферромагнетиками.

Рис. 3.11. Характеристики намагниченности (J) внешним магнитным полем (Н)

для различных магнетиков.

При намагничивании ферромагнетиков возрастающим внешним магнитным полем их намагниченность J достигает насыщения, но при уменьшении внешнего поля H до нуля ферромагнетик полностью не размагничивается и приобретает остаточную намагниченность. Кривая намагничивания ферромагнетиков, приведенная на рис. 3.11, называется петлей гистерезиса, ширина которой характеризуется коэрцитивной силой. При широкой петле (большая коэрцитивная сила) ферромагнетики называют магнитожесткими, но в некоторых ферромагнетиках наблюдается очень малая коэрцитивная сила (узкая петля) и такие ферромагнетики называют магнитомягкими. Намагнитить ферромагнетик можно воздействием внешнего магнитного поля при изменении температуры, времени, механических напряжений. При высоких температурах в ферромагнетиках энергия теплового движения становится преобладающей и он переходит в парамагнетик. Температура, при которой ферромагнетик теряет свои свойства, называется точкой Кюри (q).

Магнитные свойства наиболее распространённых ферромагнитных минералов приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

В природе ферромагнетизм является достаточно редким явлением, присущим лишь небольшому количеству минералов, но присутствие даже незначительной примеси ферромагнитных минералов в горной породе может полностью изменить ее магнитный облик.