第三章 磁法3

1、第三章第三章Geomagnetics第二节第二节 磁力仪及野外工作方法磁力仪及野外工作方法一、磁力仪用来测定磁场变化的装置或仪器。（一）磁力仪分类（一）磁力仪分类按物理原按物理原理及结构理及结构电子式电子式机械式机械式悬丝式磁力仪悬丝式磁力仪刃口式磁力仪刃口式磁力仪超导磁力仪超导磁力仪磁通门磁力仪磁通门磁力仪质子旋进磁力仪质子旋进磁力仪光泵磁力仪光泵磁力仪（二）磁力仪工作原理（二）磁力仪工作原理1、悬丝式磁力仪。 用于地面磁测，用一个可绕固定轴自由旋转的磁棒在磁场中的偏转角(用重力矩平衡)来测定，测量的是相对于一个固定点的改变值。2、磁通门磁力仪： 用透磁合金或类似物质作灵敏元件，围绕元件有一

2、个线圈，产生交变磁场，将灵敏元件激发到接近饱和状态（在弱磁场中就能达到磁饱和状态）。如果无外加磁场存在，元件中感应的交变磁场在正反两个半周期内是对称的；若存在一个沿元件轴的外加磁场,，则元件在一个半周期内比在另一个半周期内将更快地达到饱和状态，因而引起的磁通量不能互相抵消 。根据这种现象可测定外加磁场的大小。其测量精度为5纳特左右。3、质子旋进磁力仪： 是根据仪器探头内的液体所含的氢质子在地磁场中自由旋进的现象设计的，精度为1nT左右,广泛用于地面、航空和海洋磁测。 拉莫尔旋进运动拉莫尔旋进运动质子旋进示意图质子旋进示意图测量原理： 理论物理研究表明，氢质子旋进的角速度与磁场T的大小成正比，即

3、： =pT质子绕地磁场旋进的角频率质子绕地磁场旋进的角频率T地磁场强度地磁场强度p磁旋比磁旋比4、光泵磁力仪： 20世纪50年代开始用于物探方面。原理： 原子受到外磁场作用会发生塞曼分裂，即同一个F值的能级，分裂成2F+1个磁次能级，相邻磁次能级之间的能量差与外磁场成正比。 工作物质通常选用氦或铷、铯蒸气。利用光能将原子的能态激发到同一个能级上（称为光泵作用）。 精度可达0.01nT，灵敏度可达2nT，可在变化幅度较大的磁场范围内工作。 5、超导磁力仪： 20世纪60年代中期研制成功的高灵敏磁力仪，但因为装备复杂、费用较高，在物探中应用较少。原理： 某些金属如锡、铅、锌、铌、钽和一些合金等，当

4、温度降到绝对零度附近某一温度以下时，其电阻突然将为零值，具有这种性质的物体称为超导体。 利用超导体在磁场中的某些特性测定外磁场强度，精度可达10-8nT，灵敏度为10-6nT，测量范围从零到几千Oe。二、磁测工作方法二、磁测工作方法 与接受重力任务一样，在接受磁测任务时，必须认真分析测区的地质、地球物理前提，即（1）、探测对象与围岩之间是否有明显的磁性差异？（2）、探测对象是否有一定的规模，埋藏深度和磁化强度如何？（3）、其它磁体产生的干扰磁场能否分辨或清除？（一）磁测任务（一）磁测任务 任务：通过磁异常形态特征来寻找和评价矿产，配合矿区勘探工作。 根据对磁异常研究的详细程度，可将磁测分为普查

5、和详查：（1）、在小比例尺地质填图中探测结晶基底的起伏及内部构造，研究盖层沉积构造的形态，追索大断裂带。（2）、在中、大比例尺地质填图中确定岩层接触带、圈定岩体、构造破碎带、断层和岩脉等。（3）、在矿产资源勘查中通过进一步寻找磁异常来查明地质构造或矿产。详查：通常选在成矿有利地段被发现的异常详查：通常选在成矿有利地段被发现的异常或粗略推测为矿体引起的异常上进行的磁测。或粗略推测为矿体引起的异常上进行的磁测。磁测任务及相应的比例尺磁测任务及相应的比例尺（二）磁测比例尺、测网和精度 与重力测量类似（三）岩（矿）石磁参数的测量 测量岩矿石磁参数是磁法勘探必不可少的环节；u在确定磁测任务时，除了收集测

6、区内外的磁参数资料，还需测定一定数量的岩、矿石磁参数，作为设计的依据；u施工阶段，要在全测区，特别是主要异常地段采集大量的岩、矿石标本加以测定；u通过统计整理求得各类岩、矿石磁参数的最常见值；u有时还需采集定向标本并测定它们的磁化方向。u这些磁性资料可以作为推断解释的第一手材料。（四）磁测的野外工作 1、地面磁测（1）选则基点：选在磁场稳定的地方，如沉积岩区或磁性干扰较小的地区。测区较大时，要设立一些分基点作为辅助测量用。（2）测点观测：有一定的技术要求。（五）磁测资料的整理与图示1、资料整理 以求得各测点相对于基点的磁场差值 在强磁场区：该差值就认为磁异常值 弱磁场区：温度2、磁异常的图示

7、最基本图件、图件的特点及绘制方法均与重力勘探相应的图件类似。第三节第三节 磁性体的磁场磁性体的磁场 正演问题：根据已知磁性体计算其磁场分布； 反演问题：根据已知的磁场分布确定磁性体的磁性参量和几何参量；一、计算磁性体磁场的简化条件一、计算磁性体磁场的简化条件为了便于分析，做如下简化：为了便于分析，做如下简化：观测面水平；观测面水平；磁性体为简单规则形体；磁性体为简单规则形体；磁性体是孤立的；磁性体是孤立的；磁体被均匀磁化；磁体被均匀磁化；剩余磁化强度与感应磁化强度方向一致剩余磁化强度与感应磁化强度方向一致或不考虑剩磁；或不考虑剩磁；围岩无磁性。围岩无磁性。二、地质体磁异常要素二、地质体磁异常要

8、素（一）各个磁异常要素的地质意义000coscos coscos sinsinaaaaxayaTTT TTTTTTTTHIAHIAZI当时，磁异常总强度矢量磁异常总强度矢量TaTa为地磁场总强度为地磁场总强度T T与正常场与正常场ToTo的矢的矢量差，即：量差，即：TaTa在垂直方向的分量在垂直方向的分量ZaZa称为垂直磁异常称为垂直磁异常，在水平面内，在水平面内的分量的分量HaHa称为水平磁异常称为水平磁异常，HaHa又分为又分为HaxHax和和HayHay。在实际中，在实际中，进行进行相对测量时相对测量时，直接测量测点与基点的地，直接测量测点与基点的地磁场差值，即：磁场差值，即：Za=Z-

9、ZoZa=Z-Zo； Hax= Hx-HoxHax= Hx-Hox；Hay= HyHay= Hy-Hoy-Hoy进行进行绝对测量时绝对测量时，直接测定的是测点与基点，直接测定的是测点与基点的地磁场的绝对值，然后算出两个点的地磁的地磁场的绝对值，然后算出两个点的地磁场差值，即：场差值，即：TTo-T=注意：注意：T T不是不是TaTa的模量，如图所示。的模量，如图所示。TToTaTT与Ta关系图000coscos coscos sinsinaaaaxayaTTT TTTTTTTTHIAHIAZI当时，即：磁体的总磁场标量异常即：磁体的总磁场标量异常T T可近似看做总磁异可近似看做总磁异常常TaT

10、a在在ToTo方向的分量，因此，方向的分量，因此， T T的物理意义与的物理意义与HaHa、ZaZa类似，都是类似，都是TaTa在固定方向的分量。在固定方向的分量。但在但在TaToTaA0o时，即磁体走向为任意方向，则有：Js=（Jx2+Jz2）1/2 =J（cos2Icos2A+sin2I）1/2tgi=Jz/Jx=tgI/cosA Jz Js J I i I0o时，时， T曲线是介于曲线是介于Za曲线与曲线与Ha曲曲线之间的非对称曲线。线之间的非对称曲线。2、当、当A= 90o时，即剖面为磁东西方向时，则有：时，即剖面为磁东西方向时，则有： 说明，当说明，当A= 90o时，时， T曲线与曲

11、线与Za曲线相同，曲线相同，其幅值或小于或等于其幅值或小于或等于Za。 当当I=90o时，时， T=Za。 当当I=0o时，时， T=0，说明在，说明在低纬度地区低纬度地区选择选择磁东西剖面磁东西剖面是是观测不到观测不到单磁极的单磁极的T异常异常的。的。T=（x2 + h2）3/2mh sinIxcosIT=（x2 + h2）3/2mhsinI类似分析得正点磁荷的磁场为：Ta =x2 + h2mZa（x2 + h2）3/2-mh=Ha（x2 + h2）3/2mx=JsTaXr正点磁极的磁场正点磁极的磁场2、双磁极 埋深较大的顺轴磁化向下延伸有限柱体，可看作上负下正的双磁极。()()aaaZZm

12、ZmZa（）（xlcosa）2 +（ holsina ）23/2m=holsina-mZa（）（）holsina（xlcosa）2 +（ holsina ）23/2=设柱体长为设柱体长为2l2l，倾角为，倾角为a a，中心埋深为中心埋深为hoho，柱体中心在，柱体中心在地面的投影为坐标原点地面的投影为坐标原点O O，则有：则有：Za（m）Za（m）Za = m（xlcosa）2 +（ holsina ）23/2holsinaholsina（xlcosa）2 +（ holsina ）23/2则有则有双极的磁场双极的磁场 可见，Za(-m)和Za(+m) 分别产生正的、负的对称异常曲线，叠加后成为

13、非对称曲线。（二）球体的磁场囊状、巢状的磁体可视为球体。可以看做是双极磁场之间距离2l趋近于0的情形。取球体中心在地面的取球体中心在地面的投影点为坐标原点，投影点为坐标原点，设设J Js s为有效磁化强度，为有效磁化强度，i i为有效磁化倾角，将为有效磁化倾角，将2 2l l等于等于0 0代入双极磁场代入双极磁场公式，得公式，得Js（x2 + ho2）5/2Ms（2ho2 x2）sini3hoxcosiZa=（x2 + ho2）5/2Ms（2ho2 x2）Za=当剖面为东西向（当剖面为东西向（A=90o，i=90o ），即垂直磁化时，有），即垂直磁化时，有当当x=0时时, ho32MsZamax=其中，其中， Ms=Js V，称为球体的，称为球体的有效磁距有效磁距，V为球体体积。为球体体积。Js（x2 + ho2）5/2Ms（2ho2 x2）sini3hoxcosiZa=当剖面为南北向时（即当剖面为南北向时（即A=0o，i=I ），即斜磁化时，有），