Магнитные свойства горных пород

Поскольку подавляющее большинство породообразующих минералов – диа- или парамагнетики, магнитные свойства горных пород практически полностью определяются присутствием в них ферромагнитных минералов и, прежде всего, магнетита.

По магнитной восприимчивости æ горные породы классифицируют на практически немагнитные - до 50 10^-6 СГС (до 40 10^-5 СИ), слабомагнитные - 50 – 500 10^-6 СГС (40 – 400 10^-5 СИ), среднемагнитные - 500 – 5000 10^-6 СГС (400 – 4000 10^-5 СИ), и сильномагнитные - более 5000 10^-6 СГС (более 4000 10^-5 СИ).

Общие закономерности изменения магнитной восприимчивости горных пород в зависимости от их происхождения можно определить следующим образом.

Осадочные породы в «свежем» виде, без признаков оруденения относятся к практически немагнитным. В среднем по возрастанию магнитной восприимчивости породы располагаются в следующий ряд: осадочные – метаморфические – эффузивные – интрузивные. Однако надо учитывать, что это лишь самая общая статистическая тенденция и даже внутри отдельной разновидности могут быть большие вариации магнитной восприимчивости (особенно если это связано с рудными процессами).

Для изверженных горных пород (интрузивных и эффузивных) наблюдается общая закономерность возрастания магнитной восприимчивости от кислых к основным. Граниты в большинстве случаев являются слабомагнитными, но в отдельных районах (мурманский берег, Баргузинский хребет) встречаются массивы гранитов со средней магнитной восприимчивостью до 5000 10^-5 СИ (Логачев, Захаров.1973).Характерно также повышение магнитной восприимчивости в зонах контактов массивов с карбонатами. Процессы хлоритизации и серицитизации ведут к понижению æ.

Диориты и габбро встречаются как слабо, так и сильномагнитные. Для пород группы габбро-норитов характерна несколько меньшая восприимчивость. Анортозиты имеют слабую магнитную восприимчивость, поскольку имеют низкое для группы габбро содержание железа. Сильномагнитными могут быть рудные габбро, обогащенные магнетитом или пирротином, но амфиболизация приводит к уменьшению их æ.

Ультраосновные породы характеризуются наиболее широким диапазоном изменения магнитной восприимчивости. Неизмененные разности этих пород обычно слабо магнитны, но при серпентинизации освобождается часть железа из которого образуется магнетит и магнитная восприимчивость резко возрастает.

Однако необходимо учитывать, что иногда при очень высоких значениях магнитной восприимчивости горных пород над ними могут не наблюдаться магнитные аномалии. Объясняется это тем, что аномалиеобразующим свойством в магниторазведке является не магнитная восприимчивость, а величина и направление намагниченности горной породы.

Существует два вида намагниченности.

1. Индуктивная намагниченность (J_i) присутствует у всех горных пород и индуцируется магнитным полем Земли:

J_i = æ·T, (3.17)

где Т– напряжённость магнитного поля Земли; æ - магнитная восприимчивость горной породы.

Горные породы при этом намагничиваются по направлению магнитного поля Земли и увеличивают его, создавая аномалии, то есть индуктивная намагниченность всегда совпадает с направлением намагничивающего поля. Без внешнего намагничивающего поля J_i не существует.

Если рассматривать отдельные геологические тела, то величина индуктивной намагниченности зависит и от формы тела:

J_i = æ·T/(1+ æN), (3.18)

где N – коэффициент размагничивания тела.

Для длинных вертикальных штоков и пластов, намагниченных вдоль длинной оси, коэффициент N = 0, для сферических объектов N = (4/3)π, для горизонтальных цилиндрических тел, намагниченных вертикально, N = 2π, а для тонких горизонтальных пластов, намагниченных вертикально, N = 4π. Отсюда видно, что хуже всего тела намагничиваются поперек длинной оси, а длинную ось тела иногда называют направлением легкого намагничения.

2. Естественная остаточная намагниченность (J_n) присутствует только у пород, содержащих минералы-ферромагнетики. Она возникает при образовании или изменении горной породы и сохраняет в себе информацию о направлении вектора и величине напряжённости древнего магнитного поля (эпохи образования или преобразования породы). Эта намагниченность присутствует в горной породе независимо от современного магнитного поля Земли и может быть направлена различным образом (вплоть до противоположного направления современному полю).

Соотношение двух видов намагниченности принято характеризовать величиной Q – фактора (или фактора Кенигсбергера):

Q = J_n/ J_i (3.19)

Для горных пород величина Q изменяется от сотых доле единицы до 100 и более, то есть в некоторых горных породах остаточная намагниченность может преобладать над индуктивной.

Намагниченность горной породы, в результате которой возникают магнитные аномалии, представляет собой сумму векторов J_n и J_i :

. (3.20)

Если остаточная намагниченность направлена против современного поля и равна индукционной намагниченности, то при высоких значениях магнитной восприимчивости аномалии над объектом могут не наблюдаться. Примером могут служить некоторые железорудные месторождения Ангаро-Илимской группы, где над рудными телами железистых кварцитов отсутствуют магнитные аномалии, а иногда наблюдаются даже отрицательные аномалии.