Поля Земли

Магнитная ось Земли наклонена по отношению к оси вращения под углом 11⁰. При этом, северный магнитный полюс находится с противоположной стороны северного географического полюса, но условно его принимают со стороны этого северного. Существует инверсия полюсов, которая происходит в период более 0,5 млн. лет.

Основной показатель магнитного поля, суммарный магнитный вектор Т и его вертикальная проекция Z (рис.1.26).

Рис. 1.26. Элементы геомагнитного поля

Другими показателями являются магнитное склонение - D, магнитное наклонение - I, северная проекция Х -, западная (восточная) проекция - У. На полюсах Т = Z = 0,66*10⁵ нТл при Н = 0. На экваторе Т = Н = 0,33*10⁵ нТл при Z = 0

Н_т = Н_о + Н_м + Н_а + Н_вн + Н (1.34), где

Н_т – суммарное магнитное поле, Н_о – поле диполя Земли, Н_м – поле материковое,

Н_а – аномальное поле, Н_вн – внешнее поле, Н – поле магнитных вариаций.

Нормальное поле, т.е. поле диполя и поле материковое формирует общее направление геомагнитного поля от северного к южному магнитному полюсу.

Аномальное поле - это поле от намагниченных геологических тел.

Внешнее поле – поле от объектов помех, например: всевозможных металлических сооружений.

Поле вариаций - это вариации:

1. вековые;

2. годовые;

3. суточные (солнечно-суточные и лунно-суточные);

4. магнитные бури.

Происхождение магнитного поля Земли связывается с существованием в ядре слабых вихревых токов, которые вследствие вращения Земли и под действием гидромагнитного эффекта приводят к первоначально слабому эффекту магнитной индукции. Последний вновь вызывает вихревые токи. Этот процесс "диффундирует" (последовательно передает) к поверхности Земли, где компенсируется поверхностными токами. В результате на земной поверхности постоянно существуют геомагнитное поле, которое в разной степени деформировано в зависимости от намагниченности тех или иных геологических тел.

Магнитные свойства горных пород

Все природные объекты в том числе горные породы делятся на две группы: 1) диамагнетики (магнитная проницаемость <1), 2) парамагнетики (магнитная проницаемость >1). В группе парамагнетиков выделяются специальная группа ферро-, ферри- и антиферромагнетиков >>1. Природа магнетизма обусловлена структурой спин-орбитальных моментов атомов под действием магнитного поля (рис. 1.27-1.29).

Диамагнетики:

До действия поля Во время действия поля После действия поля

Спин-орбитальные Спин-орбитальные Спин-орбитальные

моменты взаимно- моменты моменты возвращаются

скомпенсированы, противоположны в первоначальное

объект не магнитен направлению поля состояние

Рис. 1.27. Структура спин-орбитальных моментов атомов под действием

магнитного поля у диамагнетиков

Парамагнетики:

До действия поля Вовремя действия поля После действия поля

Спин-орбитальные Спин-орбитальные Спин-орбитальные

моменты взаимно- моменты преимущест- моменты возвраща-

с компенсированы венно ориентированы ются в первоначальное

из-за разориентации в направлении поля состояние

Рис. 1.28. Структура спин-орбитальных моментов атомов под действием

магнитного поля у парамагнетиков

Ферро-, ферри- и антиферромагнетики очень сильные природные магниты, внутренняя структура которых содержит специальные области - домены:

До действия поля Вовремя действия поля После действия поля

Д омены между Домены целиком Доменам не хватает

собой взаимно ориентируются энергии возвратиться

скомпенсированы вдоль поля в исходное состояние

Рис. 1.29. Структура спин-орбитальных моментов атомов под действием

магнитного поля у ферро-, ферри- и антиферромагнетиков

Эти объекты являются природными магнитами. Их немного, но их присутствие определяет магнитные свойства горных пород.

Твердая фаза

Магнитные свойства минерального состава горных пород в основном определяются примесью ферромагнитных минералов (магнетит, гематит, самородное и метеоритное железо и др.). Тенденция изменения магнитной восприимчивости ) у минералов групп различной литологической принадлежности показана на

рис. 1.30.

Увеличение χ

минералы минералы минералы минералы минералы

у глистой силикатной карбонатной глинистой рудной

группы группы группы группы группы

Рис. 30. Тенденция изменения магнитной восприимчивости ) у минералов

Нужно сказать, что такое магнитная восприимчивость. Ю.Х.

Жидкая фаза

Вода и нефти диамагнитны.

Газовая фаза

Газы и газовоздушные смеси также диамагнитны.

Магматические породы

Наблюдается тенденция увеличения магнитных свойств в щелочноземельном ряду от кислых к ультраосновным, что показано на рис. 31

Рис. 1.31. Тенденция изменения магнитной восприимчивости у магматических пород щелочноземельного ряда

-капа) магнитная восприимчивость

Метаморфические породы

Вещественно петрографический состав практически не изменяется на разных стадиях метаморфизма, следовательно не изменяются и магнитные свойства (рис. 1.32).

Рис. 32. Тенденция изменения магнитной восприимчивости у метаморфических пород

Стадии метаморфизма:

I – зеленосланцевая,

II – амфиболитовая,

III – гранулитовая,

IV – эклогитовая,

 - капа) магнитная восприимчивость

Исключения составляют железистые кварциты и метаморфические породы, в которых присутствуют вкрапленные руды.

Осадочные породы

Для одноименных стадий окаменения (преобразования) тенденция изменения магнитных свойств соответствует твердой фазе (рис. 1.33).

Увеличение χ

минералы минералы минералы минералы минералы

у глистой силикатной карбонатной глинистой рудной

группы группы группы группы группы

(фюзеновые (песчаники) (известняки) (аргиллиты) (бурый

угли) железняк)

Рис. 1.33. Тенденция изменения магнитной восприимчивости у осадочных пород

для одноименных стадий их преобразования

 - капа) магнитная восприимчивость

Магнитные свойства изменяются в зависимости от стадии преобразования только у одноименных и парамагнитных литологических разностей, в частности у аргиллитов (рис. 1.34). Это связано с изменением пористости, поскольку заполненные водой, нефтью или газом поры диамагнитны. Следовательно, с увеличением пористости намагниченность пород уменьшатся. В противовес этому у диамагнитных пород изменение пористости не приводит к увеличению или уменьшению магнитных показателей.

С тадии преобразования

20 40 χ, отн. ед.

Диагенез (бурые угли)