1 Как и почему изменяется плотность магматических горных

1. Как и почему изменяется плотность магматических горных пород от кислых разностей к ультраосновным? 2. Перечислите способы определения плотности горных пород.

2. 1. Основы теории магнетизма. Магнетизм минералов 2. 2. Естественная остаточная намагниченность горных пород 2. 3. Магнитная восприимчивость горных пород

1. Что является элементарным носителем магнетизма? Что такое магнетон Бора? 2. На какие группы минералы делятся по магнитным свойствам?

- напряженность магнитного поля - индукция магнитного поля - магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума) - намагниченность вещества (горной породы) - магнитная восприимчивость вещества (горной породы) - магнитная проницаемость вещества (горной породы)

а) магнитные моменты атомов е – заряд электрона me – масса электрона Магнетон Бора (элементарный магнит) h – постоянная Планка Квантование по величине: - орбитальный магнитный момент электрона - спиновый магнитный момент электрона Квантовые числа электрона: - орбитальное; S - спиновое

↑↓ ↑↓ μА =0 Диамагнетики μА ≠ 0 Парамагнетики Ферромагнетики æ Орбитали μА – магнитный момент атома ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Направления m. S атома 26 Fe Ферромагнетики Парамагнетики Диамагнетики Максимальное число электронов Квантование по направлению

μА =0 æ<0 Механизм намагничивания – б) диамагнетизм индукционный Н Δi ē Δμ Δi – дополнительный электрический ток, индуцированный магнитным полем Н Δμ – магнитный момент, индуцированный током Δi Минерал æ диамагнетиков (-0, 5 ÷ -10). 10 -5 , 10 -5, ед. СИ Минерал , 10 -5 ед СИ Кварц -1, 6 Ковелин -1, 2 Ортоклаз -0, 6 Флюорит -1, 2 Циркон -1, 2 Барит -1, 8 Галенит -3, 3 Сфалерит -6, 5 Касситерит -2, 0 Апатит -10, 3

в) парамагнетизм Н=0 μА >0 æ>0 Механизм намагничивания – ориентационный Н→ J = J° L(a) J° = n A æ парамагнетиков (0, 5 ÷ 300). 10 -5 - намагниченность насыщения n – число атомов с μА в единичном объеме L(a) – функция Ланжевена Магнитная энергия Тепловая энергия Содержание ферромагнетика, % С – постоянная Кюри

г) ферромагнетизм μА >0 æ>>0 Механизм намагничивания – ориентационный + обменное взаимодействие Обменное взаимодействие ►Спонтанная намагниченность 1. Спонтанная намагниченность JS – спонтанная намагниченность θ – температура Кюри 2. Доменная структура Домен ↑ ↓ ↑ ↓ d~0. 01 -0. 05 При отсутствии внешнего магнитного поля ферромагнетик в общем случае не намагничен

3. Гистерезис кривой намагничивания Параметры ферромагнетика Поворот векторов JS Смещение границ доменов: необратимое НS Земное магнитное поле JS – намагниченность насыщения Jrs – изотермическая остаточная намагниченность Hcs – коэрцитивная сила Минералы - ферромагнетики Формула , ед. СИ JS, 103 А/м НСS, 103 А/м , °С Fe 3 O 4 8, 8 -25 490 0, 8 -12 578 x. Fe 3 O 4 (1 -x)Ti. Fe 203 10 -5 -1 80 -430 Маггемит Fе 2 О 3 3, 8 -25 440 0, 8 -10 675 Гематит Fe 2 O 3 (1, 3 -13) 10 -3 1, 5 -2, 5 550 -640 675 Пирротин Fe 1 -x. S 0, 13 -1, 3 17 -70 1, 2 -8, 8 300— 325 Минерал Магнетит Титаномагнетит (-100) 578

Наиболее распространенный и сильный ферромагнетик Редкие ферромагнетики Якобсит Mn. Fe 2 O 4 Треволит Ni. Fe 2 O 4 Магнезиоферрит Mg. Fe 2 O 4 ? θ o. C 300 581 310 Слабые ферромагнетики Гетит Fe. OOH Гидрогематит άFe 2 O 3. H 2 O Сидерит Fe. CO 3 Вопрос 3. 1 Измеряли намагниченность сульфидной руды при нагревании. При температуре 300 о. С намагниченность резко уменьшилась. Какой ферромагнетик присутствует в руде?

1. Спонтанная намагниченность 2. Доменная структура 3. Гистерезис кривой намагничивания (необратимые явления) Ангаро-Илимский район 1. Температура Кюри 2. Намагниченность насыщения (спонтанная намагниченность) 3. Коэрцитивная сила 1. 2. 3. 4. 5. Магнетит Титаномагнетит Маггемит Гематит Пирротин Отрицательные магнитные аномалии над магнетитовыми рудами

Виды намагниченности: - индуктивная намагниченность - естественная остаточная намагниченность При H=0 ► Ji =0, Jn≠ 0 - суммарная намагниченность Свойства естественной остаточной намагниченности: - фактор Q (Кенингсбергера) 0. 01 ≤ Q ≤ n. 100

а) термоостаточная намагниченность - Jrt В слабом магнитном поле (по Неелю): б) химическая (кристаллизационная) остаточная намагниченность - Jrс Парамагнетики Биотит → хлорит + магнетит Ферромагнетик Температурный гистерезис J Н=const Jrc Ji магнетита Ji Н=0 Намагничивание температурой однодоменный Время реакции t многодоменный

1. Назовите три главных признака минерала-ферромагнетика. 2. Что такое коэрцитивная сила?

в) осадочная (ориентационная) остаточная намагниченность - Jro n – количество частиц с магнитным моментом μ в единице объема породы Н – напряженность магнитного поля λ – вязкость воды по отношению к вращательным движениям t – время осаждения ? Вопрос 3. 2. Судя по вышеприведенной формуле, глины или песчаники имеют большую остаточную намагниченность? г) вязкая (временная) остаточная намагниченность - Jrv t – время нахождения в магнитном поле A, S – параметры породы, зависящие (прямо) от температуры Jrt > Jrc > Ji > Jro > Jrv

д) палеомагнитные исследования Кажущаяся миграция палеомагнитных полюсов Хронологическая шкала инверсий геомагнитного поля Австралия С. Америка Индия Африка Европа Палеомагнитное расчленение базальтов полярность Jn: - обратная - прямая

Землетрясения Полосовые магнитные аномалии в окрестности срединных океанских хребтов (Северный ледовитый океан) Магнитное поле Рельеф дна океана

10 -6 < æ горных пород < 10 -2 а) факторы, влияющие на магнитную восприимчивость Ряд минералов по убыванию æ 1. Тип ферромагнитных минералов æ

Олимпиадинское Au-месторождение 1 -2 – сланцы графитистые (1) и карбонатные (2); 3 – Au-руды Определение типа ферромагнетика: - по температуре Кюри (термомагнитный анализ) - из геолого-геохимических условий 2. Содержание в породе ферромагнетика V – относительный объем руды, занимаемый магнетитом Содержание в породе магнетита

Тип и содержание ферромагнетика Содержание железа Режим кислорода и серы Fe 2 O 3, % Состав и æ медно-сульфидных руд 4 Гр ан ит 0 2 10 -30 Ди од 2 Халькопирит-пиритовый 30 Пирротин-халькопиритовой 650 Халькопиритовый с магнетитом 4400 (æ в 10 -5) æ, 10 -3 >30 ор и ты ио ри т <10 6 Fe. O, % ы ы 4

3. Размер зерен ферромагнетика Магнитная восприимчивость осадочных пород Порода Магнитная восприимчивость, 10 -5 ед. СИ Платформы (чехол) Песчаник Алевролит Глина Аргиллит Мергель Известняк Доломит ? 0 -200 0 -290 0 -300 0 -190 0 -140 0 -380 0 -10 Складчатые структуры 0 -41000 0 -2500 0 -3100 0 -355 0 -180 0 -3300 0 -120 Вопрос 3. 3. При одинаковом содержании магнетита, какая магматическая порода будет иметь более высокую магнитную восприимчивость – интрузивная или эффузивная?

б) основные закономерности изменения магнитной восприимчивости горных пород Петромагнитные группы Породы слабо магнитные средне магнитные повышенно магнитные Номер группы 1 2 3 4 Интервал , 10 -5 ед СИ 0 -300 300 -3000 -25000 -50000 и более Петромагнитные подгруппы А, Б В, Г, Д Е, Ж, З И, К Индекс подгруппы Интервал , 10 -5 ед. СИ А Б В Г 0 -100 100 -300 300 -700 700 -1500 и т. д. сильномагнитные

1. Перечислите виды естественной остаточной намагниченности. 2. Какие факторы влияют на магнитную восприимчивость горных пород?

1. æ горных пород понижается в порядке: интрузивные ►эффузивные ►метаморфические ►осадочные Породы слабо магнитные средне магнитные Интрузивные Эффузивные Метаморфические Осадочные ерв й инт ы тн роя ее ве бол Наи Гранит Гранодиорит æ магматических пород увеличивается с повышением их основности сильномагнитные ал Основность 2. повышенно магнитные Кв. диорит Диорит Перидотит Дунит

Ряд повышающейся магнитной восприимчивости Гранит ◄ Гранодиорит ◄ Диорит ◄ Габбро ◄ Гипербазит æ 3. Образования æ метаморфических пород зависит от исходного состава и степени (характера) метаморфизма 4. Слабомагнитные : мраморы, кварциты сланцы низких степеней метаморфизма интенсивно гранитизированные породы эклогиты Сильномагнитные: железистые кварциты Из осадочных пород наименее магнитны известковистые разности Наиболее вероятные значения æ, 10 -5: 12, 5 – 125 Песчаник, алевролит, аргиллит 1. 25 -30 Известняк

5. Полезные ископаемые могут отличаться от вмещающих пород аномальной магнитной восприимчивостью - более высокой æ Типы руд Cu-Ni –месторождение Норильск-1 * Магнетитовые руды * Пирротин- и магнетитсодержащие полиметаллические руды * Медно-никелевые руды норильского типа Индукция магнитного поля а в б а – пирротин; б – магнетит в - титаномагнетит Озерное полиметаллическое месторождение Магнитные разности руд

Cu-Ni-месторождение Кингаш (результаты аэрогеофизической съемки)

Индукция магнитного поля - более низкой æ Pb Zn K о W Sn о о о о +о Zr Nb Ta +о +о о о * Полиметаллические ( без пирротина и магнетита) руды * Большинство редкометалльных (W, Mo, Sn) * Золото-серебряные кварцево. Mo сульфидные руды +о +о + Th Th, U +о + + Редкометалльное грейзеновое месторождение

6. Полезные ископаемые могут быть избирательно локализованы в породах с аномальной магнитной восприимчивостью Дара су Аномалия индукции магнитного поля Зона повышенной намагниченности Золотоносные жилы нское золот омест орож сульфидн дение ое а – богатые жилы б – бедные жилы и минерализованные зоны

7. Полезные ископаемые могут закономерно располагаться относительно пород с аномальной магнитной восприимчивостью Магнитные неоднородности фундамента Принципиальный разрез месторождения углеводородов ая за ле жь Осадочный чехол Ямбург Га зо в Уренгой Медвежье Фундамент Газовые месторождения

æ горных пород понижается в порядке: интрузивные ►эффузивные ►метаморфические ►осадочные æ магматических пород увеличивается с повышением их основности æ метаморфических пород зависит от исходного состава и степени (характера) метаморфизма Из осадочных пород наименее магнитны известковистые разности Полезные ископаемые могут отличаться от вмещающих пород аномальной магнитной восприимчивостью Полезные ископаемые могут быть избирательно локализованы в породах с аномальной магнитной восприимчивостью Полезные ископаемые могут закономерно располагаться относительно пород с аномальной магнитной восприимчивостью

3. Гистерезис кривой намагничивания Параметры ферромагнетика Поворот векторов JS Смещение границ доменов: необратимое НS Земное магнитное поле JS – намагниченность насыщения Jrs – изотермическая остаточная намагниченность Hcs – коэрцитивная сила Минералы - ферромагнетики Формула , ед. СИ JS, 103 А/м НСS, 103 А/м , °С Fe 3 O 4 8, 8 -25 490 0, 8 -12 578 x. Fe 3 O 4 (1 -x)Ti. Fe 203 10 -5 -1 80 -430 Маггемит Fе 2 О 3 3, 8 -25 440 0, 8 -10 675 Гематит Fe 2 O 3 (1, 3 -13) 10 -3 1, 5 -2, 5 550 -640 675 Пирротин Fe 1 -x. S 0, 13 -1, 3 17 -70 1, 2 -8, 8 300— 325 Минерал Магнетит Титаномагнетит (-100) 578

Наиболее распространенный и сильный ферромагнетик Редкие ферромагнетики Якобсит Mn. Fe 2 O 4 Треволит Ni. Fe 2 O 4 Магнезиоферрит Mg. Fe 2 O 4 ? θ o. C 300 581 310 Слабые ферромагнетики Гетит Fe. OOH Гидрогематит άFe 2 O 3. H 2 O Сидерит Fe. CO 3 Вопрос 3. 1 Измеряли намагниченность сульфидной руды при нагревании. При температуре 300 о. С намагниченность резко уменьшилась. Какой ферромагнетик присутствует в руде?

1. Спонтанная намагниченность 2. Доменная структура 3. Гистерезис кривой намагничивания (необратимые явления) Ангаро-Илимский район 1. Температура Кюри 2. Намагниченность насыщения (спонтанная намагниченность) 3. Коэрцитивная сила 1. 2. 3. 4. 5. Магнетит Титаномагнетит Маггемит Гематит Пирротин Отрицательные магнитные аномалии над магнетитовыми рудами