3.4 Магнітні властивості метаморфічних порід

Для метаморфічних порід характерний найбільше широкий діапазон зміни значень магнітної сприйнятливості і природної залишкової намагніченості. Зустрічаються утворення від діамагнітних до дуже сильно феромагнітних. Широкі межі зміни ,J_nіJобумовлені порівняно рідко поширеними породами - мармурами і кристалічними вапняками, що характеризуються негативною магнітною сприйнятливістю і залізистими кварцитами, серпентинітами, скарнами, серед яких зустрічаються дуже сильно магнітні різновиди за значеннями,J_nіJ,які наближуються до магнетитових руд. Найбільш широко розвинуті метаморфічні породи - мікрокристалічні і кристалічні сланці, гнейси, амфіболіти й інші мають менший діапазон зміни значень параметрів; вони мають більш низькі максимальні значення, ніж магматичні утворення.

Серед більшості метаморфічних порід виділяються два класи порід - феро-парамагнітний і феромагнітний. Мармури і кристалічні вапняки утворюють самостійний клас - діамагнітні породи.

Для метаморфічних порід характерні наступні значення магнітної сприйнятливості (в 10^-5од. СІ) (таблиця 3.7)

Динамометаморфізм і контактовий метаморфізмвизначають утворення порід, що характеризуються дуже непостійними магнітними властивостями, що залежить як від параметрів вихідних порід, так і від тисків і температур, що обумовлюють метаморфізм.

Гідротермально-метасоматичні процеси:грейзенізація, аргіллітизація, серицитизація і хлоритизація викликають зменшення магнітної сприйнятливості і природної залишкової намагніченості порід за рахунок перекристалізації або виносу магнетиту (або титаномагнетиту). При цьому часто спостерігається зміна співвідношенняJіJ_nі збільшенняQ до 2-3 і більше.

Таблиця 3.7

Магнітна сприйнятливість(в 10^-5од. СІ)

Метаморфічні породи	Найбільш ймовірна величина	Максимальна величина
Сланець мікрокристалічний: тальковий, серицитовий хлоритовий, кварцово-хло- ритовий, серицито-хлоритовий	10-100 10-100; 3000-4000	1500 700; 7000
Сланець кристалічний різного складу Гнейс: біотитовий, двослюдяний амфіболітовий,піроксеновий	10-100 10-100; 1000-3000	500 5000
Мармур	-2-5	-
Амфіболіт	10-100; 1500-3000	12000
Кварцит	0-20	-
Кварцит залізистий	102-105	2·106
Роговик	0-100; 700-1000	6000
Скарн	10-12000	30000

3.5 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змінюються від -510^-5до 810^-2од.СІ. При цьому широкі варіаціїспостерігаються для кожного літологічного різновиду. Варіаційні кривідля кожного літологічного різновиду характеризуються головним максимумом, сильно зрушеним у бік менших значень, 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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 спостерігаєтьсярозбіжність 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 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 намагніченістьJ_n,що може бути заміряна сучасними приладами. Найбільше значенняJ_n, що часто зустрічаються, лежать зазвичай в межах 10^-3-10^-1А/м.

Процес утворення природної залишкової намагніченості теригенних порід такий. При розмиві материнської породи часточки-носії J_nцієї 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 термозалишковуJ_rtабо хімічнуJ_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 у результаті 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_noв результаті процесів магнітного і структурного старіння поступово зменшується. У той же час у результаті тривалого перебування породи в земному магнітному полі виникає в’язка намагніченістьJ_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 значенняJ_ro/J_rt=0,12.

Складна природа природної залишкової намагніченості J_nосадових порід приводить до різко асиметричних розподілів значеньJ_nмайже для будь-якої вибірки. РозподілJ_nу ще більшій мірі (чим розподіл) 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 розподілJ_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_nнемає: як високі, так і низькі значенняJ_nзустрічаються в піщаниках і вапняках. У більшій мірі величинаJ_n пов'язана із походженням породи, з вмістом окислів заліза. Високі значенняJ_nзустрічаються 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 значеннямиJ_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.