磁法勘探

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(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:
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
δB(外源场)
静日变化 短期变化的磁场
扰动变化
其中B:=BB0 0=+BBSaN++BBm
(二)基本磁场
x ຫໍສະໝຸດ Baidu地理北)
X
N
H
磁北
B1在、三YXZ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 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
D
I
Y
y
(地理东)
B
H
—水平分量(方向指向磁北)
z
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
第一节 磁法勘探的理论基础
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(-)
11.5°
S
N
3、非偶极子磁场(大陆磁场或世界磁异常)
Bm B0 BSN
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。
2、磁化的本质
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
v v
● 磁极化强度(J) —单位体积的总磁偶极矩
1
P
=
v
v
Pm
● 在SI单位制中 Pm与m、J与M之间的关系: Pm = 0m J = 0M
(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
κ
在SI单位制中:SI(κ) 在CGSM制中:CGSM(κ)
关系为:1SI()
=
1 4
CGSM()
二、地球的磁场
存在地球周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
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= Qml = m·△s ·l
另外由 J 的定义得:
∑ Pm=J·V =J·△s ·l·sinα = J· △s
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
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
=
1 40

Qm1 • Qm2 r2

r r
Q r ● m2
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)
H
=
F Qm0
=
1 40

Qm r2
r
方向为单位正磁荷在场中受力的方向

Qm
●+Q m 0
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。
v B
0
2I
4 a
vv
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
·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
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。
r
v
Pm Qm l v
l
Qm
v Pm
Qm
Pm 称为磁偶极矩,方向由负磁极指向正磁极。
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。
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