重磁勘探—6

第二篇 磁法勘探
一、定义：磁法勘探是以地层中岩、矿石的磁性差异为基础的。

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。

二、发展历史
地球物理勘探中应用最早的方法。

见书前言（P4-7）
三、特点（与重力勘探）
1、相同点：利用位场理论，可用引力位公式计算磁位
2、差别：
① 磁异常相对幅度大
％正5.0 980 560max gal g mgal
g =-=∆
％奥
正200
Oe 5.0 Oe 0.1==∆T T
② 重力异常反映的地质因素较多：
（地面——地下数十公里范围内的密度变化） 磁异常反映的地质因素较单一：
（绝大多数沉积岩、变质岩磁性较弱或无磁性； 只有各类磁铁矿床或富含铁磁性的矿床、构造） ③ 单个磁异常特征总比相应的重力异常复杂 密度体只有一个质量中心。

磁性体总是存在两个磁性中心，且相对位置因地而异。

四、磁法勘探的分类
地面磁法勘探
航空磁法勘探
海洋磁法勘探
井中磁法勘探
第六章 磁法勘探的基础理论
§6.1磁场和磁场强度 一、磁场的基本概念
磁体的磁极：N 极→指北极、正磁极→正磁荷
S 极→指南极、负磁极→负磁荷
不同磁体的磁极之间具有同性相斥，异性相吸的特性，这种磁极间的引力成斥力称为磁力。

磁力的大小与磁极的磁性强弱及磁极间的距离等因素有关。

磁极的磁性强弱，我们用“磁荷”来描述。

当然，从物理学研究知道，物质内并不存在什么“磁荷”。

物质的磁性是由大量原子的磁性表现出来的，而原于的磁性则是由原子中电子的轨道运动和自旋运动以及一些其他粒子的自旋运动等产生的。

尽管如此，“磁荷”这个方便又实用的虚设概念对于我们研究只涉及磁的宏观现象的磁力勘探问题是够用和方便的。

“磁荷”有正负之分，“正磁荷”聚集在N 极，“负磁荷”聚集在S 极，“磁荷量（磁量）”是表示磁荷的数量，用m q 表示，磁极的磁荷越多，即m q 越多，磁极的磁性就越强。

磁体之间的相互作用，可用磁的库伦定律表示，即：
式中
2
1,m m q q 分别为两磁极的磁量，r 表示它们之间的距离。

1、磁场强度
单位正磁极在磁场中某点所受的力就是该点的磁场强度T
：
磁场强度T
的方向就是该点上“正磁荷”所受的磁力F
的方向。

如果单位“正磁荷”在磁场中某点所受的磁力是一个达因，则该点的磁场强度为l C.G .S.M 单位，专门名称为奥斯特，用Oe 表示。

C.G.S.M 制： 奥斯特Oe
γ5
10
1Oe =（伽马）
SI 制： 安培/米 1安培/米=Oe 104-3⨯π
磁矩：元电流 n is m
=
磁荷 l q m m
=
我们常用磁力线来描绘磁体的磁场特征。

磁场强度不仅可用磁力线表示方向，也能用磁力线的疏密程度来表示其大小。

2、磁化
磁化：放入磁场中的物体也会具有磁性，产生附加磁场，使原磁场发生变化。

① 磁化强度J
→→表示物体磁化程度的物理量 ② 磁化率k
抗磁性、顺磁性介质：T k J
=
铁磁性介质：J 与T
非线性
T k J J r +=
感应磁化强度
剩余磁化强度
→→T k J r
3、磁感应强度
在介质中，磁场强度T
与附加场和→→磁感应强度
（磁通量密度）
T
T k J T B μμμ=+=+=)1()(00
真空中：
)/( H/m 10
47
0米亨利-⨯=πμ
单位：CGSM 制→高斯（伽玛）γ 10Gs 15
=
S I 制→特斯拉 T （纳特） nT 10T 19
=
在CGSM 制中， T B
、有相同的量纲，特别在真空、空气
和水中0≈k →→B T =
ˆ Oe
10Gs 10 1nT 1-5
-5===γ
在SI 制中， T B
与不同。

二、地球的磁场
在地球任何地方(不论地表、地下、空中)都可以发现磁力作用，我们把地球产生的这个。

磁场叫地磁场。

地磁的两极与地理的两极并不一致，地磁轴与地理轴之间夹角为4
11
4
地磁场的磁力线由北极出发进入南极。

1、地磁要素
地磁场中任何一点的磁场强度用T
表示，它是个矢量，称
为地磁场总强度。

设地磁场中某一点O 的磁场强度为T
，
以O 为原点设立直角坐标系，xoy 平面为水平面，x 轴指向地理北，y 轴向东，z 轴垂直向下。

H 地磁场水平分量→T
在水平面上的投影，磁子午线
I 地磁倾角→T 与水平面的夹角(即T 与H
的夹角)
D 磁偏角→H
与地理北（x 轴）的夹角 X 北向分量→H
在x 轴上的投影 Y 东向分量→H
在y 轴上的投影
Z
垂直分量→T
在
Z 轴上的投影
在地磁场的测量中，通常只观测H
、D 、I ，然后计算Z
，
故也称H
、D 、I 为地磁三要素。

地磁要素之间的关系
2
222Z Y X T ++=
2
2
2
Y
X H += I
T H cos ⋅=
I
T Z D H Y D
H X sin sin cos ===
2、地磁场的构成
1）内源磁场
磁偶极子场0T→地磁场的一级近似，地核内部；
T→地核与地幔边缘处；
大陆磁场m
磁异常场a T→地壳内部磁性物质分布不均匀引起；2）外源磁场
T→地球外部磁源引起（大气层电离层、太阳宇宙射线
e
等），占n%
3）变化磁场
→地球外电离层中因太阳辐射
T
3、地磁图
实际观测表明，地磁要素是变化的，把各处地磁台站测定的地磁要素值编制成等值线图，叫地磁图。

①磁偏角D在赤道附近的变化范围在+10˚～-10˚左右，在两极数值不定。

②磁偏角的零偏线由蒙古穿过我国中部偏西的甘肃和西藏，延伸至尼泊尔印
度。

零偏线以东为负，0˚～-10˚；以西0˚～5˚。

①零倾线在赤道附近；②我国南曾母暗沙→漠河-13˚～+70˚
①赤道最大 40000nT 两极处为零；②我国从南到北41000nT→21000nT
①赤道为零，两极处60000～70000 ②我国从南到北-10000nT→56000nT
①等值线与纬度近似平行，赤道处30000～40000nT,两极处60000～70000nT;
②我国从南到北41000nT→60000nT
三、变化磁场
1、长期变化场
地球基本磁场随时间的缓慢变化
2、地磁日变（太阳日变化）→平静变化
周期为一天的磁场变化称为日变，这与地球自转时各处与太阳的相对位置变化有关，一般白天变化比黑夜大，夏季变化比冬季大，由于日变周期短，变化幅度大，因此要对磁测结果进行日变校正。

3、扰动变化
地磁场短时间的非周期性变化，叫磁扰。

变化幅度可小于1nT或到n×103nT,持续时间从小于1秒到几天。

1）磁暴：比较强烈的(可达几十纳特到几百纳特)磁扰动，由于太阳黑子爆发引起的。

2）地磁脉动：一种地磁场的微扰变化，具有准周期结构特点。

注：太阴日变化→地球相对于月球自传一周，变化幅度1～2nT。

四、岩石的磁性 1、物质的磁性
磁矩：元电流 n is m
=
磁荷 l q m m
=
原子的总磁矩＝电子轨道磁矩+电子自旋磁矩
+原子核自旋磁矩
用磁化率k 表示物质被磁化的能力的大小。

1）抗磁性（逆磁性）
磁化率k 很小，负值；没有固有原子磁矩（分子磁矩为零），与温度无关。

石墨、石膏、石英、大理石等。

2）顺磁性
磁化率k 较小，正值；有固有原子磁矩（分子磁矩不为零），与温度有关。

黑云母、辉石、褐铁矿等。

3）铁磁性
①k很大，与外场非线性；
②与温度有关，当T>TC居里温度时→顺磁性
③主要是电子自旋磁矩。

铁磁性物质内包含很多个自发
磁化区域→磁畴
2、岩矿石的磁性特征
1）磁化强度 J
r r i J T k J J J +=+=0
i J
感应磁化强度：由现代地磁场磁化而具有的磁性 r J
剩余磁化强度：岩石形成过程中受到当时地磁场磁化而
保留下来的磁性。

（永久磁性）也称剩磁。

磁化率k 的大小，主要决定于岩石中台铁磁性矿物的多少，铁磁性矿物具有很高的磁化率，如磁铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿等。

沉积岩磁化率最小，绝大部分是非磁性的，变质岩、岩浆岩磁化率比较大，特别是基性岩或超基性岩磁化率更高。

总的来看，岩石的磁性一般是岩浆岩最强，沉积岩最弱，变质岩则介于两者之间。

2）剩余磁性
对岩石的剩磁r J
来说，一般岩浆岩剩磁大，沉积岩则很微小，它
们与现代地磁场方向也不相同。

① 热剩余磁性（TRM ） ② 碎屑剩余磁性（DRM ） ③ 化学剩余磁性（CRM ） ④ 粘滞剩余磁性（VRM ） ⑤ 等温剩余磁性（IRM ）
r J
一般与古代岩石形成时的地磁场方向一致。

所以根据古代剩磁
的方向可以算出该时代地球磁极的位臵。

由于人们研究古地磁极移动的情况的形成了地球物理学的一个新的分支——古地磁学，即根据岩石天然剩磁的方向来研究地球存在以来各个地质时期的地球磁场的
发展变化。

这对研究大地构造运动史、古地理气候以及岩石的区域对比和确定岩石的相对年代都有很大的意义。

3、地质体磁化的消磁作用
有限物体在地磁场中受磁化，其磁化强度与它的形状有关。

对于均匀磁性体，消磁场：
消磁系数（退磁系数）
N J
N H e ⋅-=
消磁作用将影响到感应磁化强度i J
的大小和方向。