Магнітні властивості осадових порід

Магнітні характеристики осадових порід зумовлені, головним чином, акцесорними мінералами, що характеризуються вираженими феромагнітними властивостями - магнетитом і його різновидами, маггемитом, гематитом і гідроокислами заліза (гетит і гідрогетит, гідрогематит і лепідокрокит). Найбільше розповсюджені породотворні мінерали осадових порід (кварц, кальцит, польові шпати, гіпс, ангідрит, галіт) є діамагнетиками або слабкими парамагнетиками, що не вносять помітного внеску в магнітну сприйнятливість порід. Серед сильних парамагнітних мінералів найбільшу роль відіграють сидерит, хлорит, пірит, ільменіт, біотит, іноді глинисті мінерали. Проте значною мірою ця роль зумовлена домішками, реліктами і новоутвореннями залізоокисних мінералів із феромагнітними властивостями. З цими включеннями і домішками пов'язані підвищені значення магнітної сприйнятливості, феромагнітні властивості зазначених мінералів, чисті різновиди яких відносяться до парамагнетиків.

Мінерали - носії феромагнітних властивостей осадових порід зустрічаються в трьох формах. Перша форма - рудне зерно магнетиту, мартиту і гематиту (спекуляриту). За розмірами ці зерна належать до пісчано-алевритової фракції (від 0,01 до 2 мм у поперечнику). До цієї ж фракції відносяться зерна кварцу і лусочки біотиту з магнетитовими включеннями. Друга форма - тонкорозсіяні в породі гематит, маггемит, іноді магнетит, а також скупчення і плівки гідроокисей заліза. Розміри цих часточок коливаються від долей мікрона до декількох десятків мікронів; усі ці часточки потрапляють у глинисту фракцію. Третя форма - різноманітні піздньодіагенетичні і епігенетичні утворення лімониту, продукти окислювання і заміщення сидериту, пириту і магнетиту.

Магнітна сприйнятливість. Магнітна сприйнятливість осадової породи, що залежить від вмісту і складу акцесорних мінералів, змінюється в широких межах. Так, для порід осадового чохла величина c змінюються від -5×10^-5 до 8×10^-2 од.СІ. При цьому широкі варіації c спостерігаються для кожного літологічного різновиду. Варіаційні криві c для кожного літологічного різновиду характеризуються головним максимумом, сильно зрушеним у бік менших значень c, а також пологою гілкою у бік великих розмірів, на якому спостерігається ще декілька максимумів, що відповідають, ймовірно, декільком типам порід, які відрізняються умовами утворення. Розподіл c є логнормальним.

а – глини і аргіліти; б – пісковики і алевроліти;

в – вапняки, доломіти і мергелі

Рисунок 3.5 Розподіл середніх значень магнітної сприйнятливості для основних літологічних типів порід з 300 світ осадових басейнів на території Східно-Європейської платформи

Прямої функціональної залежності між концентрацією залізоокисних мінералів і магнітною сприйнятливістю осадових порід не спостерігається, проте статистична залежність такого роду існує. Високі значення магнітної сприйнятливості для пісковиків і алевролітів відзначаються поблизу джерел зносу й зумовлені підвищеним вмістом магнетиту (у виді рудних зерен), а також їхньою збереженою цільністю. Через цю причину спостерігається розбіжність в магнітних характеристиках осадових порід складчастих і платформних районів. Так, магнітна сприйнятливість осадових утворень Східно-Європейської платформи в порівнянні з магнітною сприйнятливістю рудних складчастих районів у середньому нижче на порядок. За величиною магнітної сприйнятливості можна судити про напрямок і довжину шляху зносу, а також у якійсь мірі про склад порід провінції руйнації.

Шарувата будова більшості осадових порід зумовлює анізотропію їхніх фізичних властивостей, у тому числі і магнітної сприйнятливості.

Анізотропія магнітної сприйнятливості оцінюється величиною

(3.5)

Вона є найбільшою в сильнометаморфізованих осадових породах, де c досягає значень 20 од.СІ. Нормальні осадові породи мають набагато меншу величину , що залежить, насамперед, від тектонічного положення району. Анізотропія магнітної сприйнятливості осадових порід складчастих зон помітно перевищує анізотропію магнітної сприйнятливості осадових порід платформних областей.

Природна залишкова намагніченість. Майже всі осадові породи в природному стані мають залишкову намагніченість J_n, що може бути заміряна сучасними приладами. Найбільше значення J_n, що часто зустрічаються, лежать зазвичай в межах 10^-3-10^-1 А/м.

Процес утворення природної залишкової намагніченості теригенних порід такий. При розмиві материнської породи часточки-носії J_n цієї породи подрібнюються, стираються і переносяться водою. Найбільш дрібні з них можуть мати намагніченість, властиву областям самодовільної намагніченості - доменам. Більш значні - багатодоменні часточки зберігають ту намагніченість, яку вони мали в складі материнської породи, тобто термозалишкову J_rt або хімічну J_rc. Потрапивши у водяне середовище, частинки стараються розташуватися так, щоб їхній вектор намагніченості виявився спрямованим вздовж магнітного поля Землі. Ступінь цієї орієнтації визначається напруженістю земного магнітного поля, залишковою намагніченістю частинок, їхніми розмірами і формою і, нарешті, швидкістю і характером руху водяного середовища.

При утворенні осаду частинки-носії J_n, зберігаючи свою орієнтацію, осідають разом із немагнітними частинками. При зневодненні осаду отримана орієнтація частинок закріплюється, зумовлюючи сумарний вектор залишкової намагніченості, що збігається за напрямком поля, що діяло в момент осаду. Така намагніченість називається орієнтаційною (детритовою) J_ro. Таким чином, первинна намагніченість теригенних порід за засобом утворення є орієнтаційною незалежно від намагніченості зерен, які можуть бути термомагнітного, хімічного або однодоменного походження.

Багато осадових порід набули хімічну (кристалізаційну) намагніченість J_rс урезультаті хімічних змін, що ведуть до новоутворень окислів заліза, а також під час розкристалізації і дегідратації гідроокисів заліза. Це - хемогенні карбонатні породи, сингенетичні конкреції, древні ґрунти - латерити, боксити і залізні руди осадового походження.

Утворена залишкова намагніченість осадової породи не залишається постійною, первинна намагніченість J_no в результаті процесів магнітного і структурного старіння поступово зменшується. У той же час у результаті тривалого перебування породи в земному магнітному полі виникає в’язка намагніченість J_rv, що в осадових породах грає набагато більшу роль у порівнянні з магматичними, тому що при однакових концентраціях феромагнетиків орієнтаційна намагніченість значно менше термозалишкової. Так, для тонкозернистих піщаників Т. Нагата приводить значення J_ro/J_rt = 0,12.

Складна природа природної залишкової намагніченості J_n осадових порід приводить до різко асиметричних розподілів значень J_n майже для будь-якої вибірки. Розподіл J_n у ще більшій мірі (чим розподіл c) відповідає логнормальному. Такі розподіли характерні не тільки для дуже вузької групи порід, як, наприклад, для червонобарвних аргілітів верхнього карбону Донбасу, але і для більш широких комплексів порід, наприклад, мергелів, глин і алевролітів верхньої перми всієї півночі і сходу Східно-Європейскої платформи. Логнормальному розподілу відповідає і розподіл J_n усіх нормальних осадових порід.

а – червонобарвні аргіліти верхнього карбону Донбасу; б – мергелі, глини і алевроліти верхньої перми півночі і сходу Східно-Європейської платформи

Рисунок 3.6 Розподіл природної залишкової намагніченості для різних груп осадових порід

Прямого зв'язку між літологією порід і величиною J_n немає: як високі, так і низькі значення J_n зустрічаються в піщаниках і вапняках. У більшій мірі величина J_n пов'язана із походженням породи, з вмістом окислів заліза. Високі значення J_n зустрічаються в бокситах, залізних рудах осадового походження, у деяких породах, розвинутих у районах широкого поширення основних магматичних порід і залізних руд, а також у багатьох теригенних породах континентального походження. Дуже малими значеннями J_n (<3×10^-4А/м) володіють білі вапняки і доломіти, кварцові пісковики, гіпси, кам'яна сіль і інші породи з незначним вмістом окислів заліза.

Особливість осадових порід як носіїв феромагнітних властивостей пов'язана, головним чином, із наявністю в складі цих порід дуже дрібних слабомагнітних частинок і присутністю нестабільних до нагрівань залізовмісних мінералів. Тому термомагнітні характеристики осадових порід, як правило, досить складні.

Дата добавления: 2015-07-12