第一章 地球的磁场
磁法勘探-地球的磁场
磁法勘探的测量方法
地面磁测
在地面上设置测点，测量地磁场强度和 方向，适用于大面积区域勘探。
海洋磁测
在海洋调查船上安装磁力仪，测量海 底地磁场强度和方向，适用于海洋资
源勘探。
航空磁测
在空中飞行器上安装磁力仪，测量地 磁场强度和方向，适用于山区、沼泽 等复杂地形区域。
井中磁测
在钻孔中安装磁力仪，测量地磁场强 度和方向，适用于地质勘探和地下资 源调查。
01
02
03
磁力梯度测量
通过测量磁场的变化率， 提高对地下磁性体分辨能 力，能够探测更小的目标。
磁力扫描技术
采用多通道磁力仪，实现 大面积、快速、高精度的 磁场测量，提高勘探效率。
磁力成像技术
利用多分量磁力仪，获取 地下磁性体的三维形态和 分布特征，实现地下构造 的三维重建。
磁法勘探与其他地球物理方法的结合
04
磁法勘探的实际应用
资源勘探
铁矿
石油和天然气
磁法勘探能够通过测量地磁场的变化， 发现地下铁矿的磁异常，从而确定铁 矿的位置和规模。
磁法勘探可以通过测量地磁场的变化， 发现地下油气藏的磁异常，为石油和 天然气的勘探提供重要线索。
煤炭Leabharlann 煤炭是一种具有较强磁性的物质，磁 法勘探可以用来探测煤田，了解煤层 的分布和埋深。
磁法勘探-地球的磁场
contents
目录
• 磁法勘探概述 • 地球磁场的基本知识 • 磁法勘探的技术和方法 • 磁法勘探的实际应用 • 磁法勘探的未来发展
01
磁法勘探概述
磁法勘探的定义
磁法勘探：利用地球磁场的变化规律 来探测地下矿藏、地质构造和其他地 质体的地球物理方法。
磁法勘探通过测量地球磁场强度的变 化，推断出地下地质体的磁性差异， 进而确定其分布、形态和规模。
地球的磁场知识点总结
地球的磁场知识点总结地球的磁场主要由地磁场和地球磁层组成。
地磁场是由地球内部的流动物质产生的，它的存在使得地球周围形成了一个保护层，可以挡住来自宇宙空间的宇宙射线和太阳风，维护了地球生物的生存环境。
地球磁层是由地磁场作用于地球外部高层大气中的电离层产生的，它可以使地球周围形成一个环绕地球的磁层。
地球的磁场对于地球科学领域有着较为重要的作用。
首先，地球的磁场是地球的一个重要特征。
通过地球磁场的变化，可以研究地球内部的流动情况，进一步地可以了解地球内部结构和活动。
其次，地球的磁场对于地球的生命环境有着较为重要的影响。
地球的磁场可以挡住来自太阳和外太空的有害射线，维护了地球生物的生存环境。
再次，地球的磁场也对于地球的导航和定位有着重要的意义。
地球的磁场可以为地球上的罗盘提供一个稳定的参照系，能够在一定程度上引导人类进行导航和定位。
除此之外，地球的磁场还对于地球外部磁层的形成和演化有着重要的影响。
地球磁层的形成与地磁场有着直接的关系，地磁场的变化能够影响到地球磁层的形成和演化过程。
因此，地球磁场的研究对于了解地球外部磁层的演化与形成过程具有着非常重要的意义。
地球的磁场是如何产生的呢？地球的磁场主要是由地球内部流动的熔融金属铁所产生的。
可以简单地认为，地球内部有一个大型的类似磁铁的物质，它的存在使得地球在空间中产生了一个类似磁铁的磁场。
地球内部的流动熔融金属铁是产生地球磁场的主要动力，通过地幔富含的铁、镍和其他金属元素会形成一个大型的磁场。
地球的磁场是如何变化的呢？地球的磁场是不断在变化的，它会随着地球内部的流动和变化而发生变化。
地球磁场的变化有周期性，约10000-100000年左右发生一次磁极颠倒的现象。
而且，地球的磁场变化也会受到太阳活动的影响，太阳活动的增加或减少都会对地球磁场产生一定影响。
地球的磁场是如何被研究的呢？地球的磁场研究主要通过地球磁场观测站和磁场卫星观测来进行。
地球磁场观测站能够对地球磁场进行实时观测和监测，能够精确地了解地球磁场的变化情况。
地磁场及其基本要素
第一节地磁场及其基本要素地磁场：地球周围存在的磁场。
地磁场三要素: 磁感应强度磁偏角磁倾角磁感应强度为某地点的磁力大小的绝对值，（磁场强度）是一个具有方向（磁力线方向）和大小的矢量一般在磁两极附近磁感应强度大（约为60μT（微特拉斯）；在磁赤道附近最小（约为30μT ）磁偏角是磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角，即磁子午线与地理子午线之间的夹角。
磁偏角的大小各处都不相同。
在北半球，如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏，偏向正北方向以西称为西偏。
我国东部地区磁偏角为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。
磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）。
长期观测证实，地磁极围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。
磁倾角是指磁针北端与水平面的交角。
通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。
地球表面磁倾角为零度的各点的连线称为地磁赤道；由地磁赤道到地磁北极，磁倾角由0°逐渐变为+90°；由地磁赤道到地磁南极，磁倾角由0°变成-90°。
地球的磁场强度矢量余地磁要素地磁倾角（二）地磁场的组成地磁场由基本磁场、变化磁场和磁异常三个部分组成。
在地球中心假定的磁柱被称为磁偶极子，由它产生的偶极子磁场占地磁场成分的95%以上，是构成稳定地磁场的主体，即地球的基本磁场。
基本地磁场的强度在地表附近较强，向上在空气中逐渐减弱。
说明它主要为地内因素所控制。
变化磁场表现为日变化、年变化、多年(短周期或长周期)变化以及突发性变化主要由于来自地球外部的带电粒子的作用（非偶极磁场，叠加在基本磁场上）太阳是这些带电粒子流的主要来源，而当它的表面出现黑子、耀斑(活动特别强烈的区域)并正对着地球时，便会把大量带电的粒子抛向地球，使迭加在基本磁场上的变化磁场突然增强，使地磁场发生大混乱，出现磁暴。
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。
地震知识(1)
前言我国是一个地震多发国家，绝大多数省份都发生过6级以上强烈地震。
据相关资料统计，我国在全球陆地面积7%的国土上，发生了35%的7级以上大陆地震，我国大陆平均每年发生20次5级以上地震。
历史上我国发生过多次强烈地震，造成了严重伤亡。
如1920年宁夏海原8.6级地震，死亡23.4万人；1976年河北唐山地震，死亡24.2万人；2008年汶川8级地震遇难68712人，经济损失惨重，全世界为之震惊。
本人根据多年的观察经验，并在网络上开展研究探讨，汇集了各方网友的集体智慧，得出地震有先兆、地震可预报的结论，希望本文能促进地震预报事业的健康发展，为防震减灾作贡献，造福全人类。
第一章地球磁场与地震新知识一、地球为何会有磁场？各种不同物质形成的“岩浆潜流”在地壳下绕地心运行可以形成一种线圈作用，会对太阳和月球引力产生一个切割角，使得岩浆潜流可以切割太阳及月球引力磁力线而产生地球磁场。
岩浆潜流为何会绕地心运行呢？这是因为岩浆潜流受到二种力的作用：一是地球自转时产生的离心力，二是因为地球自身存在磁场，地球转动时会产生旋转磁场，这种旋转磁场可作用于岩浆潜流而产生一种“电磁搅拌”力，使得岩浆潜流跟着这种“电磁搅拌力”运行（如同异步电动机的运行原理）。
注：“电磁搅拌力”由网友“若比邻60”提出。
二、为何地球北极与北磁极会产生位置偏移？地球北极的“极地”是因为地球自转时产生的“陀螺效应”而产生的。
北磁极的产生是因为很多岩浆潜流在此处集结交叉运行而产生的。
岩浆潜流集结交叉点为何不会在北极而会产生位置偏移呢？我认为这可能与极地地壳下面的地貌有关，因为地貌结构的原因，岩浆潜流都集中到了北磁极那个位置产生集结交叉运动而造成北极与北磁极位置产生偏离的现象。
三、地球为何会出现板块漂移现象？因为地壳受到二种力的作用所以出现了板块漂移现象：（1）受到岩浆潜流运行的推力作用。
（2）受到地球自转产生的离心力作用。
四、为何地球南北极历史上会出现过南北倒置现象？地壳在岩浆潜流的推动下除了出现板块运动外，有时也会“生病”，会在地壳内壁产生非常不和谐的“肿瘤”，岩浆潜流一旦碰上这种“肿瘤”就可能会使多种不同物质构成的岩浆潜流都混到了一起，严重时会使岩浆潜流运行方向发生改变，所造成的后果就是地球磁场的方向性改变。
地球磁场航线解析PPT课件
地球磁场 （Geomagnetic Field）
• 磁北极(74.9ºN,101ºW) • 磁南极(67.1ºS,142.7ºE) • 地球磁极由东向西有规律的缓慢的移
动。
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1.地球磁场的构成(三要素 ）
§1.1地球知识
（ 一 ） 磁 差 （VAR/MV—Mag netic Variation ） 1、真经线:指向地理南北的方向线
磁针北端与水平面的交角，通常以磁针 北端向下为正值，向上为负值
范围：0°～90°
（三）磁感应强度
即某地点的磁力大小的绝对值，是一个 具有方向（磁力线方向）和大小的矢量。
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2.地磁要素的变化
地球表面的磁场受到各种因素的影响而随时间发生变化。地 磁要素长期有规律的变化称为世纪变化，其中磁差变化对空中导航的精 确性产生较大影响。磁差世纪变化的年平均值称为磁差年变率。磁差年 变率在航图或磁差图中予以标明，空中导航实施当中应当根据航图或磁 差图上注明的磁差年份和磁差年变率予以修正。
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思考：航图上标注的为真航向角还是 磁航向角？
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2、航线距离
航线起点到终点间的地面长度称为航线距离，等于各航段长 度之和
地球的磁场的作用
地球的磁场的作用地球的磁场是地球周围的一个保护层，它形成了一个巨大的磁力场，能够拦截来自太阳风的高能粒子和辐射，保护地球和地球上的生命免受太阳风和宇宙射线的伤害。
这个磁场对地球有着多种作用。
第一，地球磁场对于生命的保护是至关重要的。
它可以阻挡太阳风带来的电离辐射和带电粒子，减少它们对地球上生物体的伤害，减少致癌物质。
没有磁场的行星上，高能带电粒子会直接穿过它们的大气层，致使细胞的DNA损伤增加，引发基因突变甚至导致细胞死亡。
地球的磁场能够使得地球上的生物体免受高辐射环境的伤害。
第二，地球的磁场还是指南针的落脚点，相信很多人都知道，指南针的指针就是沿着地磁力线运动的。
因为地球的磁场是长期稳定的，所以通过指南针，我们可以很容易地确定自己所在的方向。
第三，地球磁场的作用还表现在对大气层的保护上。
地球磁场能够阻挡太阳风带来的高能粒子进入大气层，从而保护大气层免受破坏。
此外，地球磁场还能够使得太阳风流向地球时，不会直接与大气层接触，从而减少了电离层的扰动，避免了通信系统的跳频和影响导航定位等。
第四，地球磁场还能够对太阳系中的星际尘埃和陨石进行拦截和过滤，并把它们汇聚到地球磁场的磁球和地球磁极附近。
因此，地球上可能存在的陨石和星际尘埃的撞击都被地球的磁场吸附，从而保证了长期的安全。
第五，地球磁场还能够对我们的电力系统产生影响。
太阳风会扰动地球磁场引起磁暴，磁暴会影响到地球上的电力系统，从而导致黑脸导线、电力购买等问题。
因此，我们需要对太阳活动进行监测，做好相应的准备工作，保证我们的电力系统运行的稳定。
综上所述，地球的磁场对地球和地球上的生命有着不可替代的重要作用，无疑是地球上最具有生命保障意义的天然屏障之一。
地球的磁场.
4 地球的磁场4．1 地球磁场的基本特征和地磁要素固体地球是一个磁性球体，有自身的磁场。
根据地磁力线的特征，地球外磁场类似于偶极子磁场，即无限小基本磁铁的特征（图3-14a）。
但其磁轴与地球自转轴并不重合，而是呈11.5°的偏离。
地磁极的位置也不是固定的，它逐年发生一定的变化。
例如磁北极的位置，1961年在74°54′N，101°W，位于北格陵兰附近地区。
1975年已漂移到了76.06°N，100°W的位置。
地磁力线分布的空间称作地磁场，磁力线的分布情况可由磁针的理想空间状态表现出来（图3-14b）。
由磁针指示的磁南、北极，为磁子午线方向，其与地理子午线之间的夹角称磁偏角（D）。
磁针在地磁赤道上呈水平状态，由此向南或向北移动时，磁针都会发生倾斜，其与水平面之间的夹角称作磁倾角（I）。
磁倾角的大小随纬度增加，到磁南极和磁北极时，磁针都会竖立起来。
地磁场以代号F表示，它的强度单位为（A／m）。
地磁场强度是一个矢量，可以分解为水平分量H和垂直分量Z。
地磁场的状态则可用磁场强度F，磁偏角D和磁倾角I这三个要素来确定。
地磁场的偶极特征也取决于磁力线从一个磁极到另一个磁极的闭合特征。
在地球表层，这一闭合结构形成了一个磁捕获系统，捕获了大气圈上层形成的带电粒子而构成一个环绕地球的宇宙射线带，称作范艾伦带。
范艾伦带的影响范围可达离地面65000km以上。
由大气层上部约100～150km处气体发光而形成的极光，就是范艾伦带中的气体分子受电磁扰动的产物。
沿着范艾伦带，极光可以在不到1秒钟的时间内，从一个受扰动的极区于瞬间传到另一个扰动极区，因此极光的爆发在北极区和南极区几乎是同时发生的。
将地磁场比作偶极子磁场的说法中，隐含着地磁场是永久不变的这一假定。
但实际上不仅磁极在不断发生摆动，从发现地磁场以来，人们还逐渐发现了磁偏角在几十到几百年内，大致沿着纬线方向平稳地向西移动，这一性质被称作地磁场的向西漂移。
地球的磁场是如何产生的
地球的磁场是如何产生的1. 关于地球的磁场地球的磁场是由一层流动的液态金属，即熔融的地心液态铁合金构成的，它在内核外表层内旋转，形成自转和自旋磁场，从而对外部环境产生影响，如这些外部环境的磁场强度，其中磁力线的地形作用以及磁暴的可能出现。
2. 生成磁场的本质地球的磁场产生的本质是通过核心中的熔融金属流动而产生的，金属的电导率为 79.6%，运动的熔融金属可以导致电流流动，被称之为“螺旋电磁链”，并可以在核心区域内产生磁场，这也是磁场与电磁学实验之间最重要的关系之一，同时它产生的磁场可以驱动外部磁场，如磁北极磁南极，以及控制外界电离层的磁化程度。
3. 磁场的稳定性虽然地球拥有强大的磁场，但它还需要维持稳定，这源于地球内圈内部的强烈放电现象，这种现象也称为“磁化效应”，可以抵消内部流动引起的磁场失稳，从而保持磁场的稳定。
4. 关于地球的磁致动力地球的磁场不仅与外部环境有关，而且还可以控制行星上不同地区的气流场，如北极环流和南极环流，这些地区之间有着明显的磁致动力，比如磁力线的地形作用以及磁暴的可能出现，这些都可以归结为地球磁场的影响。
5. 生活影响地球的磁场影响着人们的生活，它可以抵消太阳风的影响，同时它还可以影响空中的磁性气体的分布，磁场也会影响导航系统，从而影响人们的出行。
此外，磁场也与激光、电镀、电锻炉等应用有着直接关系，可以用来改变工厂生产线上的材料成型功能。
总之，地球的磁场是由流动的液态金属所产生，它可以控制外部环境如磁力线的地形作用、磁暴出现，控制行星上不同地区的气流场和导航系统，也会影响到人们的生活，甚至还可以影响工厂的生产线。
可见由地球磁场可以带给人们的收获是不可估量的。
1第一章 地球的磁场
0.3809 0.3390 0.2556 0.2659 0.2798 0.3122 0.3388 0.3389 0.3390 0.3552 0.3445 0.3640 0.1995 0.3642 0.4020 0.3827
0.2369 0.2323 0.4865 0.4721 0.4552 0.4165 0.3565 0.3420 0.3608 0.3152 0.3290 0.2743 0.5700 0.2576 -0.1100 0.2266
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
由-10000nT 增加到 56000nT。（5）总场强度由南到北，变化值为 41000nT 至 60000nT。 根据我国 1980 年编制的中国地磁图，列举我国各地的地磁要素值，见表 1-1-1。
表 1-1-1 我国各地地磁要素
分量
D
分量
场
H
Z
值
(105nT) (105nT)
I
场
H
Z
值
(105nT) (105nT)
− 5o59' − 4o48' − 4o14' − 4o28' − 2o34' − 1o 46' − 1o 21' 2o37' − 2o36' − 1o 20' − 1o00' − 1o 25' − 0o14' − 3o54' − 3o07' − 2o26'
一、地球磁场
地磁场：地球周围存在的磁场。
宏观上看，地球磁场与位于球心的磁偶极子磁场相似；地磁场有两个磁极，其极位于地理北极附近，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78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东京139.4度（南极洲）。
长期观测证实，地磁极围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。
受地磁场作用，磁针的化第一章地球的磁场 地磁场：地磁场有大小和方向，它 描述地磁场大小和方向的物理量，称作地磁要素、地磁要素及其分布在直角坐标系下，地磁要素有：总磁场强度T、垂直磁场强度Z、水平磁场强度HHÎ水平X分量(北向)、水平Y分量(东向)H Xtan I H =tan D X =()T Xi Yj Zk =++K K K K地磁场由基本磁场、变化磁场和磁异常三个部分组成中心偶极子磁场和大陆磁场组成基本磁场Î来源地球内部，占地磁场主要部分(98%以上)主要指短期变化磁场，来源地球外部，占地磁场1%以下磁异常地壳浅部具有磁性的岩石或矿石所引起的局部磁场，它叠加在基本磁场之上。
测量地磁场中，研究对象所产生的磁场称作磁异常，其他部分称作正常场，或称背景场，也称基准场。
Î正常场和异常场是相对的概念地磁场是空间和时间的函数Î需要实际测量实际测量方式：地磁台地磁要素随时间变化所以，将不同时刻观测数据归算到某一特定日所成的地磁要素等值线图Î地磁图首先是天文学家哈雷于1701 年编度的等值线图于1827 年问世.地磁场是和时间的函数－ 地磁场各要素随空间变化情况（体现出偶极子场特点）地磁场是空间和的函数－ 地磁场各要素随时间变化情况－变化磁场分两类：一是由内部场源引起的缓慢的长期变化；一是来源于地球外部场源的短期变化。
通过世界各地地磁台长期连续观测（2）地球磁场向西漂移（地磁场偶极矩大约 其中,17 %是近400年来减小的.1835Î1980年为7.91x1022Am2Î2000年为7.78x10Am1835Î1980年为7.91x1022Am2Î2000年为7.78x10Am Î两千年后，接近0！Î磁极倒转(?)在测定岩石的剩余磁性时，发现相当一批岩石的磁化方向与现在的地磁场方向相的改则变成了磁北极。
地球的磁场
因为，老师在我们不会的方面给了我们很大的帮助， 未来，无论还有多少晦暗或辉煌的未来，未来的还在未来。 你只需把握好今天，让每一分钟都过得精彩！
09 杜志瀛.磁和地磁：1997.01 R.T.梅里尔，M.W.麦克尔希尼.地球磁场——它的历史、起 源以及其他行星的磁场：1983.09
反过来，若测得感应磁场， 则计算地下导电率随深度的 分布时，解答却不是唯一的，
关于地球内部的电导率变化有以下几点比较一致的意见： 1）在地球内部，点到率随地球深度而增加；2）在60— 100 公里附近，电导率有显著的变化，约增高一个数量 级；3）在约400-700公里的深度，电导率又有显著的变 化，此处可能相当于地幔中的过渡层，
二.地磁场的成因
1.激发电机假说
地球是 一个导 电流体
在地磁流 体中持续 发生着差 异运动或 对流
地壳中存 在着微弱 的磁场
按照磁流体力学的规律，地核物质和原有弱磁场相互作用， 引起一种自激发电机的效应，使原来的弱磁场加强起来，由
于热能的消耗。磁场增强到一定程度就未定下来以形成现在
的基本磁场。
金孟祖.地球概论：1983.01
杨正华.岩石物性概论
2.非发电机假说
永久磁化说： 热电效应 在地球早期历史中其内部建立的剩余电流 回转磁效应 Hall效应 电流磁效应
3.其他模型
差动自转效应
磁暴的电磁感应 能斯脱-埃廷豪塞尔效应
三.地磁与地电
1.地下电流 地下电流主要是由变化磁场直接感应的。东西向地电分量和 南北向地磁变化有关。南北向地电分量和东西向地磁变化有 关。地电对地磁场又有反作用，从而也影响了地面磁场。这 个反作用叫做感应磁场。感应电流和感应磁场都和地球的结 构和电磁性质有关，人们发现，外部的磁场变化要比内部的 （即感应的）大几倍，而且两部分的变化有一定的联系。 2.地球内部的电导率 地球内部的电磁性质主要是电导率和电导率。磁导率的变化 不大，主要是电导率的变化。假定电导率只和深度有关系。 若知道电导率随深度的分布，就可以计算地面的感应磁场，
第一章地球的磁场
os
90-
uP
0Msin 4R2
R
θ
φ
λ
地球的磁场（偶极子场）
地表任意点P点磁位： P
S
r
θ
N
Mm
N
R cosϕ
P(r, λ ,θ )
R S
ϕ
λ Nθ
S
地球的磁场（偶极子场）
地表任意点P点磁位：
U = 1 Mcosθ， 4π r 2
θ = 90° + ϕ , r = R，
如指南针或罗盘就可敏感反映这种磁场的存在
地磁场是一个矢量场，分布范围从地核到 空间磁层边缘的各处。
地磁场是磁法勘探的基础。
第一章 地球的磁场
地磁场：地球周 围存在的磁场。 宏观上看，地球 磁场与位于球心 的磁偶极子磁场 相似；
➢ 地球磁场近似于放在地心 的一个磁偶极子磁场，其 基本特征如图。归纳如下：
➢中心u磁偶M极子co在s 空间任
P
一点P的4磁r2位的表达式
为：
r1
r r2
oθ
M
-m 2l m
➢其中：M-磁偶极子的磁
➢如果近似将地球视 为均匀磁化球体， 并假设磁轴与地理 轴重合，那么通过 以上求解不难得出 地球表面或空间任 一点的磁位表达式。
φ-P点所处的纬度； μ0真空导磁系数
uP
0Mc 4R2
内源场：长期变化，周期长
（二）正常场和磁异常
➢正常场和磁异常一般是相对而论的，通 常把研究对象引起的磁场部分叫做磁异 常，而周围环境和围岩引起的磁场统归 为正常场
➢比如当研究大陆磁场Tm时，将其视为 磁异常，而叠加在大陆磁场上的其它磁 源场（主要是偶极场）就看成是正常场。
地球的磁场
地球的磁场地球磁场（the earth magnetic field）是指地球周围空间分布的磁场。
偶极型，近似于把一个磁铁棒放到地球中心，地磁北(N)极处于地理南极附近，地磁南(S)极处于地理北极附近。
磁极与地理极不完全重合。
存在磁偏角。
当然，地球中心是高温状态并没有磁铁棒，而是通过外核的电子随地球自转的电流效应(近似于电生磁)产生磁场的。
地球磁场属于电磁场，随地球公转而不随地球自转。
简介地球磁场The Earth magnetic field不是孤立的，它受到外界扰动的影响，宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。
太阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是电离氢和电离氦。
因为太阳风是一种等离子体，所以它有磁场，太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地球磁场从地球上吹走似的。
尽管这样，地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。
在地球磁场的反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，这就是磁层。
地球磁层位于距大气层顶600-1000公里高处，磁层的外边界叫磁层顶，离地面5-7万公里。
在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。
在磁赤道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。
中性片上的磁场强度微乎其微，厚度大约有1000公里。
中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。
1967年发现，在中性片两侧约10个地球半径的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体片。
当太阳活动剧烈时，等离子片中的高能粒子增多，并且快速地沿磁力线向地球极区沉降，于是便出现了千姿百态、绚丽多彩的极光。
由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。
波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为3-4个地球半径。
分布地球磁场的形成具有一定特殊性，按照旋转质量场假说，地球在自转过程中产生磁场。
地球的磁场及其作用
地球的磁场及其作用地球是一个拥有强大磁场的行星，磁场的存在对地球自然环境和人类生活产生着极为重要的影响。
本文将从磁场的形成、变化以及作用三个方面来探讨地球磁场的奥秘。
一、磁场的形成地球磁场的形成还存在着许多争议，但目前最广为认可的说法是地球内部的熔融岩浆在不断运动，由于其中存在的电流产生磁场，这种磁场随着地球的自转而形成一个环状磁场，即地球磁场。
地球磁场的强度变化很小，但却极为稳定，不仅能够抵消太阳带来的带电粒子辐射，还能保护地球表面的生命，对于维持地球生态系统的平衡起着至关重要的作用。
二、磁场的变化尽管地球磁场一直是稳定的，但在地球历史中曾多次发生磁极反转。
磁极反转是指地球磁场的南北极互换位置，磁极反转并非瞬间完成的过程，而是在数千年或数万年内慢慢完成的，期间地球磁场会减弱并形成多个磁极。
虽然磁极反转过程对现代社会影响较小，但在过去曾造成了地球生命系绝灭的事件。
地球磁场的变化也可以被用来研究地球历史，例如通过地球岩石中保存下来的磁性矿物来确定这些岩石形成的时间和磁场方向，进而推测地球历史上的环境变化和地质运动。
三、磁场的作用地球磁场的作用是多方面的。
首先，它能够抵消太阳带来的带电粒子辐射，这些粒子本身并不会对人类产生太大影响，但在太阳暴发时，带电粒子辐射会对卫星、导航系统、电力设施等基础设施造成损坏。
其次，地球磁场还可以控制地球附近的高能带电粒子形成辐射带，使其不会对地球表面的生命造成太大的影响。
例如，地球磁场使得极光现象的产生变得更加美丽而不是致命。
再者，地球磁场的存在对于某些动物的迁徙方向具有导航作用，例如海龟、鲸鱼等。
这些动物能够感应到磁场的方向，进而确定自己的迁徙方向。
总的来说，地球磁场是地球生命收容所的重要保护伞，它不仅让我们拥有了美丽的极光，也能保障现代社会的顺利发展。
对于地球科学家来说，掌握地球磁场的变化、形成和作用，对于理解地球自然环境和地球历史发展具有重要意义。
地球的磁场地磁场的形成与功能
地球的磁场地磁场的形成与功能地球的磁场——地磁场的形成与功能地球的磁场是地球特有的一种物理现象，它是由地球内部的磁性物质运动所产生的。
地磁场的形成和功能对地球和地球上的生物具有重要的影响。
在本文中，我们将探讨地球磁场的形成原因以及它对地球和生物的功能。
一、地磁场的形成原因地球的磁场是由地球内部的液态外核产生的。
地球内部有一个巨大的液态外核层，以及一个固态的内核层。
外核层主要由铁和镍组成，并且由于地球自转的运动，外核层的液态金属会形成环流。
这种液态外核的环流运动，造成了电流的产生。
而电流会产生磁场，这个磁场就是地球的磁场。
简单来说，地球内部的液态金属在运动时形成了环流，这个环流产生的电流又产生了磁场，最终形成了地球的磁场。
二、地磁场的功能地球的磁场对地球和地球上的生物具有多种功能，下面我们将介绍其中的几个重要功能。
1.导航功能地球的磁场对于导航具有至关重要的作用。
动物和一些微生物能够感知地磁场，并利用地磁场来定位和导航。
比如，候鸟能够根据地磁场的变化来进行季节性迁徙，而蜜蜂则利用地磁场来找到归巢的路线。
人类也利用地磁场来进行导航。
指南针就是基于地磁场的原理制作而成的，利用指南针可以确定方向，使得人们能够在陆地或海洋上找到正确的方向。
2.防护功能地球的磁场对我们的生物体和地球上的大气层具有防护功能。
地球的磁场可以阻挡太阳风和宇宙射线等带电粒子的进入，这些粒子如果直接接触到地球或人体，会对生物和电子设备产生严重的影响。
磁场能够将这些带电粒子引导到地球的两极附近，形成极光，保护地球上的生命免受宇宙辐射的伤害。
3.地质演化功能地球的磁场对地质演化过程也具有重要的影响。
地磁场的翻转是地球磁极从地理极点一个方向移动到另一个方向的过程。
这个过程可以帮助地质学家研究地球的演化。
通过对地磁场的变化进行测量和分析，可以得出地质构造的信息，推断地球内部的变化以及板块运动等地壳活动的细节。
因此，地磁场对于理解地球的演化过程和地壳运动具有重要作用。
地球的磁场保护作用
地球的磁场保护作用地球是我们生活的家园，具有独特的环境和复杂的生态系统。
然而，在这片蔚蓝色的星球上，还有一个无形但至关重要的守护者——地球的磁场。
它不仅是地球的一部分，更是地球生命存在和发展的基础之一。
本文将详细探讨地球磁场的形成、作用以及其对生物和现代科技的重要保护作用。
磁场的形成地球内部结构复杂，分为地壳、地幔和核心。
地球的磁场源自于其外核中液态铁流动所产生的电磁作用，这一现象被称为“发电机效应”。
在外核中，温度极高，铁以液态状态存在，流动中的液态金属产生电流，进而形成磁场。
这个磁场并不是静态的，而是随着地球自转和液态金属的流动而不断变化。
研究发现，地球磁场具有两种主要成分：一种是由地球内部产生的原生磁场，另一种是受到太阳风影响而增加的次生磁场。
当太阳风（由高能粒子组成）与地球气候相互作用时，会引起空间天气现象，从而导致我们的磁场表现出变化。
磁场的基本特征根据科学家的研究，地球磁场呈现出一个近似于偶极子的形式，北极与南极呈对称分布。
其强度在赤道地区相对较弱，而在靠近两极地区则更为强大。
这种差异使得不同地区对磁场的感知与应用有所不同。
此外，地球磁场并非恒定不变，而是经历着周期性反转和波动。
历史上已经记录了多次磁极翻转事件，而科学家们推测这种翻转现象平均每20万至30万年发生一次。
尽管当前人类无法完全预测下一次翻转发生的确切时间，但这一现象提醒我们自然环境的动态性。
磁场的保护作用对于辐射的防护地球磁场最重要的保护功能之一就是防止来自太阳和外太空的有害辐射。
太阳表面不断释放出高能粒子，这些粒子在没有遮挡时会对地球表面生命造成严重威胁。
当这些粒子接近地球时，地球磁场会起到屏障效果，将大多数高能粒子偏转或吸收。
这一保护屏障使得地表生物可以在相对安全的环境中生存，从而促进了生命的演化和繁衍。
同时，在没有这种保护存在时，生物体受辐射影响增加，不仅可能出现基因突变，还会影响生态平衡。
对于气候变化的调节除了辐射防护外，地球磁场还扮演着调节气候的重要角色。
地球的磁场.
4 地球的磁场4．1 地球磁场的基本特征和地磁要素固体地球是一个磁性球体，有自身的磁场。
根据地磁力线的特征，地球外磁场类似于偶极子磁场，即无限小基本磁铁的特征（图3-14a）。
但其磁轴与地球自转轴并不重合，而是呈11.5°的偏离。
地磁极的位置也不是固定的，它逐年发生一定的变化。
例如磁北极的位置，1961年在74°54′N，101°W，位于北格陵兰附近地区。
1975年已漂移到了76.06°N，100°W的位置。
地磁力线分布的空间称作地磁场，磁力线的分布情况可由磁针的理想空间状态表现出来（图3-14b）。
由磁针指示的磁南、北极，为磁子午线方向，其与地理子午线之间的夹角称磁偏角（D）。
磁针在地磁赤道上呈水平状态，由此向南或向北移动时，磁针都会发生倾斜，其与水平面之间的夹角称作磁倾角（I）。
磁倾角的大小随纬度增加，到磁南极和磁北极时，磁针都会竖立起来。
地磁场以代号F表示，它的强度单位为（A／m）。
地磁场强度是一个矢量，可以分解为水平分量H和垂直分量Z。
地磁场的状态则可用磁场强度F，磁偏角D和磁倾角I这三个要素来确定。
地磁场的偶极特征也取决于磁力线从一个磁极到另一个磁极的闭合特征。
在地球表层，这一闭合结构形成了一个磁捕获系统，捕获了大气圈上层形成的带电粒子而构成一个环绕地球的宇宙射线带，称作范艾伦带。
范艾伦带的影响范围可达离地面65000km以上。
由大气层上部约100～150km处气体发光而形成的极光，就是范艾伦带中的气体分子受电磁扰动的产物。
沿着范艾伦带，极光可以在不到1秒钟的时间内，从一个受扰动的极区于瞬间传到另一个扰动极区，因此极光的爆发在北极区和南极区几乎是同时发生的。
将地磁场比作偶极子磁场的说法中，隐含着地磁场是永久不变的这一假定。
但实际上不仅磁极在不断发生摆动，从发现地磁场以来，人们还逐渐发现了磁偏角在几十到几百年内，大致沿着纬线方向平稳地向西移动，这一性质被称作地磁场的向西漂移。
恐怖的地域：地球起源未解之谜-第一章
第一章地球磁场的起源不管是地球的整体主磁场，还是地球的局部块体磁场，其生成和变化原因都是十分复杂的，本文从有关磁场的最基本理论入手，探寻地磁场生成和变化的规律，找到解决地磁场起源问题的一般方法，逐层揭开地球磁场起源之谜。
磁场是由带电物质相对于某个实施测量的参照系的运动所产生的一种效应。
完全电中性的物质不具有磁性。
从物质磁场的起源来看，物质能够产生磁场必须具备两个条件：一个是物质必须具有电性，一个是电性物质必须相对于观测者运动。
对于一般的中性物体，它的内部是由两种异性电荷组成的，所以中性物体运动时也必然会产生磁场。
运动的中性物体产生的磁场表现为两种：整体上对外显示磁性的排列有序的显性磁场和整体上对外不显示磁性的排列无序的杂乱隐性磁场。
当一个中性物体内部的两种异性电荷产生的磁场相互叠加合成之后还存在剩余磁场时，那么它对外就显示出一种磁性，这就是中性物体的显性磁场；当一个中性物体内部的两种异性电荷产生的磁场相互叠加合成之后不存在剩余磁场，那么它对外就不显示磁性，但是两种异性电荷各自的磁场仍然是存在的，这就是中性物体的杂乱隐性磁场。
那么中性物体在什么样的条件下会产生剩余的显性磁场呢？象地球这样的整体上不带电的中性物体是怎样产生或表现出磁场的呢？这是因为整体上呈现电中性的物体，并不一定是物体内部的各个地方都呈现电中性，只要物体内部有一个地方对外呈现电性，那么它就为磁场的产生提供了一个必要条件。
整体上呈现电中性的物体产生磁场只有三种情况：一是中性物体或原子内部带负电粒子和带正电粒子的杂乱无章运动，这种情况是造成物体内部各个地方都存在磁场的原因。
但是这种情况，由于正负电性粒子产生的磁场相互抵消，物体在整体上并不对外显示磁性。
二是，中性物体或原子内部带负电的电子（核外电子）整体上与带正电的质子（原子核）产生了相反方向的统一有序的错位运动，在物体内部产生了一种统一有序的电流运动，或者是在物体或原子内部产生了电流环的有序运动，使得正负电性粒子产生的磁场不致于相互削弱而是得到加强和表现。
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地磁场是一个矢量场，分布范围从地核到 空间磁层边缘的各处。
地磁场是磁法勘探的基础。
第一章 地球的磁场
地磁场：地球周 围存在的磁场。 宏观上看，地球 磁场与位于球心 的磁偶极子磁场 相似；
➢ 地球磁场近似于放在地心 的一个磁偶极子磁
一、地磁要素
从量的角度描述地磁场， 建立一个空间直角坐标系
统，定义磁力场的各个要素， 并用数学公式表示各要素的 换算关系。
坐标系建立： 设以观测点（O）为坐 标原点 X轴正向指地理北，Y轴 正向指东，Z轴正向垂直 向下。
➢ 观测点的地磁场矢量（T） 为任意方向，它在坐标系内 可分解为以下分量：
地球有两个磁极，在地理北极附近 的磁极叫北磁极，具有S极性，反 之亦然。
磁轴与地球旋转轴不重合，大致相 交11.5°。
不同纬度地区，磁力线方向可从磁 针的偏转方向判定
地磁场是矢量场，既有方向也有大 小。
➢1980年实测的磁北极位于北纬78.2°、 西经102.9°（加拿大北部），磁南极 位于南纬65.5°，东京139.4°（南极 洲）。
叠加场（观测结果）：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6 正常场：T0=T1+T2+T3+T4+T6 磁异常：Ta=T5=T-T0
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地表
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三、地球磁场的起源
➢地球磁场起源问题一直是一个没有解决 的重大地球物理难题。
➢大量的地磁资料，丰富的地磁现象强烈 地吸引着爱好寻根问底的数学家、物理 学家
总磁场 T= Ts+ δT
1、稳定磁场：Ts=Tsi（地球内部）+Tse（地球外部）
Tsi是地球内部稳定场，Tse是地球外部稳定场 由于Tsi＞＞Tse，故Tse一般可忽略不计，因此通
常把稳定场看成由以下三部分组成
T0—地球中心偶极子场 Tm—大陆磁场（世界异常，为非偶极子场） T0 + Tm定义为地球的基本磁场 Ta—地壳磁场或异常场（磁异常）
Tsi= T0（偶极场） + Tm（大陆磁场）+ Ta（异常场）
2、变化磁场δT：
δT= δTi（地球内源）+ δTe（地球外源）
δTi地球内源变化场， δTe地球外源变化场
3、基本磁场： T0（偶极子场） + Tm（大陆磁场）
由于T0 ﹥﹥ Tm，故 T0代表了地球磁场空间分布 的主要特征，世界地磁图就是以此为依据制作的， 此图反映了地球基本磁场的分布。
偶极子场+大陆磁场+外部稳定场+异常场+变化场 稳定成分=内源场Tsi(99%)+外源场Tse（1%）
内源场=偶极子场T0（80-85%）+大陆磁场Tm+磁异 常场Ta
变化成分δT(仅为稳定场大小的百分之几)=内源场 δTi(1/3)+外源场δTe （2/3） 内源场：长期变化，周期长 外源场：短期变化，周期短
➢ 表述地磁场的七个物理量： T、x、y、z、H、I、D统称 为地磁场的七要素
➢ 该要素可表示任意点地磁场 的大小和方向特征。
➢ 根据几何关系不难得出这些 要素的相互关系式：
x=HcosD，y=HsinD， H=TcosI z=TsinI=HtgI， T2=H2+Z2=x2+y2+z2
tgI=z/H, tgD=y/x 将七个要素分成三组：
第一章 地球的磁场
➢磁法勘探研究的是磁异常,磁异常主要是 由磁性岩矿石在地球磁场磁化作用下而 产生，其中岩石磁性是内因，地球磁化 场是外因。
➢磁法勘探由内、外因结合的物理基础是： 地球磁场和岩石磁性
地球磁场
➢地磁场
通过某种物理现象，我们不难察觉到地球 周围的整个空间都有磁场存在，而且这种 磁场有一定的分布和变化规律。
x分量（北向分量）：在正北 方向（X轴）的投影；
y分量（东向分量）：在正东 （Y轴）上的投影；
z分量（垂直分量）：在垂直 方向（Z轴）上的投影；
H分量（水平分量）：在xoy 平面上的投影；
地磁倾角（I）：T与xoy面的 交角，约定T下倾为正；
磁偏角（D）：H与地理北的 夹角，即磁子午面与地理子 午面的夹角，约定磁北自地 理北向东偏为正。
➢地球磁场：令科学家着迷
➢ 从1600年英国人吉尔伯特（Gilbert）提出（假说）： 地球磁场起源与地球内部像个永久磁铁；
➢ 1839年,德国著名数学家Gauss 把位场理论用于地磁 场研究，从而奠定了近代地磁学的数学基础。
Gauss 的计算指出,地磁场主要起源于地球内部. 这一结论 看起来与200多年前Gilbert的猜想不谋而合,但Gauss 的结 论是依据严格的位场理论的,是对Gilbert假说的物理证明.
➢长期观测证实，地磁极围绕地理极附近 进行着缓慢的迁移。
受 地 磁 场 作 用 ， 磁 针 的 变 化
➢地球基本磁场的模式：
依据各地磁场要素在地理分布上的 基本特征，可以认为地球基本磁场 的模式是一个位于地球中心并与地 球旋转轴斜交的磁偶极子的磁场， 通过计算可以知道，磁轴和地理轴 斜交11.5°的中心偶极子场与地磁 要素分布吻合得最好。
1、直角坐标系有：x、y、z； 2、球坐标系有：H、D、I 3、柱坐标系有：z、H、D
已知其中一组，就可求出其它几 个分量
二、地磁场的结构和磁异常
➢ （一）地磁场的结构(或组成)
地面观测点上地磁场T是各种不同成分磁场的总 和，即有地球内部来源，又有地球外部来源。
按其来源和变化规律，可分为两大部分： 稳定磁场Ts。主要来源固体地球内部； 变化磁场δT。主要来源地球外部。
4、地壳磁场（Ta-异常场）
地壳内部岩石矿物及地质体在地磁场磁化作用下 获得磁性。属非全球性（仅为局部异常），可分 为区域性和局部性磁异常，即：
Ta=T′a+T″a
Ta是磁法测量和研究的对象，是解释地质 问题的重要依据。
地磁场总量可表示为：
地磁场T=稳定成分Ts+变化成分δT T=T0+Tm+Tse+T′a+T″a+ δT( δTi+ δTe)
（二）正常场和磁异常
➢ 正常场和磁异常一般是相对而论的，通常把研究对象 引起的磁场部分叫做磁异常，而周围环境和围岩引起 的磁场统归为正常场
➢ 比如当研究大陆磁场Tm时，将其视为磁异常，而叠 加在大陆磁场上的其它磁源场（主要是偶极场）就看 成是正常场。
（二）正常场和磁异常
➢ 把研究某局部的磁性体视为磁异常，其它均为正常场。 ➢ 磁异常(Ta)：假设5号异常为研究对象