第三章 磁法勘探 - 图文

第三章 磁法勘探

前 言

磁法勘探是利用地壳内各种岩(矿)石间的磁性差异所引起的磁异常来寻找有用矿产或查明地下地质构造的一种地球物理勘探方法。人类在公元前800年，便知晓了磁性的存在。在许多希腊作者的各种论著中都记载了具有显著吸铁性能的“神石”。它最初有“大力士石”，“吕底亚石”，“陨铁”或者简单称为“石”。我们的祖先们亦留下了许多关于“磁”的记载。

地球的周围存在着磁场。 我们的祖先很早就发现了地磁场的存在，并有举世瞩目的四大发明之一—指南针（司南）。司南大约出现在战国时期。司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十国向，置磁勺于盘中心圆面上，可以保持平衡，且自由旋转。当它静止的时候，勺柄就会指向南方，古人称它为“司南”。

指南车是我国古代的文化瑰宝之一，是中国古代科技成果的杰出代表。春秋战国时期，人们就制作了指南车用来指挥作战。

明代《武经总要》描述“指南鱼”的制作，用薄铁叶剪裁成鱼形，鱼的腹部略下凹，磁化后浮在水面，就能指南北。这是一种人工磁化的方法，它利用地球磁场使铁片磁化。即把烧红的铁片放置在子午线的方向上。烧红的铁片内部分子处于比较活动的状态，使铁分子顺着地球磁场方向排列，达到磁化的目的。北宋的沈括在《梦溪笔谈》中提到另一种人工磁化的方法。这种方法比地磁法简单，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的发明不但世界最早，而且为有实用价值的磁指向器的出现，创造了条件。

磁法勘探也是应用最早的地球物理方法。1640年，瑞典人首次尝试用罗盘寻找磁铁矿，开辟了利用磁场变化来寻找矿产的新途径。但是直到1870年，瑞典人泰朗(Thalen)和铁贝尔(Tiberg)制造了万能磁力仪后，磁法勘探才作为一种地球物理方法建立和发展起来。

就工作环境而言，磁法勘探可分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测四类。

航空磁测是第二次世界大战后发展起来的方法。它不受水域、森林、沙漠等自然条件的限制，测量速度快、效率高，已广泛应用于区域地质调查，储油气构造和含煤构造勘查、成矿远景预测，以及寻找大型磁铁矿床等方面。

地面磁测应用最早也最广泛，它是在航空磁测资料的基础上作更详细的磁测工作，用以判断引起磁异常的地质原因及磁性体的赋存形态。在地质调查的各个阶段都有广泛的应用。

海洋磁测是在质子旋进式磁力仪问世后才发展起来的。它是综合性海洋地质调查的组成部分。此外，还用于寻找滨海砂矿，以及为海底工程(寻找沉船、敷设电缆、管道等)服务。近年来，高精度磁测还广泛用于工程环境地球物理调查以及考古等。

井中磁测是地面磁测向地下的延伸，主要用于划分磁性岩层，寻找盲矿等，其资料对地面磁测起印证和补充作用。

磁法勘探和重力勘探在理论基础和工作方法上有许多相似之处，但是它们之间也存在一些重要的差别，主要有：(1)就相对幅值而言，磁异常比重力异常大得多。我们知道，地壳厚度变化引起的重力异常最大，达-5,600×10-5m/s2，若正常重力以9,800,000×10-5m/s2计算，则最大重力异常值也仅为正常重力值的千分之五。强磁性体产生的磁异常高达10-4T，若正常地磁场强度按0.5×10-5T计，则最大磁异常可以比正常地磁场强度大一倍；(2)从地面到地下数十公里深度内所有物质的密度变化都会引起重力的变化，说明重力异常反映的地质因素较多。但磁异常反映的地质因素却比较单一，只有各类磁铁矿床及富含铁磁性矿物的其它矿床和地质构造才能造成地磁场的明显变化；(3)密度体只有一个质量中心，而磁性体则有两个磁性中心(磁极)，且它们的相对位置因地而异。当地质体置于不同的纬度区时，重力异常特征不变，而磁异常特征则要改变，因此磁异常总是要比重力异常复杂一些。

第一节 地球的磁场

存在于地球周围的具有磁力作用的空间，称三部分组成。 一、主磁场

，它是由基本磁场(主磁场)、变化磁场和磁异常

1

主磁场占地磁场的99%以上，主要由地核内电流的对流形成，是一种由偶极子场和非偶极子场组成的内源磁场。它是相对稳定的，但存在着一种极为缓慢的变化。 1、地磁要素

将一个磁针通过其重心悬挂起来，使之能自由转动。我们发现，磁针静止时不仅指向一定的方位，而且倾斜一定的角度。磁针在空间所指的方向，就是其重心所在处地磁场的方向。

为了研究地磁场，我们以观测点为坐标原点，选取一个直角坐标系。取X轴指向地理北，Y轴指向地理东，Z轴铅直向下(图3-1-1)。观测点处地磁场强度T在X、Y、Z轴上的分量分别称为北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z。T在XOY平面上的分量H称为水平分量。H指向磁北，其延长线即是磁子午线。我们规定，各分量与相应坐标轴的正向一致时为正，反之为负。磁子午线(磁北)与地理子午线(地理北)的夹角称为磁偏角，以D表示。H偏东时D为正，反之为负。T与XOY平面的夹角称为磁倾角，以I表示。T下倾时I为正，反之为负。

I、D、X、Y、Z、H和T各量都是表示地磁场大小和方向的物理量，称为地磁要素。由图3-1-1可以看出，它们之间有如下关系:

地磁绝对测量通常测定I、D、H三要素的绝对值，磁法勘探查则是测定T的相对值。

图3-1-1 地磁要素

2、地磁图

为了研究地磁场在地表的分布规律，需要利用地磁绝对测量的成果绘制世界地磁要素的等值线平面图。地磁要素是随时间变化的，因此必须把观测数据归算到某一特定的日期。例如1980年地磁图就要求将所有地磁要素值都归算到1980年1月1日0时0分的数值。图3-1-2和图3-1-3分别为1980年世界地磁场垂直分量和水平分量等值线平面图，此外， 还有世界地磁场等倾(I)线图和等偏(D)线图等等。

图3-1-2 1980.0年代世界地磁场垂直分量等值线平面图(单位为μT)

2

图3-1-3 1980.0年代世界地磁场水平分量等值线平面图(单位为μT)

由图可见，地磁要素是按一定规律在地表分布的：等Z线、等H线(和等I线)都大致平行于地理纬线；在赤道附近(磁赤道上)，垂直分量Z和磁倾角I为零，水平分量H最大，达(30～40)μT，(1μT=10－６

T)，地下介质在这里被“水平磁化”。随着纬度的增大，Z和H的绝对值也增大，而H逐渐减小。在北半球T向下，I为正；在南半球T向上，I为负。地下介质在这个地带被“倾斜磁化”。在两极附近某处，I达到±90，H为零，Z的绝对值最大，达60～70μT，它们就是地球的磁极。在地理北极附近的叫“磁北极”，它具有S极的极性；在地理南极附近的叫“磁南极”，它具有N极的极性。处于这两个磁极附近的地下介质被“垂直磁化”。 总场强度等值线:

特征 等值线与纬度线近乎平行，其值在磁赤道约30000-40000nT,向两极增大，在两极约为60000-70000nT。

图3-1-4 1980.0年代总场强度等值线图(单位:μT)

总倾线:

特征 与纬度大致平行，零倾线在地理赤道附近，称为磁赤道，它不是一条直线，磁赤道向北倾角为正，向南为负。

图3-1-5 1980.0年代等倾线图(单位:度)

3

总偏线:

特征 从一点出发汇聚于另一点的曲线簇,明显地汇聚于南北两磁极区,两条零偏线将全球分为正负两个部分。

图3-1-6 1980.0年代等偏线图(单位:度)

3、非偶极子磁场

从世界地磁图中减去地磁场的偶极子磁场(约占主磁场的80%)，即可得到非偶极子磁场。图3-1-7是1980年世界非偶极子磁场垂直分量等值线平面图。非偶极子磁场围绕着几个中心分布，每个中心都有各自的正、负极性，且分布的地域很广。

图3-1-7 1980.0年代世界非偶极子磁场垂直分量等值线平面图(单位为μT)

4、地磁场的长期变化

主磁场随时间的缓慢变化，称为地磁场的长期变化。磁偏角、磁倾角和地磁场强度都有长期变化。从伦敦、巴黎和罗马的资料可以推测，磁偏角的变化周期约为500年。此外，偶极子磁矩逐年也有微小的改变。长期变化的主要特征是地磁要素的“西向漂移”，偶极子场和非偶极子场都有西向漂移。且偶极子磁矩的衰减和非偶极子场的西向漂移都具有全球性质。

各大陆不同时期的地磁偏角和古纬度

二、变化磁场

4

地球的变化磁场是指起源于地球外部并叠加在主磁场上的各种短期地磁变化。变化磁场可以分为两类：一类是连续出现的，比较有规律且有一定周期的变化；另一类是偶然发生的、短暂而复杂的变化。前者称为平静变化，来源于电离层内长期存在的电流体系的周期性改变。后者称为扰动变化，是由磁层结构、电离层中电流体系及太阳辐射等的变化引起。 1、 平静变化

平静变化包括太阳静日变化和太阴日变化两种。 太阳静日变化是以一个太阳日为周期的变化。其特点是：白天比夜晚变化幅度大，夏季比冬季变化幅度大，平均变化幅度为数纳特至数十纳特(图3-1-8)。太阳静日变化按一定规律随纬度分布，在同一磁纬度圈的不同地点，静日变化曲线形态相同，且极值也出现在相同的地方时上 。

太阴日变化依赖于地方太阴日，并以半个太阴日作为周期。太阴日是地球相对于月球自转一周的时间(约25小时)。太阴日变化的幅度很微弱(Z和H的最大振幅仅1～2nT)，磁测时已将它包括在太阳静日变化内，故不再单独考虑。

图3-1-8 我国南方城市不同季节的Z

太阳风(摘自www.soft6.com)

2、 扰动变化

扰动变化包括磁扰(磁暴)和地磁脉动两类。

地磁场常常发生不规则的突然变化，叫做磁扰。强度大的磁扰又称为磁暴。

磁暴是一种全球性效应。磁暴发生时，地磁场水平分量强度突然增加，垂直分量强度相对变化较小。磁暴可持续数天，幅度达数百至上千nT。图3-1-9是一幅磁暴记录。地磁脉动是一种短周期的地磁扰动，周期一般为(0.2～100)s(秒)，振幅为(0.01～10)nT。研究地磁脉动可以推测地壳上部的电导率状况，从而解决某些地质或地球物理问题。

图 3-1-9 1959年7月14日磁暴曲线

三、磁异常

实践证明，在消除了各种短期磁场变化以后，实测地磁场与作为正常磁场的主磁场之间仍然存在着差异这个差异就称为磁异常。磁异常是地下岩、矿体或地质构造受到地磁场磁化以后，在其周围空间形成、并叠 加在地磁场上的次生磁场，因此它属于内源磁场(仅是其中很小的一部分)。磁异常中由分布范围较大的深部磁性岩层或区域地质构造等引起的部分，称为区域异常；由分布范围较小的浅部磁性岩、矿体或地质构造等引起的部分，称为局部异常。

5

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新资格考试认证第三章 磁法勘探 - 图文 全文阅读和word下载服务。