磁性礦物實驗分析

一般物質可分為順磁性（Paramagnetism）、反磁性（Diamagnetism）以及鐵 磁性（Ferromagnetism），通常鐵磁性物質的磁感率最大，約介於 10^-5~10^-2；順磁 性物質次之，約為 10^-5；反磁性物質的磁感率最小，大約只有-10^-6左右。磁性礦 物種類的不同會影響磁感率結果，而樣本中含鐵磁性礦物的豐度及磁性礦物粒度 的粗細也會影響最終測得的磁感率多寡，因此應進行磁性礦物種類及粒度的鑑定，

討論磁感率實驗結果是否受到這些因素的影響。

3.4.1 溫度-磁感率實驗

鐵磁性礦物依種類的不同會有不同的居里溫度範圍，透過溫度-磁感率實驗 可知悉樣本中含有何種鐵磁性礦物，在升溫過程中，當溫度超過其居里溫度後，

所記錄之殘磁消失，磁感率下降，在降溫過程中也可發現在其居禮溫度範圍中磁 感率產生異常跳躍並回升，因此可由增溫和降溫觀察磁感率的變化，藉此判別有 何種鐵磁性礦物的存在。而鐵磁性礦物在升溫過程中有可能轉變成另一種礦物，

如磁黃鐵礦加溫改變成磁鐵礦，所以可由磁感率數值變化分辨樣本含有之鐵磁性 礦物。本實驗以中研院地球所古地磁實驗室之 Kappabridge KLY-3 進行溫度-磁感 率實驗，同時與加熱裝置及氬氣桶連接，進行此實驗需加氬氣隔絕外在氣體，以 免磁性礦物發生氧化作用。本研究共選取三十七個樣本，將待測樣本以石英研缽 磨成粉末後，選取約 0.3-0.4 克裝入儀器中，加熱速度選擇 2 - medium（約為 8.5

℃/min），由室溫開始加熱至 700℃後再逐漸冷卻，即可得溫度-磁感率變化曲線。

26 外加磁場為 0 後，會保有一定的剩餘殘磁（Residual Magnetization, Mrs），接著 給予漸增的反向磁場後，鐵磁性礦物也會得到反向磁化率直到飽和。矯頑力

（Coercive Force, Hc）為物質磁化到飽和後，把殘磁完全消除所需的磁場。剩磁 矯頑力（Coercivity of Remanence, Hrc）是與剩餘殘磁相對應的外加磁場強度。

經由上述給予外加磁場後再加予反磁場之過程，在外加磁場歸零後所獲得之封閉 區分成：單磁域（Single Domain, SD）、偽單磁域（Pseudo Single Domain, PSD）

以及多磁域（Multi Domain, MD）。

磁滯曲線實驗除了可以確認鐵磁性礦物粒度大小外，也可經由高磁場下原始 磁滯曲線經過校正後所獲得之斜率，換算成單位體積下的順磁性礦物所含之磁感 率，將之除以低磁場下磁感率異向性測量機所獲之單位體積下平均磁感率，便可 代表順磁性礦物在樣本中所提供磁感率之比例，最終便可確定樣本中所含磁感率 主要來源為順磁性或是鐵磁性之礦物（Aubourg et al., 2000）。但由於高磁場下進 行之磁滯曲線實驗和低磁場下所獲之磁感率值並非來同一臺機器，由於實驗的樣 本各異，且測量磁滯曲線實驗之樣本為小碎塊，量測磁感率為方磚和圓柱之樣本，

結果必定會有誤差存在，因此磁感率之量化結果僅供參考。

本實驗以中研院地球所的古地磁實驗室之 Princeton Measurements Co. Micro

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Mag 3900 交互梯度測磁儀（Alternating Gradient Magnetometer）進行量測，待測 樣本重量約 0.2-0.3 克，將之放入測定管內夾住，外加磁場設定為 500mT，磁場 增加速度為（20mT/s），給予正反向之磁場後，可得最終磁滯曲線。由磁滯曲線 實驗可獲得三種參數：飽和磁化量、剩餘殘磁及矯頑場，但仍缺乏剩磁矯頑力，

因此需進行等溫殘磁（Isothermal Remanent Magnetization, IRM）實驗以取得其參 數，使用儀器和磁滯曲線相同，設定同樣為外加磁場 500mT，磁場增加速度為 每秒 2mT，經由給予反向磁場，IRM 實驗最終可得到兩條殘磁曲線，分別與飽 和殘磁及剩餘殘磁有關，因此可回推出和剩餘殘磁相對應的外加磁場強度，即剩 餘矯頑力，有此參數即可進行磁性礦物之磁域壁種類分析。

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圖 3.10 磁滯曲線之說明。物質經由給予外加磁場會產生感應磁化量，並產生磁 滯現象（修改自 Maher and Thompson, 2010）。

圖 3.11 礦物磁域壁示意圖。(a) 單磁域。(b) 偽單磁域。(c) 多磁域。

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3.5.1 自然殘磁（Nature Remanent Magnetization, NRM）

由於受到地磁場作用，自然環境下的岩石會受之影響而產生殘磁，稱為自然 殘磁，而鐵磁性礦物會保有殘磁，為本研究主要的探討對象。

自 然 殘 磁 可 由 獲 得 殘 磁 之 時 間 不 同 分 為 原 生 殘 磁 （ Primary Remanent Magnetization）和次生殘磁（Secondary Remanent Magnetization），也因形成機制 的不同可區分成熱殘磁（Thermal Remanent Magnetization）、碎屑殘磁（Detrital Remanent Magnetization）、化學殘磁（Chemical Remanent Magnetization）、等溫 殘磁（Isothermal Remanent Magnetization）以及黏滯殘磁（Viscous Remanent Magnetization）。沉積物內含的磁性礦物會紀錄當時沉積的磁場方向，並因岩化