Исследование магнитных свойств горных пород

Магнитные свойства горных пород широко используются при разведке железорудных месторождений, обогащении магнитных руд, разрушении ферромагнитных горных пород, оценке напряженного состояния массивов и целиков на железорудных горных предприятиях. Они используются также для контроля вещественного состава и влажности магнитных руд.

Магнитное поле характеризуется напряженностью и индукцией, которые связаны между собой соотношением:

В = μ _о· μ · Н, (10.1)

где В – магнитная индукция (величина векторная, характери-зующая интенсивность магнитного поля в веществе), Тл;

μ _о – магнитная постоянная (μ о = 4 π · 10 ^-7 Гн/м;

μ – магнитная проницаемость вещества;

Н – напряженность магнитного поля (величина векторная характеризующая интенсивность магнитного поля в вакууме), А/м.

Все горные породы и минералы обладают в той или иной степени магнитными свойствами, т.е. являются магнетиками. При внесении в магнитное поле они намагничиваются и приобретают магнитный момент (М). Последний, в свою очередь, обусловлен наличием в породе элементарных магнитных моментов (m_i).

Мерой намагничивания породы (вещества) служит намагниченность (J), которая представляет собой сумму магнитных моментов в единице объема (V)

J = . (10.2)

Намагниченность (J) – векторная величина. Она прямо пропорциональна напряженности (Н) магнитного поля

J = μ _о· H· (μ − 1). 10.3)

Коэффициент (μ − 1) = χ называется магнитной восприимчивостью (объемной), а отношение магнитной восприимчивости к плотности (χ / ρ) – удельной магнитной восприимчивостью горной породы.

Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость связаны соотношением:

μ = 1 + χ. (10.4)

По магнитным свойствам минералы и горные породы делятся на диамагнитные (диамагнетики), парамагнитные (парамагнетики) и ферромагнитные (ферромагнетики).

Магнитная восприимчивость характеризует коэффициент пропорциональности, определяющий способность вещества намагничиваться в магнитном поле, приобретая некоторый магнитный момент. Магнитная восприимчивость почв обусловлена набором минералов, обнаруживающих ферромагнитные свойства, содержание которых связано с химическим составом почв, условиями их образования, а также характером вторичных изменений.

Магнитные характеристики почв отражают количество и качество содержащихся в них оксидов железа. Присутствие железосодержащих минералов, форма их нахождения и концентрация с высокой точностью отражают особенности вещественного состава горных пород любого литологического облика. Практически все геологические образования в природе являются магнитными, большинство из них слабомагнитны. Основными магнитными минералами, встречающимися в природе, являются: магнетит, титано-магнетит, маггемит, пирротин, природное железо. Наиболее распространенным, а также имеющим наибольшее значение магнитной восприимчивости, является магнетит.

Магнитную восприимчивость (МВ) измеряют на каппометре. Это прибор по измерению магнитной восприимчивости индукционным методом горных пород, бурового шлама и прочих образцов. Изначально каппометр применялся в геофизике для поиска и разведки полезных ископаемых. Его работа основана на различной намагниченности горных пород и руд.

Малогабаритный измеритель магнитной восприимчивости KT-6 предназначен для быстрого измерения магнитной восприимчивости обнаженных горных пород, буровых кернов и крупных кусков горных пород в полевых условиях (рисунки 10.1, 10.2).

Рисунок 10.1 − Малогабаритный измеритель магнитной восприимчивости KT-6 (внешний вид)

Прибор KT-6 особенно удобен для выбора подходящих образцов, магнитные свойства которых будут подвергаться углубленному изучению в лаборатории.

Основной частью прибора является LC-осциллятор с частотой 10 кГц, диэлектрическая проницаемость которого определяется плоской измерительной катушкой, размещенной на рабочей поверхности прибора. Измерение магнитной восприимчивости осуществляется в два этапа. Частота осциллятора измеряется при помощи катушки на некотором расстоянии от породы (измерение в свободном пространстве), и затем измерение повторяется, когда катушка подносится вплотную к поверхности породы. По разности частот встроенный микрокомпьтер рассчитывает величину истинной восприимчивости, эта величина затем и отображается на дисплее.

Применение микропроцессора и БИС с очень низким потреблением электроэнергии позволяет уменьшить размеры прибора настолько, что оператор может управлять прибором КТ-6 одной рукой. Прочный кожаный футляр, который можно надеть на плечо или закрепить на поясном ремне, значительно облегчает работу с прибором в полевых условиях.

Корпус прибора состоит из двух герметично изолированных отсеков. В переднем отсеке, снабженном пыле- и водонепроницаемыми уплотнениями, размещены все электронные узлы, а также измерительная катушка, сенсорные переключатели и дисплей. Источник питания и переключатель настройки находятся в заднем отсеке, снабженном крышкой. Технические характеристики прибора КТ-6 приведены в таблице 10.1.

Рисунок 10.2 − Малогабаритный измеритель магнитной восприимчивости KT-6 (составные части)

Таблица 10.1 − Технические характеристики прибора КТ-6

Построить график зависимости магнитной восприимчивости горной породы от содержания в ней магнетита по экспериментальным данным, приведенным в таблице 10.2.

Таблица 10.2 – Данные магнитной восприимчивости горной породы в зависимости от содержания магнетита

Контрольные вопросы

1.Чем характеризуется магнитное поле?

2. Что является мерой намагничивания горных пород (веществ)?

3. Что называется объемной магнитной восприимчивостью?

4. Что называется удельной магнитной восприимчивостью?

5. Как делятся горные породы по магнитным свойствам?

6. Какими приборами измеряют магнитную восприимчивость?