2-磁法勘探仪器和测量技术

第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
主要介绍磁法勘探中的主要仪器和工作
方法. 仪器部分重点介绍仪器的原理,特点和应 用条件. 方法部分主要介绍工作的一般原则,注意 事项,设计规范.
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
一、概述
[磁力仪]能进行磁异常数据采集及测定岩石磁性参数的 仪器,统称为磁力仪.
悬丝式水平磁力仪的主要部分磁系与垂直式磁力仪 的磁系相似，但磁棒是直立的，N极向下（在北半 球使用）。同样，测定外磁场是通过磁力矩，重力 矩和扭力矩的平衡来实现的。
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法 3. 机械式水平磁力仪
水平磁力仪测定水平磁场是通 过磁系的磁力矩, 重力矩和扭力矩的平衡关系实 现的. 磁力矩:设磁系摆动的方向是磁 南北方向的铅直面,磁系平衡时 磁轴线与垂直方向夹角为i, 由于地磁场水平分量的作用,力 矩大大小为: MH cos i
工作原理与垂直磁称相似，仅磁系的结构上有差别。
与弦丝磁称磁系的差别：
1）两片相互平行的垂直放置的磁钢片代替磁棒；
2）磁钢片中心贯穿一个石英磨制的三棱柱形的刃口， 其尖端向下，尖端磨制成曲率非常小的的圆柱面，测 定磁场时，扭动外壳上的开关旋钮使磁系下降，刃口 两端落在磁系两侧的石英刀座上。刃口与刀座的接触 点的连线是水平的。磁系受重力和磁力作用绕水平线 转动。
dB e KSn dt
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三、磁通门磁力仪(磁饱和式磁力仪)
if : H s H H s B H m cos H m cos t d ( H m cos t ) e KSn KSn H m sin dt if : H s H , or H H s B Bm H s dH s e KSn 0 dt
导磁率的软磁铁芯在外磁场作用下的电磁感应现象来 测定外磁场的仪器. 下边简单介绍偶次谐波电压饱和式 磁力仪的原理和简化结构. 仪器组成:坡莫合金探头,控制电路,电源. 1、坡莫合金的磁化特点及磁灵敏元件的磁化现象 坡莫合金与一般的铁磁性材料相比,具有很高的导磁率
dB / dH
如,国产的1J86型坡莫合金,起始导磁率 0 150000CGS 很小的矫顽磁力Hc和很小的饱和磁场Hs,因此,坡莫合金的 磁滞徊线窄而陡,一般铁磁性材料的磁滞徊线宽而缓
磁棒SN的连线为磁轴，O‘为磁系的重心， O为悬丝通过的位 置，即磁系的旋转轴.磁系绕O点转动.
为测量地磁场垂直分量的相对值,使转轴水平地位于磁南北方 位,以便磁系能在磁东西方位的铅直面内摆动,此时,水平磁场H 在磁系转动面上的分量为零,对磁系不产生转动磁力矩.
并且为了观测测垂直磁异常具有较 高的灵敏度,磁棒近于水平放置,使 垂直磁场产生转动磁矩最大.
MH cos i MZ sin i mgd cos( i ) (2i ) mgd cos 2i H Ztgi tgi M M cos i M cos i
通过测量各个角度,可以计算水平磁场.
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2) 电子式磁力仪简介 a) 磁通门磁力仪(磁饱和式磁力仪) 磁通门磁力仪又称为磁饱和式磁力仪,是利用具有高
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法 1、悬丝式垂直磁力仪及其工作原理
磁系所受的三力矩的作用: 磁力矩: F lmc Z cos i ZM cos i, M mcl 磁棒的磁矩, 磁棒度 l
重力矩: M g mgd cos( i),
扭力矩: M 2 i
磁棒平衡方程 : M M g M
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法 1、悬丝式垂直磁力仪及其工作原理
ZM cos i mgd cos( i) 2 i ZM cos i mgd cos cos i mgd sin sin i 2 i mgd cos mgd sin 2 i Z tgi M M M cos i
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
一、磁法勘探仪器介绍 1. 概述 2. 机械式磁力仪 3. 磁通门磁力仪(磁饱和式磁力仪) 4. 质子旋进式磁力仪 5.光泵磁力仪 6. 超导磁力仪 二、 磁法勘探工作方法 1. 磁测任务的确定 2. 磁测比例尺、测网和精度 3. 磁测的野外工作 4. 磁测资料的整理及图示
上式对于任何大小的i都满足,但实际设计时将倾角范 围限制在±1.5o,测量时,最好读数i不超过±1.5o
这时,MZcosi≈MZ,灵敏度Δ i/ ΔZ最大.
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i角较小时的测读系统
tg 2i ( So S ) / f , tg 2i 2i i ( So S ) / 2 f
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
当外磁场有微小变化时,会引起磁感B的显著变化,可以说磁感B对 外磁场H的变化具有放大作用,或说坡莫合金对外磁场感觉灵敏. 由于坡莫合金的磁滞徊线窄而陡,所包含的面积小,可以近似看成 一条直线,B随H的变化特点与一般铁磁性物质的表现不同.
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第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
三、磁通门磁力仪(磁饱和式磁力仪) 这时,B的曲线可以看成前边的 基波,三次谐波和与外磁场相关 的二次谐波组成.由于线圈绕组 匝数相等方向相反,只存在奇次 谐波时,线圈中的感应电压相互 抵消,没有输出,而存在偶次谐波 时,输出的电压即为二次谐波,而 且,二次谐波电压与外磁场的强 度和方向相关:
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1. 悬丝式垂直磁称
悬丝式垂直磁称的中心部分是磁系，它相当于一个可绕水平轴 转动的磁针。 磁系组成:磁棒,金属悬丝,反光镜,温度补偿丝,灵敏度调节螺丝等, 它们固定在铝框上.悬丝穿过铝框,将磁系悬挂起来,悬丝扁平, 置于水平位置,两端固定于与仪器外科相连的支架上.
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M mc l
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法 3. 机械式水平磁力仪
地磁场垂直分量的作用,力矩大大小为:
MZ sin i(M mcl )
而且,垂直磁场和水平磁场的力矩方向相反. 重力矩:由于纬度螺丝的作用,磁系重心不通过磁轴和 支点,而在指点的北下方.设重心与支点的距离为d,则 作用于磁系上的重力距为:
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
石英刃口性能稳定，不受温度影响，因此
，刃口式磁称一般零点飘移小，精度高， 但石英性能脆，易碰损，野外常用于测定 地磁日变和岩石标本的磁性。
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法 3. 机械式水平磁力仪
水平磁力仪是用于测量水平磁异常沿某一方向的分 量的仪器，从结构上分为：悬丝式和刃口式。
mgd cos mgd sin 2 Z ( S0 S ) A ( S0 S ) M 2 fM mgd cos mgd sin 2 A , , tgi i, cos i 1 M 2 fM
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法 2. 刃口式垂直磁力仪
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
一、概述
● 磁力仪的绝对测量和相对测量
实际应用中,磁发研究要应用的是磁异常,由于磁异常 是空间矢量,以及地磁场总强度的模量差.实际野外工 作中常测量Ta的分量,如垂直分量Taz,水平分量Tax,以 及地磁场总强度的模量差Δ T. ΔT称总强度磁异常. 为测量磁异常有两类办法,即进行相对测量和绝对测 量.
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机械式磁力仪简介 2) 刃口式垂直磁力仪
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3）磁钢片N和S极两端长度对称于刃口，为使重心 偏向于S极，在S极一端装一重荷－－纬度螺丝， 调节它可使磁系磁轴保持在i小于等于正负1.5度的 位置，由于纬度在不同地区，地磁场Z变化较大， 需调节此重荷以保持磁系水平，使磁系在不同纬度 地区可以进行工作，故称之为纬度螺丝。 4）由于刃口磁称不用悬丝悬挂，无扭力矩的作用 ，在磁场变化读数超格时，使用辅助磁铁的磁场来 抵消一部分外磁场的作用，以此扩大测程。 因此，它在脚架上部装有安置辅助磁铁的设备。
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三、磁通门磁力仪(磁饱和式磁力仪) 由于H随时间变化,将引起B随 时间变化,当-Hs<H<Hs时,B~H 之间的曲线可以近似看成直线, 因此, B随时间的变化是正弦波 形. 当|H|>|Hs|时,B达到饱和Bm,保 持一个常数,故曲线顶部是平的. 且正负半周的幅度相等,保持 B>Bm的时间也相等,B曲线相 当于一段失真的正弦曲线.此曲 线可看成基波和三次谐波的合 成.
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二、机械式磁力仪
机械式磁力仪是一种应用最早的磁测仪器.最初仅是一
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种由矿山罗盘改造而成的灵敏度很低的仪器.
1915年,阿道夫.施密特的刃口式磁力仪出现后,机械 式磁力仪才广泛应用于磁法勘探工作.
这类仪器都是相对测量仪器,其直接反映磁场变化的部
分称为磁系. 它的主要部分由一块精密的永久磁铁做成 ,利用力矩平衡原理来观测磁场,对磁场的测量类似于称 的原理,又名磁称.
相对测量无需知道测点磁场的实际数值.只需测得测点相对于 正常场中某一固定点的相对变化值. 绝对测量要测得各点的实际磁场值.
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一、概述
1、磁力仪的绝对测量和相对测量 磁力仪直接测量水平分量和垂直分量,由此得到总异 常
Ta H H Z
2 ax 2 ay
2 1/ 2 a
按工作原理分:机械式磁力仪和电子式磁力仪;
机械式磁力仪:悬丝式磁称,刃口式磁称 电子式磁力仪:磁通门磁力仪,核子旋进磁力仪,光泵磁 力仪及超导磁力仪.
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
一、概述
磁力仪按测量磁场的空间领域分: 地面磁力仪, 航空磁力仪, 海洋磁力仪和井中 磁力仪. 按测量的对象分: 测量地磁场绝对值的磁力仪, 测量地磁场随时间变化的磁力仪, 测量空间中地磁要素相对变化的磁力仪.
三、磁通门磁力仪(磁饱和式磁力仪)
1、偶次谐波的产生及磁场测量原理
在一个扁椭圆环状坡莫合金上绕有两个 绕向相反,匝数相等的线圈, 串在一起作为初级线圈.在整个椭圆环 外绕一个输出线圈. 在无外磁场作用时,在初级线圈中供一 个交流电压:
E Em cos t
时,在坡莫合金中将产生一个交变磁场:
H H m cos t
mgd sin(90 i) mgd cos( i)
当纬度螺丝向北时,重力矩与水平磁力矩方向相反.
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法 3. 机械式水平磁力仪
扭力矩:当磁棒转动时i角时,悬丝也转动i角,则扭丝的 扭力矩为: (2i ) 与水平磁力矩方向相反. 磁系平衡时:
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三、磁通门磁力仪(磁饱和式磁力仪)
由于两个初级线圈匝数相等,方向相 反,因而,通过输出绕组的总磁通量的 变化为0,没有输出电压. 有外磁场存在时,作用在坡莫合金片 上的总磁场为:
H H 0 H m cos t H0 Hm H s
同样,在-Hs<H<Hs时,B~H曲线近于直 线,这一段时间内B的变化近于正弦形. 当H>Hs时,B达到饱和,由于磁场的变 化是在外磁场Ho的基础上变化,所以 在H与Ho同向时,B先达到饱和,保持 Bm常值的时间长,当H与Ho反向时,B 保持Bm常值的时间短.

目前,机械式磁力仪,磁通门磁力仪都是相对测量仪器 ,而质子旋进磁力仪,光泵磁力仪和最新的超导磁力仪 都为绝对测量仪器,主要测定T值.
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
磁力仪的几个主要指标:
灵敏度:磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力(敏感 程度),也称为分辨率. 精密度:衡量仪器重复性的指标,指仪器自身测定磁场 所能达到的最小可靠值. 准确度:仪器测定真值的能力,即与真值相比的总误差. 通常精密度与准确度统称为精度. 稳定性:仪器测量获得稳定测量值的能力. 测程范围:能测量重力值的最大范围.
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
目前适用的机械式磁力仪,因磁系旋转轴的不同,有 悬丝式和刃口式磁力仪之分,悬丝式本世纪30年代
出现,至今是我国常用的仪器. 磁力仪因其测量的要
素不同,又分为垂直磁力仪和水平磁力仪,但基本原 理是相同的. 垂直磁力仪:测量磁场的Z分量; 水平磁力仪:测量平面矢量H在两个方位的分量.