岩石中的磁性矿物

5.1　岩石中的磁性矿物

5.1.1　逆磁性

逆磁性是由原子中的轨道电子对外磁场的响应引起的。轨道运动产生的磁场与外磁场相反，逆磁性的特点是具有负磁化率。所有的物质都具有逆磁性，但是很微弱。一些矿物（如方解石、石英、石膏）具有很弱的逆磁性，负磁化率约10⁶或10⁵SI，在地球物理勘探工作中一般认为它们是无磁性的。假如用某种仪器测得一块标本具有绝对值很大的负磁化率，那一定是测量误差，如果不注意这一点，或者认为是什么新发现，那就是基本概念不清。20世纪七八十年代国外提出视磁化率填图方法，将磁测数据转换为视磁化率，看起来很形象。后来我国有人利用这种方法处理航磁和卫星磁测数据，得出的结果令人吃惊，正异常的区域出现正（视）磁化率，负异常区域出现绝对值很大的负（视）磁化率，对照基本原理，不知如何解释。后来作了修补，不让出现幅度大的负（视）磁化率，如何解释所得的结果，作者没有去深究。

5.1.2　顺磁性

含有铁、镁或其他过渡金属和稀土离子的矿物，相邻离子的电子自旋相互联系微弱，这样的矿物是顺磁性的。顺磁性矿物（如橄榄石、辉石、纯钛铁矿）具有弱的正磁化率（最大约10³ G/Oe≈10²SI，一般小于10³≈10⁴SI），没有剩磁。大多数岩石只含有少量的顺磁性矿物，因此在解释工作中不重要。近来，由于磁力仪灵敏度提高，磁测分辨率改善，可以探测出不同顺磁性矿物岩石的磁化率差别。

5.1.3　铁磁性

当处于一个亚晶格的自旋是平行的，另一个亚晶格的自旋是反平行的，两种自旋相等，在没有外磁场情况下，净磁矩为零，这种物质是反铁磁性的。反铁磁性矿物的磁化率很低，没有剩磁。由于交换作用，有些物质的相邻原子内的自旋竟平行排列，形成自发磁化（spontaneous magnetization，Js），如铁、镍等，这种特性称为铁磁性。另有一种物质，分为两种亚晶格，两种自旋各占据一种亚晶格，一种自旋平行排列，另一种自旋反平行排列，但两种自旋不相等，因此也有自发磁化，这种特性称为亚铁磁性，如磁铁矿、硫复铁矿。铁磁性与亚铁磁性性质相近，可统称为铁磁性。

在岩石圈磁场中扮演重要角色的磁铁矿是一种亚铁磁性的矿物。法国物理学家路易·奈耳（Louis Néel）^［1］建立和发展了反铁磁性（1932）、亚铁磁性（1948）和超反铁磁性（1961）的分子场理论，在岩石磁性、磁畴和畴壁的理论等领域也都有突出贡献。他在1955年发表的长篇论文《关于岩石磁学的若干理论见解》是岩石磁学的奠基之作。由于在反铁磁性和铁氧体磁性（亚铁磁性）方面的基础研究，路易·奈耳获得了1970年诺贝尔物理学奖，同时获奖的还有瑞典学者汉内斯·阿尔文，阿尔文的贡献是在磁流体力学方面。只有他们两人的研究成果直接与地球物理学有关。反铁磁性物质当温度超过某一特定温度时，反铁磁性消失，变成顺磁性物质，这个特定温度称为奈耳点（Néel temperature，TN）；铁磁性物质在温度超过某一特定温度时，铁磁性消失，变成顺磁性物质，这个特定温度称为居里点（Curie temperature，T_c）。居里点Tc是居里夫人玛丽·居里（Marie Curie）的丈夫皮埃尔·居里（Pierre Curie）发现的，皮埃尔·居里是一位著名的物理学家，对磁学很有研究，不幸因（马）车祸英年早逝，生前于1903年他与玛丽·居里一起因发现并研究放射性元素钍、钋和镭获得诺贝尔物理学奖。

居里点T_c只取决于物质成分。低于居里点，铁磁性矿物有很高的磁化率，并可获得剩磁；高于居里点，铁磁性矿物变成顺磁性的，磁化率低而且没有剩磁。