02地球磁场

0.3389
0.3640 0.2540 0.3281 0.3795 0.3809 0.3560
0.3420
0.2743 0.5617 0.3993 0.2675 0.2369 0.3378
Leabharlann Baidu
45º 31´
36º 57´ 63º 06´ 50º 37´ 35º 13´ 31º 51´ 43º 32´
-4º 40´
二、地磁要素
地面上任意点地磁场总强度矢量T(即磁感应总 强度矢量)通常可用直角坐标来描述。设以观测点 为其坐标原点，X、Y、Z三个轴的正向分别指向地 理北、东和垂直向下。
则该点的T矢量在直角坐标系 内三个轴上的投影分量分别为北向 分量(X)、东向分量(Y)和垂直分量 (Z)；T在XOY，水平面内投影称为水
下），δTc是变化磁场的外源场（约占变化磁场总量的2/3）， δTi为内源场（约占其总量的1/3）。 δTi实际上也是由于外部电流感应而引起的。 一般情况下，变化场为稳定场的万分之几到千分之几，偶尔可 达到百分之几。
Tsi = T0 + Tm + Ta
T0为中心偶极子磁场，Tm为非偶极子磁场（也称为大陆磁场 或世界异常，基本磁场）， Ta 为地壳磁场。
U
n 1 m 0

n
1 r
m m m [ A cos( m ) B sin( m )] P n n n (cos ) n 1
m C ( n m )! d m Pnm (cos ) (sin )m P (cos ) m n ( n m )! d (cos )

中国先后出版了1950.0年、1960.0年、1970.0 年和1980.0年的中国地磁图，最新的是2010年中 国地磁图。其中包括磁偏角、磁倾角、水平强度、 垂直强度和总强度等地磁要素的地磁图。 英国、美国和苏联出版世界地磁图。英国和 美国每10年出版一次全部7个地磁要素的世界地磁 图,如1965.0年和1975.0年的世界地磁图;每5年出 版一次磁偏角世界地磁图，如1970.0年、1975.0 年和1980.0年的磁偏角世界地磁图。苏联每 5年 出版一次磁偏角、磁倾角、水平强度、垂直强度 和总强度的世界地磁图。
平分量(H)，其指向为磁北方向；T 和水平面之间的夹角称为T的倾斜角 (I)，当T下倾时I为正，反之为负； 通过该点H方向的铅直平面为磁子午 面，它与地理子午面的夹角称为磁 偏角，以D表示；磁北自地理北向东 偏D为正，西偏则为负。
Declination Inclination
X（北）
地磁要素及其分布 T、Z、H、I、D、 X、Y T、Z、H、I
1 2 U 1 U 1 2U (r ) 2 (sin ) 2 2 0 2 2 r r sin r sin r r
1 2 U 1 U 1 2U (r ) 2 (sin ) 2 2 0 2 2 r r sin r sin r r
扰动变化
叠加在平静变化上，持续时间可 由1s到几天，强度由1nT到103nT。 强度大时即为磁暴。
地磁场的微脉动
准周期结构的特点，一般周期n×10-1 秒到n×102秒，强度n×10-3nT到n×10 nT。

磁异常（magnetic anomaly）是地球浅部 具有磁性的矿物和岩石所引起的局部磁场， 它也叠加在基本磁场之上。一个地区或地 点的磁异常可以通过将实测地磁场进行变 化磁场的校正之后，再减去基本磁场的正 常值而求得。

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。
1980年代世界非偶极子磁场垂直分量等值线平面图（单位为nT）

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。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。
地球磁场 岩矿石的磁性
地球的磁场
地磁场是一个弱磁场，在地面上的平均强度约为50000nT。 在地面上观测所得到的地磁场T是各种不同成分的磁场之 总和。它们的场源分布有的在地球内部，有的在地面之 上的大气层中。 按不同成分的磁场来源和变化规律不同，可将地磁场分 为两部分。 一是主要来源于固体地球内部的稳定磁场Ts， 二是主要起因于固体地球外部的变化磁场δT。 则地磁场T可以表示为
-2º 50´ 2º 37´ -2º 34´ -1º 00´ -1º 25´ -0º 14´
五、地磁场的解析表示
假设：地球是均匀磁化球体，球体半径为R， N为地理北极，地球旋转轴与地磁轴重合。 若采用球坐标系，坐标原点为球心，球 外任一点P的地心距为r，余纬度为θ经度 为 。则在地磁场磁位u的拉普拉斯方程 可以写成如下形式
地面上任一点的磁场T :地球中 心偶极子所引起的磁场Tn;大陆磁 场Tm; 随时间变化的磁场δT;因 地质原因所引起的磁异常Ta 在实际工作中，正常磁场T0一 般是指地磁图上所表示的磁场，而 磁异常Ta又可分为区域异常和局部 异常。前者是由分布范围较大、埋 藏较深地质因素引起，后者是由分 布范围较小、局部构造或埋藏较浅 的磁性体所引起。 磁异常Ta一般都是正负相伴出现。
磁暴 磁暴是一种强烈的磁扰动。从赤道到极区均可观察到磁暴 现象；而且几乎是全球同时发生。发生时对磁场水平分量的强 度影响特别显著，对垂直分量影响相对小些。因此，通常研究 磁暴的形态和特征是通过水平分量强度变化来进行的。
地磁脉动 地磁脉动是一种地磁场的微扰变化，它具有准周期结构 的特点。一般周期介于n×10-1～n×102s，频率范围从毫赫到 数赫；振幅的变化范围为n×10-3～n×10nT(在强扰动期间也 可达数百纳特)。
T Ts T
一、地球磁场的构成

可以把稳定磁场和变化磁场分解为起源 于地球内、外的两部分，故有
Ts Tsi Tsc T Ti Tc
Tsi是起因于地球内部的稳定磁场（占稳定磁场总量的99%以上） ，Tsc是起源于地球外部的稳定磁场（占稳定磁场总量的1%以
T = T0 +Tm +Tsc +T'a +T''a + δT
基本磁场占地磁场的99％以上，是构成地磁场主体的稳定磁场。 其强度在近地表时较强，远离地表时则逐渐减弱。 变化磁场占地磁场的很小部分（＜1％）。这种磁场主要是 由太阳辐射、太阳带电粒子流、太阳的黑子活动等因素所 引起的。因此，它常包含有日变化、年变化及太阳黑子活 动引起的磁暴（即较剧烈的变化）等成分。


①基本磁场图： 根据各个测点归算的测量资料绘制的地磁图。 它不仅反映地磁场在地面上的趋势变化，而且 也反映出地磁场在地面上的异常变化。中国和 其他许多国家都出版基本磁场图。 只要地磁资料精度较高，测点分布比较合理， 而且密度适当，就能绘制出比较准确的基本磁 场图。


②正常磁场图： 主要是根据地磁场模型绘制的，有时也可以通 过多次光滑基本磁场图的等值线和等变线的办 法得到，即把地磁场中来自地球浅层的部分资 料滤掉，只剩下来自地球深部的部分，所以它 的等值线是光滑的。 ③异常磁场图： 是根据各个测点的异常值绘制而成的。根据地 磁图表示地理范围的大小，地磁图又可分为区 域地磁图和世界地磁图。
为施密特准归一化的缔合勒让德函数
N n R n2 m d m m X ( ) [ g cos( m )+ h sin( m )] Pn (cos ) n n d n 1 m 0 r N n R n2 m m m m Y ( ) [ g sin( m ) h cos( m )] P n n n (cos ) sin n 1 m 0 r N n R n2 m m m Z ( n 1)( ) [ g cos( m )+ h sin( m )] P n n n (cos ) r n 1 m 0


2.地磁图的作用
了解某一地区正常场的分布规律； 查找地磁数据（磁偏角、磁倾角、总场强 度）； 提供正常场改正值。

3.地磁图的特征
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。

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。
等H线大致平行于地理纬线；在赤道附近(磁赤道上)， 水平分量H最大，达(30～40)μT，地下介质在这里被 “水平磁化”。H逐渐减小。在两极附近H为零。
等Z线大致平行于地理纬线；在赤道附近(磁赤道上)， 垂直分量Z零，随着纬度的增大，Z增大，在两极附近Z的 绝对值最大，达60～70μT，它们就是地球的磁极。在两 个磁极附近的地下介质被“垂直磁化”。
变化磁场 地球内部场源引起的缓慢长期变化和地球外 部场源引起的短期变化
地磁场的短期变化
太阳日变化是以一个太阳日24h为 周期，称为地磁日变。它的变化是 依赖于地方太阳时。其基本特点是： 各个地磁要素的周日变化是逐日不 停地在进行，其中振幅易变、相位 几乎不变。白天(6--18)时磁场变 化较大，夜间较平静。夏季的变化 幅度最大，冬季的幅度最小，春秋 季节居中。日变的平均幅度为n— n×10nT。
四、地磁图和地磁场分布的基本特征

1.地磁图 将某一地磁要素值按各个测点的经纬度标在 地图上，再把数值相等的点用光滑曲线联结 起来，编绘成地磁要素的等值线图，称为地 磁图。
地磁图和地磁场分布的基本特征
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。

广义的地磁图可分为基本磁场图、正常 磁场图和异常磁场图。
东亚
非洲西部
南极大陆
大洋洲
4.中国境内 地磁要素的分布
中国各地地磁要素值
场值 地名 分量
H
0.2962
Z
0.4618
I
57º 16´
D
-5º 59´
北京
沈阳
哈尔滨
0.2798
0.2556
0.4865
0.4865
58º 25´
62º 18´
-7º 49´
-9º 55´
上海
福州 乌鲁木齐 西安 昆明 广州 拉萨
正常场和磁异常
按研究地磁场的目的不同，可将地磁场分为正常地磁 场（正常场）和磁异常（异常场）两部分。 通常情况下，正常场和异常场是相对的概念，这和重力勘 探中的基准场和重力异常的概念是类似的。
正常场可认为是磁异常（即所要研究的磁场）的背景场或 基准场。
正常场和磁异常
如在弱磁性或非磁性地层中要圈定强磁性岩 体或矿体，通常将前者引起的磁场作为正 常背景场，而后者产生的磁场为磁异常； 如果在磁性岩层中圈定非磁性地层，这时可 把磁性岩层的磁场作为正常场，而非磁性 地层中的磁场相对变化为磁异常。

磁场的单位 在无限长直导线中通以10安培直流 电(1CGSM单位电流)时，在距此导线 2厘米处的磁场强度称为1奥斯特。
1oe(奥斯特)＝1×10-4Wb•m-2=1×10-4T(特

斯拉)


1×10-4T(特斯拉)＝1G(高斯) 1高斯＝10 -4特斯拉（T），1伽马＝10-9特斯 拉＝1纳特斯拉（nT），简称纳特。
固有物理量
D
H
Y（东）
I
D、X、Y
相对物理量 H=TcosI Z=TsinI X=HcosD Y=HsinD X2+Y2=H2 X2+Y2+Z2=T2
Z
Z（下）
T
地 磁 倾 角
三、正常场与磁异常
T 为地球磁场。
Ts 为地球内部的稳定磁场。 To 为中心偶极子磁场，即均匀磁化地球的磁场。 Tm 为大陆磁场或世界异常。 其中（To + Tm）又称为地球基本磁场。 Ta 为异常场或磁异常，它是地壳内的岩石矿物及地质体 在基本磁场磁化作用下所产生的磁场。 δT 为变化磁场，主要是外源变化磁场。 则 Ts = To + Tm + Ta T = To + Tm + Ta +δT
T X 2 Y 2 Z 2 H X 2 Y 2 D arctan( Y X ) I arctan( Z X )