第二章磁法勘探
磁法勘探第二章
岩石的磁性
岩石的磁性
地壳岩石分为沉积岩、火成岩、 地壳岩石分为沉积岩、火成岩、变质岩三大类 1. 沉积岩的磁性 磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量， 磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量，天然剩余磁性小 2. 火成岩的磁性 磁化率随岩石基性增强而增大，具有明显的剩余磁性 磁化率随岩石基性增强而增大， 3. 变质岩的磁性 磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁 磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁 两类。 性顺磁性和铁磁性两类 性顺磁性和铁磁性两类。由沉积岩变质生成的岩石磁性特征具有 铁磁-顺磁性 由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁-顺磁 顺磁性； 铁磁 顺磁性；由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁 顺磁 生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性， 生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性，沿片理方向 的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。 的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。
岩石的磁性
影响岩石磁性的主要因素
岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、 岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、 压力等因素决定 1. 岩石磁性与铁磁矿物含量的关系 铁磁矿物含量越多， 铁磁矿物含量越多，磁性愈强 2. 岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系 岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、 颗粒粗的较颗粒细的磁化率大，Hc随铁磁性矿物颗粒的增大而减 颗粒粗的较颗粒细的磁化率大， 随铁磁性矿物颗粒的增大而减 小，颗粒相互胶结的比颗粒呈分散状者磁性强 3. 岩石磁性与温度、压力的关系 岩石磁性与温度、 岩石的热磁曲线（ ）与铁磁性矿物的成分有关， 岩石的热磁曲线（κ-t）与铁磁性矿物的成分有关，岩石的居里温 度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。 度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。 温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。岩石的磁化率和剩 温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。 磁随着压力增大近于线性降低。 磁随着压力增大近于线性降低。
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 mgalg =-=∆％奥正200Oe 5.0 Oe 0.1==∆T T② 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21,m m q q 分别为两磁极的磁量，r 表示它们之间的距离。
【地球物理勘查】地球物理勘查(2磁法勘探)
地磁场的构成
偶极子磁场（BSN）
稳定的磁场
基本磁场（B0）
（内源场） 非偶极子场（Bm） （约占地磁场的95%）
地磁场 （B）
磁异常（Ba）
长期变化的磁场
变化的磁场 δB（外源场） 短期变化的磁场
静日变化 扰动变化
B B0 Ba B B0 BSN Bm
地磁场的构成
（一）偶极子磁场BSN
应用地球物理学概论 磁法勘探
磁法勘探是应用最早的地球物理方法。
磁法勘探的历史源远流长。我国是最早发 现和利用磁现象的国家，早在战国时代人 们就发现了天然磁石和指极性。随后在公 元11世纪初期，我国制造出了指南针并在 航海中得到了应用。
古代对磁场的观察和利用
• “先王立司南以端朝夕” • ——《韩非子》
短期变化的磁场
静日变化 扰动变化
B B0 Ba B B0 BSN Bm
地磁场的构成
（三）变化的磁场δB
1、长期变化的磁场
基本磁场随时间的缓慢变化，称为地磁场的长期变化。 特点： （1）周期长（周期为年、几十年或更长），变化缓慢； （2）地球磁场的西向漂移（如大陆磁场中心、磁倾角等
的西向漂移）。 （3）地球磁矩的衰减变化
• 为此他断言，地球本身就是一个巨大的球形磁体，并且地 球的磁性作用是从地球内部发出的。
• 从吉尔伯特那个时代开始;伦敦就开始了地磁场的系统观测， 至今已逾300多年。
1640年，瑞典人首次尝试用罗盘调查磁铁矿，开辟了 利用磁场变化来寻找矿产的新途径。
直到1870年，瑞典人泰朗(Thalen)和铁贝尔(Tiberg) 制造了万能磁力仪后，磁法勘探才作为一种地球物理 方法建立和发展起来。
在CGSM制中：CGSM
磁法勘探实习报告
磁法勘探实习报告学号：班号：组号：姓名：指导教师：目录第一章序言1.1 实习时间、地点、测区自然及交通条件 1.2 测区地质及地球物理概况1.3 实习任务完成情况第二章磁法勘探野外施工技术设计2.1 实习的地质任务及要求2.2 磁测工作技术设计2.3 磁测工作质量保障措施第三章磁法勘探数据采集质量检查及评价3.1 施工仪器性能的检查及评价3.2 野外数据采集质量检查及评价第四章 UXO探测及资料处理4.1 UXO磁测数据的整理及图件编制4.2 磁异常的分析及地质解释第五章辉绿岩体地质调查及资料处理解5.1 工区野外数据的整理及图示5.2磁异常的分析及地质解释第六章结论与建议第一章序言磁法勘探是通过观测和分析由岩石、矿石或其他探测对象磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源或其他探测对象分布规律的一种地球物理方法。
其中探测对象与围岩的磁性差异是磁法勘探的前提条件。
1.1 实习时间、地点、测区自然及交通条件2011年8月8日至13日，我组在河北省秦皇岛市开展磁法勘探教学实习，测区按实习任务分为两个，一个是实习基地的操场，一个是位于实习基地正北方向的大梁山区。
该区属于山坡地形，地势较陡。
山坡上长满很深的草，土质系砂岩风化层。
此地交通较为便利，可乘汽车到达山脚下公路，步行十分钟可到达测区左右部分测区。
1.2 测区地质及地球物理概况工区内出露地层以元古界混合花岗岩为主（属区域变质岩），其中存在燕山期辉绿岩脉，属浅层基性侵入型岩浆岩；局部地段有第四系坡积物存在。
由于辉绿岩属于基性岩浆岩，因此磁化率比较大，约为5000~8000（10-6SI(κ)），其围岩花岗岩的磁化率约为30~50（10-6SI(κ)），远远小于辉绿岩的磁化率，因此我们可以利用它们之间的磁性差异来确定大梁山工区内辉绿岩脉的赋存状况。
1.3 实习任务完成情况本次磁法勘探实习有两个任务：任务一：使用磁法技术进行掩埋铁磁性物体的详查，查明铁磁性物体的平面位置；面积：28×14米2。
第二章 磁法勘探 第一节(一) 地球的磁场及磁异常解读
磁法勘探可用于地质调查的各个阶段。在地
质填图时﹐磁法勘探可以划分沉积岩﹑喷出岩﹑ 基性岩﹑超基性岩及变质岩的分布范围﹔可以研 究沉积岩下面的基底构造﹔查明各种控制成矿的 构造﹐如深大断裂和火山口等。在普查找矿时﹐ 磁法勘探可用来直接寻找磁铁矿床﹐并可与其他 物探方法配合﹐间接寻找或预测石油﹑天然气 ﹑
向上。
由地磁场的基本特征，如地球有两个磁极，
磁极处的地磁场约等于磁赤道上的地磁场的两倍 及地磁场的等强度线，等倾线大致与纬度线平行 等，说明地磁场与一个磁偶极子的磁场相近。确 切地说，现代地磁场与一个磁心位于地心、磁轴 与地理轴夹角为11.5°、磁矩约等于7.9×1022 A.m2的磁偶极子的磁场拟合的最佳。通常称这个 磁偶极子为地心偶极子。
2.地磁要素
地磁场总强度 T 是矢量，为描述地磁场总强
度T 在地表某一点的状态，我们定义若干个地磁
要素。将空间直角坐标系的原点置于考察点，x轴
指地理北(或真北)N，z轴铅直向下。
正，图南中半，球I为T 地上磁倾倾，角规，定北I为半负球；ZT 为下地倾磁，场规垂定直I为
分水理分量平北量，分向，北 量 东 全半 ， 偏 球D球 全 皆为Z球 指为正皆向正，指真，西磁北南偏北，半DY；为为球D负地Z为为；磁地负X场磁；为东偏H地向角为磁分，地场量H磁北，自场H向地 东偏Y为正，H 西偏Y为负。 以上七个量称为地磁 要素，它们的关系如下：
煤﹑铜﹑铝﹑镍和其他金属﹑金刚石等。在勘探 磁铁矿床时﹐结合钻探资料﹐可以推定矿体的形 状﹐指导正确布置钻孔和寻找钻孔旁侧及深部的 盲矿体。此外﹐磁法勘探还可用于研究深部地质 构造和解决其他地质问题﹐以及应用于考古学等 方面。
钒钛磁铁矿
轻型飞机航空磁力/磁梯度测量
磁法勘探仪器方法简介
第二章，磁法勘探仪器方法简介2.1 磁法勘探磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其他探测对象）的分布规律的一种地球物理勘探方法。
测量地磁异常以确定含磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状﹐从而对工作地区的地质构造﹑有用矿产分布及其他情况作出推断。
磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场之上﹐引起地磁场的畸变。
这种畸变一般称为地磁异常。
磁法勘探利用地下体不同矿体，岩体等物质的磁性不同，进而得出磁异常。
2.2 磁法勘探仪器（1），第一代磁力仪。
它是应用永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置。
如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。
（2），第二代磁力仪。
它是应用核磁共振特性，利用高磁导率软磁合金，以及专门的电子线路。
如质子磁力仪，光泵磁力仪，及磁通门磁力仪等。
（3），第三代磁力仪。
它是利用低温量子效应，如超导磁力2.2.1 机械式磁力仪器工作原理磁系主要是一根圆柱形磁棒，它悬吊在铬、镍、钛合金恒弹性扁平丝的中央，丝的一端固定于扭鼓，另一端固定于弹簧，压于压丝台上。
工作时磁系旋转轴（悬丝）应是水平的，磁棒摆动面严格垂直于磁子午面。
打开仪器开关后，磁棒绕轴摆动，它受到地磁场垂直强度力、重力、及悬丝扭力三个力矩的作用，当力矩相对平衡时，磁棒会停止摆动。
如右图所示，则平衡方程为：m Zcos(θ)=P d cos(β-θ)+2τθZ ——地磁场垂直分量；m ——磁棒的磁矩；P ——磁系受到的重力；θ——磁棒偏转角；d ——磁系重心到支点的距离；β——d 与磁轴的夹角；τ——悬丝的扭力系数。
上式经变换整理，并考虑到仪器设计中偏转角范围很小，不超过2°，可视θ=tan θ，则得τθ2tan +-=Ph Pa mZ a=d cos β（重心到支点沿磁轴方向距离）；h= d sin β: （重心到支点垂直磁轴方向距离）；在仪器的结构上，利用光系将偏转角θ放大并反映为活动标线在标尺上的偏离格数。
第二章(4)磁法勘探(磁异常的推断解释)
（3）利用磁异常空间分布特征判断磁异常源性质
2、判断磁性体的赋存形态 、
（1）判断磁性体的形状和走向 磁异常平面特征 狭长状异常：板(薄、厚、水平薄板、台阶）、水 平圆柱 等轴状异常：柱体、球体 在实际工作中，狭长与等轴状异常主要根据二分之一 二分之一 极大值等值线圈闭的长轴与短轴之比来划分，即 极大值等值线圈闭的长轴与短轴之比来划分 长轴/短轴 等轴状异常。 长轴 短轴>3 则为狭长状异常，否则为等轴状异常 短轴 等轴状异常 （见下图）
化极后的异常等值线图
3、磁异常的延拓 、
上延：压制或消除浅部（局部）磁性体的异常，突出深部 磁性体的异常（或区域磁异常）
下延：压制深部磁性体的异常（或区域异常），突出浅部 磁性体的异常（或局部磁异常）；
● 评价低缓磁异常
4、磁异常的导数换算 、 一般计算磁异常的一阶水平导数、一阶垂向导数及垂 向二阶导数。实际工作中，磁异常的一阶（水平和垂 直）导数常用差商代替。
二、思考（续） 思考（ 5、规则形状磁性体的异常特征： 、规则形状磁性体的异常特征： 自己总结球体、水平圆柱体、薄板、厚板、水平薄 自己总结球体、水平圆柱体、薄板、厚板、 台阶等磁性体分别在无限延深/有限延深 有限延深、 板、台阶等磁性体分别在无限延深 有限延深、垂直磁 水平磁化、斜交磁化情况下Za曲线的变化规律 化、水平磁化、斜交磁化情况下 曲线的变化规律 6、什么是化到地磁极，有什么目的？ 、什么是化到地磁极，有什么目的？ 7、什么是解析延拓？向上延拓和向下延拓有何作用？ 、什么是解析延拓？向上延拓和向下延拓有何作用？ 8、磁异常导数换算的物理意义是什么？ 、磁异常导数换算的物理意义是什么？ 9、通常引起磁异常的地质原因有哪些？ 、通常引起磁异常的地质原因有哪些？ 10、磁法勘探有何用途？ 、磁法勘探有何用途？
第二章(3)磁法勘探(磁性体的磁场)
3、水平薄板和台阶的磁场
（1）水平薄板的磁场
① 磁场表达式
可看成 α =90°、顶部埋深分 别为h和h +△h（ △h 很小） 的两个无限延深厚板磁场表达 式相减得到，即：
o
h
2b
△h
i
Ms Ms
Za Za (h) Za(h h)
当△h
很小时，上式可写成： Za
Za (h) h
h
可见，由无限延深厚板磁场表达式对h求一次微分，即 可得到水平薄板的磁场表达式。
∴
Za
0M sbh sin (x2 h2)
同理可得：
Ha
0M sbx sin (x2 h2)
（2）磁场特征
● 剖面特征
-x2
Za曲线为正的纵轴对称， 极大值对应于原点。
-x1 o x1 ---hα
● 平面特征
Ms
x2 x
Za平面等值线为平行薄板
走向的“狭长状异常”。
x
10
50 100 50
可由双极的磁场表达式，令2l→0，
用I代替α得到：
i
Ms
Za
0mc
(x2 h02 )5/ 2
[(2h02
x2 ) sin i
3xh0
cos i]
mc Ms V 为球体的有效磁矩，V为球体的体积
2、磁场特征 （1）剖面特征
① 剖面为东西向（A=90°），i =90 °（垂直磁化）
Za
0mc
(x2 h02 )5/ 2
2l
M s +Qm
Za ()
Qm
4
[( x
l
h0 l sin cos )2 (h0 l
sin )2 ]3/ 2
第二章 磁法勘探
4、磁偶极子、磁矩 磁偶极子：当两个等量异号的点磁极相距很近时， 将其看成一个整体。 磁矩：衡量磁偶极子磁性强弱的物理量。
M ml
5、磁化、磁化强度、磁化率 磁化：将原来不显磁性的物体，放入磁场中，由 于磁场的作用，该物体也能获得磁性，并产生附加 磁场。这种现象称为磁化。 磁化强度－－衡量物体磁化强弱的物理量。
Z a ( )
x
第一节 磁法勘探的基础知识
一、有关磁学知识 1、磁性、磁性体 2、磁极、磁极强度 磁极：磁性体不同部位磁性不同，两端磁性强； 磁针指北---N（+）磁极 磁针指南---S（-）磁极 磁极强度（m） ：衡量磁性体磁性强弱的物理量。 当两个点磁极相距1cm，如果其作用力为1达因， 则它们的磁极强度为1个CGSM单位。
4、应力作用： 应力作用会使岩石的磁性减弱，所以在构造破碎 带上往往出现低、负异常。 5、磁性地质体的形状： 不同形状的磁性体产生不同的消磁场，使不同形 状的磁性体显示出不同的磁性。
第三节 磁法勘探仪器及地面磁测资料整理
一、仪器 机械式磁力仪---相对测量； 电子式磁力仪： 磁通门式磁力仪； 核子旋进磁力仪； 光泵磁力仪； 超导磁力仪。
第二章 磁法勘探
以不同岩矿石间的磁性差异为基础，通过观测地 磁场的变化（磁异常）来找矿解决某些地质问题的 一种物探方法。 该方法应用最早，理论相对完善成熟。由于观测 天然存在的地磁场(天然场源法)，不需人工场源， 因此仪器轻便工作方法简单，工作效率高成本低， 应用广泛。 1640年瑞典人开始用罗盘找磁铁矿，1870年泰 朗和铁贝尔制成找磁铁矿的万能磁力仪，是地球物 理勘探学科形成的标志。此后，新仪器不断出现， 灵敏度不断提高，磁法勘探的应用范围不断扩大。
地磁图及地磁要素在地球表面的分布规律: 1)等值线大致平行于地理纬线; 2)赤道附近Z=0;H达到最大(0.3—0.4Oe); 3)随纬度增加,Z增大,H减小;在两极附近H=0；Z达到 最大; 4)北半球Z,I为正值,南半球相反。 地磁场的基本磁场位于球心的磁偶极子磁场相当。
磁法勘探实习报告
目录第一章序言1.1 实习任务日期、地点、测区自然交通条件1.2 测区地质及地球物理概况1.3 实习任务完成情况第二章磁法勘探野外施工技术设计2.1 实习的地质任务及要求2.2 工作比例尺及测网的确定2.3 各项精度要求的确定第三章磁法勘探数据采集质量检查及评价3.1 施工仪器性能的检查及评价3.2 野外数据采集质量检查及评价第四章UXO探测及资料处理解释4.1 工区野外数据的整理及图件编制4.2 工区磁异常的分析及解释第五章辉绿岩体地质调查及资料处理解释5.1工区野外数据的整理及图件编制5.3 工区磁异常的分析及地质解释第六章实习小结第一章 序言1.1、实习日期、地点、测区自然交通条件中国地质大学北戴河实习基地位于秦皇岛市东山堡，坐落于燕山大学附近，滨临美丽的渤海。
风景秀丽，气候宜人，交通便利，公路、铁路、航空和水运发达，海上运输业尤其发达。
秦皇岛市是我国首批14个沿海开放城市之一，北方重要的对外贸易港口，国务院批准的全国甲级旅游城市。
我们从8月2号开始北戴河的地球物理实习，整个实习维持大约四周，实习地点为秦皇岛市区及其周边。
第一轮开始实习的是磁法勘探，实习时间从8月2号持续到8月7号，主要有两个工区的任务，地点分别在实习站和砂锅店。
测区交通条件一般，从实习站到达砂锅店工区需要一个小时车程和二十分钟的步行时间，整个测区的交通位置图如下所示：1.2. 测区地质及地球物理概况此次磁法实习有两个工区，站内工区位于实习站西边篮球场，覆盖地层为第四系的土层，上附草地，工区地下埋有磁铁，使我们磁测的主要目标，另外工区内还有铁丝网，篮球架和硬井盖等干扰。
砂锅店工区主要岩性组成为灰岩和辉绿岩，工区东侧的辉绿岩脉露头情况较好，而辉绿岩和灰岩之间存在着很大的磁性差异，故可以通过磁测工作来查明辉绿岩脉结果表明工区确实存在上述几种岩性岩石，进行的是有效磁测工作。
1.3.实习任务完成情况磁法实习的第二三个工作日我们分别完成了对实习站和砂锅店工区的磁测任务。
普通物探_第2-1节_磁法勘探的理论基础
• 磁极间的相互作用力是通过磁场传递的，磁场是磁 力作用的物质空间，在磁量为 qm 的点磁极的磁场 中，单位磁荷 qm0 在场中某一点所受的力就是该点 的磁场强度：
H F qm0
1 qmr
40 r2 r
式中 r 是从源磁荷到场点的矢径。
SI单位制中，磁场强度的单位是安培/米。
（华东）
• 由于磁场强度是一个矢量，而磁场 又是一个矢量场，我们为了描述场 的性质，一般采用磁力线的方法， 形象的表示磁场空间的分布，这种 磁力线处处与磁场强度矢量相切， 其疏密的程度正比于磁场强度。
• 人类在对磁性的来源及其本质取得正确认识之前， 根据静磁现象与静电现象的类比引入了“磁荷”的 概念，磁荷也有正负，“正磁荷”聚集在N极， “负磁荷”聚集在S极，描述磁荷多少的概念是
（华东）
磁库仑定律
• 基于磁荷的概念，根据实验结果，建立了与静电库 仑定律类似的磁库仑定律。
磁库仑定律指出：两个点磁极间磁力的大小与它们 磁量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。SI 单位制中，点磁极 qm1 对点磁极 qm2 的作用力为：
F 1 qm1qm2 r12
40 r122 r12 式中 qm1 和 qm2 分别表示两个磁极的磁量，r12 为从 qm1 到 qm2 的矢径，r12 = |r12|，常数0=4πx10-7N/A2。
（华东）
磁场强度
SI单位制规定：真空中两个磁量相等的磁荷相距1m 时，如果其间的相互作用力为4πx10-7牛顿，则它们 的磁量各为1单位磁量，磁量的单位是韦伯。
（华东）
磁法勘探的发展简史
– 1936年，前苏联人阿.阿.罗加乔夫试制成感应式航空 磁力仪，使磁法工作进入了一个新的阶段；
– 50年代末和80年代初，苏联和美国又相继把质子旋 进式磁力仪移装于船上，开展了海上海洋磁测。
第二章(2)磁法勘探(岩矿石磁性、磁力仪与磁法勘探野外工作方法)
测程±18000~±33000nT。
该仪器是专门为地质人员野
外踏勘，发现磁异常用的，仪器 非常轻便简单，物探工作中也可 以用来作中低精度的～磁测。观 测精度为25nT，测程范围为 ±20000 ～ ±25000nT。
用来标定机械式磁
力仪格值的仪器。它利 用赫姆兹线圈在线圈中 央产生均匀磁场,把待标 定的磁力仪放在线圈中 央,人工改变磁场大小来 测定磁力仪格值。
扰动变化
四、地磁要素
x （地理北）
X
N
H
磁北
复
D
O
I
Y
y
（地理东）
习
内
B
容
Z
z
1.七个地磁要素是什么？ 2.地磁要素间的关系是什么？ 3.图示出地磁要素。
第二章 磁法勘探
第一节 磁法勘探理论基础
三、岩（矿）石的磁性
（一）岩（矿）石磁性的构成
●感应磁化强度（ Mi ） 岩、矿石被现代地磁场磁化后，所获得的磁化强度。 其方向与地磁场方向一致。
●天然剩余磁化强度（ Mr ） 岩、矿石形成时，被当时地磁场磁化后保留下来的 磁化强度。
剩余磁化强度与现代地磁场无关，其方向与岩矿石 形成时的地磁场方向一致。
总磁化强度M
Μ Mi Mr 而 Mi B
则 M Mr B
由于地磁场在地球上各地是一个定值（已知值），故 在磁法勘探中，研究岩、矿石磁性的主要内容是：
岩石在弱磁场中获得的热剩磁具有很高 的抗干扰能力。
外磁场的变化、温度在200 ～3000C内的 热作用，很难引起热剩磁的变化。
• 沉积岩的剩磁主要有两种，一种是沉积剩 磁，另一种是化学剩磁。
磁法勘探
河北某地磁异常图
2.1.4 物质的磁化、磁化强度和磁化率、岩石的磁性
2.1.4.1 物质的磁化
凡是原来不具有磁性的物质，在外磁场作用下具有了磁性， 这种现象就叫磁化。
铁棒被磁化的原因，是其内部固有的杂乱无章排列的磁分子， 在外磁场作用下，沿着磁化方向作定向排列，此时,在磁棒两端就 有磁荷分布。若磁铁N极靠近铁棒的情况下，则铁棒的靠近端集 中负磁荷，另一端集中等量的正磁荷。物质的磁化，与物质内部 原子中的电子运动有关，电子的自旋和轨道旋转，都产生各自的 磁矩。只是由于物质内部无数的电子环形电流所产生的磁矩方向 是杂乱无章的,故总体没有磁性。在外磁场作用下，电子自旋或轨 道运动方向都会定向排列，使产生的磁矩方向与外磁场的磁化方 向趋于一致。物质由此而显出磁性。这是一种感应磁化。
2.1.2.5 地磁场随时间的变化（续1）
2.地磁场的长期变化 基本地磁场随时间有缓慢的长期变化，且呈缓慢
的历经数百年为周期的有规律变化。对于小范围的磁 法勘探而言，此变化可忽略不计。
2.1.2.5 地磁场随时间的变化（续2）
3.地磁场的短期变化 来自外源磁场引起的短期变化分两
类：一类是连续的、比较有规律的、有 确定周期的变化，称为平静变化；
X H cosD
X
Hale Waihona Puke 2Y2Z2
T
2
（2-5）
2.1.2.3 地磁图
为表示地磁场的地理分布特征，可以根据地磁测量
的资料，将所得的各地磁要素值按测点的经纬度座标，
在地理图上把数据相同的点连成光滑的等值线，编成各
要素的等值线平面图。这种图称为地磁图。
1980 年世 界地 磁场 垂直 分量 等值 线平 面图
B = μH =μ0H+μ0κH 式中: μ—介质的磁导率；μ0—真空的磁导率；
0-磁法勘探物理基础
第一讲 磁法勘探理论基础
2. 地球磁场及其组成
[地磁场]地球周围空间存在的磁场称为地磁场.
D磁偏角, 于地理北偏东为正(顺时针), 偏西(逆时针)为负
第一讲 磁法勘探理论基础
2. 地球磁场及其组成
1)七个地磁要素 T地磁场总强度矢量，H水平分量，指向磁北 T 与XOY 面的夹角称为倾斜角I,磁子午面，磁偏角 T H 2 Z 2 X 2 Y 2 Z 2 , X H cos D, Y H sin D Y tgD ( X 北分量，Y 东分量，Z 垂直分量) X Z H T cos I , Z T sin I , tgI H
2. 地球磁场及其组成
2).地磁场的构成与起源 地球内部的稳定磁场 地磁场的构成 地球外部的变化磁场 正常场和磁异常,地磁场的分布特征 地磁场的解析表示及变化
第一讲 磁法勘探理论基础
2. 地球磁场及其组成 3). 地磁场的组成结构与特征
●地面上观测的地磁场T是各种不同成分的磁场总和. ●它们的场源分布有的在地球内部,有的在地面之上的 大气中. 按来源和变化规律不同,可将地磁场分T分成两部分: 一是主要来自于固体地球内部的稳定磁场Ts,二是起 因于固体地球外部的变化磁场δ T.
●有关磁学的基本知识
2)磁学相关量和单位
的单位H / m(亨/米)
真空中0 4 10 H/m
7
在国际单位制中，B和H不能混用。
第一讲 磁法勘探理论基础
1. 稳定磁场及磁位方程
[磁场]是由电流或运动电荷产生的.永久磁铁因 其内部存在分子电流而产生磁场. 若电流稳定不变,则其周围空间的磁场也稳定 不变,称为稳定磁场或静磁场.
第一讲 磁法勘探理论基础
1). 磁位与引力位满足的方程
地球物理重磁勘探第二章
影响岩石磁性的主要因素
（2）岩石磁性与磁性矿物 颗粒大小、结构的关系
实验结果表明，在给定的外磁场作用下， 铁磁性矿物的相对含量不变，其颗粒粗的 较之颗粒细的磁化率大。可用于衡量剩磁 大小的矫顽力，与铁磁性矿物颗粒大小的 关系恰相反，如图2-11所示,表明随铁磁性 矿物颗粒的增大，呈减小的相关关系。喷 发岩的剩磁常较同一成分侵入岩的剩磁大。 此外，铁磁性矿物在岩石中的结构，对其 磁化率也有影响。当磁性矿物相对含量、 颗 粒大小都相同时，颗粒相互胶结的比颗粒 与铁磁性矿物颗粒大小的关系 呈分散状者磁性强。
r
r
磁法勘探中，表征岩石磁性的物理量是 ( M i )、 M
及 M
。
矿物的磁性
(1) 抗磁性矿物与顺磁性矿物
①抗磁性矿物
其磁化率都很小，在磁法勘探中通常视为无磁性的。
②顺磁性矿物
其磁化率要比抗磁性矿物大得多，约二个数量级。
矿物的磁性
自然界中不存在纯铁磁性矿物。最 重要的磁性矿物当推铁-钛氧化物， 它的三元系统如右图所示。由FeO、 Fe2O3和TiO2组合成的固溶体，其 主要矿物及其它磁性矿物，如右表 所示。 地壳中纯磁铁矿少见，大多由不同 比例的铁、钛、氧组成复杂的因溶 体，它是典型的亚铁磁性。磁铁矿 不仅有较强的磁化纺，且有较强的 剩余磁性，其变化范围较大。磁黄 铁磁性矿物磁化率 铁矿属铁-硫二元系，它常见于汞、 砷、锑层控矿床。当0<x<0.1时，它 是反铁磁性，当0.1<x<0.25时，它是 亚铁磁性。它亦分为型和型，后 者磁化率较大。
各类岩石的一般磁性特征
(3) 变质岩的磁性 变质岩的磁化率和天然剩余磁化强度，其变化范围很大。按其磁 性，变质岩可分为铁磁—顺磁性，和铁磁性两类，与原来的基质 有关，也与其生成条件有关。由沉积岩变质生成的，称水成变质 岩，其磁性特征一般具有铁磁—顺磁性；由岩浆岩变质生成的， 称火成变质岩，其磁性有铁磁—顺磁性与铁磁性两组。这和原岩 的矿物成分，以及变质作用的外来性或原生性有关。 具有层状结构的变质岩，表现有磁各向异性。其Mr方向往往近于 片理方向。磁化率各向异性可用下式来评价
第二章 磁法勘探
沉积岩
κ及Mr 都很小，磁性很弱，通常认为它是无磁性
非金属矿
磁性很弱—可视为无磁性的。
金属矿
除前述的磁铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿、方黄铜矿及磁赤铁矿具有强磁性外， 其它绝大多数金属矿亦可看成是无磁性的。
影响岩、矿石磁性的因素
1、铁磁性矿物含量 含量越高，岩石磁性越强，但并不呈简单的线性关系
2、铁磁性矿物颗粒大小及结构
CGSM Oe Gs γ 1 Oe =105γ 10-6CGSM
SI A/m T nT 1T=109nT 4PI10-6SI
关系 1Oe=103/(4PI)A/m 1Gs=10-4T 1γ=1nT
备注
10-6CGSM=4PI10-6SI
无量 纲
磁化强度
10-6CGSM
A/m
10-6CGSM=10-3A/m
X
D
H
I Y
N 磁北
y
（地理东）
B
I—磁倾角。矢量B下倾，I为正；矢量B上倾，I为负。 D—磁偏角。矢量H东偏，D为正；矢量H西偏，D为负。
上述的B、X、Y、Z、H、I、D各量都是表示地磁场大 小和方向的物理量，称为地磁要素。
由图可见各分量间的关系为：
X=H· cos(D) Y=H· sin(D)
n m = J· cosθ = J M
+ + +
=μoM
n
5、磁化强度（M）与外磁场（H）的关系
实验表明，当物体无限大时，则
M=κH
M的方向与H的方向一致。
κ—磁化率，表示物质被磁化的难易程度。 6、M与κ的单位 在SI单位制中：A/m
M
在CGSM制中：CGSM 在SI单位制中：SI(κ)
2-磁法勘探仪器和测量技术
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.
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.
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
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
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
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.
第二讲 磁法勘探仪器和测量方法
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)
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.
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F H=
Qm0
=410•Q r2m
r
方向为单位正磁荷在场中受力的方向
●
Qm
●+Qm0
磁感应强度B，根据毕奥—萨伐尔定律：恒定电流I 的无限长直导线周围，距离为a的各点上该电流产生 的磁场。
B 0 2I 4 a
B H
SI制单位特斯拉（T），1T＝1Wb/m2，通常用较小 的单位nT（纳特），1nT＝10-9T
y
（地理东）
B
I—磁倾角。矢量B下倾，I为正；矢量B上倾，I为负。
D—磁偏角。矢量H东偏，D为正；矢量H西偏，D为负。
上述的B、X、Y、Z、H、I、D各量都是表示地磁场大 小和方向的物理量，称为地磁要素。
由图可见各分量间的关系为： X=H·cos(D) Y=H·sin(D) tgD=Y/X Z=B·sin(I) H= B·cos(I) tgI=Z/H H=X²+Y² B=X²+Y²+Z²
11.5°
S
N
3、非偶极子磁场（大陆磁场或世界磁异常）
BmB0BSN
由图可见：全球非偶极子磁场围绕着几个正、负中心 分布，分布的范围很大（延伸可达数千公里）。
大陆异常的原因目前还没有明确的答案，但大多数学 者认为起源于深部原因，如地幔和地核界面的局部物 质对流运动所形成的涡旋电流产生的。
（三）变化的磁场 叠加在基本磁场上的变化场，是指随时间变化的磁场， 从它们的特征和成因来说，总体分为两大部分：
κ
在SI单位制中：SI(κ) 在CGSM制中：CGSM(κ)
关系为：1围的具有磁力作用的空间，称为的磁场
（一）地磁场的构成
偶极子磁场（BsN） 稳定的磁场 （内源场） 非偶极子场（Bm）
基本磁场（B0）
地磁场
磁异常（Ba）
（B）
长期变化的磁场
变化的磁场
地磁绝对测量中，通常测定 I、D、H 三要素的绝对值
磁法勘探则是测定Z 或B 的相对值。
2、地磁图及地磁要素分布的基本特征
（1） 地磁图 为了研究地磁要素在地表的分布特征，在世界各地建 立了许多固定的测点（地磁台）及野外观测点，在这 些点上测定地磁要素的绝对值，将地磁绝对测量的成 果绘制成地磁要素的等值线图，这种图称为地磁图。
磁力：两个磁体的磁极之间的相互作用力；
两个点磁极间的相互作用力为： F =4 10 •Qm 1r•2Qm2•rr
Q r ● m 2
F
F
●
Q m1
磁场：磁力作用的物质空间称为磁场
磁力线：由磁体的正极出发终止于负极的封闭曲线
磁场强度（H）：单位磁荷在磁场中所受的力，称为 该点的磁场强度，用H表示，单位为A/m（安培/米）
水平强度（H）等值线图
特征：沿纬度线排列，在磁赤道附近最大，向两极减小趋于 零，全球各点除两磁极区外都指向北
等倾（I）线图
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
等偏（D）线图
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
通常按要素分别绘制如下地磁图：
总磁场强度（B）等值线图
特征：等值线与纬度线近似平行，在磁赤道约30000～ 40000nT，向两极增大，在两极约为60000～70000nT
垂直强度（Z）等值线图
特征：与纬度线大致平行，在磁赤道Z=0，向两极绝对值增大， 约为磁赤道水平强度的两倍，磁赤道以北Z>0，以南Z<0
δB（外源场）
静日变化 短期变化的磁场
扰动变化
B = B 0 + B a+ B 其中：B 0 = B S+ N B m
（二）基本磁场
x （地理北）
X
N H 磁北
B 1在、三Y X Z 地个———磁坐东垂北要标向直向素轴分分分上量量量的分量分别为：O
D
I
Y
上述各分量的方向与相应坐标轴 的方向一致为正，反之为负。 Z H —水平分量（方向指向磁北） z
（3）地磁场的基本特征 ①地球有两个磁极 一个在地理北极附近，称为磁北极（S极），I=90° 一个在地理南极附近，称为磁南极（N极），I= -90°
② 地磁场与一个均匀磁化的球体（或位于地球中心的 一个磁偶极子）的磁场很类似。
③ 磁轴与地理的轴不重合，交角为11.5°
④ 地磁场是一个弱磁场（平均强度为 50000 nT），且是基本稳定的磁场
在CGSM单位制中：用 γ（伽傌）为磁场强度的单 位；两种单位制之间的关系为： 1 γ =1nT
（二）磁化 在外磁场作用下，没有磁性的物体获得磁性，称为磁化
1、磁偶极子
相距很近的两个等量异性磁极，作为一个整体称为
磁偶极子。
Pm Qml
l
Qm Pm
Qm
P m 称为磁偶极矩，方向由负磁极指向正磁极。
2、磁化的本质
J=0M
当物体磁化后，若磁体内各处的磁化强度大小相等， 方向相同，则称该磁体为均匀磁化体。 均匀磁化体内 无磁荷分布，仅在其表面有磁荷分布。
H
4、 面磁荷密度（m）与M的关系
由右图可见，若把小圆柱体看成磁 偶极子，则有：
∑ Pm= Q m l = m·△s ·l
另外由 J 的定义得：
∑ Pm=J·V =J·△s ·l·sinα = J· △s
在外磁场作用下，物体中原子磁矩（m）趋外磁场方 向定向排列的结果。
3、磁化强度（M）或磁极化强度（J） —表示物体被磁化的程度。
● 磁化强度（M） —单位体积的总磁矩
1 M= m
vv
● 磁极化强度（J） —单位体积的总磁偶极矩
1 P = vv Pm ● 在SI单位制中 Pm与m、J与M之间的关系： Pm=0m
·l·cosθ
m = J· cosθ = Jn =μoMn
+
M
+
+
5、磁化强度（M）与外磁场（H）的关系 实验表明，当物体无限大时，则 M=κH
M的方向与H的方向一致。 κ—磁化率，表示物质被磁化的难易程度。
6、M与κ的单位
在SI单位制中：A/m M
关系为：1A/m=10-3CGSM
在CGSM制中：CGSM
第二章磁法勘探
一、有关的磁学知识（复习）
（一）磁场（Magnetic Field）
磁性：磁铁能吸引铁、钴、镍等物质的特性，称 为磁性
磁性体：具有磁性的物体；
磁极：磁体中两个磁性最强的部位，指北的一极 称为指北极或正磁极，用N表示，指南的一极称为 指南极或负磁极，用S表示;
磁荷：正磁荷—集中在磁体的N极（+） 负磁荷—集中在磁体的S极（－）