磁化率与粒度测量

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1、一、磁化率基本知识1、磁与环境物质§1.1引言我们周围的一切物体都具有磁性。就如同大小、颜色或化学成分可用以描述客体和物质那样，磁性特征亦然。对于非物理学专业的人来讲，这一说法显得有点不可思议。因为，人们在日常生活中往往是通过磁铁、金属或录音磁带等有限的物质而产生磁性的概念。一般人从来没有想象到岩石、土壤、甚至每天呼吸的空气中的尘埃也带有磁性，更不用说河里的流水或树上的叶子了。实际上，所有的物质都受磁场的影响，只是有些物质对磁场的反应非常弱，甚至是反向的。然而，物质的磁性确实存在，并能方便地加以测量。20世纪70、80年代，科学家们已意识到磁性特征对各种环境物质的

2、描述和分类十分有用。Bartington仪器公司的MS2磁化率测量系统得到世界各地的大学和研究机构的亲睐，并广泛用于实验室和野外工作。本书总结了MS2系统在环境研究中的应用，就如何解释磁化率数据进行了阐述。本章首先从有关磁化率的最常见问题入手。§1.2磁化率测量有何意义？首先，从磁化率测量的作用来看。磁化率是物质磁化性能的量度。在自然环境中，样品的磁化性能可以指示土壤、岩石、尘埃和沉积物中含有的矿物类型，尤其是含铁矿物。因此，磁化率测量所得到的信息与X光衍射或重矿分析等其它矿物学测试技术的结果相类似。概括来讲，磁化率测量可用于：鉴别样品中的含铁矿物；高分辨率的计算

3、含铁矿物的含量百分比或总容量；区分不同类型的物质；追索物质的形成或搬运过程；揭示研究物质的“环境印痕”。磁化率测量已应用到环境研究的各个领域。实质上，磁矿物学手段完全适用于任何类型的环境研究项目。磁化率测量对诸如火烧或土壤浸渍等特定过程的诊断意义也已被发现。这类应用在考古学或土壤科学等研究领域中显示了越来越重要的作用。其次，磁化率测量极其简单方便。一种分析技术因其简便而被应用看来是无需争议的，然而这正是研究人员选用磁化率测量的一个重要原因。其优越性可以归纳为以下几点：可对任何物质进行测量测量安全、迅速、无损；可在室内或野外从事测量，且只需少许培训;可补充其它类型的

4、环境分析方法。磁化率测量不仅可以廉价地分析大量样品，而且不会影响后继的其它分析内容。因此，它特别适用于大区域范围研究的前期工作，以从大量的样品中找出“平均”或“典型”的样品，再作进一步耗时耗费的分析。野外实地的磁化率测量加快了将测试数据和野外观察相联系的过程，这对于在边远地区或国外工作的研究人员来说是非常重要的。由此可见，磁化率测量为分析技术的选定提供了一项经济实惠的选择。它已越来越多地被用作环境分析的手段之一，与化学、同位素、微古化石及剩磁分析等方法结合使用。§1.3什么是磁化率？对这个问题的回答，既简单也可复杂。让我们先从简单方式说起。如上所述，磁化率从本质上

5、讲就是物质磁化性能的度量。以岩石为例，它们是由不同的矿物或晶体构成，这些矿物或晶体被小磁铁吸引的程度不一。将岩石粉碎，我们就可清晰地看到这一现象。象磁铁矿这类矿物的磁性很强，当它们接近磁铁时就会迅速跳向磁铁。有些晶体也被磁铁吸引，但弱得多，仅当与磁铁接触时才被吸住。另一些矿物，如砂中的石英，丝毫不被磁铁吸引。磁化率就是测量前两类矿物被磁铁吸引的总体强度，也即岩石的磁化强度。象玄武岩等磁铁矿含量高的岩石，其磁化率要比不含磁铁矿的石灰岩高得多。把岩石粉碎来做这个实验不是一件很容易的事，但要演示土壤中含有强磁性矿物却要容易得多。取几克表土，放入装满水的玻璃杯或烧杯。将一

6、小磁铁固定在杯中央，用勺轻轻搅拌土壤悬移质，几分钟后强磁性的矿物就象成簇的小黑粒密密麻麻地吸附在磁极周围。土壤的磁化率测值与这些磁性矿物质量大致成比例。§1.4磁性质为了确切地理解为何不同矿物对磁铁的反应不一，明确磁化率测量的机理，我们必须了解一些磁学原理。磁是原子中的电子所产生的内力或能。电子既绕轴自旋，又围绕着原子核作轨道运动，就如同地球绕太阳公转时又围绕地轴自转一样。不同电子的运动排列方式决定了原子的总磁能。不同原子具有不同的电子数及运动方式。原子组成分子，分子组成物质，故岩石矿物的磁性质是其所有原子中的全部电子运动的综合结果。任何物质都具有某种磁性质，根据

7、物质对外加磁场的效应，可分为铁磁性、亚铁磁性、不完整的反铁磁性、顺磁性、抗磁性五种基本类型。第一类是磁性最强的物质（如纯铁），为铁磁性。铁磁性物质的原子磁矩沿同一方向平行排列，这类物质的磁化率很高，但在环境系统中极为少见。MS2D环形探头可以方便地找出埋于地下的生锈铁罐及其它金属垃圾，也能鉴别出自然物质引起的高磁化率值。在自然物质中，亚铁磁性物质是最为重要的，它包括磁铁矿和其它磁化率很高的含铁矿物。这类物质的原子磁矩也是平行排列，但存在着由矿物晶格结构控制的两组方向相反、大小不等的磁矩。磁铁矿是所有火成岩、大多数沉积岩和几乎所有土壤中常见的矿物。这类矿物往往主导了

8、物质磁化率