07 – Noções Básicas do Estudo da Anisotropia de Susceptibilidade Magnética (ASM) em Rochas e suas Aplicações

Ano 04 (2017) - Número 04 Artigos

10.31419/ISSN.2594-942X.v42017i4a7FBS

 

 

Franklin Bispo-Santos (Pós-doutorando do IAG-USP).

 

Um dos parâmetros básicos utilizados para a caracterização magnética de rochas é o da susceptibilidade magnética. Por meio dela, é possível estimar a capacidade do material reagir a um campo magnético. Os valores absolutos de susceptibilidade magnética dependem de vários fatores: composição química dos minerais magnéticos do material, sua concentração e tamanho de grão, assim como, suas características estruturais – tensão interna e imperfeições na rede cristalina (Jordanova et al., 2007).

A susceptibilidade magnética (k) é definida por meio da expressão , onde M e H representam, respectivamente, a magnetização induzida e o campo indutor aplicado a um material. Esta susceptibilidade (k) pode variar de acordo com os valores de H, de temperatura e com a direção na qual o material é aferido. Para materiais isotrópicos, k é constante, entretanto, para materiais anisotrópicos, k varia de acordo com a direção na qual o material é medido.

Neste contexto, a variação da susceptibilidade magnética com a direção dentro de uma rocha, expressa a anisotropia de susceptibilidade magnética (ASM), que é uma propriedade física das rochas e tem sua origem na orientação preferencial dos minerais anisotrópicos contidos nas mesmas, minerais estes que podem ser ferromagnéticos, paramagnéticos e/ou diamagnéticos.

Matematicamente, a ASM pode ser representada por um tensor simétrico (matriz) de segunda ordem (kij), que reflete uma combinação de todos os efeitos dos grãos magnéticos dentro de um espécime de rocha. Os três componentes principais do tensor (autovalores) são os eixos k1, k2 e k3 que representam, respectivamente, a direção de susceptibilidade máxima, intermediária e mínima (k1 > k2 > k3), os quais definem aproximadamente um elipsóide triaxial (Figura 1). A orientação destes eixos (k1, k2, k3) fornece a trama magnética das rochas.

 

Figura 1: Elipsóide triaxial com eixos k1 > k2 > k3 que representa geometricamente a anisotropia de susceptibilidade magnética (Modificado de Lanza & Meloni, 2006).

 

Graham (1954) foi o primeiro a observar que a ASM era consequência do alinhamento preferencial de partículas ferromagnéticas e que poderia ser representada pelos três eixos de um elipsóide, onde o eixo mais longo seria paralelo à orientação preferencial dos eixos maiores dos grãos ferromagnéticos. Este autor foi o pioneiro na utilização da anisotropia de susceptibilidade magnética para resolver problemas estruturais e de petrotrama de rochas.

Khan (1962), através de dados de ASM e análises microscópicas, mostrou que as orientações dos eixos maior, intermediário e menor de grãos de magnetita aproximam-se fortemente das orientações dos eixos k1, k2 e k3, respectivamente, do elipsóide de ASM.

Em um laboratório de mineralogia magnética, as medidas de anisotropia de susceptibilidade magnética das rochas são realizadas usando, por exemplo, o instrumento KLY-4S Kappabridge fabricado pela Agico. Neste equipamento, quatro medidas são necessárias para obter o tensor da ASM, e estas medidas fornecem o conjunto dos dados que levarão à composição dos tensores de susceptibilidade magnética e de anisotropia de susceptibilidade. A partir destes dados obtém-se a orientação e a magnitude dos três eixos principais do elipsóide de susceptibilidade magnética (k1k2k3).

As magnitudes destas direções principais são usadas para calcular os seguintes parâmetros:

(i) a susceptibilidade média, ;

(ii) o grau de anisotropia magnética, o qual é uma medida da excentricidade do elipsóide de susceptibilidade magnética, ;

(iii) a magnitude da lineação magnética, (Figura 2);

(iv) a magnitude de foliação magnética, (Figura 2);

(v) o parâmetro de forma (Jelinek, 1981), , o qual descreve a forma do elipsóide de suscetibilidade magnética, em oblata para T>0 e em prolata para T<0 (Figura 3).

 

Figura 2: Definição da foliação magnética e lineação magnética em relação ao elipsóide de ASM. A lineação magnética é atribuída ao eixo k1 e o polo da foliação magnética (plano k1-k2) ao eixo k3 (Modificado de Hrouda, 2007).

 

Figura 3: Diagrama da lineação magnética (L) versus foliação magnética (F) indicando a forma do elipsóide (Modificado de Lanza & Meloni, 2006).

 

A anisotropia de susceptibilidade magnética é frequentemente utilizada no estudo de tramas magnéticas decorrentes de uma variedade de processos geológicos envolvendo rochas ígneas, sedimentares e metamórficas, e em análises estruturais. Em rochas ígneas, pode ser empregada para investigar o fluxo de magma no preenchimento de fraturas, as contrações termais devido ao resfriamento e as deformações após a colocação da rocha. Em rochas sedimentares, é possível identificar as tensões que geraram deformações na unidade geológica e também estabelecer direções de paleocorrentes.

Ademais, em estudos paleomagnéticos, a ASM é usada para determinar possíveis desvios na direção da magnetização remanente natural, que podem ocorrer devido à rotação de partículas ferromagnéticas, e para entender a trama magnética e suas relações com a mineralogia e a remanência (Bispo-Santos, 2012). Por isso, as informações de ASM são muito importantes e de grande relevância para uma melhor interpretação de dados paleomagnéticos, principalmente, quando as investigações ocorrem em rochas deformadas.

 

 

 

 

REFERÊNCIAS

 

Bispo-Santos, F., 2012. Estudo paleomagnético de unidades Paleoproterozoicas do Cráton Amazônico. Tese de Doutorado, IAG-USP, Departamento de Geofísica, São Paulo, SP, 253 p. Disponível em http://www.iag.usp.br/pos/sites/default/files/t_franklin_b_santos_corrigida.pdf

Hrouda, F., 2007. Anisotropy Magnetic Susceptibility. In: Gubbins, D., Herrero-Bervera, E. (eds). Encyclopedia of geomagnetism and paleomagnetism, Springer, p. 546-560.

Jelinek, V., 1981. Characterization of the magnetic fabric of rocks. Tectonophysics, 79, T63–T67.

Jordanova, D., Jordanova, N., Henry, B., Hus, J., Bascou, J., Funaki, M, Dimov, D., 2007. Changes in mean magnetic susceptibility and its anisotropy of rock samples as a result of alternating field demagnetization. Earth and Planetary Science Letters, 255, p. 390–401.

Khan, A. M., 1962. The anisotropy of magnetic susceptibility of some igneous and metamorphic rocks. J. Geophys. Res., 67, p. 2873–2885.

Lanza, R., Meloni, A., 2006. The Earth’s Magnetism: An Introduction for Geologists. Springer-Verlag, Berlin, 278 p.

 

 

10.31419/ISSN.2594-942X.v42017i4a7FBS