2022-11-11 09:13:52 由 yihong 发表
概要
矿物磁性是地球科学家用来研究地球大尺度结构和行为的最有力工具之一。 来自岩石的古地磁和古强度数据产生了有关地球早期地磁场强度的信息，这对于了解地球深层内部、地表环境和大气的演化具有重要意义。
在地磁、地质和环境磁学研究中，重要的是要有可靠的方法来表征样品中磁性矿物的组成和粒度分布。 例如，单畴 (SD) 磁性晶粒的识别在绝对古强度研究中很重要，因为 SD 晶粒比从多畴 (MD) 晶粒获得的结果更可靠。 在古气候研究中，确定磁性粒度分布的方法很重要，因为有用的环境信息通常通过粒度分布的细微变化来揭示。
确定岩石中磁性矿物的组成相对简单；但磁畴状态的识别则更为复杂。测量材料的磁滞回线 M(H) 非常重要，但存在以下事实：它是体磁测量，代表样品中所有粒子的平均磁特性。此外，磁滞回线不区分矿物成分、晶粒尺寸或晶粒之间的磁相互作用，这可能导致结果模棱两可。常用的 Day 图通常就是这种情况，它通过绘制 Mrs/ Ms 与 Hcr/Hc 的关系 其中，Mrs 是饱和剩磁，Ms 是饱和磁化，Hcr 是剩磁矫顽力，Hc 是矫顽力。 SD 晶粒之间的静磁相互作用可导致样品的体积磁滞参数绘制在 Day 图的 MD 区域内。磁相互作用在岩石磁性中很重要，需要比仅从磁滞回线测量中获得更好地区分 SD 和 MD 行为的方法。
一阶反转曲线 (FORC) 测量提供了一种区分 SD 和 MD 晶粒的方法，以及岩石中不同磁性物质的混合物。一组 FORC 的测量提供了磁滞回线内的详细信息，从而使 确定所有有助于磁滞回线的粒子的切换场和相互作用场的分布。
图 1 显示了样品 A 的初始磁化曲线和主磁滞 M(H) 回线（蓝色）和一系列 FORC（红色）。 FORC 中有 5,940 个点，总测量时间仅为 35.3 分钟，说明 PMC VSM 的速度。
图 2 样品 A 的 FORC 图。
FORC 曲线和 FORC 图
FORC 的测量方法是使一个场 Hsat 中的样本饱和，将该场减小到一个反转场 Ha，然后在一系列常规场步骤 Hb 中将场扫回 Hsat。对于 Ha 的许多值重复此过程 产生一系列 FORC。在每个步骤中测量的磁化强度作为 Ha 和 Hb 的函数给出 M(Ha, Hb)，然后将其绘制为场空间中 Ha 和 Hb 的函数。FORC 分布 ρ(Ha, Hb ) 是混合二阶导数，即 ρ(Ha, Hb)= -∂2 M(Ha, Hb)/ ∂Ha∂Hb，FORC 图是轴旋转后 ρ(Ha, Hb) 的等值线图 通过将坐标从 (Ha, Hb) 更改为 Hc = (Hb– Ha)/2 和 Hu = (Hb + Ha)/2，其中 Hu 对应于相互作用场的分布，而 Hc 对应于切换场的分布。
测量 FORC 最常用的技术是振动样品磁力仪 (VSM) 和交替梯度磁力仪 (AGM)。 由于二阶导数-∂2 M(Ha, Hb)/ ∂Ha∂Hb 显着放大了磁化数据中存在的测量噪声，因此测量技术的灵敏度对于弱磁样品很重要。 一个典型的 FORC 序列可能包含数千个数据点，如果测量本身很慢，这些数据点可能会变得笨拙和麻烦； 因此，测量速度也很重要。 以下数据是使用 Lake Shore 的 PMC MicroMag™ VSM 记录的。
典型的磁测量结果
在本节中，我们将介绍来自希腊罗德岛的两个岩石标本的 PMC VSM FORC 测量结果。 对于 VSM 测量，从较大的岩石中切割出平板状样品，样品体积为 4.6 mm3（样品 A）和 0.54 mm3（样品 B）。
图 1 显示了样品 A 的初始磁化曲线和主磁滞 M(H) 回线（蓝色）和一系列 FORC（红色）。FORC 中有 5,940 个点，总测量时间仅为 35.3 分钟，说明了 PMC VSM 的速度。
对这些 FORC 曲线的分析得出了局部相互作用 Hu 和矫顽 Hc 场分布，如图 2 和图 3 所示，分别显示了 FORC 图和 FORC 分布。
相互作用的 SD 晶粒具有闭合轮廓的 FORC 分布，而 MD 晶粒具有向 Hu 轴发散的开放轮廓的 FORC 分布。 如果 MD 晶粒粗而不细，则开放轮廓将更加向 Hu 轴发散。 图 2 中所示的 FORC 图包括 SD 和 MD（细晶粒）类组件，称为伪 SD (PSD) 行为。 虽然 SP 和 MD 晶粒的 FORC 图很容易区分（封闭轮廓与开放轮廓），但 PSD 晶粒包含基本的模糊性，因为它们同时具有 SD 和 MD 样轮廓。
图 3 样本 A 的 FORC 分布。
图 4 和图 5 分别显示了样品 B.2 测量的 FORC 和 FORC 图。FORC 中有 9,045 个点，总测量时间为 1.5 小时。注意，最大场的时刻约为 0.8 memu，即 大约比样本 A 低 25 倍，因此说明了 PMC VSM 的速度，即使对于相对较低的矩样本也是如此。
在比较样本 B（图 5）和样本 A（图 2）的 FORC 图时，我们可以再次看到 PSD 行为的证据。 这里的不同之处在于，样本 B 包含的闭合轮廓（SD 行为）比样本 A 的分布更紧密，而更多的开放轮廓（MD 行为）向 Hu 轴发散。 这表明样品 B 更像 MD，并且比样品 A 具有更细的 MD 晶粒。
图 4 和图 5 分别显示了样品 B 的实测 FORC 和 FORC 图。 FORC 中有 9,045 个点，总测量时间为 1.5 小时。 请注意，最大场的时刻约为 0.8 memu，比样本 A 低约 25 倍。这再次说明了 PMC VSM 的速度，即使对于相对较低的时刻样本也是如此。
结论
虽然磁滞回线测量非常重要，但它们在表征岩石磁性方面的效用有限，因为作为整体测量，它们不能区分矿物成分、粒度或颗粒之间的磁相互作用。 因此，这些限制可能导致模棱两可的结果。 FORC 在确定所有有助于磁滞回线并提供矿物和域状态区分的粒子的切换场和相互作用场的分布方面是必不可少的。 在本文中，我们讨论了 FORC 测量技术和导致 FORC 图的后续分析，并展示了来自希腊罗德岛的两个岩石标本的测量结果。
