物探问题解答

物探问题解答物探问题解答 概述概述 1 1 什么叫物探 什么叫物探 根据探测目的体与赋存空间的物理性质 即物性 差异 通过观测和分析其物理场的 变化规律 从而推测和研究地质构造 矿产资源分布等特征的物理探测方法 通称为地球 物理探矿法 简称物探 物探 这里特别强调的是探测目的体与赋存空间的物理性质 即物性 差异 物理性质 即物性 差异 这种差异不仅 是存在的 而且是现有技术可识别的 并且是可解释的 2 物探可分为哪几类 物探可分为哪几类 根据物理场的不同可分为 磁法 电法 重力 放射性 地震勘探等 由此又延伸出 电磁 综合物探等 根据行业不同可分为 矿产 水文 煤田 石油 工程 环境物探等 根据工作空间可分为 航空 地面 海洋 地下 井中物探等 此外在航天方面也在 进行物理探测 3 什么是物探异常 什么是物探异常 地壳内岩 矿石与围岩之间往往存在某种物性差异 由于这种物性差异 在岩矿体周 围空间就会引起某种天然或人工的地球物理场的局部变化 这个和地下岩矿体相关联的地 球物理场的局部变化就称为地球物理异常 简称物探异常 或者简单地理解为 物探异常 就是区别于正常 背景 物理场的一些物理特征 它是一个相对的概念 单纯以量的大小 谈异常是没有意义的 4 物探是如何解决地质问题的 物探是如何解决地质问题的 物探是利用相应的仪器设备 方法 观测天然存在的 磁场 电场 重力场等 或人 工建立的 激发极化场 电磁场等 地球物理场的变化 通过对仪器采集的数据 进行数 理分析 推演地质体赋存概况 从而为地质工作服务 它只是一种间接的地质手段 目前 也有把磁法寻找铁磁性矿体 电法寻找硫化物或低阻矿体 重力寻找大 小 密度矿体 称为物探直接找矿 而把一些通过寻找构造 岩体以及接触界面的物探称之为 物探间接找矿 但无论是直接和间接找矿 绝不会是能够简单区分的 综合分析 综合评 价才是物探的根本 5 如何正确评价和理解物探成果 如何正确评价和理解物探成果 物探所能解决的问题说白了只能解决一些物理场的差异问题 而具有相同 相似 物 理特征的地质体却很多 这就务必借助地质 化探等资料进行综合分析 加以判断 从而 间接达到为地质 工程 探测等服务的目的 脱离地质等综合信息的物探解释是不可思议 的 仪器所观测到的一些物理信息 往往是许多物理信息的综合反映 要把它们加以严格 的区分 可以说是不可能的 但借助地质判断和一些数据处理 在一定程度上 可以排除 部分成份的影响 但物探绝不可能直接探测出任何具体的物质 把物探异常解释为某种具 体的矿物引起的是异想天开的 此外 物探所推断的目标体的大小 形状 空间状态实际上只能算是其所对应的物理 场的综合特征信息 并不是真正意义上目标体的客观反映 包括一些经过正反演给出的目 标体形状 埋深 产出状态等都不可能是真正意义上的客观体现 只能是一个物理场的等 效体 逼近体或相似体 可见 物探解决的是宏观问题 而不是微观细节 机械地依据物 探成果布置工程和怀疑物探工作是不可理喻的 F ZK02 ZK01 上图是一个说明上述问题的示意图 从图上可见 受构造 F 控制的一系列呈雁行排列 的小规模矿体 物探一般会推测为与 F 同倾向的一个板状体 ZK01 就可能如图布置而不 见矿 ZK02 也会因为物探推测为一个球型矿体而落空 可物探目前还确实无法把上述矿 体客观地加以区分 这就务必要更即注重地质分析 6 如何理解物探前提 如何理解物探前提 投入物探方法之前 首先要搞清楚其具备什么样的地球物理前提 前提之一 目标体 与赋存空间是否存在物性差异 是什么性质的差异 差异是否明显 可否利用物探仪器识 别 前提之二 是否存在干扰 是什么干扰 能否压制 区分或排除 前提之三 环境是 否允许 这里既要考虑自然环境 又要考虑人文环境 以上三方面都要具备 缺一不可 并不是单纯地存在物性差异的地方 就能投入物探工作 7 如何选择物探方法 如何选择物探方法 简单地说目标体与赋存空间存在什么样的物性差异 就选择什么样的物探方法 是磁 性差异就选磁法 是电性差异就选电法 是弹性差异就选地震 是密度差异就选重力 多项差异就选效率高 成本小 效果好的方法 或者是综合方法 一般来讲找基岩 首选重 磁方法 其次可用放射性探测 找热液矿床找热液通道和 来源 构造 断裂 破碎带 接触关系 可用磁法 电法和地震 找蚀变矿床按温度 深 度分带 接触关系一般选电法 电磁法 当选择电法 电磁法工作时 由于电法工作的方法 装置变化太多 就需要根据不同 的地质目的 选择不同的方法 装置 一般对于二 三百米以内埋深的选择常规物探方法 即可 而对于三百米以上大深度探测 就要考虑电磁法 8 物探工作方法的确定原则是什么 物探工作方法的确定原则是什么 根据探测目的体与赋存空间之间的物性差异性质 基本可以确定大体的物探方式 重 磁 电 根据项目的经费 工期要求确定具体的物探方案 面积 剖面 根据勘探级别的不同确定详细的物探方法 单一 综合 精度 比例尺 9 物探工作分哪些阶段 物探工作分哪些阶段 物探工作过程可分为踏勘 设计 施工 报告编制四个阶段 1 踏勘阶段 主要任务是进入拟定区域对地质 地形 地物 环境 水系 交通等 进行初步了解 初步判断是否具备物探作业条件 其次深入拟选典型部位观察 采集岩矿 标本 初步判断目标体与赋存空间是否具有物性差异 必要时要进行参数测定 方法试验 或试验性剖面测量 2 设计阶段 主要任务是根据踏勘成果将地质问题转变为地球物理问题 并选择适 当的物探方法 比例尺 工作精度 编制设计 提出具体的施工方案 技术要求 以及压 制干扰的方法措施 并明确预期的成果资料 3 施工阶段 主要任务是按设计要求实地取得物探数据和岩矿石物性的可靠资料 并保证野外各项工作及成果资料的质量 4 报告编制阶段 主要任务是对所获得的地质 物化探资料进行综合整理分析 对 物探异常进行地质解释 绘制相应成果图件 最终编制成果报告 10 测区与矿区有什么区别 测区与矿区有什么区别 从字面上讲 凡从事地质 物化探的区域 都可称之为测区 而具有某种矿产资源的 区域才可称之为矿区 但习惯上 物化探人员常把从事物化探工作的区域称测区 而地质 人员常把自己的工作区称为矿区 测区与矿区可以是重叠的 也可以根据工作需要调整为不同的 一般矿区是根据取得 探矿权的范围或从事地质调查的范围划定的 而测区是根据地质工作需要 结合物探工作 特点 即必须保证探测成果轮廓完整 周围具有一定面积的正常场背景圈定的 但为了节 约工作量 一股可将普查范围划为 控制区 与 调查区 对 控制区 可以放稀测网 在勘探矿区的物探工作不仅要研究矿床本身 还要研究废石堆 尾矿场 此外 测区范围 应尽可能地包括一些已知区 即地质情况清楚过去已作过物探工作并经验证的地段 与过 去工作过的物探工区相衔接时 必须有一定数量的重迭测线 11 测点 测线 测网是什么关系 测点 测线 测网是什么关系 每一个物探观测点称之为测点 测点与测点之间的距离称为点距 由一系列等间距同 方向排列的测点组成的线可称之为测线 测线与测线之间的距离称为线距 由诸多同线距 等点距组成的网称之为测网 可见测网里同时包含有测点和测线的信息 12 测区与测网有什么区别 测区与测网有什么区别 测区是反映工作区位置 范围和大小的 单位是 km2 测网是由测线和测点组成的 它通过 线距 点距 来表示 如 100 20 表示测线 与相邻测线的距离为 100 米 测点与相邻测点的距离为 20 米 线距和点距的单位均为 m 它反映的是工作的网度大小和详细程度 网度越大工作程度越低 反之亦然 13 测网的选择原则是什么 测网的选择原则是什么 在普查时 要求线距不应大于探寻的 有意义的最小地质体的长度 而点距应保证测 线上有 3 个点落在异常上 在详查时 要求线距应保证 5 7 条测线通过异常 其点距应保证测出异常的全部细节 具体选择测网 不仅要考虑矿体的长度和宽度 还要考虑矿体的埋深 对于埋深较小的目 标体加密网度意义重大 而对于埋深较大的追求过密的网度意义就不是很大了 此外还要 考虑仪器的灵敏度以及异常识别 解释以及现实意义方面的因素 并不一定是网度越密就 越好 有时限于工区条件和为了工作方便 也可用不规范测网进行观测 14 如何确定测线 剖面 方向和长度 如何确定测线 剖面 方向和长度 测线 剖面 的敷设方向应垂直于探测对象或已知异常的走向 保证异常的完整性 当测区内已有或设计有探矿工程或其它物化探工作时 应尽可能与之重合 以便资料 对比 当进行面积测量 测区内的各探测对象具有不同的走向时 其测线方向应垂直于探测 对象的主体 总体 走向 并尽可能考虑异常的完整性和正常场适当性 当探测对象为环状或似环状时 甚至要考虑把测线布置为放射状 尤其进行电法工作 的时侯要充分考虑各向异性的问题 15 比例尺和网度是什么关系 比例尺和网度是什么关系 单从物探的角度讲 应该是根据网度来确定比例尺 但现实中是我们并不知道探寻的 有意义的最小地质体的长度才去做物探的 一般都是先确定工作比例尺 再确定网度的 比例尺是表明对某一测区的工作程度 也同时包含了测网的信息 按一定比例尺在图 上 1cm 所代表的实际距离 就是线距 如 1 10000 的线距就是 100m 1 2000 的线距就 是 20m 点距的确定 根据测区的地质 地球物理条件可以有一个灵活的选择余地 一般 为线距的 1 10 1 2 线距与点距就确定了网度 可见比例尺越大 则测网越密 也越利于 反映异常细节 从而对工作区的地球物理场研究程度的提高越有利 16 勘查阶段与工作比例尺以及网度怎么划分选择 勘查阶段与工作比例尺以及网度怎么划分选择 不同的勘查阶段需要采用不同的工作比例尺 不同的比例尺又决定了不同的网度 下表 就是常见的一些对应关系 长方形测网正方形测网 勘查阶段比例尺 线距 m 点距 m 线距点距相同 1 50000 50050 200500区 调 预 查 1 25000 25025 100250 1 10000 10010 40100 普 查 1 5000 505 2050 1 2000 204 1020 详 查 1 1000 102 510 勘 探1 500 51 25 17 点 线号的编号有什么原则 点 线号的编号有什么原则 每个测区的测线 测点都要进行统一编号 其表示方法是以分数形式 分母表示线号 分子表示点号 如 120 350 即表示是 350 线 120 号点 测区的西南作为整个测区编号的原点 由此点向东 向北 点线号码依次递增 而可 能后续或扩边的工作由原点向西 向南 点线号码依次递减 原点点线号码编号不宜太小 建议以 100 100 以上为好 以便将来给西南方向可能增 加或扩展的测网留有余地 测线和测点编号间隔最小也要按偶数级的整数倍递增 以便测 线和测点加密不至于出现小数点 但要进行剖面或勘探线测量时 剖面号或勘探线号要与地质编号一致 点号也要服从 地质要求 即成图时遵循从左到右点号依次递增的习惯 18 如何理解物探的多解性 如何理解物探的多解性 由于物探仪器所观测到的虽然只是物理场的某个参数 但这个参数又是物理场的一个 综合效应 能够影响这个参数变化的因素又很多 比如场源的强弱 埋深 大小 形态等 等 任何一个因素的不确定 就会预示另一个因素的不确定 不确定因素越多 多解性自 然也就越多 此外 物探要进行推断解释 只要是推断的东西就必然存在多解性 其它学 科也一样存在多解性 只是物探人员能坦然地承认这一点 而别人有所忌讳而已 19 如何应对物探的多解性 如何应对物探的多解性 物探既然存在多解性 就要设法排除一些可能被排除的因素 比如测定分析物性参数 调研地质工程 利用多方法 多渠道进行综合解释 正 反演计算等等 尤其应注重地质 分析推断和山地工程取得的一些有关目标体的参数 尽可能多地寻求多解的约束条件 提 高解释的准确度 20 物探人员应具备什么样的素质 物探人员应具备什么样的素质 首先物探人员必须具备一定的数理基础 掌握扎实的物探理论 正确的仪器操作方法 一般的故障排除 灵活的方法组合 娴熟的解释技能 其次不但要具备一定的地质知识 而且能够利用地质知识去指导物探 反过来利用物探资料去解释地质现象 第三要善于听 取地质 化探等其它人员的意见 综合各方面的信息 科学灵活地陈述物探成果 一 磁法勘探一 磁法勘探 1 1 什么是磁法勘探 什么是磁法勘探 磁法勘探是地球物理勘探方法之一 自然界的岩石和矿石具有不同磁性 可以产生各 不相同的磁场 它使地球磁场在局部地区发生变化 出现地磁异常 利用仪器发现和研究 这些磁异常 进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探 磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一 它包括地面 航空 海洋磁法勘探及井中 磁测等 磁法勘探主要用来寻找和探查有关矿产 进行地质填图 研究与油气有关的地质 构造及大地构造等问题 1 2 什么是地磁场 什么是地磁场 磁场是具有磁力作用的空间 任何一个磁性体都有它自身的磁场 在地球的周围存在 着的磁场称为地磁场 地磁场近似于放在地心的一个磁偶极子的磁场 其磁轴与地球转动轴并不重合 交角 为 11 5 磁偏角 地磁场的平均强度很弱 约为 0 5 奥斯特 按 SI 国际单位制 1 奥斯特 CGSM 103 4 安培 米 A m 105纳特 nT 105 伽玛 1 2 地磁场由哪些部分组成 地磁场由哪些部分组成 地磁场由三部分组成 基本磁场 外部磁场 磁异常场 基本磁场基本磁场由偶极场和大陆磁场 剩余磁场 组成 是地磁场的主要组成部分 占地磁 场的 99 以上 二者的起源与地球起源与演变有密切关系 外部磁场外部磁场也称变化磁场 是起源于地球外部并叠加在地球基本磁场之上的各种短期变 化磁场 如 日变 磁扰 磁暴等 磁异常场磁异常场是由地壳表层磁化岩矿体及地质构造引起的 这也是我们研究的主要对象 1 3 地磁要素由哪部分组成 地磁要素由哪部分组成 1 地磁总场强度 T 2 T 的水平分量 H 叫水平磁场强度 3 H 的地理北投影叫北向分量 Hx 4 H 的地理东投影叫东向分量 Hy 5 T 的垂直分量 Z 叫垂直磁场强度 6 HxOH 叫做磁偏角 D 7 HOT 叫做磁倾角 I T H Hx Hy Z D I 统称为地 磁要素 其中 T H Hx Hy Z 的 单位为纳特 用 nT 表示 D I 的单位是度 用 表示 1 4 地磁要素有什么分布规律 地磁要素有什么分布规律 世界地磁图基本反映了来自地球核部场源的各地磁要素随地理分布的基本特征 1 4 1 全球地磁倾角的分布规律 全球地磁倾角等值线图 1980 年 单位度 从等倾线图可见 全球等倾线大致与纬度线平行分布 零倾线在地理赤道附近 称为 磁赤道 但不是一条直线 由磁赤道向北 磁倾角为正 在北极附近有一点 实际上是一 个小区域 I 90 称为北磁极 磁赤道以南 磁倾角为负 有类似的变化特征 有一个 南磁极 磁南北两极的位置也随时间变化 它们在地球表面上的位置也不是对称的 1 4 2 全球地磁偏角的分布规律全球地磁偏角的分布规律 全球地磁偏角等值线图 1980 年 单位度 全球地磁等偏线是从一点出发会聚于另一点的曲线族 明显地会聚在南北两磁极区 在这两点上磁北方向可以从 0 变到 360 即没有固定的磁偏角 按磁偏角定义 同样在 地理两极也是如此 因此 在南北两半球上磁偏角共有四个会聚点 全图有两条零偏线 D 0 分布 将全球分为负偏角区 D 0 和正偏角区 D 0 两部分 1 4 3 全球地磁总场强度的分布规律全球地磁总场强度的分布规律 全球地磁总场强度等值线图 1980 年 单位 103nT 地磁场总强度 T 等值线在大部分地区 等值线也与纬线近乎平行 其强度值在磁 赤道附近约为 30000 40000nT 由此向两极逐渐增大 在南北两磁极处总场强度值大约是 60000 70000 nT 1 4 4 全球地磁水平场强度的分布规律 全球地磁水平场强度等值线图 1980 年 单位 103nT 全球地磁场水平强度 H 等值线大致是沿纬度线排列的曲线族 在磁赤道附近最大 约为 40000 nT 随着纬度向两极增高 H 值逐渐减小在南北两磁极趋于零 除两极区之外 全球各点的 H 都指向北 1 4 5 全球地磁垂直场强度的分布规律 全球地磁垂直场强度等值线图 1980 年 单位 103nT 全球地磁垂直强度 Z 等值线 也近乎与纬度线平行 在磁赤道上 Z 0 由此向两极 其绝对值逐渐增大 在磁极处达到 60000 70000 nT 约为磁赤道附近水平强度的两倍 在磁赤道以北 Z 0 表示垂直分量向下 在磁赤道以南 Z 0 表示垂直分量向上 1 4 6 我国地磁要素的分布规律 在我国境内由南向北 T Z I 值逐渐增大 H 值逐渐减小 沿甘肃的安西县经青海的托勒 五道粱 唐古拉山口至西藏的班公湖一线 磁偏角 D 为 零 此线以西磁偏角为正 以东为负 从我国最南的曾母暗沙到最北的漠河 各要素的变化范围大致是 T 40700 58300 nT 年变率 30 50 nT H 39800 20000 nT 年变率 40 25 nT Z 8400 54600 nT 年变率 60 70 nT I 12 70 年变率 2 5 25 D 5 11 年变率 3 西 1 东 1 5 地球的变化磁场有哪些 地球的变化磁场有哪些 叠加在地球基本磁场上的变化场 指的是随时间变化而变化的磁场 从它们的特征和 成因来说 总体可以分为两大类型 一类是由地球内部场源缓慢变化而致的长期变化场 另一类是主要起因于地球外部的短期变化场 1 5 1 地磁场的长期变化场 地球基本磁场随时间的缓慢变化叫地磁场的长期变化 亦称世纪变化 其特点是变化 缓慢 周期长 一般变化周期为年 几十年 有的更长 主要通过世界各地的地磁台长期 连续的观测数据取其平均值来进行研究的 其变化特点是 1 磁倾角向西偏移的周期为 600 年 2 磁场强度数值的变化周期为 60 年 3 地球磁矩以 0 05 的速度衰减 地球磁 极曾在历史上多次倒转就是例证 地磁场年变化范围 Z 值 60 70nT T 值 30 50nT 1 5 2 地磁场短期变化 地磁场的短周期变化主要起因于地球外部的各种电流体系 按其变化特征也可为两 类 一类是按一定的周期连续出现 变化平稳而有规律 称为平静变化 另一类是偶然发 生 持续一定时间后就消失 是短暂而复杂的变化 变化幅度可以是很强烈 也可以很小 称之为扰动变化 1 日变 地磁场以一个太阳日 24 小时 为周期的变化 简称日变 系指地磁场在 一个太阳日内 没有干扰影响下的平静变化 它与当日的地磁活动有关 受太阳黑子活动 周期性的影响 各个地磁要素日变化的一般规律是白天 6 8 时变化大 夜间变化小 夏季变化 大 冬季变化小 春秋基本相当 变化范围在夏冬之间 6121824 时间 20 40 0 T nT 60 80 100 20 夏 季 冬 季 春 秋 2 磁暴 磁暴是一种强烈的磁扰动 几乎是全球同时发生 尤其对磁场水平分量的影 响特别明显 磁暴强度有从低纬度到高纬度逐渐变强的规律 一般中强磁暴可达数百到数 千纳特 持续数天 一般认为磁暴与太阳黑子出现有关 通常一年可有 5 20 次 最多可达 20 40 次 且一 般是春秋磁暴多发 夏季较少 3 地磁脉动 是一种地磁场的微扰变化 它持续的周期一般介于零点几到数百秒 强 度可达数百纳特 4 变化磁场有关的电磁感应 受太阳活动的影响 电离层和磁层中的电流系统发生变 化 由于地球具有一定的导电性 上述电流系产生的初始变化场在地下感应产生感生电流 这种感生电流产生的变化即可产生一个感应磁场 但它的影响和强度都不是很大 在磁法勘探中 对于地磁场的长期变化基本不预考虑 但在高精度磁测时 对地磁场 的短期变化务必进行适时观测 通常我们设立的日变站所观测到的数据 虽然称之为 日 变数据 事实上它已经包含了以上任何一种地磁场的变化 可见日变改正是非常必要的 1 6 什么是正常场和异常场 什么是正常场和异常场 地磁场是由稳定磁场和变化磁场两大部分组成 前者占绝大部分 后者只一小部分 而稳定磁场除了一小部分 约 6 为尚未查明的外源磁场外 其绝大部分为内源磁场 内源磁场又是地球磁偶极子磁场 均匀磁化球体磁场 大陆磁场和异常磁场之和 因此 地球表面所测到的磁场值 可表示为 T T0 Tm Te T Ta T0 均匀磁化球体磁场 Tm大陆磁场 Te尚未查明的外源磁场 T 变化磁场 Ta异常磁场 异常磁场按其成分又可分为两部分 一是由于深部的岩层构造所引起的 称为区域异 常 Ta1 另外是由于浅部的局部地质体产生的 称为局部异常 Ta2 所谓正常场和磁异常 它是一个相对的概念 通常将 T0 Tm Te 认为是正常场 Ta Ta1 Ta2是异常场 当勘探目的是要解决局部的地质问题时 则区域异常 Ta1 也认为是正常场 而局部异 常 Ta2才是磁异常 磁异常产生在正常场的背景之上 正常场相对于磁异常来说 认为是均匀不变的 两 者的划分依勘探的目的确定 磁异常来源于地区内的岩层构造或矿体受着地磁场的磁化 产生了叠加在正常场之上 的附加磁场 即磁异常 在地面上我们所观测到的磁场 总是正常场和异常两者之和 所 以要把异常区分出来 就必须知道正常场 10203040605070 0 100 200 300 400 nT 从上图可见 这条 70km 长的磁测剖面的正常场的选择无疑是正确的 但从 15 55km 之间明显存在一个区域异常场 Ta1 图中的尖峰异常显然是叠加在 Ta1上的局部异常 Ta2 如果我们只是研究局部异常 那么把正常场选择在图中的虚线位置也是合适的 可见正常 场的选择是根据研究对象的不同 既要有原则性 又要有灵活性 但同一个课题 同一个 项目 同一个测区的正常场必须是统一的 1 7 什么叫磁场强度 什么叫磁场强度 单位正磁荷 m0在磁场中所受的力 F 叫做磁场强度 用 T 表示 2 0 r m m F T km 100 T 上式表明 场中某点的磁场强度是与场源的磁量 m 成正比 与该点到场源的距离 r 的 平方成反比 同时也说明 一个客观存在的磁性体的磁量是一定的 我们可以从不同的地方去测量 它 而不同的地方的距离是不同的 距离对磁场强度的影响却是巨大的 这也就是为什么 强调点位尽可能准确的意义所在 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 1030507090110130150170190 r r m m T T n nT T 图 1 7A 磁场强度与距离的关系 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 507090110130150170190 r r m m T T n nT T 图 1 7B 磁场强度与距离的关系 上图 1 7A 是一个在 10 米埋深 能引起 30000nT 磁异常的磁偶极子 随埋深不断增大 磁场强度随之变化的对应关系曲线 可见同样一个磁性体 由于观测点到磁性体的距离由 10 米分别增加到 20 米 40 米的时候 磁场强度迅速由 30000nT 衰减到 7500nT 和 625nT 这种指数级衰减是非常惊人的 单从图上看好象从 50 米后 T 值已经近于横轴 图 1 7B 是将图 1 5A50 200 米放大后的曲线 可见其指数级衰减的规律依然是一样的 只 是由每米上千 nT 的变化量 逐步衰减为每米几十 nT 几 nT 甚至零点几 nT 由上可以发现三个问题 1 点位 探杆高度对一个近地表的磁性体引起的仪器读数变 化是巨大的 2 点位 探杆高度对一个具有较大埋深的磁性体引起的仪器读数变化虽然是 微弱的 但低缓异常的价值是巨大的 3 作图比例尺对于压制干扰和体现异常是一把双刃 剑 选择的是否合适 是非常重要的 1 8 物质的磁化 磁化强度是什么含义 物质的磁化 磁化强度是什么含义 原来不具磁性的物体 在外界磁场的作用下而呈现磁性 这种物理现象就叫做磁化 物体单位体积 V 内所具有的磁矩 M 叫磁化强度 J 从上式也可以理解为单位面积 S 内的磁量 m 就是磁化强度 J S m lS ml V M J 事实上影响磁化强度的因素还很多 不同的物质在相同的磁场作用之下 它们所得到 的磁性大小不同 其根本原因是由物质的成分 结构 形成条件以及赋存状态等因素的不 同所致 它是表征物质磁性的强弱的一个常用物理量 1 9 什么是磁化率 什么是磁化率 物质在外界磁场的作用下呈现磁性 表明它受到磁场的感应磁化 其所具之磁化强度 亦叫感应磁化强度 Ji 它与磁化磁场的强度 T 成正比 上式比例系数 就叫磁化率 其意思是表示物质被磁化的难易程度 实际工作中 磁化率一定要注明所用单位制 SI 单位制它用 SI 标明 CGSM 单 位制中 它用 CGSM 标明 两者的关系是 1SI 1 4 CGSM 在两种单位制中 SI 单位制磁化强度 T 的单位是安 米 A m 在 CGSM 单位制 中 用 CGSM M 表示 二者的关系是 1A m 10 3 CGSM M 1 10 什么是感应磁化强度 什么是感应磁化强度 位于岩石圈中的岩体和矿体 处在地球磁场的作用之下 它们受现代地磁场的磁化 而具有的磁化强度 叫感应磁化强度 Ji 它表示为 Ji T 0 式中 T 是地磁场总强度 感应强度 是岩矿石的磁化率 0是真空中的磁导率 1 11 什么是剩余磁化强度 什么是剩余磁化强度 岩矿石在生成时 处于一定条件下 受当时的地磁场磁化 成岩后经漫长的地质年代 所保留下来的磁化强度 称作天然剩余磁化强度 Jr 它与现代地磁场无关 它的大小与 铁磁性矿物的含量 颗粒大小 排列方向 以及岩矿石形成的全部经历有关 简单地说岩 矿石中铁磁性矿物的含量越高 颗粒越细 其剩余磁化强度越大 岩矿石经高温变化 磁 化强度可能会有较大的提高 1 12 岩矿石的有效磁化率如何考虑 岩矿石的有效磁化率如何考虑 岩矿石的有效磁化率事实上就是要考虑其总的磁化强度的问题 总的磁化强度就是剩 余磁化强度和感应磁化强度的矢量和 即 ri JJJ 这里强调的是矢量和 而非简单的算术和 一定要引起注意 1 13 物质的磁性分为哪几类 物质的磁性分为哪几类 物质的磁性可分为三类 抗磁性 反磁性 顺磁性 铁磁性 抗磁性物质 即是 0 的物质 它们在磁化场中产生与磁化场方向相反的感应磁化 强度 去掉外场 感应磁化强度立即消失 TJi 顺磁性物质 即是 0 的物质 它们在外磁场作用下 产生与磁化场方向相同的感 应磁化强度 铁磁性物质 即是 0 的物质 这种物质在外磁场的作用下很容易被磁化 当外 磁场消失后还能保留部分磁性 1 14 常见物质的磁性如何分类 常见物质的磁性如何分类 物质的磁性分类 一般分为矿物和岩石两大类 但从磁性分又可分成抗磁类 顺磁类 和铁磁类三种 1 14 1 矿物的磁性矿物的磁性 矿物是组成岩石的基本物质 岩石的磁性强弱与矿物的磁性有直接的关系 1 抗磁性矿物与顺磁性矿物 自然界中 绝大多数矿物属于顺磁性与抗磁性的 对其中几种常见矿物的磁化率 列 于下表 抗 磁 性 矿 物顺 磁 性 矿 物 名 称 10 5SI 名 称 10 56SI 名 称 10 56SI 名 称 10 5SI 石 英 1 3 方铅矿 2 6 橄 榄 石 2 0 绿泥石 20 90 正长石 0 5 闪锌矿 4 8 角 闪 石 10 80 金云母 50 锆 石 0 8 石 墨 0 4 黑 云 母 15 65 斜长石 1 方解石 1 0 磷灰石 8 1 辉 石 40 90 尖晶石 3 岩 盐 1 0 重晶石 1 4 铁黑云母 750 白云母 4 20 由表可见 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 顺磁性矿物 其磁化率要比抗磁性矿物大得多 约两个数量级 2 铁磁性矿物 矿 物分 子 式 SI 10 6 4 SI 磁 铁 矿 Fe3O40 07 0 25570 15920 钛磁铁矿 xe3O4 1 xiFe2O41 7 10 2 0 008 800 磁赤铁矿 Fe2O30 03 0 22390 15920 赤 铁 矿 Fe2O310 6 10 5 0 08 0 8 磁黄铁矿 FeS1 x10 3 10 48 80 铁 镍 矿 Ni Fe2O40 053980 锰尖晶石 Mn Fe2O32 015920 镁 铁 矿 Mg Fe2O40 086370 针 铁 矿 FeOOH 0 02 80 10 4 0 16 640 纤 铁 矿 FeOOH 0 9 2 5 10 47 20 菱 铁 矿 FeCO3 20 60 10 4160 480 地壳中的纯磁铁矿很少见 大都由不同比例的铁 钛 氧组成复杂的固熔体 它们是 典型的亚铁磁性 在我国鲁 冀 鄂 苏 皖等省的铁矿区 磁铁矿的磁化率一般为 0 002 0 2 SI 其剩余磁化强度一般为 2 2 2325A m 可见 磁铁矿不仅有较强的磁化率 且有较强的剩余磁化磁性 其变化范围较大 1 14 2 各类岩石的一般磁性特征各类岩石的一般磁性特征 地壳中岩石可分为沉积岩 火成岩及变质岩三大类 1 沉积岩的磁性 一般来说 沉积岩的磁性较弱 沉积岩的磁化率主要取足副矿物的含量及成分 它们是磁铁矿 磁赤铁矿 赤铁矿以及铁的氢氧化物 其造岩矿物如石英 长石 方 解石等 对磁化率无贡献 沉积岩的天然剩余磁性 与眼母岩剥蚀下来的磁性颗粒有 关 其数值不大 4 岩石类型 10 6 SI Jr A m 岩石类型 10 6 SI Jr A m 超基性岩 101 10310 1 101 变 质 岩 10 1 10210 3 10 1 基 性 岩 100 10310 3 101 沉 积 岩 10 1 10110 3 10 1 酸 性 岩 100 10210 3 101 注 表中数字表示数量级 2 火成岩的磁性 根据火成岩的产出状态 又可分为侵入岩和喷出岩 1 侵入岩的不同岩石组 花岗岩花岗闪长岩 闪长岩 辉长岩 超基性岩等 其 平静值随着岩石的基性增强而增大 它们的磁化率 均具有数值分布范围宽的相同特征 2 超基性岩是火成岩中磁性最强的 超基性岩体在经受蛇纹石化时 辉石被分解形成 蛇纹石和磁铁矿 使磁化率急剧增大 可达几个 SI 单位 3 基性 中性岩 一般来说其磁性较超基性岩次之 4 花岗岩建造的侵入岩 普遍是铁磁 顺磁性的 磁化率不高 5 喷出岩在化学和矿物成分上与同类侵入岩相近 其磁化率的一般特征相同 由于喷 出岩迅速且不均匀冷却 结晶速度快 使磁化率离散性大 6 火成岩具有明显的天然剩余磁性 其剩余磁性可达感应磁性的 0 10 倍或更大 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 它们与原来的基质有关 也与其生成条件有关 由沉积岩变质生 成的岩石 其磁性特征一般具有铁磁 顺磁性 由岩浆岩变质生成的变质岩 其磁性有铁磁 顺磁性与铁磁性两组 在具有层状结构的变质岩中 往往其磁性随方向不同而异 表现有磁的各向异性 剩 余磁化强度的方向往往近于片理方向 且沿片理方向上的磁化率数值比垂直片理方向上的 要大 1 15 影响岩矿石磁性的因素有哪些 影响岩矿石磁性的因素有哪些 1 与岩石中磁性矿物的含量及颗粒大小有关 一般讲磁性矿物含量愈多 磁性也愈强 且磁化强度一般随磁性颗粒直径的减小而减小 此外 也与磁性颗粒的形状及分布形式有 关 2 与磁化场有关 包括现代磁场和古代磁场 3 与温度及岩石形成的环境和地质作用有关 4 与后期的地质作用如破碎 断裂等应力作用 变质 蚀变 氧化还原作用等多造成 磁性减弱 此外岩石的结构 构造对磁化率也有显著影响 如沉积变质铁矿的 值有明显 的各向异性 1 16 如何测定岩矿石磁性参数 如何测定岩矿石磁性参数 1 16 11 16 1 一般标本采集 一般标本采集 标本采集要有代表性 并力求多点采集 1 在异常和矿化蚀变地段 凡能采到新鲜岩石的地方 必须采集标本 每个点采集的 标本不应少于 5 块 以提高代表性 2 对典型剖面上的全部钻孔 探槽及其它山地工程和有关勘探线上钻孔的岩心 矿体 露头 要进行标本采集 采样密度依岩性及矿体特点而定 在每点上至少采集两块标本 3 每块标本的外形力求为方正的近等轴体 边长尺寸一般控制在 8 10cm 岩心标本 长度要与岩心直径基本相同 4 要适时记录标本名称 采集位置 并进行编号标识 5 各类主要岩矿石标本数量不少于 30 块 这里需要强调一下各类主要岩矿石标本数量的问题 所谓主要岩矿石 系指与成矿关 系密切的岩矿石以及可能对异常造成干扰的岩矿石 包括矿体的顶 底板岩性都必须达到 30 块以上 这一方面是考虑到标本所具有的代表性 另一方面是统计计算在小于 30 个数 据时的统计 是没有意义的 1 16 21 16 2 定向标本的采集定向标本的采集 如果要研究岩矿石剩余磁化强度的大小和方向 就必须采集定向标本 首先要确定标本在原露头上的空间位置 一般 用三种定向标志来确定 即在采集标本的露头上用 水平尺画出两个方向上的水平线以确定水平面 标 出水平面的上 下方确定其垂直轴 用太阳罗盘或 经纬仪之类的测量仪器 在标本上标出磁北方向箭 头 然后用切割工具设法取下完整标本 对标本进 行编录登记 定向标本的加工 定向标本并不是按上述方法采集回来就可拿来直接测定 还必须进 行加工 1 以平行磁北线 垂直水平面在标本一侧切割出一个平面 标出该面方位 并移植水 平线 根据标本的外型 按正方体的要求 在该平面画出一个底边与水平线平行的正方形 2 以此平面为基础 分别切割其它四个面 最后切标有磁北方向箭头的上平面 并将 磁北箭头按原方位 重新画好 1 16 31 16 3 标本的测定 标本的测定 标本的测定在过去一般用磁称法 是用一种格值在 1nT 左右的机械式刃口磁力仪进行 测定 现在大都用质子磁力仪进行测定 这里只就用质子磁力仪进行测定的方法予以介绍 1 仪器 采用各类型号的微机质子磁力仪均可 传感器采用双探头的梯度测量装置 则梯度读数即相当干标本产生的磁场 若采用单 探头的总场测量装置 则必须在附近另设一台测日变的同类仪器 将每次读数进行日变改 正后才能算出标本产生的磁场 2 标本架 采用纯木或其它无磁性材料制作一个高脚桌作支撑 其上固定一块与当地 磁倾角相等的粘有防滑条的木板 并使其倾向朝北 3 标本盒 边长为15c m左右的正方形木盒 或其它无磁性材料 按左螺旋系统规 定X 轴向东 Y 轴向北 Z 轴向下 在3个轴向的正向盒面分别标以2 4 6 在3个盒的负 面上分别标以1 3 5 将标本盒置于上述标本架倾斜面上 Z轴 即标有6 与地磁场T方 向一致 4 量具 最大量程为500 1000mL的玻璃量筒 另准备一个直径15 20cm 高约30cm左右 且 在距上端约5cm处有一下倾小漏水嘴的铁桶 或感量不低于5g 最大秤量2kg的体积秤 5 量角器 皮尺 碎布 废纸等 6 测定步骤 选择一处磁场较平稳但无人文干扰磁场的地点 架好仪器及探头 此时如果是使用 双探头的梯度测量装置 那么梯度读数Th 亦即n0 应在零值左右 或有很小底数 如果 是采用单探头的总场测量装置 则需要经在附近另设的测日变的同类仪器 将每次读数进 行日变改正后再计算标本产生的磁场 仪器的线号健 Line 置入标本编号 用仪器的点号健 Station 按向上盒面的号码 如 6 和绕Z轴 即T方向 每旋转90 读取一数编人601 602 603 604 其余各方面向上时一样 百位上的数字代表轴向 正或负 个位上的数字代表同一轴向的读数次序数 安置标本架 可采用高斯第一位置测定 图1 16A 使标本架上倾斜板面呈当地地磁场 I 的倾 斜角度 平行T0方向 并倾向磁北 探头中心置于标本盒中心线南的延长线上固定 也可采用第二位置测定 图1 16B 使标本架上倾斜板面呈当地地磁场 I 的倾斜 角度 平行T0方向 并使标本盒位于探头的正东 西 面 盒中心与探头中心等高 切不 可把图1 16B理解成探头在标本盒上方延长线 一定是在正东 西 面 一般岩矿标本是强磁性的 采用高斯第一位置测定 弱磁性的则采用高斯第二位置测 定 还可根据标本磁性强弱 调节标本盒中心与探头中心的距离 不小于15 cm 为保证数据 的可靠性 希望标本产生的磁场能引起 1nT的变化 无磁性的例外 1 16A 高斯第一位置测定示意图 1 16B 高斯第二位置测定示意图 标本装盒 将待测标本放入标本盒内 用碎布 纸等无磁性软物 塞紧 并注意使标 本中心与盒中心一致 对于定向标本 因其加工得非常方正 可不用标本盒 但要在标本 上表明其实地方位 并应使其东 北 下方向分别与用标本盒时的X Y Z轴正方向一致 观测 放标本前检查读数n0 仪器点号为X00 其中百位上X表上盒面号码 十位数的 0作为分隔符 个位数为该面的读数次数 将标本盒放在标本架上 选择距离r使仪器读数 变化较大 1nT 量取并记录距离r 按向上盒面的号码依次读数n1 n2 n6 拿去标 本后再次检查底数n0 为减少标本形状不规则 磁性不均匀和标本位置误差的影响 可在每个轴的正 负方 向都以其轴为中心分别旋转90 读取四个数 取其平均值进行计算 如 4 604603602601 6 ThThThTh n 测定标本体积 取出标本用细绳将标本放在水中浸湿 然后轻缓放入装满水的铁筒中 同时用空量筒收集被排出的水 待铁筒中水面平静后 放正量筒并读取量筒中的水量V 此 数即为标本体积 cm3 也可用标本在空气和水中的质量差 作为标本的体积 利用水的比 重是1的原理 测定要求 距离r量准到0 2cm 体积V量准到5cm3 仪器探头附近的磁性干扰物如强磁性标本 铁筒等不得在仪器对任何一块标本测定的 过程中移动 测定过程中标本架 探头支撑杆也不得晃动 更不准移动 在一块标本测定 期间 还要避免周围人员的活动 此外注意采用双探头时n0 应不变 采用单探头时n0也是 基本不变的 如果有小的变动 在经过日变改正后 应是基本不变的 如果出现n0变化 可能是在测定期间 有磁性体的移动或仪器出现问题 务必查清原因 并重新测定 用第一位置测定时 各读数应满足 0 654321 2 2 2 n nnnnnn 用第二位置测定时 各读数应满足 0 654321 2 2 2 n nnnnnn 计算磁性参数 高斯第一位置时 视磁化率 剩余磁化强度Jr的计算公式分别为 SIn nn n nn n nn VT r 410 2223 5 6 0 65 0 43 0 21 0 3 mAnnnnnn V r Jr 10 2 5 32 65 2 43 2 21 3 当进行定向标本测定时还要计算剩余磁化强度的偏角和倾角 一般标本进行剩余磁化 强度的偏角和倾角的计算是没有意义的 偏角 43 211 tan nn nn 注 方位角由偏角公式中的分子分母的正负组合决定 倾角 2 43 2 21 651 tan nnnn nn 高斯第二位置时 SI nn n nn n nn n VT r 410 2223 10 665 0 43 0 21 0 0 3 mAnnnnnn V r Jr 10 5 32 65 2 43 2 21 3 34 121 tan nn nn 2 43 2 21 561 tan nnnn nn 式中 r cm 标本中心到探头中心距离 V cm3 标本体积 T0 Oe 当地总磁场值 这里一定要注意 与Jr的单位分别为10 6 4 SI和10 3A m 在过去的资料里都使用 的是10 6CGSM 因为1A m 10 3CGSM 1SI 1 4 CGSM 所以 它们的值是一样的 如 过去 测得某块标本的磁化率为2000 10 6CGSM 那么用SI制就是2000 10 64 SI 为便于新旧 资料的对比 切忌采用其它单位表示 以上测得的磁化率为视磁化率 当 小于0 01SI时 退磁作用对岩 矿 石的 磁性影响不是很大 一般把视磁化率就当作真磁化率了 但当 大于0 01SI 即796 10 64 SI 时 退磁作用对岩 矿 石的磁性影响就很突出 这时就要进行退磁改正 即利用近 似球体标本的计算公式求得其真磁化率 3 3 3 1 1 退磁作用 磁性物质 如岩矿石标本 都是具有一定形状和有限大小的磁介质 它在 外磁场 如地磁场 T0作用下 在其内部产生一个反抗外磁场 T0 磁化作用的磁场强度 Hi 这种作用就称为退磁作用 1 16 41 16 4 磁参数统计整理与图示 磁参数统计整理与图示 磁参数是受复杂地质因素制约的一种随机变量 统计的目的是以每一类岩 矿 石标 本所测得的一批不同参数的随机变量中找出它们常见值和常见变化范围 由于磁参数一般 均满足算术正态分布或对数正态分布的规律 因此磁参数统计一般采用两种统计方法 即 统计计算和统计图示 1 统计计算 平均值 k A 算术平均值 n i im k n k 1 1 这种平均法在数据分组后 计算组中值时常用 B 几何平均值 n n i iR kk 1 1 这种平均法在数据小于 30 个时常用 C 加权平均值 n i i n i iis mkmk 11 这种平均法在由许多组数据参加平均时常用 平均时以组中值作计算 各组数据 i k 的个数为权 i m 常见值 在一批数据中 出现次数最多的那个数据 就叫做该批数据 c k c k 的常见值 其求法后面再讲 极差 在一批数据中 最大 kmax 与最小值 kmin 之差叫作极差 k minmax kkk 方差 各个数据 与平均值 或常见值 之差的平方和 再取这个 i k m k c k 和的平方根就叫作方差 根据平均值的不同 方差计算可分为 A 算术方差 n i mis kk n 1 2 1 1 B 几何方差 2 lg lg 1 1 lg RiR k n 常见变化范围 同种岩 矿 石的一批标本中 磁参数值是在一定范围内变化的 磁参数统计一般是以常见值加减 0 5 2 倍的方差作为数据的常见变化范围的 上述平均值 常见值 常见变化范围 极差 方差统称为磁参数的统计特征数 前三者表 现了数据的集中位置 后两者表现了数据的分散程度 2 统计图示 利用统计图示的方法统计特征数 一般步骤是 统计分组 编制统计表 绘制直方图 制作频率曲线及玫瑰图等 在此基础上由图上确定其统计特征数值 岩 矿 石标本的定名和统计分组 对被测的岩 矿 石标本进行整理统计时 首先应正确地定出标本的名称 而后才能 按其同类标本进行分组统计 标本正确定名后 将参加统计的一批同类标本进行分组 分组的依据按同类标本实测 数据的个数 块数 N 再由下图中查出对应的分组数 A 组距的选择 定好分组数以后 就要选择每组之间的差值 这个差值称为组距 d 组距的选择可 以从从如下几个方面考虑 A 若标本实测数据变化不大时 组距按算术坐标来确定 A kk A k d minmax 组距 极差 B 若标本实测数据变化很大时 组距按对数坐标来确定 A cmkk dd 的对数坐标上的距离 在模数为与25 6 minmax 以上两个组距的概念是有差异的 d 是每组数据之间的差值 而 dd是 kmax与 kMIN在模 数