磁化率地理上指的是什麼

A. 磁化率與環境指示意義

沉積物是在特定的沉積環境中形成的，記載了沉積環境的變化，其攜帶的磁性礦物因對環境的靈敏反映和記錄的穩定性而成為較好的環境指示物質。磁化率對判斷樣品記載的環境變化信息、分析古氣候變化規律及為古環境研究提供可靠的磁學依據。近年來的研究認為，磁化率相對較高，其對應的沉積物粒度則較細，表明樣品是在較暖濕的環境下形成的;相反，樣品的磁化率低，其對應的沉積物粒度則粗，表明樣品是在相對乾冷的環境下形成的(Collison，1986)。不同的岩層，由於其沉積物的差異，磁化率也不同，磁化率曲線與其對應的岩層有較好的對應關系(張普綱等，2003)。

圖3-5 黃土-古土壤序列與磁化率曲線(據劉秀銘等，1991)

在河湖相沉積物中，磁化率反映了沉積物所含磁性礦物的類型、含量和磁顆粒的總體水平。在相對溫暖具強氧化條件的環境中，形成磁化率較高、粒度較細的沉積物，指示較高的沉積水位;相反，在相對乾冷具較強還原條件的環境中，形成磁化率較低、粒度較粗的沉積物，指示較低的沉積水位(胡守雲等，1998)。湖泊沉積物頻率磁化率則反映了沉積物的物源和沉積動力條件的變化，間接反映了湖泊沉積物記錄的環境變遷，是研究歷史時期環境變化的一項重要指示(張振克等，1998)。如圖3-5中，兩處剖面的頻率磁化率曲線出現的6個波峰與黃土-古土壤序列存在的6層古土壤相對應，其波谷對應了序列中黃土的存在，頻率磁化率曲線與黃土-古土壤序列基本具有一致性，兩剖面經歷了7次冷期和6次曖期的氣候變化(張普綱等，2003)。

B. 物質的磁化、磁化強度和磁化率、岩石的磁性

(一)物質的磁化

如果將一根鐵棒插入鐵屑中，它不會吸引鐵屑，但當鐵棒的另一端有磁鐵靠近時，鐵棒就吸有鐵屑。這說明磁鐵使鐵棒具有了磁性，使其吸引鐵屑。因此，凡是原來不具有磁性的物質，在外磁場作用下具有了磁性，這種現象就叫磁化。

鐵棒被磁化的原因，是其內部固有的雜亂無章排列的磁分子，在外磁場作用下，沿著磁化方向作定向排列，此時，在磁棒兩端就有磁荷分布。若磁鐵N極靠近鐵棒，則鐵棒的靠近端集中負磁荷，另一端集中等量的正磁荷。從物理學可知，物質的磁化，與物質內部原子中的電子運動有關，電子的自旋和軌道旋轉，都產生各自的磁矩。只是由於物質內部無數的電子環形電流所產生的磁矩方向是雜亂無章的，故總體沒有磁性。在外磁場作用下，情況就大不一樣了。電子自旋或軌道運動方向都會定向排列，使產生的磁矩方向與外磁場的磁化方向趨於一致。物質由此而顯出磁性。這是一種感應磁化。

(二)磁化強度與磁化率

1.磁矩(m)

討論磁化強度前，需再介紹一下磁矩。

設有兩根磁量相等但長度不同的磁針，一根長l，另一根長2l。同置於一個均勻磁場中(場中磁場強度大小、方向處處相同)，此時，兩磁針的兩端產生的力均為F。但是磁場對各磁針產生的轉動力矩是不等的。一根的力矩，即磁矩m=2lQ，另一根磁矩m=lQ，長針力矩大1倍。倘若被磁化的是一個任意形狀的物體，沿著磁化方向將物體畫成與之平行的許多的條形磁體，各條形磁體的磁矩合成物體的總磁矩。由此可見，磁矩是表示磁體整體體積磁性的一個物理量(磁矩的方向是由S極指向N極)。

2.磁化強度(M)

倘有兩個磁性體，體積相同，但它們的磁矩有可能是不等的，原因在於它們的單位體積磁矩有可能不相等。因此單位體積磁矩的大小，反映物質的磁化程度。於是磁化強度M就定義為單位體積的磁矩，則有M=m/V，V為物體體積，M的單位：安/米(A/m)(1 A/m=10^-3CGSM)。

3.面磁荷密度及與磁化強度的關系

磁體單位面積的磁荷量稱為面磁荷密度(σ)(指在磁荷分布均勻情況下)。設一圓柱高2L，頂、底面積為S，兩端分別均勻分布磁荷量-Q_m，+Q_m，其磁化強度M=m/V=

，則：M=Q_m/S=σ。此式表明，垂直柱體頂底面的磁化強度M與σ是相等的。一般情況下，σ在數值上等於M在磁性表面外法線方向上的投影分量，即σ=M · sinα=M_n。

4.感應磁化強度與剩餘磁化強度

凡是原來無磁性的物質在外磁場的作用下具有了磁性，這時它的磁化強度稱為感應磁化強度(M_i)。有些磁性物質具有的磁化強度與外磁場無關，它是古地磁作用後保存下來的磁化強度，被稱為剩餘磁化強度(M_r)。若磁體中既有M_r和M_i，則總磁化強度為M=M_i+M_r。

5.磁化率(κ)

磁化率是表徵物質磁化難易程度的一個物理量，即在一定磁場強度T的作用下，M_i的大小與κ成正比關系，即M_i=κT，κ值大，M也相應增大。κ量綱為1，但在舊制中以10^-6CGSM(κ)作最小單位，與SI制的關系是1SI(κ)=

(κ)。

(三)岩礦石的磁性

岩礦石的磁性是產生磁異常的物理基礎。

1.礦物磁性

岩石是由多種礦物組成的。在外磁場作用下，各種礦物顯示的磁性是不同的，一般可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性三類。

抗磁性 礦物原子內電子成對出現，自旋磁矩相互抵消。在外磁場中，獲得與外磁場方向相反的磁矩，磁化率是負的。

順磁性 物質原子殼層中含有非成對電子，自旋磁矩不會抵消。在外磁場中，電子自旋磁矩趨向外磁場方向，這種特性叫順磁性。

抗磁性與順磁性礦物磁化後磁化率極小，在磁法勘探中一般忽略不計。

圖2-9 鐵磁性的磁滯回線

鐵磁性 鐵、鎳、鈷、磁鐵礦、赤磁鐵礦、磁黃鐵礦等，與前兩類相比，有極強的磁化率。一般在10～10^-2SI(κ)。鐵磁性礦物的一個顯著特性是有磁滯現象。如圖2-9，當外磁場 H增加時，M_i沿OA線上升，在H_a時，M_i至A點飽和。而後由H_a減至H=0，再由H=0減至H_a，下降曲線為A→B→C→D，在D點M_i又達飽和。再由D開始增加H，曲線為D→E→F→A，形成閉合迴路，這個迴路稱為磁滯曲線。它表明鐵磁性物質的磁化強度隨磁場變化呈不可逆性。在H=0時的OB、OE為剩磁值，H_c、-H_c為矯頑磁力。不同的鐵磁體有不同的磁滯回線。

居里點 鐵磁性物質當溫度升到一定值後，可轉變為順磁性，反之亦然，所以它們磁性的歸屬依賴於溫度。當升溫到某一定值時，磁化率迅速消失，那麼這個消失點的溫度值，稱為居里點，當溫度下降到居里點以下時，磁化率又會不同程度的恢復，基本恢復者為可逆型，不可逆型則恢復較差。磁鐵礦、赤鐵礦的居里點溫度在560～580℃，磁黃鐵礦的居里點約在300℃。

2.岩石磁性

(1)決定岩石磁性的因素

在常溫下，岩石磁性的強弱主要取決於所含磁性礦物的多少。其次與磁性礦物的分布狀態有關：磁性礦物呈膠合狀態者，比呈顆粒狀分散分布的磁化率要大，因為前者消磁作用小；磁性岩石受構造擠壓形變後，剩磁會減小。

(2)各類岩石的一般磁性特徵

1)沉積岩的磁性：一般來說，沉積岩的磁性很弱。磁性決定於其中有無磁性礦物，其造岩礦物一般無磁性。其中的剩磁，與由母岩剝蝕下來的磁性礦物有關，其數值不大。

2)火成岩：一般規律是超基性岩磁性最強。次之是基性岩，一般有中等磁性。酸性岩一般磁性較弱，如在全國許多地區大量出現的侵入型花崗岩磁性較弱或甚微，但有的重熔型花崗岩，因有鐵質的混入、含有磁鐵礦而具有弱—中等磁性，在南方，此類岩體並不少見。中性的安山岩、酸性流紋岩等一般磁性極微弱，基性玄武岩具有中等磁性，由於噴發流動，成岩後，磁異常雜亂為其特徵。

3)變質岩：變質岩的磁性一般決定於變質前的原岩磁性。如沉積變質岩與原來變質前的磁性基本相同。在南方屬淺變質型的沉積變質岩，磁性極微，所以在湘贛粵廣大地區，基底磁性層不明顯。在北方地區，基底岩系有深變質的片麻岩，相對南方變質岩而言，磁性略強且復雜。所以大區域航磁反映其背景磁場並不太平靜。

(四)岩石剩磁的成因

在地磁場中，岩漿岩在冷卻後獲得的剩磁稱熱剩磁；沉積岩在沉積過程中，磁性礦物按當時地磁場方向排列而獲得的剩磁，稱沉積型剩磁；因化學作用的結果，使磁性礦物顆粒增大或產生新的磁性礦物而獲得的剩磁，稱化學剩磁。由於剩磁反映了不同的古地質環境，在解決地質問題方面越來越受到重視，剩磁研究已發展成為一門學科——古地磁學。

C. 土壤磁化率與酸鹼度

磁化率在3000-4500×10m／kg，酸鹼度PH值在7.58-8.27左右。一般土壤的磁化率在3000-4500×10m／kg，酸鹼度PH值在7.58-8.27左右。磁化率也被認為是反映氣候變化的指標之一，酸鹼度通常用以衡量土壤酸鹼反應的強弱。主要由氫離子和氫氧根離子在土壤溶液中的濃度決定，以pH表示。