《地磁学》

地磁学ppt课件

幕状极光
冰岛 Kleifaratn湖，绿色的北极光如喷涌炸裂一般笼罩当地上空，形状犹如电影《魔戒》中的“索伦之眼”
7
01 绪论
墨西哥Chicxulub陨石冲击坑（被 ~1km厚的碳酸岩覆盖）磁异常(△T) (Pilkington & Hildebrand, 2000)
澳大利亚Yilgarn克拉通太古代岩墙群（~2410Ma）磁异常(△T)(Milligan et al., 2005)
0 Ma 5 10 15 20 25 30 35
P
a
l
e
o g
Paleocene
e
n
e
L a Maastrichtian t e
C
r e Campanian
t
a
c
e o Santonian
u s
Coniacian Turonian
Cenomanian
40
C
r
e
45
Et
aa rc
Albian
le
50
yo
瓦因等人将海底磁异常条带的排列与由陆上熔岩所作出的地磁极性年表进行对比，发现二者一一对应；正异常或负异常条带的宽度正好正比于地磁极性年表中正向段和反向段的长度。
13
01 绪论
Zhu et al., EPSL, 1994
14
01 绪论
Hale Waihona Puke 北西太阳低年太阳磁场极性11年倒转一次太阳高年磁轴在赤道面上，低年与自转轴平行
4
课程考核 OUTLINE
平时出勤情况 30% 最后提交课程读书报告 30% 闭卷考试 40%
5
01 绪论

地磁学教学课件

在场源不变的情况下，对于确定的点和时刻，磁场的磁感应强度和磁位取定值; 在不同位置或不同时刻磁场的磁感应强度和磁位取不同的值。
人们把不随时间变化，或变化非常缓慢的磁场叫做静磁场或稳定磁场;
把不随空间位置变化的磁场叫做均匀磁场。
2、磁感应强度描述磁场的最基本的物理量是磁感应强
f qvB
式中，q为正电荷的带电量，v为电荷的运动速度；f、v、B三者之间的方向关系，遵守右手螺旋定则。
一个速度为v(v＜＜C，C为光速)的匀速运动电荷q所激发的磁场可由下式确定:
B 0 qvr 4 r3
上式中r为电荷所在点至P点的距离(矢量).
与电场中的电力线类似，常采用磁感应线 (简称磁力线)来形象地描绘磁场的空间分布。

§1 磁场的基础知识一、磁场、磁感应强度与磁场强度
1、磁场磁性：物质能够吸引铁的属性叫做磁性。
磁场：我们把存在着磁力作用的空间区域叫做磁场。
场是一种看不见、摸不着的特殊的物质，但它具有动量、能量和质量，其动量、能量和质量都能够被检测出来。
对于场的物质性的认识，乃是物理学史上的一块划时代的里程碑。
磁极之间的作用力(力与磁极强度乘积成正比，与磁极间距离的平方成反比。用公式表示其模值为:
f qm qm1
4 0r 2
而真空中点磁极的磁场强度F定义为: 单位正试验磁极在该点所受的力。其大小和方
向：
F f qm r
qm1 40r3
应该注意，磁场强度F与磁感应强度B这两个物理量之间既有联系，又有差别。
地磁学
地球的电磁现象是重要的地球物理现象之一，它可以反映上至太阳活动、行星际空间、磁层、电离层，下至地壳、地慢、地核中发生的与电磁过程有关的各种物理过程。

地磁学-19(ppt文档)

06 干扰变化磁场
地磁亚暴与湾扰
地磁亚暴：主要表现在高纬度区的一种地磁扰动现象。亚暴期间，整个高纬度区，特别是极光带，磁场发生剧烈扰动。
方向和大小随地点而变，相距几百公里的两处，变化相位可能完全相反，不同经纬度的扰动幅度，可以从几十nT到几百nT，有时可以超过1000nT。
一次亚暴持续的时间从半小时到几小时不等。亚暴有时单个发生，更经常的是一个接一个地连续发生。在地磁活动高年，亚暴非常频繁发生，即使在活动低年，亚暴也经常发生。
• 由于能量粒子增多，环电流大为增
强；
• 强大的环电流产生的反向磁场与地
磁场叠加，使得地磁场的水平分量
S
急剧下降；
• 这时，我们就说发生了磁暴的主相。
N
06 干扰变化磁场
磁暴（magnetic storm）
1967年2月16-17日磁暴期间，中低纬度区不同经度的6个地磁台 H分量的记录
当一股强大的太阳粒子流扫过地球区域以后，环电流失去了额外的粒子来源，在磁层波对粒子的散射及粒子间相互碰撞等作用下，环电流开始减弱，逐渐恢复到正常状况，这就是磁暴的恢复相。
其二，粒子流锋面存在感应电流，受到地磁场的安培力作用，这个力要阻止粒子流向地球方向推进，最终迫使锋面完全停下来，此时磁暴初相阶段宣告结束。
06 干扰变化磁场
磁暴形成的物理机制
粒子流锋面进入到地磁场的作用范围后，锋面上各点受到的地磁场安培力的大小是不相等的，锋面逐渐变成一个曲面。地磁场被局限在这个曲面之内，而带电粒子只能呆在这个曲面之外，从而形成了一个空腔（磁层）。
钩扰
产生机制：在耀斑活动期间，太阳光辐射（紫外线）突然增强，引起电离层（D层）中离子浓度增加，形成了短暂的电流体系。它与Sq电流体系非常相似，也叫做Sq增强事件。

地磁学原理

三、地磁场随时间变化
1.长期变化（内因为主）
变化规律：磁矩变小，磁极西向飘移
2. 2.短期变化
平静变化干扰变化
太阳日变化太阴日变化年变化磁暴不规则变化湾形变化，沟形变化短周期变化
中国地磁图中各地磁要素的分布特点：中国地磁图中各地磁要素的分布特点： • 垂直强度，由南到北从-0.1×10-4T增加至垂直强度Z，由南到北从 × 增加至 0.56×10-4T。 × 。 • 水平强度，由南到北从 ×10-4T减小至水平强度H，由南到北从0.4× 减小至 0.2l×l0-4T。 × 。磁倾角I，由南到北从-10 增加至+700。磁倾角，由南到北从 0增加至 • 磁偏角的零偏线约从新疆与西藏交界处向东磁偏角D的零偏线约从新疆与西藏交界处向东南方向延伸，穿过青海，南方向延伸，穿过青海，并在兰州与成都之西折向西南方向，再穿过四川、贵州与云南，折向西南方向，再穿过四川、贵州与云南，然后延伸至越南。零偏线以东，由后延伸至越南。零偏线以东，D由00变化至 110(西)，零偏线以西，D由00变化至 0 (东)。西，零偏线以西，由变化至5 东。
（磁子午线） H
x
D 0 y I （正东） T
Z
T， I， D ， Z， H（X，Y）
图1 地磁要素
•
世界地磁图基本上反映了来自地球核部场源的各地磁要素随地理分布的基本特征。下图为1980年的地磁场水平强度等值线图单位为年的地磁场水平强度H等值线图单位为nT)。从图中可本特征。下图为年的地磁场水平强度等值线图(单位为。以看出，水平分量等值线大致是沿纬度线排列的曲线族，值由赤道向两极以看出，水平分量等值线大致是沿纬度线排列的曲线族，H值由赤道向两极逐渐减小至零。逐渐减小至零。

第四章地磁学1-3节

最早长期变化现象较为系统的记录是磁倾角和磁偏角的变化。图为400年来伦敦和巴黎磁倾角和磁偏角的矢量图。可看出，二者在相当长的一段时间内（几十年）表现为单调的增减变化。
各大陆不同时期的地磁偏角和古纬度
表中列出了伦敦、巴黎和罗马的磁偏角长期变化的情况，由表可看出极大值到极小值的时间间隔约为 240 年。因此磁偏角的长期变化似有 500 年左右的周期。
由：B H H U
有：
k
U U U B 0 i j x y z
四、磁偶极子磁偶极子：磁偶极子是由一对等量异号的点磁荷组成的体系，点磁荷之间的距离l远比到场点的距离r为小。
在距磁偶极子中心O点相当远的场点P的磁势为：
磁偶子的磁偶极矩和磁距之间的关系为：
据地磁场的高斯球谐分析，稳定磁场和变化磁场还可以分为起源于地球内部和地球外部两部分。内源场：起源于地球内部的稳定磁场称为地磁场的内源场。外源场：起源于地球外部的稳定磁场称为地磁场的外源场。
外源变化磁场起源于地球外部的各种电流体系。这种外部变化的电流体系的磁场还会在具有导电性质的地球内部感应出一个内部电流体系，这是产生内源变化磁场的原因。
Q m1Q m 2 Fk 2 r
磁场强度H：试探磁荷在磁场中所受的力。
F 1 Qm H Q mo 4 0 r 2
点磁荷在空间产生的磁场强度。
单位：A m1 或奥斯特（两单位之间的换算：磁感应强度B： 1 Q
B 4 r
m 2
点磁荷在空间产生的磁感应强度。
单位：国际单位制SI中，特斯拉T 高斯单位制中，高斯Gs 两单位之间的换算：
V r er r e r sin e

物理地磁知识点总结

物理地磁知识点总结地磁学知识点总结1. 地球磁场的产生机制地球磁场是地球内部磁性物质运动所产生的结果。

地球内部存在一个由液态铁合金构成的外核，外核的流动运动导致了地球磁场的产生。

具体来说，地球内核的自转和对流运动产生了一个巨大的磁场，这个磁场与地球表面的磁性物质相互作用，形成了地球的磁场。

地球的自转和外核的对流运动是维持地球磁场的主要机制。

2. 地球磁场的性质地球磁场具有磁场方向、强度和倾角等性质。

地球磁场的磁场方向是指地磁场的方向，即地球某一点上的磁力线的方向。

通常情况下，地球磁场的方向是从地球南极指向地球北极。

地球磁场的强度是指地磁场的大小，通常用高斯（G）或特斯拉（T）作为单位来表示。

地球磁场的倾角是指地磁场线与地球水平面的夹角，它随着地理纬度的变化而变化。

3. 地磁场的测量方法地磁场的测量方法有地面测量和空中测量两种。

地面测量是指在地面上进行的地磁场测量，它通常使用磁通门、磁针和地磁仪等装置来测量地磁场的强度和方向。

空中测量是指在空中进行的地磁场测量，它通常使用飞机、卫星等载具来进行地磁场的测量。

地磁场的测量可以帮助科学家们了解地球磁场的性质和变化规律，为地球科学研究提供重要的数据支持。

4. 地球磁极漂移和磁场翻转地球磁极漂移是指地球磁极位置的变化。

地球磁极并不是固定不变的，它会随着时间的推移发生位置的漂移。

地球磁极漂移是地球磁场的一个重要特征，它可以帮助科学家们了解地球内部的物质运动和地球磁场的演变历史。

另外，地球磁场还会发生磁场翻转，即地球磁场的磁极位置发生颠倒。

地球磁场的翻转是地质历史中的一个重大事件，它对地球环境和生物演化产生了重要影响。

5. 地球磁场对人类的影响地球磁场对人类有着重要的影响。

首先，地球磁场可以保护地球上的生物免受太阳风的侵害。

太阳风中带有高能粒子，如果没有地球磁场的保护，这些粒子将对地球上的生物和电子设备产生严重的危害。

其次，地球磁场还对人类的导航和定位具有重要意义。

地磁学-第九章-9.1

第九章磁法勘探
◆概念
磁法勘探（简称磁法）是在对地磁场特征研究、了解的基础上，通过观测和分析岩矿石的磁性差异及磁场特征，来研究地质构造及其分布形态和寻找矿产、能源等资源的一种物探方法。它是发展最早、应用最广，最为经济的一种方法。
◆应用：
磁法不仅可用于固体矿产的普查，也常用于石油
天然气构造的普查和不同比例尺的地质填图及构造研
当天的野外观测后撤除。 D、日变站必须要二十四小时观测。
E、日变站记录间隔越密越好。F、日变站在野外观测过称中
可以搬动。
13
3.测线磁场观测
◆测线观测都是始于基点而终于基点对建立分基点网的，要求测量过程中2~3小时闭合一次分基点观测
◆使用高精度质子磁力仪观测时，必须用一台同类仪器按上述要求进行日变观测
接受任务后，首先要收集有关工区的地质，地球物理等资料，并组织现场踏勘，编写本区磁测工作的设计书，报请上级主管部门批准后方能施工。
★★野外施工阶段：
包括仪器设备的性能检查，测区测网的敷设、基点及基点网的建立、观测磁异常、物性标本采集和测定，质量检查、室内整理计算及绘制各种野外成果图件。
★★数据处理阶段：
究，还可用于地下金属管线的探测等其他非地质的应
用。
1
9.1 磁测野外工作方法
（一）磁测工作分类 ★★按工作环境分：地面磁测、航空磁测、海洋
磁测、卫星磁测及井中磁测
★★按其测量参量分为：垂直磁场、总场强度、
三分量及各种梯度磁异常测量
★★按工作方式分：相对测量与绝对测量
2
◆（二）工作阶段
★★踏勘设计阶段：
◆探测对象或异常布置在测区中央。
◆测区边界应尽量规则。
◆测区范围应包括必要的正常值，尽可能包括某些地质情况比较清楚或进行了较多工作的地段。

3.地磁学

地磁场定义：研究磁场的时间变化、空间分布、起源及其规律的学科。

固体地球物理学的一个分支。

地球周围存在磁场，简称地磁场。

地球可视为一个磁偶极，其中一极位在地理北极附近，另一极位在地理南极附近。

通过这两个磁极的假想直线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.5度的倾斜。

以前的单位是伽马（=10-9T=1 nT），现在的单位是特斯拉（=10000高斯）。

地磁学的研究意义：1，资源、能源勘探2，地质构造运动、地球内部结构与地球动力学3，预防和减轻灾害（地震、火山、滑坡、环境电磁污染等）4，考古5，军事、航空与航天、航海、通讯等：行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。

地磁场的变化能影响无线电波的传播。

当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。

假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。

在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。

所以地磁场这顶“保护伞” 对我们来说至关重要。

地磁场的基本属性：1、磁场的基本参数是介质磁化率。

2、磁场是一个矢量场。

3、地磁场比较复杂，因为：磁场向量通常不是垂直方向磁场随时间变化快地磁场是非常弱的磁场。

地球磁场的地磁极与磁极：地磁极：地磁轴与地球表面的交点，其连线一定通过地心。

磁极（磁倾极）：由实测结果得到，即地磁图中倾角为90度而等偏线汇聚的两个，其连线不一定通过地心描述地球磁场空间变化的形式：1、数据表测点坐标、测量时间、地磁要素的数值、通化值2、地磁图：特定时刻各个地磁要素在地面上的分布图3、2000.0年地磁图：将各个地磁要素通化为2000年1月1日0时0分的数值4、2000年地磁图：将各个地磁要素通化为2000年7月1日0时0分的数值5、在现代的地磁场观测中，地磁台一般只记录H，D，Z或X，Y，Z地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。

地磁学

11.简述总强度磁异常T得物理意义
答
12.反演解释中存在哪些主要问题
答 a场源物性参数ude不均匀性问题由于地质地球物理和地球化学条件得差异，不仅不同地质体得物性参数不同，而且同一地质体得不同部分物性参数也是可能不同，所谓物性参数得不均匀性是后者b反演得多解性问题如果不改变阴历等位面内物质得总质量，而重新分布其密度，只要保持元等位面得形状和数值不遍，则密度得重新分布不改变等位面上及其外部得引力场得分布。等效性决定了未尝反演得非唯一性或多解性。另外实际得重磁异常都有观测误差和计算误差，误差也会造成反演结果得多解。
18
5。频率域与空间域异常转换相比有何优点？
答 a频连续惊醒多种异常处理转换b计算速度快c无边缘损失但波数域处理转换得运算次数多，每个计算步骤都会产生一定得计算误差，截断误差影响较大。
6.何谓磁异常得定性饥饿时和定量解释。
答性一是初步判断引起异常得地质原因二是大致判断地质体得形状惨状和范围量在定性解释得基础上进行，结果有往往可以补充初步定性解释结果。定性和定量解释间并没有严格得界限是相辅相成得
7.地球表面上任意一点得地磁场有哪几部分组成
答 T=TTTTTT 地心偶极子场非偶极子场起源于地球外部得稳定磁场总磁异常矢量地磁场随时间变化得成分
8.简述中磁异常反演得多解性
答 a位场得等效性决定了未尝的反演得非唯一性多解性即中磁异常是多个变量得函数，其中有些变量是以组合形式得b实际得中磁异常都有一定得观测误差和整理计算误差，误差也会照成反演结果得多解
17.复杂条件下得规则地质体：把起伏地形条件下，物性参数不均匀多个任意形状地质体等组合叫
18。正演：已知磁性体计算其磁场分布，

地磁学

• 太阴日变化以来于地方太阴日，并以半个太阴日为周期。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。
• 24小时为周期的地磁日变与地球相对太阳的自旋有关
• 高空电离层中的涡旋电离体系，很可能就是主要场源。
主要内容
• • • • • 第一节第二节第三节第四节第五节地球磁场岩(矿)石的磁性磁力测量与资料整理磁力资料处理磁力资料解释应用
第一节地球磁场
• 地磁场：地球周围存在的磁场。 • 地磁场有两个磁极，其S极位于地理北极附近，N 极位于地理南极附近，但不重合，磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度。长期观测证实，地磁极围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。
• 沿高度方向的梯度 H H 0 3M 3H cos 4 z r 4 R R Z Z 0 6M 3Z sin 4 z r 4 R R
• 北京地区1986年，
Z 46329nT
• 其梯度：
H 29460nT,
R 6371km
H H 3.6 nT/km x R Z Z 9.2 nT/km x R
地磁日变
• • • • 平均变化幅度为几纳特至几十纳特特点： 24小时为一周期；变化依赖地方时，同一磁纬度，变化形态和幅值很相似；同一经度不同纬度，变化差异很大； • 白天变化大，夜晚变化小； • 夏季的变化幅度大，冬季的幅度最小，春秋居中
2）扰动变化
• 分磁扰和地磁脉动
• 磁扰（幅度大的称磁暴）：无周期，变化范围大，（磁暴往往是全球性的）； • 地磁脉动：地磁场的微扰变化，具有准周期

地磁学_第九章_9.2

磁化强度矢量在三个坐标轴上的分量为：磁化强度矢量在三个坐标轴上的分量为：
M x = M cos(M , x ); M y = M cos(M , y ); M z = M cos(M , z )
根据场位关系以及：根据场位关系以及：
cos (r , x ) = (x − ξ ) / r
cos (r , y ) = ( y − η ) / r ,
dv =
∫∫
s
ds M ⋅n r
1 因此 U = 4π

∫∫
s
ds M ⋅n + r
∫∫∫(
v
dv − div Q M r
)
※上式是场论的一个重要结果，它表明，磁性体在P点的磁上式是场论的一个重要结果，它表明，磁性体在P 等于磁荷面密度和磁荷体密度在P点引起的磁位之和。位，等于磁荷面密度和磁荷体密度在P点引起的磁位之和。
[
] ] ]
[
[

对二度体（即沿走向为无限长的物体），因引力位与坐标变量无关，故有对二度体（即沿走向为无限长的物体），因引力位与坐标变量无关，），因引力位与坐标变量无关
H ax
H ay = 0
µ0 [M xVxx + M xVxx ] = 4πGσ

Mx = cos I cos A′ = cos I sin A M My = cos I sin A′ = cos I cos A M Mz = sin I M tg is = t g I sec A′ = tg I csc A

上关系式表明，上关系式表明，磁性体的磁化强度与磁性体的走向或剖面方向有关

地磁学(地球物理)

磁层：在天体周围被空间等离子体包围并受天体磁场控制的区域。

地球磁层从地面上空 50 公里处（相当于电离层区域），一直扩展到很远的边界，直到行星际空间，这个边界叫磁层顶。

五、古地磁在地质学方面的应用
古地磁极移和地磁极性倒转是古地磁学的两大研究成果。

1、古地磁学如何证明大陆漂移学说

地磁场的短期变化比较复杂，种类多，各种变化具有不同的形态和空间分布特征，且通常彼此叠加。所以，地磁场的短期变化有时平缓，有时剧烈，形成复杂的扰动。
地球的大气圈

地球的大气圈可分为对流层、平流层、中间层、电离层和逃逸层。
电离层：大约85公里到500公里； 50～1000公里的范围；这一层里的氧原子和氮原子处于电离状态。

岩浆于大洋中脊轴部的裂隙出涌出
地壳往两边扩张，越往两边，年代越久远

瓦因-马修斯模型反映出如下的磁异常特征： ① 正、反向磁化交替的洋壳块体产生对称于洋脊扩张轴的条带状磁异常。正向磁化的地块加强了那里的磁场强度，产生正异常；反向磁化的地块则抵消了一部分磁场强度，产生负异常。 ② 单个磁异常的形态和大小与地壳中相应磁化块体的宽度有关。而宽度又取决于地磁场某极性期的持续时间和海底扩张速率。 ③ 在大洋盆地的不同地区，同一时期海底扩张所产生的条带状磁异常具有相似性，因此可以鉴别在不同的地区发生于同一时期的磁异常。
地球高层大气的分子和原子，在太阳紫外线、 Χ射线和高能粒子的作用下电离，产生自由电子和正、负离子，形成等离子体区域即电离层。电离层从宏观上呈现中性。
中间层

地球大气的一个电离区域，高度范围大约在60～1000 公里。由于太阳紫外线、X射线和高能粒子等的作用，60 公里以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态。磁层是完全电离的大气区域，而电离层是部分电离的大气区域。在电离层中，含有足够多的自由电子，能显著地影响无线电波的传播。同时，这部分大气相对稠密，没有完全电离，带电粒子和中性分子的碰撞频繁，因而电子运动仍在很大程度上受这种碰撞的控制或影响。

地磁学_4

为了排除局部磁异常的影响，一般应取不处于磁异常区的测点的数值来进行计算。
03
基本磁场的高斯级数
如何确定基本磁场的高斯系数？
基本磁场尽管变化缓慢，但却在不断变化。因此，由不同年代的年均值算出的高斯系数也会有所不同。而且，随着年代的推移，高斯系数的变化呈现出一定的趋势，它们反映了基本磁场本身的变化。
03
地球基本磁场
地球基本磁场
03
地磁场的构成地磁场由各种不同起源、不同变化规律的磁场成分叠加而成。场源位臵：可将地磁场分为内源场与外源场两部分。地磁场随时间的变化特征（周期为几分之一秒至几千万年）：随时间变化较快的地磁场成分称为地球的变化磁场，而把随时间作缓慢变化或基本不变的地磁场成分称为地球的稳定磁场。
03
地磁场的构成
随时间作缓慢变化或基本不变的稳定磁场成分，绝大部分起源于地球内部。
场源的深度：基本磁场+异常磁场。基本磁场，起源于地核或核幔边界的电流体系的磁场。是地球磁场的主体，具有全球性分布，从地核一直延伸到地球外部空间很远的地方。异常磁场，起源于地壳内的磁性物质的磁场。由于场源深度浅，它在地球表面上呈区域性分布，典型范围约数十公里，而且随着离地面高度的增加而迅速衰减。
03
地磁图
特点：排列比较规则，尤其在中低纬度地区，各等倾线大致平行于纬度圈。零值线大致与赤道平行但不重合。零等倾线称为磁赤道。在磁赤道以北，磁倾角为正；在磁赤道以南，磁倾角为负值。
数值从磁赤道到两极逐渐增大，在磁两极处，磁倾角最大。
03
地磁图
03
地磁图
特点：数值从磁赤道到两极逐渐减小，明显存在几个封闭曲线区域，代表局部的高强度中心。

地磁学_2

z
02
近地空间磁标势的基本方程
是否满足拉普拉斯方程？
空气中不存在传导电流？
欧姆定律
位移电流可以忽略不计？
02
近地空间磁标势的基本方程
求解拉普拉斯方程？
根据具体问题的边界条件，选取适当的坐标系。为了研究全球的地磁场分布，采用地心球坐标系。球心为坐标原点，自转轴为极轴。
02
拉普拉斯方程的通解
O
x
（地理北）
X
D
H Y
N 磁北
I
y
（地理东）
B
Z
z
02
地磁要素
地磁要素 — 描述地磁场大小和方向的物理量由图可以看出，它们之间有北向分量 X、东向分量Y和垂直分量Z 地磁场强度如下关系B :在X、Y、Z轴上的分量，各分量与相应坐标轴的正向一致时 X=HcosD,Y=HsinD,tanD=Y/X 为正，反之为负。 H=TcosI,Z=TsinI,tanI=Z/H 水平分量 H2=X2+Y2,T2=X2+Y2+Z2
z z z z z
y
y z
y
y
y
z
x x
z
x x y x z
z
x
y
x z x
y
x z
y
y x x
y
y
x
02
磁荷观点与分子电流观点的等效性
磁荷不是真实的物理实体，是一种假想的模型，它不能说明磁现象的本质。但是在数学计算上，分子电流观点与磁荷观点是等价的。磁荷观点尽管在物理上不正确，但是一种等效而方便的计算方法，至今仍被广泛使用。
02
磁标势
02
磁标势

地磁学2-1_110926

1 2
tr

x y z

x0 y0 z0

x

x0
y y0

x

z

z0

y

x
y

z

f
(x,
y,
z)
0
地球电磁现象物理学(2-1)
PHYSICS OF ELECTROMAGNETIC PHENOMENA OF THE
EARTH
第二章地球主磁场的空间结构及其长期变化
第一节主磁场空间分布的一般特点第二节主磁场的球谐分析第三节主磁场的多极子表示第四节主磁场模型和地磁坐标系
第五节国际参考地磁场第六节主磁场的长期变化第七节主磁场的西向漂移第八节主磁场的极性倒转和古地磁
§2.1 主磁场空间分布的一般特点
一. 主磁场的物理定义和工作定义
物理定义：地核产生的磁场——物理上严格合理，但实际上不适用（地壳场难分离）
工作定义：把实际磁测资料在一定空间范围内（通常为100万平方公里）进行平均，以消除小尺度局部地磁异常场（地壳场）。对不同时间的磁测资料进行通化和平均，以消除外源变化磁场和长期变的影响，最后，归算到某一特定的时刻——虽然物理上不严格，数值上不精确，但适用。
将以上得到的解组合、迭加起来即得到拉普
拉斯方程的通解，其中的
为待定系数
为了使n相同而m不同的各个高斯系数在量级上相近, 地磁学中习惯采用施密特形式的归一化的处理方法。即令：

地磁学 10

，因此
上式为均匀磁化体在P点的磁位，等于该磁体外表面磁荷在该点磁位的总和。凡是由一些平表面所围成的形体，利用磁荷面积分公式计算其磁场是方便的，每个面的是常量。
04 磁异常的正演—普遍公式
均匀磁化条件下
04 磁异常的正演—普遍公式由磁体的磁位（磁标势）求取磁场各分量
04 磁异常的正演—普遍公式
磁化强度为M，体积为v
，磁矩m=Mv；球心坐
标Q为0,0,R（或表示为
0,0，），球心到空间
任一点P（x，y式可由泊松公式
或磁偶极子磁场公式得出。
球体与坐标的关系
04 几种常见的规则形体的磁场
(一）球体
球体的引力位 V 为
对上式求二次导数后，令 ,磁化强度倾角
为I，剖面与磁化强度水平投影夹角为。
(一）球体
地面上任一点（x，y，0）的Za表达式为：
04 几种常见的规则形体的磁场
(一）球体
对于中心剖面，y=0
04 几种常见的规则形体的磁场
(一）球体
04 几种常见的规则形体的磁场
(一）球体
我国处在中纬度地区，受地磁场倾斜磁化球体的Za磁场总是由正、负两部分组成。负极小值出现在正值的北面，正、负异常构成一个整体，球心位于极大值和极小值之间的某个位置。垂直磁化条件下，球心位于极大值点正下方。
在剖面上，垂直磁化（东西剖面），曲线关于原点对称；倾斜磁化条件下，曲线一般是不对称的，其两侧出现负值，
且在 Ms 所指的方位上出现负极小值，而在 Ms 的反方向
上偏离原点的某处出现极大值。
04 几种常见的规则形体的磁场
(一）球体
磁化倾角0°＜I＜90°(斜磁化)时,磁异常 Za 的平面等值线图与三维立体图

地磁学_第四章

2、偶极子每年以0.05度的速度沿经度西进。
3、偶极子每年以0.02度的速度沿纬度北漂。
4、非偶极子每年以0.2度的速度沿经度西进。
5、非偶极子每年以10纳特量级的速度增减。 6、地磁场每年以0.3度的速度沿经度西进。
各大陆不同时期的地磁偏角和古纬度
主要问题，长期变化的原因和实际意义不清。
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which sweep past Earth. One curious aspect of the solar cycle is meridional flow, which acts like a conveyor belt carrying magnetism to the sun's poles. Scientists haven't been able to model it accurately or determine how it might be connected to the sunspot cycle. Solar scientists David Hathaway of NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, and Lisa Rightmire of the University of Memphis in Tennessee set out to determine how meridional flow correlates with variations in the sunspot cycle. Using data collected by the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), a spacecraft launched jointly by NASA and the European Space Agency, the two scientists tracked the motion of small zones of magnetism on the sun's surface carried poleward by meridional flow. They used SOHO data collected every 8 hours from nearly all of the most recent sunspot cycle, which ended in December 2009. (The data here went until June 2009.) Those observations revealed that as the number of sunspots declined, the meridional flow did the opposite. Its average speed increased from about 30 kilometers per hour at the peak of the solar cycle, in 2000 and 2001, to over 47 km per hour in 2008 and 2009, after the solar cycle should have ended but was still lingering. Hathaway and Rightmire report their findings in today's issue of Science. But knowing that the meridional flow correlates with the number of sunspots—and may even be driving them—doesn't solve every mystery here. For example, this solar cycle lasted longer than normal, and the meridional flow sped up unexpectedly toward the end—why this happened remains a "big unknown," says Hathaway. Studying the flow in earlier sunspot cycles might help us understand that, although those data are much less detailed than those from SOHO. "We're getting information that can test our ideas about how the sunspot cycle works," says solar physicist Neil Sheeley of the U.S. Naval Research Laboratory in Washington, D.C. The findings should also help climate scientists refine their long-term models, says solar physicist Philip Judge of the NationalCenter for Atmospheric Research in Boulder, Colorado. Although our understanding of meridional flow remains "crude," he says, the study improves the ability to measure it, and this could help refine the sun's influence on long-term climate models. That's important, Judge says, because the flow is connected to the solar cycle, and the cycle is helping

地磁学

Δv
Δv
Δv
∇⎜⎛ ⎝
1 r
⎟⎞ ⎠
是对场源点坐标进行，若对观测点
P
作梯度运算，则有：
KK
U
=
−
1 4π
⎡m⋅r ⎢⎣ r 3
⎤ ⎥⎦
（1.1-12）
上式即为磁偶极子的磁位表达式，该式在研究地磁场和磁性体磁场计算时都是一个基本
公式。在以后的有关章节中，我们还将从磁荷出发推导该式，更为直观简明。
人们用磁化强度来描述介质的磁化状态，用宏观分子K电流反映磁化的结果。前已指出在有磁介质存在时的任意稳定磁场中，任意一点磁场强度 H 与磁感应强度（或磁通密度）之
地磁场是空间和时间的复杂函数，为了满足地面上定向、航空、航海、资源勘察以及地磁学本身研究的需要，根据地磁测量的结果定期编绘出相应的各种图件。完成地磁观测任务的测点通常为两类：一类是连续地测定地磁要素绝对值及随时间变化场值，此类有固定的测点，称其为地磁台；另一类是野外测点，在这些测点上间断地测定地磁要素绝对值。由这两类测点组成了某地区、某国家甚至全球范围的地磁测网。当进行全球性的研究时，不可忽略超过陆地面积四分之三的海域地磁测量。为此，必须充分利用海洋磁测、航空磁测和卫星磁测，它们可以在短时间内获得大面积或全球范围的磁场三分量（X、Y、Z）及其它地磁要素的地磁资料。
第一章地球磁场
地球周围存在的磁场称为地磁场。地磁矢量场的主体是稳定磁场。本章从稳定磁场基本性质出发，结合地磁要素图建立地磁场的球谐分析式，从定性与定量角度分析研究地磁场的组成与分布规律。基于在磁场随时间变化的资料，分析研究得出地磁场随时间长期与短期变化规律。本章重点研究现代地磁场的变化规律，从而为消除正常的磁场随时间、空间变化影响，获得地质目标体磁异常提供理论依据。