磁法勘探-磁力仪、磁法勘探的工作方法

第七章 磁力仪、磁法勘探的工作方法
§7.1 磁测仪器
一、概述
磁力仪仅是观测磁场变化的仪器，种类很多。

但总的说来，可分为机械式磁力仪和电子式磁力仪两大类。

磁异常 0T T T a
-=
通常测量： 垂直磁异常：0Z Z Z a
-= 水平磁异常：0H H H a
-=
总强度磁异常 0T T T -=∆
我校：G-856质子旋进式磁力仪
———— 测量T ∆、垂直水平梯度
精度 0.1nT
二、机械式磁力仪
机械式磁力仪又称为磁秤，按照构造特征的差异，仪器可分为悬丝式和刃口式两类，而每一类又可分为测量磁场水平分量变化值的水平磁秤和测量磁场垂直分量变化值的垂直磁秤。

悬丝式垂直磁力仪的内部结构：
平衡方程：
(1)
式中
Z ——地磁场垂直分量
m ——磁棒的磁矩
P ——磁系受的重力
θ——磁棒的偏转角
τ——悬丝的扭力系数
)(12S S Z -=∆ε
三电子式磁力仪
电子式磁力仪包括磁通门磁力仪、质子磁力仪、光泵磁力仪和超导磁力仪四种。

既可用于地磁场的相对测量，又可用于地磁场的绝对测量。

质子磁力仪的工作原理：
物质的原子是由带正电的原于核和绕核旋转的带负电的电子组成，而原子核内又有不带电的中子和带正电的质子，氢的原子核中只有一个质子。

煤油、酒精、水等富含氢的物质，其分子中的电子的自旋磁距成对抵消。

其轨道磁矩也因分子间的相互牵制而被“封固”，除氢核以外的原子核的自旋磁矩也都互相抵消，唯有氢核即质子还存在自旋磁矩。

无外磁场存在时，这些质子的磁矩方向是杂乱的。

质子旋进的角频率ω与地磁场总强度成正比。

T p ⋅=γω 式中11810)0000075.06751987.2(--⋅⨯±=s T p γ
——质子磁旋比(质子磁旋距与自旋角动量之比
)
nT
九十年代以来，加拿大、美国和澳大利亚等国相继研制出了一些新产品。

1993年，加拿大Scintrex 公司推出了新型ENVI —MAG 质子磁力仪。

这是一种轻便型仪器(野外作业总重量5.5kg)，主要用于环境工程等问题的勘查。

其灵敏度0.1nT ，步行测量每秒采样两次。

内存200000个读数，液晶显示屏直接显示所测的数据。

1994年，该公司又研制出了SmMtMa8光泵磁力仪，其灵敏度0．01nT，采样串1、2、5、10次／秒任选，可用图形、数字、声音实时显示。

并配备有GPS系统。

近年来研制的磁力仪具有两个显著的特点：其一，大多数磁力仪配置了GPS定位系统，从而实现了磁测与测地工作同时进行，减轻了传统测地工作的繁重劳动；其二，目前用于大多数磁力仪是以微机为基础的，因此在数据实时显示的输出方式上体现了多样化，它能够以数字、图形(曲线)和声音多种方式输出，便于测量人员现场进行数据处理、模拟和解释。

§7.2 磁测工作方法
磁法勘探主要包括工作设计，野外施工和解释推断三个过程。

一、工作设计中的几个问题
1．磁法勘探的任务
磁法勘探应用最广泛的是对与强磁性矿物有关的矿产进行普查和详查，并且具有良好的效果，如勘查磁铁矿床以及与磁铁矿共生的多金属矿床。

对于研究与矿产有关的地质问题和解决某些区域性和局部性构造、岩浆岩活动、地层深浅起伏变化等问题，磁法勘探也是应用广泛的地球物理勘探方法之一。

在煤田地质勘探和开发勘探中，进行岩浆岩下找煤，圈定煤层燃烧区，搞清岩浆岩对煤层的影响，圈定断裂构造和接触带等问题，磁法勘探也有其独特的作用。

在煤田地质工作中，磁法往往与重力及其它地球物理勘探方法结合，进行综合物探。

应用条件：
(1)探测对象必须与周围岩石之间有较明显的磁性差异。

(2)应对探测对象的范围大小、埋藏深度和岩石磁性大小诸因素综合考虑，磁异常体必须能产生足以使磁力仪观测到的异常场。

(3)探测对象的磁异常能够从其它干扰背景中分辨出来，或者能够消除它们的影响。

2．比例尺和测网
磁测比例尺反映了对磁异常场的研究程度。

磁测工作的比例尺是和测网相对应的，即比例尺确定后，测网密度也就由此而定。

一般情况下，线距相当于相同比例尺的图上1cm 代表的长度。

因此确定比例尺大小也基本上确定着测网的密度。

选择比例尺和测网(表)，主要是根据地质任务的要求和磁异常场的形态及范围。

对于测网的形态，当探测对象有明显的走向时，采用矩形测网，测线应垂直于磁异常体的走向方向，当无明显走向时，采用正方形网。

在进行详查时，为使异常形态特征反映清晰，至少应有3～5条测线穿过异常区，点距应使曲线保持连续，使得再加密
测网时，异常曲线形态不再发生变化。

3．磁测的精度要求
磁测工作的精度，一般是用观测误差来表示。

观测误差包括偶然误差、系统误差，过失误差三种。

其中，系统误差是有规律的，是由仪器的零位移、温度变化、地磁日变等原因引起的，可通过一系列措施来校正和消除，过失误差是由于施工操作人员或计算人员的过失造成的，这类误差在资料处理和绘制成果图时是可以发现和消除的，偶然误差是由不可避免的偶然因素造成的，如仪器性能的变化、操作误差，观测条件变化等，这种误差满足统计规律，其大小用均方根误差来衡量。

磁测的观测误差
式中∑=n i i 1
2δ——两次(原始观测和重复检查观测)重复观测差值的
平方总和；
n ——重复观测的点数。

误差理论：大于三倍均方误差的磁异常就认为是可靠的。

例如
磁测均方误差20nT ，那么大于60nT 的异常是可信异常。

进行磁法普查时，目的是发现异常，其精度取决于有意义的最弱异常强度，一般选择其异常峰值m ax a Z 的1作为磁调精度。

在实际
工作中，m ax a Z
m ax a Z 为100nT,磁测精度确定为±15nT 比较恰当。

一般均方误差应低于等值线间隔的
5.21～3
1。

如等值线间隔为50nT,其精度可碗定为_+15nT 。

磁测精度指的是总精度，它包括了由于仪器因素、基点观测、野外观测、各项校正，计算等均方误差。

当总精度的要求确定后，要求各环节的均方误差的平方和应小于或等于磁测的总均方误差的平方。

二、施工过程中的几个问题
1．磁力仪的选择和检查调节
不同类型的磁力仪有不同的精度，高精度的磁测必须选用高精度的仪器。

选择好仪器后，要进行检查调节和仪器常数的测定，并满足没计规定的性能要求。

2．基点和基点网
当工作地区面积不大时，可设立一个基点。

基点是相对测量的磁异常起算点，磁异常的强弱都是相对基点而言的，所以基点应建立在正常磁场上，代表正常场的场值。

选择基点可以利用实测长剖面，在磁场稳定的非异常地段确定其位置。

基点的另一作用是检查和校正仪器的性能变化。

如果测区面积较大，可以建立总基点和若干基点，总基点作为相对测量的磁异常起算点，彼此联接起来构成基点网。

基点网的作用和重力勘探中的基点网相同。

3．观测数据的各项改正
1)日变改正
2)温度改正
3)零位移改正
在同一测点，不同时间里进行观测，进行了日变和温度改正后，两次的仪器读数仍不一致的现象称为仪器的零位移(或称零点飘移)。

零位移的原因是多方面的，主要是仪器内部原因造成的，如仪器受振动而结构松动及仪器的不稳定性等原因。

4)正常场梯度改正
如果测区面积较大或者磁异常比较低缓，应进行正常场梯度改正。

这是由于地磁场强度及其分量是随纬度而变化的，这种变化和磁异常叠加在一起。

如不消除梯度变化的影响，将会使异常发生畸变。

三、磁异常图
野外各测点的观测值减去基点观测值，并经过必要的各项改正之后就得到磁异常值。

目前我国地面磁法勘探主要测量磁异常的垂直分量a Z ，也可以利用
质子旋进式磁力仪测量总强度异常T 。

对磁异常水平分量a H 的测量，由于技术上的一些困难，目前还很少应用。

为了清楚地显示磁异常的各种特征，需要将测区各点的异常值绘制成各种图件来形象地衰示磁异常的全貌和变化特点。

最基本的图件是磁异常剖面图(图8—4)，磁异常剖面平面图(图8-5)和磁异常等值线平面图(图8—6)。

这三个图件的特点和绘制方法与重力异常相应的图件完全类似，只是把重力异常换成磁异常值而已。

四、磁场梯度测量
磁场梯度是磁场强度在垂直方向或水平方向上的变化率。

如垂直磁场强度的垂直梯度h Z 和水平梯度
Z ，可以写成
式中，21h h h -=∆；21x x x -=∆；h 1、h 2是一个测点的不同高度值；x 1 、x 2是一个测点在x 方向上的不同位置。

实际应用磁力仪或梯度磁力仪测定磁场梯度值时，h ∆和x ∆不能太小，否则测出的磁场差值太小而不可靠，但也不能过大，否则使测定值与理论值相差太大，h ∆和x ∆大到一定程度就会失去磁场梯度的特征。

磁场梯度异常的分辨率能力较高，是由于磁位的微商次数越高，则随着磁性体距离的增加而迅速衰减，就相对减小丁距离较远和较深的其它磁性体的影响，也相对减小了正常场不均匀的影响。

磁场梯度异常对于叠加异常的分辨能力优于磁场异常，对于浅层的磁性体的边界、范 围、形状反映明显且准确，对断裂位置、接触带位置的显示也比一般磁测准确肯定。

五、岩石磁性参数的测定
进行磁法勘探，测量岩石的磁性参数是不可缺少的环节，其目的是为进行工作设计提供资料，以及能够对磁异常作出正确的解释推断。

目前，测定岩石磁性参数普遍采用室内测量岩石标本的磁场方法。

每种岩石标本的采集应均匀分布全区，使其具有代表性，每种标本的数量也应满足统计计算的要求，一般不少于30块，并有一定体积大小。

为了测定岩石的剩磁方向，还应采集一定数量的定向标本，即标出其方位、倾角和上下表面，以便在室内恢复原来的位置。

在实际工作中，往往采用磁秤法来测定标本的磁参数，它不需要增加专门的仪器设备，只用机械式垂直柱力仪，把标本放在距磁力仪一定距离
的位置上，观测标本在磁系附近产生的磁场，最后计算出岩石磁化率 和剩余磁化强度r J值。

这种方法适用于中等以上磁化强度的岩石标本。

岩石的磁性参数是一个受复杂地质因素影响的随机变量，同类岩石的磁性变化也很大，但一般满足正态分布规律。

为了得到只有代表性的磁性参数数值，要对大量的岩石标本磁性测定结果进行统计整理，从统计特征值得出代表岩石磁性特点的参数。

在磁参数的统计计算中，常用的统计特征值有平均值、常见值等，以表示数据的平均趋势；还有一类表示数据波动性特征，如极差、均方差(标准差)、常见变化范围等，反映了数据的离散程度。