《磁法勘探》01 第一章 地球的磁场

第一章地球的磁场地球的磁场§1.1地磁场及其分布规律§1.2地磁场的构成与起源§1.3稳定磁场和磁偶极子§1.4地磁场的解析表示§1.5变化磁场§1.1地磁场及其分布规律地磁场：地球本身及其周围空间存在的磁场。宏观上看，地球磁场与位于球心的磁偶极子磁场相似；地球的磁场地球的磁场在水平面内自由旋转的磁针，当其静止时，总是停留在一个确定的方向上，即磁针的N极指向近地理北极;若磁针的旋转轴为水平时，磁针可在垂直面内自由旋转，磁针有一个倾斜角叫磁倾角，在北半球磁针N极下倾；磁倾角随着观测点的位置、观测点和时间的变化而发生变化；地球的磁场受地磁场作用，磁针的变化地球的磁场地磁场：在任意点,地磁场有大小和方向，它们都是可测量的描述地磁场大小和方向的物理量，称作地磁要素§1.1地磁要素及其分布规律磁偏角D磁倾角I总磁场强度T垂直磁场强度Z水平磁场强度HH水平X分量(北向分量)H水平Y分量(东向分量)直角坐标系下，地磁要素有(7个)：§1.1地磁要素及其分布规律直角坐标系的定义：以测点为坐标原点

X轴指向地理北

Y轴指向地理东

Z轴垂直指向地心各地磁要素的定义：

TH

X

Y

Z

ID地磁要素§1.1地磁要素及其分布地磁要素之间的互换关系§1.1地磁要素及其分布地磁要素分组(X,Y,Z)直角坐标系(H,Z,D)柱坐标系(H,D,I)求坐标系只要测定每一组中的三个要素，就可以求出其他要素。§1.1地磁要素及其分布§1.1地磁要素及其分布地磁场是空间和时间的函数需要实际测量实际测量方式：（1）固定点上连续测量地磁台（2）野外测点间断测量地磁图§1.1地磁要素及其分布地磁要素随时间变化，所以，将不同时刻观测数据归算到某一特定日期（1月1日0时0分），称作通化在地图上将各地磁要素数值相等点连成曲线，所成的地磁要素等值线图称作地磁图地磁图§1.1地磁要素及其分布天文学家哈雷于1701年编成了大西洋地磁偏角图；一百多年后，地磁场水平分量和总强度的等值线图于1827年问世地磁图§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场总强度－T§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场总强度－T在大部分地区，等值线与纬线近乎平行强度值在磁赤道附近约为0.3O一0.4Oe;由此向两极逐渐增大，在南北两磁极处总强度值大约是0.6-0.7Oe磁场强度单位：1伽马=10-5奥斯特磁感应强度单位：1纳特=10-9特斯拉纳特和伽马不是相等的含义，一个是磁感应强度，一个是磁场强度，只是相当。§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场水平强度－H§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场水平强度－H沿地理纬度方向排列的曲线族从南极到北极，数值先由0逐渐的增大到最大，然后再逐渐减小到0，最大值在赤道附近最大值在不同的子午线上有差别，磁场强度最大的0.4奥斯特，在巽他群岛附近§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场垂直强度－Z§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场垂直强度－Z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，在磁极处达到最大，约为磁赤道附近水平强度值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，表示垂直分量指向上。§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场磁倾角－I§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场磁倾角－I大致和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)1=90º，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，且在地球表面上的位置也不是对称的。§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场磁偏角－D§1.1地磁要素及其分布地磁图基本磁场磁偏角－D从一点出发会聚于另一点的曲线族在南北两半球上会聚于四个点，分别是磁极和地极聚会点上磁北方向可以从0º变到360º，即没有固定的磁偏角。

磁极处，水平强度为0，倾角为90º，水平面内能自由转动的磁针可停在任意位置

地理极处，地理子午线概念失去意义有两条D=0º的等偏线，把D分为正负两个区§1.1地磁要素及其分布地磁图基本规律地球有两个磁极，与地理极靠近。磁极上水平分量为0，垂直分量最大，磁偏角没有一定值。水平分量无论在何处（极地附近以外）都指向北；垂直分量在北半球指向下，南半球则向上（说明什么？北半球是S或N？）两极处总磁场强度约0.6-0.7奥斯特，赤道处约0.3-0.4奥斯特，两倍关系。磁倾角随纬度按一定规律变化，与偶极子磁场分布相似地球的磁化不均匀，磁轴与地球自转轴不重合§1.1地磁要素及其分布我国地磁要素分布规律磁偏角的零偏线由蒙古穿过我国中部偏西的甘肃省和西藏自治区延伸到尼泊尔、印度。零偏线以东偏角为负，其变化由0º至-11º;零偏线以西为正，变化范围由0º至5º磁倾角由南向北，I值由-10º增至70º地磁场水平强度(H)从南至北，H值由0.4Oe降至0.21Oe垂直强度自南至北由-0.1Oe增加到0.56Oe总场强度由南到北，变化值为0.41Oe至0.6Oe绪论要点1.地磁学主要研究领域6个：古地磁学、磁法勘探、地磁生物学、空间环境预测、气象、地震预测2.地磁信息的特点连续性，频率低、频带宽，动态范围大，随机性3.磁法勘探的基本原理磁性差异通过观测和分析由岩石、矿石或其他探测对象磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源或其他探测对象分布规律的一种地球物理方法。4.磁法勘探的分类按照观测对象、观测地点不同分类5.磁法勘探的工作方法设计阶段施工阶段数据整理阶段解释分析和提交成果报告地球磁场要点1.地磁要素

表征地磁场大小和方向特征的物理量7个2.地磁图在地图上将各地磁要素相等的点连成曲线，编绘成各地磁要素等值线图注意通化！3.地磁场随空间、时间变化的基本特征类似磁偶极子磁场特征地球的磁场§1.1地磁场及其分布规律§1.2地磁场的构成与起源§1.3稳定磁场和磁偶极子§1.4地磁场的解析表示§1.5变化磁场§1.2地磁场的组成及起源地磁场的组成地面上观测所得到的地磁场T是各种不同成分的磁场之总和场源分布有的在地球内部，有的在地面之上的大气层中按来源和变化规律不同，可将地磁场分为两部分一：主要来源于固体地球内部的稳定磁场TS二：主要起因于固体地球外部的变化磁场δT因而，地磁场T可以表示为将地磁场作为均匀磁化球体的磁场只是初级近似地磁场的组成继1838年高斯提出球谐分析之后，1885年由A·史密特(A.Schmidt)利用总磁场的球谐分析方法和面积分法，把稳定磁场和变化磁场分解为起源于地球内、外的两部分，故有Tsi-起因于地球内部的稳定磁场，占稳定磁场总量的99%以上是起源于地球外§1.2地磁场的组成及起源地磁场的组成Tsi---起因于地球内部的稳定磁场，占稳定磁场总量的99%以上Tsc---是起源于地球外部的稳定磁场，仅占1%以下δTi---是变化磁场的外源场，约占变化磁场总量的2/3δTc---为内源场,约占其总量的1/3,实际上也是由于外部电流感应而引起的。一般情况下，变化场为稳定场的万分之几到千分之几，偶尔可达到百分之几。§1.2地磁场的组成及起源地磁场的组成T0--中心偶极子磁场Tm--非偶极子磁场，也称为大陆磁场或世界异常地球基本磁场=T0+Tm编制的世界地磁图大多为地球基本磁场的分布图其中T0场几乎占80%一85%，故它代表了地磁场空间分布的主要特征通常所指的地球稳定磁场主要是内源稳定场，它由以下三部分组成:§1.2地磁场的组成及起源地磁场的组成Ta--地壳内的岩石矿物及地质体在基本磁场磁化作用下所产生的磁场，称之为地壳磁场，又称为异常场或磁异常Ta‘局部异常--分布范围一般在数千米或数十千米者Ta“区域磁场--达数百或数千千米者对编制世界地磁图来说，均属全球地磁场的局部现象，应属于光滑滤波除掉的部分对于磁力勘探来说，测定和研究地壳磁场，则是解决地质构造和矿产资源调查的一个重要研究对象。通常所指的地球稳定磁场主要是内源稳定场，它由以下三部分组成:§1.2地磁场的组成及起源地磁场的组成式中外源稳定磁场Tsc，因数量级极小，通常可被忽略。地球磁场的构成可用下式表示:§1.2地磁场的组成及起源正常场和异常场按研究地磁场的目的不同，将地磁场分两部分：正常地磁场(正常场)和磁异常(异常场)

§1.2地磁场的组成及起源地磁学研究中，有确定的正常地磁场和明确含义的磁异常的概念。通常情况下，正常场和异常场是相对的概念正常磁场可认为是磁异常(即所要研究的磁场)的背景场或基准场

研究大陆磁异常，则将中心偶极子场作为正常地磁场;研究地壳磁场时，以中心偶极子场和大陆磁场之和为其正常场正常场的选择是根据所研究磁异常的要求而确定的磁法勘探中的正常场和异常场§1.2地磁场的组成及起源在弱磁性或非磁性地层中要圈定强磁性岩体或矿体，通常将前者所引起的磁场作为正常背景场，而后者产生的磁场为磁异常有时要在磁性岩层中圈定非磁性地层，这时可把磁性岩层的磁场作为正常场，而非磁性地层中的磁场相对变化为异常场。划分依据：需要解决的地质问题的对象不同、测区大小不同以及场源深度不同等磁法勘探中解释磁异常：以正常背景场作为基准场，有效地提取所要研究对象的磁场变化，进一步研究其异常场与所要解决的各种地质问题的对应关系磁异常的测量磁异常是一个矢量场Ta直接测量Ta的大小和方向比较困难

实际工作中测量Ta的分量，Za、Ha、ΔT，分别称为垂直磁异常、水平磁异常和总强度磁异常一般采用相对测量和绝对测量两种办法

相对测量只需测出测点磁场值对于正常场中某一固定点上磁场的相对值即可

绝对测量则测出磁场各点的实际值，再以测点值与正常场中某一固定点(基点)上的绝对值相减得到异常值§1.2地磁场的组成及起源磁异常的测量磁异常各分量Za、Hax、Hay、ΔT可分别表示为§1.2地磁场的组成及起源Z0、H0x、H0y、T0

正常场中基点上的磁场值T0为Z0、H0x、H0y

点分量的合成模量Z、Hx、Hy为相应测点上的磁场值T为Z、Hx、Hy

三分量的合成模量ΔT是T和T0的模量差；Ta是T和T0的矢量差地磁场的组成磁异常

主要指地壳浅部具有磁性的岩石或矿石所引起的局部磁场，它叠加在基本磁场之上。§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源地球磁场起源问题一直是一个没有解决的重大地球物理难题大量的地磁资料，丰富的地磁现象强烈地吸引着长于理性思维，爱好寻根问底的数学家、物理学家地球磁场：令科学家着迷§1.2地磁场的组成及起源爱因斯坦

地球磁场起源是物理学上最困难的问题之一！地磁场的起源从1600年英国人吉尔伯特提出（假说）：地球磁场起源与地球内部，像个永久磁铁；1839年,德国著名数学家Gauss把位场理论用于地磁场研究，从而奠定了近代地磁学的数学基础；

Gauss的计算指出：地磁场主要起源于地球内部。

这一结论看起来与200多年前Gilbert的猜想不谋而合，但Gauss的结论是依据严格的位场理论的，是对Gilbert假说的物理证明。§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源物理学家不满足于“地磁场起源于地球内部”这一简单论断,他们更感兴趣的是:“地球内部”究竟是什么地方?那里的物质处于怎样的物理状态?发生着怎样的物理过程?人类怎样认知发生在这些不可到达地区的过程?类似的过程是否在其他天体内部也存在?§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源从1600年吉尔伯特提出永久磁化理论400多年来，至少有10多种地磁起源假说或理论问世，有些假设已经被否定，有些假设尚有一定的意义。目前，公认的假说：

自激发电机假说§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源对地磁场起源理论的基本要求：物理上合理

符合电磁学、力学、热力学等基本规律回答地磁场基本问题：§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源地磁场的基本问题（1）为什么地球会有磁场？（2）为什么地磁场会长期存在（至少为地球年龄的70%）？（3）为什么地磁场中偶极子场占优势？（4）为什么地磁场长期缓慢变化，而变化又不大？（5）为什么平均地磁轴与地球自转轴相吻合？§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源地磁场基本问题（6）为什么地磁场极性会倒转？（7）为什么地磁场倒转频率很大？（8）为什么没有占优势极性？…等等一个成功的地磁场起源理论回答这些问题；不仅解释过去，还要预言未来地磁场趋势§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源为什么其它一些行星、卫星也有磁场？这些磁场是否可以用统一机制来解释？为什么太阳有磁场、月球无磁场？§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源基本理论磁化理论感应理论电流理论波动理论发动机理论§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源基本理论永久磁化理论（吉尔伯特，1600）：根据地球表面磁场类似一个地心磁偶极子产生的磁场→永久磁化理论因为：均匀磁化球体=中心磁偶极子§1.2地磁场的组成及起源永久磁化理论（吉尔伯特，1600）问题：地球的平均磁化强度应为80A/m，达到天然岩石的上限20km~30km以下地温达到居里点（约600度），失去磁性，所以地壳岩石磁化强度高达600A/m完全不可能！地磁场的起源基本理论巨体旋转理论（布莱克特，1947）地球、太阳和室女星座78号星的磁矩与转矩之比很接近§1.2地磁场的组成及起源巨体旋转理论（布莱克特，1947）存在未知的物理定律：巨大天体具有机械转矩与磁矩成正比。依次说明地磁场的起源。为此，他专门设计了无定向磁力仪，测量随地球转动的纯金球的微弱磁场，实验结果否定。地磁场的起源基本理论磁暴感应理论（查特里，1956）磁暴经常发生，起源于磁层环电流他认为：磁暴的反复发生，形成了地磁场问题：磁层环电流是由于地磁偶极子场存在产生的即使不考虑它，要形成今天这样的地磁偶极子场，需要100亿年以上（地球只有50多亿年）§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源基本理论旋转电荷理论（1900）漂移电流理论（1955）残余电流自由衰减理论（1883）热电效应理论（1939）电池效应（1958，1990）地核发动机理论（1919，1946，1949）§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源自激发电机理论自激发电机理论的前提：地核是一个导电的流体地核中原来存在着微弱的磁场在地核流体中，持续发生着差异运动或对流§1.2地磁场的组成及起源自激发电机理论：按照磁流体力学的规律形成的地核电流体和原来弱磁场的相互作用，通过感应方式电流自身形成的磁场又可持续不断的再生磁场，从而增强原来的磁场。由于地核电流体持续运动而不断提供能量，因而引起一种自激发电机效应，由于能量的不断消耗和供应，磁场增强到一定程度就稳定下来，形成现在的地球基本磁场。地磁场的起源基本理论1919年拉莫尔提出天体磁场起源的发动机假说，《像太阳这样的旋转天体怎样成为磁性体？》§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源基本理论地核的运动§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源基本理论2000年BruceA.Buffett在巨型计算机上花了2000多小时（复杂的偏微分方程组，在给定边界条件和初始条件下，求解地核内地磁场、速度场、密度场、温度场等的变化），得到模拟结果：§1.2地磁场的组成及起源地磁场的起源基本理论存在的问题：能源问题尚难定论重要参数（如地核环流场强度、粘性）难以准确估计地核流动状态众说纷纭，等等发动机理论和数值模拟需要发展完善§1.2地磁场的组成及起源地球的磁场§1.1地磁场及其分布规律§1.2地磁场的构成与起源§1.3稳定磁场和磁偶极子§1.4地磁场的解析表示§1.5变化磁场稳定磁场磁场由电流或运动电荷激发。稳定磁场（静电场）

如果电流稳定不变，则周围空间的磁场也稳定不变§1.3稳定磁场和磁偶极子稳定磁场问题

在研究磁场的基本方程的基础上解决磁场分布和场源分布之间的计算问题。稳定磁场磁法勘探中研究：介质中无传导电流情况下的稳定磁场。§1.3稳定磁场和磁偶极子稳定磁场的基本方程式：

稳定磁场§1.3稳定磁场和磁偶极子标量的梯度的旋度为0，因假设：式中U为磁标势泊松方程求U的解（x0,y0,z0）观测点坐标(x,y,z)体元dv的坐标v磁化强度分布的区域稳定磁场§1.3稳定磁场和磁偶极子无磁介质存在的空间，K=0,M=0所以即磁势满足拉普拉斯方程。地球表面的外部空间，无传导电流，也无磁性介质，所以磁势满足拉普拉斯方程。磁偶极子场§1.3稳定磁场和磁偶极子电偶极子是两个分隔一段距离，电量相等，正负相反的电荷磁偶极子是一圈封闭循环的电流磁荷（磁单极子）不能被证实也不能被否定磁偶极子场§1.3稳定磁场和磁偶极子转换并运用散度定理特殊情况下，当v为无限小体积∆v时，且，则式中是对场源点坐标进行，若对观测点P进行磁偶极子场§1.3稳定磁场和磁偶极子再考虑到：磁偶极子磁势：磁偶极子场从磁荷出发推导§1.3稳定磁场和磁偶极子引力位与磁位磁场强度的定义：单位正磁荷所受的力真空中，磁感应强度B定义为稳定磁场H也是保守场，故也可以引入磁位U对于磁单极，磁位：磁偶极子场从磁荷出发推导§1.3稳定磁场和磁偶极子磁偶极子磁场磁极矩P点磁位U磁偶极子场从磁荷出发推导§1.3稳定磁场和磁偶极子磁偶极子磁场磁偶极子场从磁荷出发推导§1.3稳定磁场和磁偶极子地表任意点P点磁位则P点磁位§1.3稳定磁场和磁偶极子磁化强度用来描述介质的磁化状态，宏观分子流反应磁化结果。有磁介质存在时的任意磁场中：国际单位制（SI）中，B的单位为特（斯拉），符号T高斯单位制（CGSM）中，B的单位为高斯，符号Gs

两单位之间的转换：1Gs=10-4T1nT=10-9TCGSM单位制中，磁场强度H的单位为奥斯特，符号Oe1γ=10-5Oe真空中，μ=1，所以B和H的量纲相同单位Gs和Oe相等1γ=10-5Oe=10-5Gs10-9nT=1γ§1.3稳定磁场和磁偶极子国际单位制（SI）中，μ的单位为亨/米，符号H/mμ0=4π*10-7H/m高斯单位制（CGSM）中，μ0=1，所以B0=HSI中B0和H数值不同，量纲不同CGSM中，两者可不加区分，自由使用地磁要素中的总磁场强度T实际上是指B，即磁感应强度。§1.3稳定磁场和磁偶极子磁场强度H：

磁感应强度B：地磁要素中地磁场总强度T实际上指B，即是磁感应强度能直接用实验方法测定的只是磁感应强度B，而磁场强度H则是一种导出物理量§1.3稳定磁场和磁偶极子地磁要素中地磁场总强度T实际上指B，即是磁感应强度，故：因为§1.3稳定磁场和磁偶极子直角坐标系变量与球心球坐标系关系（假设磁轴与地轴重合）直角坐标系变量与球心球坐标系有如下关系§1.3稳定磁场和磁偶极子（假设磁轴与地轴重合）则§1.3稳定磁场和磁偶极子则P点磁倾角：在两极在赤道在两极处，垂直场强度是赤道处水平场强度的2倍地球的磁场§1.1地磁场及其分布规律§1.2地磁场的构成与起源§1.3稳定磁场和磁偶极子§1.4地磁场的解析表示§1.5变化磁场§1.4地磁场的解析表示高斯球谐分析→数学分析方法描述全球地磁场的分布及长期变化特征，建立国际地磁参考场模型(IGRF：internationalgeomagneticreferencefield）条件：地磁场稳定磁场来源于地球内部ΔU=0(场源外)求解该方程U在球坐标系下更加简洁：§1.4地磁场的解析表示磁位U的拉普拉斯方程ΔU=0，球坐标系：分离变量，令U(r,θ,λ)=R(r)∙H(θ)∙Ф(λ)，可解得拉普拉斯方程的一般解，从而获得内源场和外源场的磁位球谐表示。设，外源场磁位为0，则内源场的球谐表达式：施密特准归一化的缔合勒让德函数n阶m次缔合勒让德多项式§1.4地磁场的解析表示内源场球谐表达式Anm

、Bnm阶为内源场磁位的球谐级数系数n=0时，磁位表达式n=0时，磁位为0，表示磁源体内正、负电荷之和为0。所以表达式中阶次从1开始。§1.4地磁场的解析表示内源场球谐表达式地磁场三个轴向磁场强度分量，X、Y、ZR国际参考球半径，即地球平均半径，R=6371.2kmθ=90º-φ

，

φ为P点的地理纬度，λ为以格林尼治向东起算的P点经度坐标

n阶m次高斯球谐系数§1.4地磁场的解析表示地磁场的高斯球谐表达式如果已知球谐系数和某点地理坐标经纬度，则可计算地球表面r=R和外部r>R的任一点的地磁要素三分量

。§1.4地磁场的解析表示地磁场的高斯球谐表达式由实测场值Xi、Yi、Zi计算高斯球谐分析系数§1.4地磁场的解析表示高斯球谐分析模型作为国际地磁参考场模型（IGRF）IGRF由一组高斯球谐系数，以及其年变率组成，作为地球基本磁场和其长期变化的数学模型规定国际上每5年发表一次球谐系数，及绘制一套世界地磁图§1.4地磁场的解析表示类似：物理信号级数展开；地磁场球谐系数展开，数学手段，但球谐级数的每一项都有一定的物理意义：n=1，地心偶极子场；n=2，四极子场；n=3，八极子场；…有人认为n=13是地核场和地壳场额分界点n≤13表示地核场，n≥13表示地壳场目前一般取n=m=10因此利用IGRF进行正行场校正有可能有不足，地磁场不恒定§1.4地磁场的解析表示地磁场的正常梯度对于地心偶极子场沿子午线方向的梯度：沿高度方向的梯度：§1.4地磁场的解析表示例子：北京地区1986年，Z=46329nTH=29460nTR=6371km当高度升高1km时，Z、H分别减小21.8和13.8nT；向两极方向移动1km，Z绝对值增加9.2nT,H减小3.6nT§1.4地磁场的解析表示正常梯度校正（改正）地磁场正常梯度值随地理坐标以及高度变化而变化，因此，在较大面积范围进行地面及航空高精度磁测时，必须消除随地理坐标以及高度变化的影响，这种影响的校正叫正常梯度校正。地磁场是空间和时间的函数地磁场各要素随空间变化情况体现出偶极子场特点地磁场是空间和时间的函数地磁场各要素随时间变化情况－变化磁场§1.5变化磁场地磁场是空间和时间的函数地磁场各要素随空间变化情况体现出偶极子场特点地磁场是空间和时间的函数地磁场各要素随时间变化情况－变化磁场§1.5变化磁场从特征和成因讲，分两类：长期变化:内部场源缓慢的变化而导致的长期变化场如磁极倒转、磁极漂移；短期变化:来源于地球外部场源引起的变化如地磁日变、磁暴§1.5变化磁场1.4变化磁场地磁场的长期变化：地球基本磁场随时间的缓慢变化，亦称世纪变化。地磁场长期变化的时空规律是探索地球内部物质运动的重要线索，是固体地球物理中的一个重要课题。一、长期变化场§1.5变化磁场1.4变化磁场特征：随时间变化缓慢，周期长研究方式：

1.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

2.对更长周期变化场的研究，如考古地磁及古地磁等，可追索得到古代地磁场的长期变化场的许多重要资料一、长期变化场§1.5变化磁场1.4变化磁场§1.5变化磁场伦敦的磁偏角和磁偏角长期变化三个特点：1.等变线图与地磁要素等值线图几乎没有相似之处，说明长期变化与非偶极子磁场变化关系密切2.地磁场的向西漂移，不止长期变化中心向西漂移，数值也在变化3.地球磁矩的衰减变化，1835-1960年平均每年以0.05%速率递减。可能解释了地磁倒转的征兆。7-8ka是磁矩最基本的变化周期。一、长期变化场§1.5变化磁场1835年地球磁矩（高斯计算）为8.5x1022Am21900年为8.32x1022Am21980年为7.91x1022Am22000年为7.78x1022Am22000年后，接近0

磁极倒转？一、长期变化场§1.5变化磁场磁极倒转现象证实：古地磁研究在测定岩石的剩余磁性时，发现相当一批岩石的磁化方向与现在的地磁场方向相反，于是就推测地磁场发生了180°的改变，原来的磁北极转变为磁南极，磁南极则变成了磁北极。事实证明，在地球历史上确实发生过这种变化，而且还一再地发生。一、长期变化场§1.5变化磁场磁极倒转现象证实：海洋磁条带异常从1940s开始，由于军事上的需要对海底磁场进行了系统的观测，发现以大洋脊为中心，两侧对称地交替分布着正磁极性(磁极与现代的一致)与反磁极性(磁极与现代相反)的两类岩石；离扩张中心越远，岩石年龄越老。为地球科学中的板块构造理论的出现，提供了重要的依据。一、长期变化场§1.5变化磁场地磁倒转现象发现：极大地推动了古地磁学的发展在全球广泛开展了对火山岩、沉积岩、海底和湖底沉积的古地磁测量黄土沉积的古地磁研究具有我国独有的特色由此产生的“地磁极性年表”，为地质学提供了一个独立的时间标尺一、长期变化场§1.5变化磁场一、长期变化场§1.5变化磁场随着取得的资料增多，建立的地磁年代表以不同时期地磁极翻转为主要特征：一种地磁极性期平均可持续22万年，短的仅持续3万年，长的可达500万年。每次磁极倒转过程仅持续数百年到上千年，此时表现为磁场强度大幅度减弱，磁极缓慢转动，直到完全翻转，才达到稳定。一、长期变化场§1.5变化磁场Halley在300多年前就已经注意到的地磁场西漂