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；
κ—真空的磁化率。
2.1.1 磁场、磁场强度及其单位（续3）
磁场强度T的单位 ： 在SI制中，磁场强度单位为安培/米（ A·m-1 ）; 磁感应强度B的单位是特斯拉（T）; B= μH μ的单位为亨利/米; μ0的单位为4π×10-7亨利/米。 1特斯拉= 109纳特，1T= 109 nT 1伽玛=1纳特, 1γ=1 nT （实用单位）。
2.1.4.3 岩矿石的磁性
岩矿石的磁性是产生磁异常的物理基础。 1.矿物的磁性
抗磁性 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。
顺磁性 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。
2.1.1 磁场、磁场强度及其单位（续2）
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：
T F Qm
(2-2)
T是个矢量，其方向即为该点所受力F的方向。 对磁介质内部的磁场，通常以磁感应强度B描述场的分布。 若以H表示场源磁场，则有
磁性体的总磁化强度M=Mi+Mr，它是一个矢量。 5.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，但在旧制 中以10-6 C.G.S.M（ κ ）作最小单位，与SⅠ制的关系是1SⅠ （ κ ）=1/4πC.G.S.M（ κ ）。
3. 面磁荷密度与磁化强度的关系 磁体单位面积的磁荷量 称为面磁荷密度(σ)。对于磁化均匀的圆柱体而言，垂直拄体 顶底面的磁化强度M与面磁荷密度σ在数值上相等。
2.1.4.2 磁化强度与磁化率（续）
4. 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）。
2.1.2.4 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/㎞。 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。
(单位为度)
2.1.2.3 地磁图（续）
1980 年世 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6～7万nT。因为在两极地区，T=Z，故强度也相当。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3～4万nT，向两极逐渐减 小，在两个极点，场值为零。强度方向除两极外，均向北。
2.1.1 磁场、磁场强度及其单位（续4）
磁偶极子的磁场： 两个磁荷相等、符号相反，其距离2 Ｌ非常小的磁极，称为磁偶极子。
高斯第一位置：r＞＞Ｌ，则
TA
LQ m
0 r 3
(2-3)
2.1.1 l
TB
LQm 2 0r 3
磁场、磁场强度及其单位（续5）
若有一点B，位于磁铁中垂线上，当r＞＞L时，
2.1.4.2 磁化强度与磁化率
1.磁距（m ） 表示磁性体整体体积磁性的一个物理量(磁 距的方向是由S极指向N极)。
2.磁化强度(M) 它被定义为单位体积的磁矩，表达式为 M= m/V，其中V为物体体积。单位体积磁距的大小，反映物 质的磁化程度。M的单位：安/米（1安/米=10 –3 C.G.S.M）。
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。
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。
剩磁 当去掉外磁场作用时， 铁磁性物质所具有的磁性。
2.1.4.3 岩矿石的磁性（续3）
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。 （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。
2.1.2.2 地磁要素（续）
水平分量H在X轴和Y轴上的分量，分别称为北向分量和
东向分量，分别以X、Y表示。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 cosI Y H sin D
Z T sin I HtgI X2 Y2 H2
2.1.1 磁场、磁场强度及其单位（续1）
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。
Qmi
r
Qm2
F
F
图2-1 点磁距的相互作用
即：
F Qm1Qm2
4 0r 2
(2-1)
此处F是指在真空中的力。
真空中的导磁率µ0 = 4π×10-7 享/米。
2.2 磁力仪、工作方法和成果图示
2.2.1 常用磁力仪名称及其所测量的物理量
Cs2-61型悬丝式垂直磁力仪 测量参数: 垂直磁场
WCL-1型质子磁力仪 测量参数: 总场
2.2.2 悬丝式垂直磁力仪基本工作原理
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。
第2章 磁法勘探
本章重点介绍了磁场的产生及表述、地磁场和局部 磁异常、物质磁化、岩石磁性、磁化强度、磁化率及其 相互关系；在方法部分介绍了野外工作阶段、测网布置 的原则、磁测精度的确定 、磁测资料的整理、图件编 制及其用途。
在全面掌握本章理论基础知识的基础上，应重点掌 握的内容：1. 磁法 的野外工作方法；2. 磁法的地球物 理前提条件和应用范围；3. 熟悉各种磁测图件的用途。
2.1 理论基础
2.1.1 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。
地磁轴
地理轴
2.1.2.2 地磁要素
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， 以H表示，方向指东为正，反向为负。H和T 的夹角为磁倾角，以Ⅰ表示。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，以D表示，磁子午线偏向地理子 午线之东，D为正值，反之为负值。
图2-10悬丝式垂直磁力仪磁系图
图2-12 磁力仪光系刻度尺读数方法示意图
2.2.2 悬丝式垂直磁力仪基本工作原理（续1）
1.平衡系统
图2-10悬丝式垂直磁力仪磁系图
图2-12 磁力仪光系刻度尺读数方法示意图
设计N极端短一些，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 当转动一个角度后，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。
TB
LQm ，它的方向与条形磁铁平行，指向上方。
2 0r 3
令M=2lQm ( M叫磁矩，它的意义后述)。：则：
TA
M
2 0r 3
TB
M
4 0r 3
2.1.2 地磁场、地磁要素、地磁图、地磁场随空间 及时间的变化
2.1.2.1 地磁场
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）。
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，表现为以 一个太阳日为周期的变化，称作日变。
另一类是磁扰和磁暴。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。
2.1.3 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
2.1.2.4 地磁场的空间变化（续）
表2-1 我国各地地磁要素
2.1.2.5 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。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。
2.1.4.4 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磁； 沉积岩在沉积过程中，磁性矿物按当时地磁场方向排列而 获得的剩磁称沉积型剩磁；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 磁。
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学科—古地磁 学。
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。
2.1.4.3 岩矿石的磁性（续1）
表2-2 几种常见矿物的磁化率
2.1.4.3 岩矿石的磁性（续2）
铁磁性 有极强的磁化率。如 铁、镍、钴、磁铁矿、赤磁铁矿、 磁黄铁矿等。
磁滞曲线 右图中，当外磁场H 增加或减小时，铁磁性物质的磁化 强度的变化曲线为A-B-C-D-E-F-A。 它表明铁磁性物质的磁化强度随磁 场变化呈不可逆性。