1. Магнітні властивості гірських порід і методи їх визначення

Згідно до задач прикладної магнітометрії необхідно знати магнітні характеристики природних об’єктів, так як саме цей факт є причиною, яка зумовлює виникнення магнітних аномалій. Магнетит, який є найбільш магнітним та найбільш розповсюдженим серед магнітних мінералів, часто є визначальним для формування магнетизму гірських порід. Діа- та парамагнітні мінерали хоча часто і є породоутворюючими, проте вносять лише незначний вклад в магнетизм гірських порід та руд.

Найбільш об’єктивна класифікація заснована на бімодальному розподілі магнітної сприйнятливості в породах, що спричиняється відповідним розподілом у них магнетиту (або інших магнетиків). Цей мінерал або зовсім відсутній в гірській породі, або кристалізується у відносно значних (перші відсотки) кількостях. Звідси породи відносять до двох класів: немагнітні (≤1*10^-3 од. СІ), магнітні (≥1*10^-3 од. СІ). Переважна кількість осадових гірських порід є немагнітною. Це пов’язано з практично відсутністю у них магнетиту. Плутонічні гірські породи представлені як магнітними, так і немагнітними відмінами. При цьому обидва магнітні класи характерні для усіх петрографічних типів вивержених порід. Проте максимальні значення магнітної сприйнятливості та намагніченеості насичення характерні для основних порід. Це пов’язують із значним вмістом у них заліза, яке потенційно може формувати магнетит. Дифіцит заліза може призводити до формування немагнітних відмін, якими дуже часто є лейкократові, збіднені на залізо гірські породи. Практично рівноможливий розподіл магнітних та немагнітних магматичних порід можна пояснити умовами їх утворення. Якщо умови відновні, то усе залізо кристалізується у двовалентній формі і входить до складу темноколірних силікатів та ільменіту. Парамагнітні властивості мінералів сприяють утворенню немагнітних або слабкомагнітних порід. Якщо в магмі, що кристалізується присутній доволі високий окисний потенціал, то до слабомагнітних породоутворюючих мінералів додається магнетит і формуються плутонічні породи магнітного класу.

Більш складно розподілені магнітні властивості метаморфічних гірських порід. Більшість їх немагнітні, проте зустрічаються і магнітні метаморфічні породи. Деякі з них (залізисті кварцити, ряд скарнів) містять магнетиту в кількості достатній для віднесення їх до класу залізних руд. Окрім залізистих кварцитів до магнітного класу відносять ряд колчеданнних руд, деякі кімберліти, боксити. Руди кольорових, рідких, благородних металів належать, як правило, до немагнітного класу.

Про стабільність природної залишкової намагніченості зручно судити по фактору Q. Охарактеризуємо гірські породи за цими параметрами. Сама висока стабільність притаманна гірським породам, що містять магнітні мінерали з високими значеннями коерцетивної сили (гематит, тонкодисперсні титаномагнтити), особливо, якщо домінуючими компонентами NRM є термозалишкова, хімічна, або ідеальна намагніченості. Фактор Q таких об’єктів може характеризуватися десятками одиниць. Природна залишкова намагніченість гірських порід, що володіють високою стабільністю, особливо первинної намагніченості, звичайно стійка по відношенню до розмагнічуючих впливів.

Залежність намагніченості феромагнітних речовин від намагнічуючого поля характеризується за допомогою петлі гістерезису. Існування точки Кюрі для усіх феромагнетиків визначає величезний вплив температури на їх магнітні властивості.

В наш час існує велика кількість різноманітних технологій, що можуть бути використаними для лабораторних досліджень магнітних властивостей речовини. Очевидно, що для вірного вибору методу або групи методів, які будуть взяті за основу при певних дослідженнях, перш за все, необхідно визначитися із задачами та умовами майбутнього експерименту. Важливо, крім того, знати точність, що вимагається при вимірах, характер матеріалу, форму зразака. Необхідно враховувати інтервали температур за яких має проводитися вивчення тієї чи іншої речовини, а також вплив полів там, де будуть вимірюватися магнітні влативості.

Балістичний метод надає можливість визначати основну криву індукції та намагніченості, петлю гістерезису та різні види проникності. Цей метод заснований на вимірюванні кількості електрики, яка протікає через витки обмотки, що охоплює зразок. Кількість електрики виникає в той момент, коли магнітний потік різко змінюється. Магнітометричний метод також дозволяє визначати криву намагнічування, петлю гістерезису. В основі цього метода – ефект впливу досліджуваного зразка на магнітну стрілку, що розташована на деякій відстані від нього. Електородинамічним методом можна визначити основну криву індукції та петлю гістерезису. Даний метод заснований на вимірюванні кута повороту рамки із струмом, що знаходиться в магнітному полі намагніченого зразка. Пондеромоторний метод дає можливість вимірювати намагніченість, сприйнятливість та інші магнітні характеристики за допомогою вимірювання сили, яка діє на зразок. Індукційний метод дозволяє визначати криву індукції, намагніченості, проникності. Цей метод заснований на вимірюванні електрорушійної сили індукції, яка збурюється у вторинній обмотці, або на вимірюванні реактивного опору катушки, якщо в неї поміщений зразок. Мостові методи використовуються для визначення основної кривої індукції, середньої проникності, комплексної магнітної проникності, початкової проникності, комплексного магнітного опору, коефіціенту втрат та повних втрат. Ватметричні методи застосовуються, як правило, для вимірювання повних втрат на гістерезис та вихрові струми. В цьому випадку за допомогою ватметру визначається потужність, котра поглинається в колі катушки, що містить зразок. За допомогою калориметричних методів визначається повні втрати на гістерезис та вихрові струми. В якості індекатора використовується тепло, що виділяється зразком при премагнічуванні у змінному магнітному полі. Радіотехнічні методи досліджень магнітних властивостей речовин надають можливість визначати криву індукції, родину симетричних петель гістерезису, повні втрати, комплексну проникність при різних частотах, а також вивчати феромагнітний, парамагнітний та ядерний магнітний резонанси. Нейтронографічний метод досліджень заснований на явищі магнітного розсіювання нейтронів, що виникає в результаті взаємодії магнітного моменту нейтрона з магнітним моментом речовини. Цей метод дозволяє досліджувати магнітну структуру феромагнітних, парамагнітних та антиферомагнітних речовин. Зазначимо, що в наш час розроблений великий арсенал сучасної магнітометричної апаратури, що дозволяє детально вивчати магнетики різного типу.