Магнитные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Магнетизм - особая форма взаимодействия между движущимися электрически заряженными частицами. Он присущ горным породам, так как они имеют способность намагничиваться в магнитном поле, изменять это поле, а также сохранять намагниченное состояние после прекращения действия поля.
Магнитное поле характеризуется величинами:
Н - напряженность (А/м) - определяет величину и направление действия магнитных сил;
В - магнитная индукция (Тесла [1 Тл = Вебер/м2])- векторная величина, выражающая интенсивность магнитного поля;
I - намагниченность (А/м)- функция напряженности внешнего магнитного поля; является векторной величиной и представляет собой магнитный момент единичного объема вещества.
- магнитная восприимчивость (безразмерная величина)- способность веществ намагничиваться;
µ - магнитная проницаемость (Гн/м) - способность веществ изменять магнитную индукцию;
Ч - удельная магнитная восприимчивость (ед. СИ) - магнитная восприимчивость единицы массы.
Формулы:
- магнитная индукция, где м0 = 4р10-7Гн/м;
IV = H - объемная намагниченность;
М = 1+ - магнитная проницаемость;
Ч = /д - удельная магнитная восприимчивость;
- массовая намагниченность.
Из курса физики известно, что одни вещества ослабляют внешнее поле и называются диамагнетиками, а другие усиливают это поле и называются парамагнетиками. Среди парамагнетиков существует группа веществ, вызывающих очень большое усиление внешнего поля - ферромагнетики.
Структура спин-орбитальных моментов атомов под действием магнитного поля у диамагнетиков:
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
Структура спин-орбитальных моментов атомов под действием магнитного поля у парамагнетиков:
До действия поля Во время действия поля После действия поля
Спин-орбитальные Спин-орбитальные Спин-орбитальные
Моменты взаимно моменты преимущест - моменты возвраща-
Скомпенсированы венно ориентированы ются в первоначальное
Из-за разориентации в направлении поля состояние
Структура спин-орбитальных моментов атомов под действием магнитного поля у ферро-, ферри - и антиферромагнетиков:
До действия поля Во время действия поля После действия поля
Домены между Домены целиком Доменам не хватает
Собой взаимно ориентируются энергии возвратиться
Скомпенсированы вдоль поля в исходное состояние
Однородные вещества:
Водород
Диамагнетики вода м<1 [0,999], B<H
Медь
Висмут
Азот
Парамагнетики кислород м>1 [1,0001], B>H
Алюминий
Вольфрам
Кобальт
Никель м>>1 [102 -104], B>>H
Ферромагнетики железо
Сталь
Физические причины диа-, пара - , и ферромагнетизма обусловлены магнитными моментами, являющимися суммой магнитных моментов электронов, атомов и доменов. Элементарные магнитные диполи могут существовать в горных породах независимо от внешнего поля или возникать под его воздействием.
Твердая фаза
Диамагнитные минералы (<11)
Апатит
Галит
Гипс
Графит
Кальцит
Кварц
И др.
Парамагнитные минералы (>1)
Доломит
Ильменит
Магнезит
Мусковит
Пироксен
И др.
Ферромагнитные минералы (>>1)
Это минералы, в которых целые объемы (домены) обладают магнитными моментами (имеется внутреннее молекулярное поле). Взаимодействуют соседние атомы кристаллической решетки и это взаимодействие спиновое, в отличие от орбитального (внутри атома).
- А) ферромагнетик ( - гематит) (самородное метеоритное железо)
Параллельное
Расположение
Спинов в
Отдельном
Домене
Б) ферримагнетик (магнетит)
Антипарал-
Лельное араллель-
Располо-
Жение
Спинов в
Отдельном
Домене
В) антиферромагнетик (сидерит)
Антипараллель-
Ное расположение
Спинов в отдельном
Домене
Содержанием ферримагнитных минералов в горных породах (их примерно 15) в основном и обусловлена намагниченность горных пород.
Основные особенности ферримагнитных минералов
При определенной температуре (точка Кюри) теряются магнитные свойства, и ферримагнетики становятся парамагнетиками (среднея t 500).
Характерна остаточная магнитная индукция, ввиду особенностей намагничивания-размагничивания (петля Гистерезиса) (рис. 84):
Рис. 84. Петля гистерезиса ферромагнетика и ее участки:
Нk - коэрцитивная сила - напряженность, при которой происходит полное размагничивание;
Нm - напряженность насыщения;
Вm - индукция насыщения;
В0 - остаточная индукция при Н = 0
Намагниченность диа - и парамагнетиков характеризуется линейной зависимостью (рис.85, а) и таким же образом выглядит зависимость от H, поскольку JV = H. Для ферримагнетиков зависимость от Н сложная (рис. 85,б).
Рис. 85. Кривая намагничивания слабомагнитных веществ (а) и график их коэрцитивного спектра (б)
На показатель большое влияние оказывает форма включения минералов, их размер. При увеличении размеров зерен увеличивается, а коэрцитивная сила уменьшается. Значение у минералов изменяется от -0,4Ч10-5 до 1 ед. СИ. Для кубических монокристаллов магнетита свойственна анизотропия. Намагничивание происходит легче по оси диагонали куба и наиболее трудно в направление его ребер. С уменьшением размеров зерен у ферримагнитных минералов уменьшается. С ростом растягивающей нагрузки увеличивается у минералов с положительной магнитострикцией (магнетит) и уменьшается у минералов с отрицательной магнитострикцией (ферромагниты). При одноосном сжатии у магнетитсодержащих минералов уменьшается. Под действием всестороннего давления почти все виды остаточного намагничивания минералов (гематита, магнетита, титаномагнетитов и др.) уменьшаются.
Зависимость от температуры у ферри - и парамагнетиков отличается, притом, что форма кривых подобна и при нагреве, и при охлаждении агрегатов. Однако, у минералов, устойчивых к намагничиванию (магнетит), при повторных нагревах зависимость от Т практически не изменяется, что не соблюдается для парамагнетиков (рис. 86).
Рис. 86. Зависимости магнитной восприимчивости от Т: 1 - нагрев, 2 - охлаждение
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 следующая (рис. 87):
Рис. 87. Тенденция изменения магнитной восприимчивости для минералов групп различной литологической принадлежности
Похожие статьи
-
Прочностные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Прочностные свойства горных пород не относятся к показателям, которые создают геофизические поля. В то же время эти свойства характеризуют крепость...
-
Электрические свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Электрические свойства - это физические свойства, характеризующиеся способностью природных объектов создавать и распространять электромагнитные поля. Под...
-
Осадочные породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Характеристику диэлектрической проницаемости е осадочных пород целесообразно первоначально рассмотреть на примере мономинеральной водонасыщенной породы,...
-
Упругие свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Упругость - свойство веществ сопротивляться воздействию механических напряжений. Если не превышен предел упругости - деформации обратимы, т. е....
-
Нейтронные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Нейтроны представляют собой электронейтральные частицы. Их свойство - беспрепятственно проникать в ядра веществ. Происходит упругое и неупругое...
-
Самые высокие сж и р у пород, содержащих большое количество кварца (диориты, кварциты), а более низкие значения у дунитов, поскольку они...
-
Метаморфические породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
У метаморфических пород величина е определяется в основном пористостью kп при условии отсутствия или низкого содержания минералов-проводников. В то же...
-
Как объект горных разработок горные породы характеризуются различными технологическими свойствами - Крепостью, абразивностью, твердостью, буримостью,...
-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ Земная кора сложена главным образом изверженными и метаморфическими горными породами, на которых прерывистым покровом...
-
В случае контактового метаморфизма происходят изменения вмещающих горных пород, обусловленные тепловым и химическим воздействием на них интрузивных...
-
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ - Бурение нефтяных и газовых скважин
Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются, -- вдавливание. Рассмотрим явления, происходящие в породе при...
-
Общие сведения о горных породах - Построение паспорта прочности горной породы
Горные породы - это природные агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела По происхождению горные породы...
-
Крепость горных пород - характеристика сопротивляемости пород их добыванию - технологическому разрушению. Это понятие крепости введено профессором М. М....
-
Коллекторские свойства горных пород - Коллекторы и флюидоупоры
Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пор (пустот). Пористость характеризует способность горной породы вмещать жидкости и газы. В...
-
Понятие выветривания Выветривание представляет собой процесс изменения (разрушения) горных пород и минералов вследствие приспособления их к условиям...
-
Динамические характеристики определяются по известным скоростям прохождения упругих волн через образец: Динамический коэффициент Пуассона...
-
Акустические свойства горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Акустические свойства характеризуют закономерности распространения в породах знакопеременных, упругих деформаций (упругих волн). По своей природе упругие...
-
Определение плотностных свойств горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Плотностные свойства обусловлены действием на породу гравитационного поля сил Земли (силы земного притяжения). К плотностным свойствам относятся:...
-
Сосна обыкновенная PinussylvestrisL. Географический ареал сосны простирается по всему бореальному поясу лесов Евразии. Сосна малотребовательна к теплу,...
-
Состав и особенности образующихся из магмы горных пород определяются сочетанием следующих факторов: исходным составом магмы, процессами ее эволюции и...
-
Электроимпульсное разрушение горных пород
При дроблении горных пород важное значение имеет проблема их избирательного разрушения. Это связано с тем, что традиционные механические методы...
-
Горные породы: Известняк, песчаник, гнейс - Почвоведение и инженерная геология
Известняк -- осадочная горная порода органического (биогенного), реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция,...
-
В горных породах обычно содержится некоторое, хотя бы самое ничтожное, количество радиоактивных элементов, таких как уран, торий, радий, калий или их...
-
Определение статических упругих свойств горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости Е при одноосном напряженном состоянии (модуль Юнга), модулем сдвига модулем объемной...
-
Продуктивный пласт К приурочен к самой верхней части каширского горизонта и представлен тремя прослоями пористо-кавернозных доломитов и известняков,...
-
Метод гидростатического взвешивания - Построение паспорта прочности горной породы
Метод основан на определении объема образца горной породы по весу вытесненной им жидкости. Для проведения опыта из пробы горной породы отбираются 5-6...
-
ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД - Геология земной коры
Характерный признак осадочных горных пород -- их слоистость, т. е. свойство располагаться параллельными или почти параллельными слоями, отличающимися...
-
Природный территориальный комплекс - участки земной поверхности характеризующиеся общностью происхождения, развития и однотипностью взаимодействия...
-
Первый предполагает переменное давление и наличие буферного объема газа, второй основан на вытеснении газа рассолом при извлечении газа и рассола газом...
-
Горные породы - Буровые установки
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические горные породы образуются в...
-
Определение буримости и взрываемости горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Буримость принято оценивать по длине шпура или скважины, пробуренной в исследуемой породе за 1 мин. чистого времени бурения в стандартных условиях, или,...
-
Текстуры магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
При изучении горных пород помимо структурных особенностей учитываются и Текстуры - соотношение отдельных участков, слагающих породу и характеризующих...
-
Структуры магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
Под Структурой Магматических пород понимают величину и форму минеральных зерен или кристаллов, если они имеются, и особенности их расположения в породе....
-
МИНЕРАЛОГИЯ (от минерал и греч. льгпт - логос, слово, учение / англ. Mineralogy; нем. Mineralogie; фр. Minйralogie; ит. Mineralogнe) - наука о минералах....
-
Механизм зарождения магмы - Магматические горные породы и принципы классификации
Магматический расплав образуется путем плавления локальных участков мантии или земной коры. Большинство очагов плавления располагается на относительно...
-
Упругость - способность горных пород полностью восстанавливать свои первоначальные формы и размеры после снятия нагрузки. Предел упругости У -...
-
Для решения каких задач целесообразно проводить отбор образцов горных пород - Радиометрия скважин
Метод отбора образцов горных пород из стенок скважины боковыми сверлящими керноотборниками на кабеле позволяет получать надежную информацию для...
-
Магнитная восприимчивость определяется отношением намагниченности единицы объема вещества к напряженности намагничивающего магнитного поля. По своему...
-
Понятия и основные показатели состава и структуры населения Статистика состава человеческого общества является важнейшим разделом статистики населения,...
-
Основные показатели разработки Заводнение нефтяных месторождений применяют с целью вытеснения нефти водой из пластов и поддержания при этом пластового...
Магнитные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород