磁化率地理上指的是什么

A. 磁化率与环境指示意义

沉积物是在特定的沉积环境中形成的，记载了沉积环境的变化，其携带的磁性矿物因对环境的灵敏反映和记录的稳定性而成为较好的环境指示物质。磁化率对判断样品记载的环境变化信息、分析古气候变化规律及为古环境研究提供可靠的磁学依据。近年来的研究认为，磁化率相对较高，其对应的沉积物粒度则较细，表明样品是在较暖湿的环境下形成的;相反，样品的磁化率低，其对应的沉积物粒度则粗，表明样品是在相对干冷的环境下形成的(Collison，1986)。不同的岩层，由于其沉积物的差异，磁化率也不同，磁化率曲线与其对应的岩层有较好的对应关系(张普纲等，2003)。

图3-5 黄土-古土壤序列与磁化率曲线(据刘秀铭等，1991)

在河湖相沉积物中，磁化率反映了沉积物所含磁性矿物的类型、含量和磁颗粒的总体水平。在相对温暖具强氧化条件的环境中，形成磁化率较高、粒度较细的沉积物，指示较高的沉积水位;相反，在相对干冷具较强还原条件的环境中，形成磁化率较低、粒度较粗的沉积物，指示较低的沉积水位(胡守云等，1998)。湖泊沉积物频率磁化率则反映了沉积物的物源和沉积动力条件的变化，间接反映了湖泊沉积物记录的环境变迁，是研究历史时期环境变化的一项重要指示(张振克等，1998)。如图3-5中，两处剖面的频率磁化率曲线出现的6个波峰与黄土-古土壤序列存在的6层古土壤相对应，其波谷对应了序列中黄土的存在，频率磁化率曲线与黄土-古土壤序列基本具有一致性，两剖面经历了7次冷期和6次暧期的气候变化(张普纲等，2003)。

B. 物质的磁化、磁化强度和磁化率、岩石的磁性

(一)物质的磁化

如果将一根铁棒插入铁屑中，它不会吸引铁屑，但当铁棒的另一端有磁铁靠近时，铁棒就吸有铁屑。这说明磁铁使铁棒具有了磁性，使其吸引铁屑。因此，凡是原来不具有磁性的物质，在外磁场作用下具有了磁性，这种现象就叫磁化。

铁棒被磁化的原因，是其内部固有的杂乱无章排列的磁分子，在外磁场作用下，沿着磁化方向作定向排列，此时，在磁棒两端就有磁荷分布。若磁铁N极靠近铁棒，则铁棒的靠近端集中负磁荷，另一端集中等量的正磁荷。从物理学可知，物质的磁化，与物质内部原子中的电子运动有关，电子的自旋和轨道旋转，都产生各自的磁矩。只是由于物质内部无数的电子环形电流所产生的磁矩方向是杂乱无章的，故总体没有磁性。在外磁场作用下，情况就大不一样了。电子自旋或轨道运动方向都会定向排列，使产生的磁矩方向与外磁场的磁化方向趋于一致。物质由此而显出磁性。这是一种感应磁化。

(二)磁化强度与磁化率

1.磁矩(m)

讨论磁化强度前，需再介绍一下磁矩。

设有两根磁量相等但长度不同的磁针，一根长l，另一根长2l。同置于一个均匀磁场中(场中磁场强度大小、方向处处相同)，此时，两磁针的两端产生的力均为F。但是磁场对各磁针产生的转动力矩是不等的。一根的力矩，即磁矩m=2lQ，另一根磁矩m=lQ，长针力矩大1倍。倘若被磁化的是一个任意形状的物体，沿着磁化方向将物体画成与之平行的许多的条形磁体，各条形磁体的磁矩合成物体的总磁矩。由此可见，磁矩是表示磁体整体体积磁性的一个物理量(磁矩的方向是由S极指向N极)。

2.磁化强度(M)

倘有两个磁性体，体积相同，但它们的磁矩有可能是不等的，原因在于它们的单位体积磁矩有可能不相等。因此单位体积磁矩的大小，反映物质的磁化程度。于是磁化强度M就定义为单位体积的磁矩，则有M=m/V，V为物体体积，M的单位：安/米(A/m)(1 A/m=10^-3CGSM)。

3.面磁荷密度及与磁化强度的关系

磁体单位面积的磁荷量称为面磁荷密度(σ)(指在磁荷分布均匀情况下)。设一圆柱高2L，顶、底面积为S，两端分别均匀分布磁荷量-Q_m，+Q_m，其磁化强度M=m/V=

，则：M=Q_m/S=σ。此式表明，垂直柱体顶底面的磁化强度M与σ是相等的。一般情况下，σ在数值上等于M在磁性表面外法线方向上的投影分量，即σ=M · sinα=M_n。

4.感应磁化强度与剩余磁化强度

凡是原来无磁性的物质在外磁场的作用下具有了磁性，这时它的磁化强度称为感应磁化强度(M_i)。有些磁性物质具有的磁化强度与外磁场无关，它是古地磁作用后保存下来的磁化强度，被称为剩余磁化强度(M_r)。若磁体中既有M_r和M_i，则总磁化强度为M=M_i+M_r。

5.磁化率(κ)

磁化率是表征物质磁化难易程度的一个物理量，即在一定磁场强度T的作用下，M_i的大小与κ成正比关系，即M_i=κT，κ值大，M也相应增大。κ量纲为1，但在旧制中以10^-6CGSM(κ)作最小单位，与SI制的关系是1SI(κ)=

(κ)。

(三)岩矿石的磁性

岩矿石的磁性是产生磁异常的物理基础。

1.矿物磁性

岩石是由多种矿物组成的。在外磁场作用下，各种矿物显示的磁性是不同的，一般可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性三类。

抗磁性 矿物原子内电子成对出现，自旋磁矩相互抵消。在外磁场中，获得与外磁场方向相反的磁矩，磁化率是负的。

顺磁性 物质原子壳层中含有非成对电子，自旋磁矩不会抵消。在外磁场中，电子自旋磁矩趋向外磁场方向，这种特性叫顺磁性。

抗磁性与顺磁性矿物磁化后磁化率极小，在磁法勘探中一般忽略不计。

图2-9 铁磁性的磁滞回线

铁磁性 铁、镍、钴、磁铁矿、赤磁铁矿、磁黄铁矿等，与前两类相比，有极强的磁化率。一般在10～10^-2SI(κ)。铁磁性矿物的一个显着特性是有磁滞现象。如图2-9，当外磁场 H增加时，M_i沿OA线上升，在H_a时，M_i至A点饱和。而后由H_a减至H=0，再由H=0减至H_a，下降曲线为A→B→C→D，在D点M_i又达饱和。再由D开始增加H，曲线为D→E→F→A，形成闭合回路，这个回路称为磁滞曲线。它表明铁磁性物质的磁化强度随磁场变化呈不可逆性。在H=0时的OB、OE为剩磁值，H_c、-H_c为矫顽磁力。不同的铁磁体有不同的磁滞回线。

居里点 铁磁性物质当温度升到一定值后，可转变为顺磁性，反之亦然，所以它们磁性的归属依赖于温度。当升温到某一定值时，磁化率迅速消失，那么这个消失点的温度值，称为居里点，当温度下降到居里点以下时，磁化率又会不同程度的恢复，基本恢复者为可逆型，不可逆型则恢复较差。磁铁矿、赤铁矿的居里点温度在560～580℃，磁黄铁矿的居里点约在300℃。

2.岩石磁性

(1)决定岩石磁性的因素

在常温下，岩石磁性的强弱主要取决于所含磁性矿物的多少。其次与磁性矿物的分布状态有关：磁性矿物呈胶合状态者，比呈颗粒状分散分布的磁化率要大，因为前者消磁作用小；磁性岩石受构造挤压形变后，剩磁会减小。

(2)各类岩石的一般磁性特征

1)沉积岩的磁性：一般来说，沉积岩的磁性很弱。磁性决定于其中有无磁性矿物，其造岩矿物一般无磁性。其中的剩磁，与由母岩剥蚀下来的磁性矿物有关，其数值不大。

2)火成岩：一般规律是超基性岩磁性最强。次之是基性岩，一般有中等磁性。酸性岩一般磁性较弱，如在全国许多地区大量出现的侵入型花岗岩磁性较弱或甚微，但有的重熔型花岗岩，因有铁质的混入、含有磁铁矿而具有弱—中等磁性，在南方，此类岩体并不少见。中性的安山岩、酸性流纹岩等一般磁性极微弱，基性玄武岩具有中等磁性，由于喷发流动，成岩后，磁异常杂乱为其特征。

3)变质岩：变质岩的磁性一般决定于变质前的原岩磁性。如沉积变质岩与原来变质前的磁性基本相同。在南方属浅变质型的沉积变质岩，磁性极微，所以在湘赣粤广大地区，基底磁性层不明显。在北方地区，基底岩系有深变质的片麻岩，相对南方变质岩而言，磁性略强且复杂。所以大区域航磁反映其背景磁场并不太平静。

(四)岩石剩磁的成因

在地磁场中，岩浆岩在冷却后获得的剩磁称热剩磁；沉积岩在沉积过程中，磁性矿物按当时地磁场方向排列而获得的剩磁，称沉积型剩磁；因化学作用的结果，使磁性矿物颗粒增大或产生新的磁性矿物而获得的剩磁，称化学剩磁。由于剩磁反映了不同的古地质环境，在解决地质问题方面越来越受到重视，剩磁研究已发展成为一门学科——古地磁学。

C. 土壤磁化率与酸碱度

磁化率在3000-4500×10m／kg，酸碱度PH值在7.58-8.27左右。一般土壤的磁化率在3000-4500×10m／kg，酸碱度PH值在7.58-8.27左右。磁化率也被认为是反映气候变化的指标之一，酸碱度通常用以衡量土壤酸碱反应的强弱。主要由氢离子和氢氧根离子在土壤溶液中的浓度决定，以pH表示。