磁法勘探

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。 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；表现为以一个太阳日为周期的 变化，称作日变。


磁异常是个相对的概念，若我们在寻 找石油构造时，往往是寻找数十～数 百平方公里的磁场，此时它们的区域 背景场为To+Tm。而数平方公里以内的 局部场就成为干扰场。如果要找脉状 金刚石原生矿时，数平方公里的局部 异常又可能成为它的背景场。

图2-9 河北某地磁异常图


2.1.3物质的磁化、磁化强度和磁化率、岩石 的磁性 一、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。






抗磁性与顺磁性矿物磁化后磁化率极小，在磁 法勘探一般忽略不计。 铁磁性 有极强的磁化率k=0.01~10。如铁、镍、 钴、钆及其合金。 铁磁性矿物又可分为： （1）纯铁磁性物质：地球表面很少（存在于陨 石、月岩中）。 （2）亚铁磁性物质：如磁铁矿，钛铁矿等铁的 氧化物或硫化物。 （3）反铁磁性物质：如赤铁矿。

T、Z、H、 Ⅰ 、D、X、Y各量都是表示某点地磁场 强度的大小和方向特征的物理量，称为地磁要素。

七个地磁要素之间的关系式如下：
H =T cos I Y = H sin D Z =T sin I = HtgI X 2 +Y 2 = H 2 X = H cos D X 2 +Y 2 +Z 2 =T 2

一类是偶然性的、突发急烈的短暂变化， 它与太空电离层有关，如磁扰和磁暴。磁 场突然性、不规则的变化称磁扰，它们形 态复杂，变化急烈。强度大的磁扰称磁暴。
三、磁异常 由于局部磁场是迭加在更大级次的磁场之上 的，为了突出研究局部磁场，必须要把它从 总磁场中分离出来，获得纯的局部磁场。这 种分离就是将总磁场强度T减去To 、Tm、 T 区，即Ta = T －（To+Tm+T区），我们称 To+Tm+T区是Ta的正常场，Ta则称为异常场。 在磁法勘探中，我们把由于地下地质体引 起的磁场强度的变化称为磁异常。


4、磁场强度的单位 在SI国际单位制中 磁感应强度的单位是T(特斯拉） 9 1T(特斯拉)= 10 nT(纳特) 在高斯单位制(CGSM)中，磁场强度的单位是奥 5 （Oe）： 1Oe(奥） = 10 伽玛 1伽玛=1纳特 1γ=1nT （实用单位）。 磁偶极子：两个磁荷相等、符号相反，距离2Ｌ 非常小的磁极，称为磁偶极子。（相对于研究的 点磁铁的长度2L很小时）
磁法勘探 第一节 理论基础 2.1.1磁场，磁场强度及单位 一、磁场、磁场强度及其单位 磁力：磁铁相互之间有同性相斥、异性相吸的性 质。不论是吸引或排斥，都显示有力的作用存在， 这个力称为磁力。 磁场：凡是一根磁棒在其周围显示具有磁力作用 的空间，这个空间，称之为磁场。 磁性体不论大小，在其周围空间或大小都会产生 相应范围的磁场，即有源必有场，有场必有源。





2.1.2.1地磁场、地磁要素、地磁图、磁场随空 间及时间的变化 一、地磁场 地磁场：在地球内部及其周围具有磁力作用 的空间。 地球是个大磁体，它有两个磁极，其磁北极 位于地理北极附近，磁南极位于地理南极附近， 但不重合，地磁轴与地球自转轴的夹角现在约 为11°44′，人们已经实测的磁北极位于北纬 72°、西经102 ° （加拿大北部），磁南极 位于南纬68 ° ，东经146 ° （南极洲）。



场强随高度的增加是不断衰减的： T= -20～-26 nT/㎞， Z= -20～-23 nT/㎞， H= -13 ～-15 nT/㎞。 以上的变化量，我们称为地磁场的正常水 平梯度和正常垂向梯度。
二、地磁场随时间的变化 1.地磁场的组成 地球偶极子场(T0)和大陆磁场（Tm）组成了 地球的基本磁场。由于地壳岩石磁性差异和 分布不均引起的地壳磁场，又称区域磁场。 在数平方公里以内的磁场就称为局部磁场Ta ， 它是磁法勘探研究的主要对象。以上都是地 球内的平静磁场。 另一种是来自球外的磁场Te，它包括外层空 间如电离层或宇宙射线等。
学科—古地磁学。
第二节 磁力仪、工作方法和成果图示 2.2.1常用磁力仪及所测量的物理量



一、磁力仪的分类，据结构、原理分为： （一）机械式磁力仪 1、悬丝式垂直磁力仪 2、水平磁力仪 （二）电子式磁力仪 1、质子磁力仪 2、光泵磁力仪 3、磁通门磁力仪 4、超导磁力仪 据使用领域分为： 1、地面磁力仪 2、航空磁力仪 3、海洋磁力仪 4、井中磁力仪

2、磁化率 磁化率是表征物质磁化难易程度的一个物 理量，即在一定磁场强度T的作用下，Mi的 大小与κ成正比关系，即Mi=κT， κ值大，M 也相应增大。 κ无量刚。


三、岩矿石的磁性 1.矿物的磁性 -5 抗磁性 k=- 10-6 ~ -10 矿物原子内电子成对出 现，自旋磁矩相互抵消。在外磁场中，获得与外 磁场方向相反的磁矩，磁化率是负的。如金、银、 铜、碳、水、煤油、石墨、石膏、石英、惰性气 体等 。 5 顺磁性 K= 10-7 ~ 10物质原子壳层中含有非成 对电子，自旋磁矩不会抵消。在外磁场中，电子 自旋磁矩趋向外磁场方向，这种特性叫顺磁性。 在外磁场中，获得与外磁场方向相同的磁矩，磁 化率是正的。如铂、铝、石榴子石，辉石，黑云 母、电气石、稀土金属等。

1、平衡系统

N端短一些，磁系质量中心就偏向S极下方。这与罗 盘的、S极绕铜丝起平衡作用相似。其次，悬挂磁棒 的悬丝当转动个角度后，悬丝会对磁棒产生一个扭 力，当磁棒N向下或向上偏转太大，则可扭动悬丝， 可以反向将其扭回到接近水平状态。
磁力线：磁力线方向从N极出发 回归S极。 磁力线越密集，磁场强度越强， 磁场强度方向为某点北磁极的受 力方向。 条形磁铁两端附近磁场强度最强， 中间处最薄弱，而且随着距离的 增加磁场强度逐渐减弱。


１.磁库仑定律 磁库仑定律：两个点极间的斥力（或吸力）F与 两点极的磁量的乘积成正比，与两点极间距离的 平方成反比。


2-4 地球磁场图
二、地磁要素（先引入力的解，及水平分量的投影） 用在直角坐标系中的分量和方向角来表示地磁场强 度T 。直角坐标系是以观测点为坐标原点X指向地理 北，y轴指向东，z轴垂直向下。T在Z轴上的分量为垂 直分量Z，指下为正，指上为负。T在XOY平面上的分 量为水平分量H，水平分量H又可分为北向分量X和东 向分量Y。H和T的夹角为磁倾角Ⅰ。当T向下倾时， Ⅰ角为正，T向上倾时，Ⅰ为负角。H的指向为磁北 方向，该方向的延伸方向即为磁子午线，该点磁子午 线与地理子午线的平面夹角，称为磁偏角D。磁子午 线偏向地理子午线之东，D为正值，反之为负值。
F T= Qm

T是个矢量，其方向即为该点正磁荷所受力F 的方向。
S
I
N
3、磁感应强度



通电导线在磁场中受力的大小： F=ILB I:电流的大小 L：磁场中导体的长度 B：磁感应强度 表达式B=F/IL 磁场强度和磁感应强度都表示磁场的强弱， 本章中大多数地方指的都是磁感应强度。

二、悬丝式垂直磁力仪基本工作原理

图2-10 Cs2-61型悬丝式垂直磁力仪 测量参数:垂直分量Z 测量方法：相对测量
原理：该仪器的核心是磁系，它是由一根 特制的合金丝穿过磁系中心（略偏上方）， 再将悬丝两端呈水平地固定于支架上，磁 棒就悬挂在合金丝上，（图2－10），并能 在垂直于悬丝的平面内灵活地自由转动。 磁棒转动的大小直接反映了磁场的变化。


表2-2抗磁性与顺磁性磁化率对比

3、居里点 铁磁性物质当温度升到一定值后，可转 变为顺磁性，反之亦然，所以它们磁性的 归属依赖于温度。当温度增加到某一定值 时，铁磁性物质磁化率迅速消失，那么这 个消失点的温度值，称为居里点。当温度 下降到居里点以下时，磁化率又会不同程 度的恢复，基本恢复者为可逆型，否则为 不可逆型。磁铁矿、赤铁矿的居里点温度 为560~580度，磁黄铁矿的居里点温度约 为300度。

3、岩石剩磁的成因
在地磁场中，岩浆岩在冷却后获得的剩磁称热剩

余磁性；沉积岩在沉积过程中，磁性矿物按当时地
磁场方向排列百度文库获得的剩磁称沉积型剩余磁性；因
化学作用的结果，是磁性矿物颗粒增大或产生新的
磁性矿物而获得的剩磁称为化学剩余磁性。

剩磁反映了不同的古地磁环境，在解决地质问
题方面越来越受到重视，剩磁研究已发展成为一门

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。


二、磁化强度与磁化率 磁化强度(M) ：表示物质被磁化程度的物理量。 分为感应磁化强度与剩余磁化强度 。 原来无磁性的物质在外磁场的作用下具有了磁 性,它的磁化强度称为感应磁化强度(Mi表示)。有 些磁性物质具有的磁化强度与外磁场无关，它 是古地磁作用后保存下来的磁化强度，被称为 剩余磁化强度（Mr表示）。 磁性体的总磁化强度M=Mi+Mr，它是一个矢 量。


2.岩石磁性 （1）决定岩石磁性的因素 主要决定于所含磁性矿物的多少。 其次与磁性矿物的分布状态有关，胶结状比颗粒状磁性强。 还受挤压变形程度有关，挤压变形越严重，剩磁越小。 （2）各类岩石的一般磁性特征 沉积岩的磁性 一般来说，沉积岩的磁性很弱。 火成岩的磁性 一般规律是超基性岩磁性最强。次之是 基性岩，它一般有中等磁性。酸性岩一般磁性较弱。 变质岩的磁性 变质岩的磁性一般决定于变质前的原岩磁 性以及变质的程度。

图2-6 世界地磁场垂直分量等值线平面图（单位 为度)

图2-7 世界地磁场等偏线平面图（单位为度）

垂直强度等值线基本与纬向平行，向 南北梯度变化最大，在赤道附近强度 为零，向两极逐渐增强，到两极，强 度增加到6万～7万nT。Z值在北半球为 正，南半球为负。水平强度等值线与 纬线也大致平行。强度在赤道附近达 到最大，约3万～4万nT，向两极逐渐 减小，在两个极点，场值为零。



2.1.2.2地磁场、地磁要素、地磁图、磁场随空间 及时间的变化 一、地磁场的空间变化 在我国广大地区，I、T、Z、H等值线几乎是沿磁 纬度线均匀分布的，其最大梯度方向是子午线方 向。我国T、Z向北的变化率分别为： T ：26～27 nT/㎞， Z： 20～21nT/㎞， H：向北变化是负值，-3～-4nT/㎞。

即：
图2-1 点磁距的相互作用 Qm1Qm 2 F= 2 4πμ0 r
此处F是指在真空中的力。
-7 真空中的导磁率µ 0 = 4π×10 享/米。


2.磁场强度：磁场中某一点的磁场强度，就 是在该点上设有一单位正（N极）磁荷所受 的力。 如果该点的磁量为+ Qm ,所受的力为F，则 该点的磁场强度T的大小可用下式表示：

三、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。

总场强度T在磁南北极最大，其值为 60000nT~70000nT。在磁赤道处其值最 小，约为30000nT~40000nT,从磁赤道 到磁南北极磁场强度T逐渐变大，等值线 基本与纬向平行。