1、第三章 磁法勘探,22:59,1,我們的祖先最早發(fā)現(xiàn)磁石！,22:59,2,600 BCE: Thales (Greek philosopher) describes the mutual attraction of lodestones.,泰勒斯,22:59,3,100: Chinese scholars note that lodestones point in certain directions. 1119: China develops first navigational compass.,22:59,4,22:59,5,1590: Galileo Galilei quantifi

2、es Earths gravity.,William Gilbert,Galileo,1600: William Gilbert proclaims, “The whole Earth is a magnet!”,22:59,6,16世紀末，指南針傳入歐洲，英國人威廉.吉爾伯特做了這樣的實驗，他把一塊吸鐵石磨制成圓球形，用小磁針測試這圓球面上的磁力分布。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小磁針傾斜的情況與當(dāng)時地面上實測的磁傾角很相似 為此他斷言，地球本身就是一個巨大的球形磁體，并且地球的磁性作用是從地球內(nèi)部發(fā)出的 從吉爾伯特那個時代開始，倫敦就開始了地磁場的系統(tǒng)觀測，至今已幾百年,22:59,7,1630: Swe

3、den uses magnetism to prospect for iron ore. 1672: Jean Richer observes that pendulums measure the geopotential.,擺,首次嘗試用羅盤,22:59,8,1687: Isaac Newton publishes Universal Law of Gravitation.,22:59,9,1746: Pierre Bouguer credited with first observations of the shape of the earth.,Pierre Bouguer,22:59,

4、10,1799-1822: Pierre-Simon Laplace brings calculus to classical mechanics (Laplaces equation).,22:59,11,1855-1859: John Pratt and George Airy famously argue about isostasy.,John Pratt,George Airy,22:59,12,1838: Carl Friedrich Gauss describes Earths magnetic field in spherical harmonics.,Carl Gauss,2

5、2:59,13,1862: James Clerk Maxwell develops classical electrodynamics.,22:59,14,1901: The first geologic application of gravity was conducted by Roland von Etvs and Hugo de Boeckh,Roland von Etvs,22:59,15,1910: Max Thomas Edelmann makes first airborne magnetic measurements (from a balloon).,22:59,16,

6、1923: Veining Meinesz measures gravity at sea.,Vening Meinesz,22:59,17,1941: Victor Vacquier and colleagues develop the fluxgate magnetometer.,Victor Vacquier,22:59,18,1944: The USGS conducts first airborne magnetic survey.,USGS Aeromagnetic survey, 1947,22:59,19,1963: Fred Vine and Drummond Matthew

7、s use marine magnetic anomalies to confirm sea-floor spreading.,Fred Vine,海底擴張,22:59,20,1979: Magsat launched, the first satellite specifically designed to study crustal magnetic anomalies.,22:59,21,2000: CHAMP satellite (German) launched to measure gravity and magnetic fields at low orbit (455-300

8、km),22:59,22,2002: GRACE launched (NASA and Germany). Twin satellites to measure Earths gravity,22:59,23,2008: China launches SinoProbe,22:59,24,2013: SWARM launched by the European Space Agency. Three satellites in 2 polar orbits, to measure geomagnetic field,22:59,25,什么是磁法勘探？,它是以地殼中各種巖礦石等介質(zhì)磁性差異為基礎(chǔ)

9、，通過觀測和研究天然磁場及人工磁場的變化規(guī)律以探查地質(zhì)構(gòu)造、尋找礦產(chǎn)等的一種物探方法。 分類：航空磁測、地面磁測、海洋磁測、井中磁測,22:59,26,航空磁測是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的方法,廣泛應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、儲油氣構(gòu)造和含煤構(gòu)造勘查、成礦遠景預(yù)測，以及尋找大型磁鐵礦礦床等,22:59,27,地面磁測應(yīng)用最早也最廣泛，而今它是在航空磁測資料的基礎(chǔ)上所做的更詳細的磁測工作，用以判斷引起磁異常的地質(zhì)原因及磁性體的賦存形態(tài)。在地質(zhì)調(diào)查的各個階段都有廣泛的應(yīng)用。,22:59,28,海洋磁測是在質(zhì)子旋進式磁力儀問世后才發(fā)展起來的。 它是綜合性海洋地質(zhì)調(diào)查的組成部分，此外，還用于尋找濱海砂礦，以及

10、為海底工程（尋找沉船、敷設(shè)電纜、管道等）服務(wù)。,22:59,29,井中磁測是地面磁測向地下的延伸，主要用于劃分磁性巖層，尋找盲礦等，其資料對地面起印證和補充作用。,22:59,30,磁法勘探與重力勘探間的幾點差別,就異常的幅值而言，磁法異常比重力異常大得多（最大重力異常值僅為正常重力值的萬分之五；但最大磁異常比正常地磁場大一倍） 重力異常反映的地質(zhì)因素較多，而磁異常反映的地質(zhì)因素較單一 密度體只有一個質(zhì)量中心，磁性體則有兩個磁性中心（磁極）。且它們的相對位置因地而異；不同緯度區(qū)，重力異常特征不變但磁異常要改變，磁異常特征總比相應(yīng)的重力異常復(fù)雜,22:59,31,磁法勘探的應(yīng)用,直接尋找具有磁性

11、的金屬礦體，如磁鐵礦、磁黃鐵礦等；間接尋找無磁性的金屬礦與非金屬礦體，如鉛鋅礦、銅礦、石棉礦等 各種比例尺的地質(zhì)填圖，如圈定磁性的巖體、斷裂等 勘探油氣構(gòu)造、預(yù)測成礦遠景區(qū) 研究大地構(gòu)造、了解結(jié)晶基底的起伏等 在古地磁學(xué)方面的應(yīng)用等 開發(fā)區(qū)工程勘察、核電站選址、大壩選址，尋找沉船、炸彈等金屬遺棄物、地下管道，考古等方面,22:59,32,本章主要內(nèi)容,磁法勘探的理論基礎(chǔ) 磁力儀及磁測工作方法 磁性體的磁場 磁異常的推斷解釋 磁法勘探的應(yīng)用,22:59,33,1. 磁法勘探的理論基礎(chǔ),1.1 有關(guān)的磁學(xué)知識 磁場 磁性：磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的特性，稱為磁性 磁性體：具有磁性的物體 磁極：磁

12、性體中兩個磁性最強的部位，指北的一極稱為指北極或正磁極（N），指南的一極稱為指南極或負磁極（S） 磁力：磁極不僅有明顯的吸鐵作用，而且不同極性的磁鐵之間還存在著相互作用，即同性磁極互相排斥，異性磁極相互吸引；這種排斥力和吸引力統(tǒng)稱為磁力 磁荷：正磁荷-集中在N極，負磁荷-集中在S極,22:59,34,注意： 磁荷是人類將磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象進行類比后，虛構(gòu)的磁體內(nèi)存在的“磁荷”概念；現(xiàn)代科學(xué)告訴我們，磁荷并不存在，磁性也不是磁荷而是帶電質(zhì)點運動引起的。 但是歷史上由磁荷觀點建立的磁學(xué)宏觀理論，后來都能用分子電流觀點做出正確解釋，且按磁荷觀點簡單明了；使用方便，故這里仍以磁荷理論作為方法的基礎(chǔ)。,22

13、:59,35,兩個點磁極間的相互作用力為： 磁庫侖定律 磁場：磁力作用的物質(zhì)空間稱為磁場；磁極間的相互作用力是通過磁場來傳遞的 磁場強度（H）：單位正磁荷在磁場中某一點所受的力，稱為該點的磁場強度，用H表示，單位為A/m（安培/米） 方向為單位正磁荷在場中受力的方向。,22:59,36,真空磁導(dǎo)率,磁場中任一點的磁場強度可由N極和S極在該點磁場強度來合成 磁力線：稱由磁體的正極出發(fā)終止于負極、用來反映磁場中各點的磁場強度的封閉曲線為磁力線；磁力線上任一點的切線方向就是該點的磁場強度方向；磁力線的疏密程度表示該點磁場強度的大小，曲線越密集，磁場強度越大。,22:59,37,磁化 將原來不顯磁性的

14、物體放入磁場中，由于磁場的作用，該物體即表現(xiàn)出磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化，被磁化的物體稱為磁化體；原則上，一切物質(zhì)都可以被磁化，但被磁化程度有很大區(qū)別。 設(shè)一長為l，橫截面積為S的磁化棒，若磁棒被視為沿l方向定向排列的一系列小單元磁鐵組成，其內(nèi)部單元磁鐵的磁荷都互相抵消，則磁棒只有末端表面匯集了磁荷，且兩端磁荷異性、等量；物體磁化越強，磁極的磁荷面密度就越大。 磁化強度：表示物體磁化強弱的物理量（M） V是磁化體的體積,22:59,38,上式中，m為平面電流環(huán)所定義的磁矩， 式中，I為電流，S為電流環(huán)所包圍的面積 它與磁棒的磁矩有下列關(guān)系 則 ，單位A/m M與m方向相同。磁矩是磁化物體很重要的參

15、數(shù)，可以直接被測量出，SI單位（安培平方米）,22:59,39,磁偶極子：由兩個等量異性磁極組成，它的實體和磁極間距都無限小，但是磁矩m有限； 可代表一個理想的單元磁鐵； 其產(chǎn)生的場即偶極子場。 通過位場理論可證明：均勻磁化球體外部的磁場和它在中心放一個磁矩相等的偶極子產(chǎn)生的磁場完全一樣；地球的磁場也類似于一個磁化球體的場。 磁化強度（M）或磁極化強度（J）-表示物體被磁化的程度。 磁化強度（M）-單位體積的總磁矩 磁極化強度（J）-單位體積的總磁偶極矩 在SI單位制中Pm與m、J與M之間的關(guān)系：,22:59,40,當(dāng)物體磁化后，若磁體內(nèi)各處的磁化強度大小相等，方向相同，則稱該磁體為均勻磁化體

16、。均勻磁化體內(nèi)無磁荷分布，僅在其表面有磁荷分布。 面磁荷密度（ ）與磁化強度M的關(guān)系,22:59,41,能夠被磁化的物體當(dāng)受到外磁場H的作用時，其本身就獲得一定程度的磁化。當(dāng)去掉外加磁場時，磁化就消失。這種磁化被認為是由外加磁場感應(yīng)產(chǎn)生的，稱為感應(yīng)磁化強度Mi。 然而有些物質(zhì)（如鐵、鈷、鎳）和許多巖石（特別是玄武巖）即使不加外磁場也顯示出較強磁性，該現(xiàn)象被認為是由永久或剩余磁化強度Mr引起的。,22:59,42,這里只討論感應(yīng)磁化強度和外加磁場強度H平行并成比例的物質(zhì)。 磁化強度（Mi）與外磁場（H）的關(guān)系 實驗表明，當(dāng)物體體積較大時，則 Mi=H -磁化率，表示物質(zhì)被磁化的難易程度。 Mi與

17、的單位 SI單位制中：Mi和H的單位是A/m，是無量綱的。,22:59,43,磁感應(yīng)強度B:磁化場在真空（或空氣）地區(qū)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度， ，當(dāng)把一個能被磁化的物體帶進這個地區(qū)，Mi在物體所占的區(qū)域內(nèi)會建立一個附加的磁感應(yīng)強度。則物體體內(nèi)總磁感應(yīng)強度為 式中： ，分別稱為絕對磁導(dǎo)率和相對磁導(dǎo)率 磁感應(yīng)強度B的單位在CGSM制中為高斯（Gs），SI制中為特斯拉（T）；1T=10000Gs.,22:59,44,在磁法勘探CGSM制中，由于真空（或空氣）中， ，故B與H相同，兩者可不加區(qū)分地應(yīng)用，單位為，SI制中B的單位為納特（nT），它們的關(guān)系是： 真空中： 空氣和沉積巖中： 磁法勘探中，由于地磁場

18、的存在，磁力儀測定的參數(shù)是磁感應(yīng)強度；因此在磁性體參數(shù)計算以及在磁異常正、反問題的討論中，一律使用磁感應(yīng)強度的概念，單位采用特斯拉，實用單位為納特,22:59,45,礦物的磁性 反/逆/抗磁性礦物（磁化率為負的物質(zhì)） （磁化率）很小，一般為10-5SI（ ） 常見礦物：巖鹽、石膏、方解石、石英、大理石、石墨、金剛石、長石 順磁性礦物（具有正磁化率的物質(zhì)） 10-3SI () 常見礦物：黑云母、角閃石、輝石、蛇紋石、石榴子石等,22:59,46,鐵磁性礦物 及Mr都很大 常見礦物：磁鐵礦、鈦磁鐵礦、磁赤鐵礦、磁黃鐵礦等 巖石的磁性主要由這一類礦物來決定。,22:59,47,巖（礦）石磁性的一般特

19、征 火成巖磁性變質(zhì)巖磁性沉積巖磁性,22:59,48,a. 火成巖 由酸性中性基性超基性，磁性由弱強。 同一成分的火成巖其磁性不同，噴出巖磁性侵入巖磁性。 不同時代的同一成分火成巖其磁性不同，年代新的磁性年代老的磁性。 同一成分巖體的不同巖相帶磁性不同，由邊緣相過渡相中心相，磁性由強弱。 具有明顯的天然剩余磁性。,22:59,49,b. 變質(zhì)巖 正變質(zhì)巖磁性副變質(zhì)巖磁性。 層狀結(jié)構(gòu)的變質(zhì)巖，往往具有磁各向異性，即順著層面方向的磁化率大于垂直層面方向的磁化率。 c. 沉積巖 及Mr都很小，磁性很弱，通常認為它是無磁性,22:59,50,d. 非金屬礦 磁性很弱-可視為無磁性的 e. 金屬礦 除前

20、述的磁鐵礦、鈦磁鐵礦、磁黃鐵礦、方黃銅礦及磁赤鐵礦具有強磁性外，其它絕大多數(shù)金屬礦亦可看成是無磁性的,22:59,51,影響巖、礦石磁性的因素 鐵磁性礦物含量 含量越高，巖石磁性越強，但并不呈簡單的線性關(guān)系 鐵磁性礦物顆粒大小及結(jié)構(gòu) 當(dāng)鐵磁性礦物含量一定時，顆粒越大，磁性越強 當(dāng)磁性礦物顆粒大小、含量都相同時，顆粒相互呈膠結(jié)者比顆粒呈分散狀者磁性強。,22:59,52,巖、礦石形狀對磁性的影響 當(dāng)磁性體為有限體時，被地磁場磁化后，在磁體內(nèi)部要產(chǎn)生一個與外磁場相反的磁場（稱為消磁場或退磁場），則要產(chǎn)生消磁（或退磁）作用，而使磁性體的磁化強度減小，亦即使巖、礦體的磁性減小。,22:59,53,其它

21、因素的影響 應(yīng)力作用使巖石沿應(yīng)力方向磁性減小，如斷裂、破碎帶上磁性減弱 變質(zhì)、蝕變作用，往往使巖石磁性增強,22:59,54,研究巖石磁性的意義 研究巖石的磁性，對正確解釋磁測資料必不可少 在火山巖地區(qū)，研究巖石的磁性，對于正確判斷異常的地質(zhì)原因有重要的意義,22:59,55,1. 磁法勘探的理論基礎(chǔ),1.2 巖（礦）石的磁性 巖（礦）石磁性的構(gòu)成 感應(yīng)磁化強度（Mi） 巖、礦石被現(xiàn)代地磁場磁化后，所獲得的磁化強度。其方向與地磁方向一致。 天然剩余磁化強度（Mr） 巖、礦石形成時，被當(dāng)時地磁場磁化后保留下來的磁化強度。 剩余磁化強度與現(xiàn)代地磁場無關(guān)，其方向與巖礦石形成時的地磁場方向一致。,22

22、:59,56,總磁化強度M 由于地磁場在地球上各地是一個定值（已知值），故在磁法勘探中，研究巖、礦石磁性的主要內(nèi)容是： （磁化率） Mr（剩余磁化強度） M（總磁化強度）,22:59,57,巖、礦石的天然剩余磁化強度 一般來講：巖、礦石的Mr與它們的有關(guān)， 大的巖、礦石，其Mr亦強。故火成巖的Mr一般都較大，不少情況下，MrMi；沉積巖的Mr很小，且MrMi,22:59,58,巖石的剩余磁性/磁化強度 自然界中巖石在成巖時期的地磁場作用下所獲得的剩余磁性，稱為天然剩余磁性，通常用NRM表示，它是古地磁學(xué)的研究對象。 不同類別的巖石獲得的天然剩余磁性的類型是截然不同的。 天然剩余磁性的類型有：熱

23、剩余磁性，化學(xué)剩余磁性，沉積剩余磁性，黏滯剩余磁性和等溫剩余磁性。,22:59,59,a. 熱剩磁TRM 火成巖的剩余磁化方式主要是熱剩磁。 所謂熱剩磁就是熾熱熔巖，其溫度都在磁性礦物居里點（500700C）以上，從地下噴出地面后在地磁場中冷卻至常溫的過程中，磁性礦物因受到當(dāng)?shù)亍?dāng)時地磁場的作用，而平行于地磁場的方向被磁化，其結(jié)果獲得很強的剩磁，這種剩磁稱為熱剩磁。,22:59,60,22:59,61,熱剩磁有以下幾個特點： 熱剩磁的強度大。弱磁場中，熱剩磁比常溫下用外磁場磁化后的剩磁（稱為等溫剩磁）強幾十至幾百倍。 熱剩磁的方向與外場一致。因此，火成巖的天然剩磁方向一般代表巖石形成時期的地磁

24、場方向。 在弱磁場中熱剩磁的強度正比于外磁場感應(yīng)強度B JTRM=CTB 式中，CT為比例系數(shù)。因此，如能用實驗方法確定CT ，就可根據(jù)火成巖的天然剩磁強度推算古地磁場強度。,22:59,62,熱剩磁主要在居里點附近獲得 在有外磁場存在時，將巖石從居里點TC冷卻，在冷卻過程中不斷測定巖石的剩磁強度，作出溫度T與磁化強度J的關(guān)系曲線，大致如下圖的TRM曲線所示。由圖可見，熱剩磁主要在居里點附近獲得。,22:59,63,熱剩磁有很高的穩(wěn)定性 觀測表明，巖石形成時的地磁場方向被完全“固定”在磁性礦物單疇中，在整個地質(zhì)時期內(nèi)保持不變。 巖石在弱磁場中獲得的熱剩磁具有很高的抗干擾能力。 外磁場的變化、溫

25、度在200300C內(nèi)的熱作用，很難引起熱剩磁的變化。,22:59,64,b. 沉積剩磁（DRM） 巖石碎屑攜帶原已具有剩余磁性的礦物顆粒在靜水中沉淀，在成巖（包括沉積、壓實、固化等）過程中，由于地磁場的作用，使礦物顆粒的剩余磁性按著當(dāng)時的地磁場方向取向并被固定下來的剩磁叫做沉積剩磁。 沉積剩磁很穩(wěn)定。,22:59,65,c. 化學(xué)剩磁（CRM） 某些礦物在地磁場環(huán)境中，低于居里溫度的條件下，發(fā)生了化學(xué)變化或重新結(jié)晶，也可能獲得相當(dāng)高的磁化強度。 礦物通過這種方式獲得的剩磁就叫化學(xué)剩磁。 化學(xué)剩磁的穩(wěn)定性也很高，其方向與當(dāng)時的地磁場方向一致，其強度與當(dāng)時的地磁場強度成正比。 如：赤鐵礦變成磁鐵礦

26、時就可獲得化學(xué)剩磁。 以上三種剩磁，統(tǒng)稱為原生剩磁。,22:59,66,1.3 地球的磁場 存在地球周圍的具有磁力作用的 空間，稱為地球的磁場。 地磁要素 上述各分量的方向與相應(yīng)坐標軸 的方向一致為正，反之為負。 選取觀測點為坐標原點 H-水平分量（方向指向磁北） I-磁傾角。矢量B下傾，I為正；矢量B上傾，I為負。 D-磁偏角。矢量H東偏，D為正；矢量H西偏，D為負。,22:59,67,1. 磁法勘探的理論基礎(chǔ),上述的B、X、Y、Z、H、I、D各量都是表示地磁場大小和方向的物理量，稱為地磁要素。 由圖可見各分量間的關(guān)系為： 地磁絕對測量中，通常測定 I、D、H三要素的絕對值。 磁法勘探則是測

27、定Z或B的相對值。,22:59,68,地球的磁場,通過 和 的平面叫當(dāng)?shù)氐拇抛游缑妫?xoz平面叫地理子午面； 以上各關(guān)系中地磁要素可以分為三組，即 只要測出一組中的三個要素，就可算出其它要素。三組要素分別對應(yīng)直角坐標系、柱坐標系和球坐標系,22:59,69,地磁圖及地磁要素分布的基本特征 地磁圖 為了研究地磁要素在地表的分布特征，在世界各地建立了許多固定的測點（地磁臺）及野外觀測點，在這些點上測定地磁要素的絕對值，將地磁絕對測量的成果繪制成地磁要素的等值線圖，這種圖稱為地磁圖。 通常按要素分別繪制如下地磁圖,22:59,70,總磁場強度（B）等值線圖,特征：等值線與緯度線近似平行，在磁赤道約

28、3000040000nT，向兩極增大，在兩極約為6000070000nT,22:59,71,世界地磁場總強度等值線圖,在大部分地區(qū)，等值線與緯度接近于平行，其強度值在赤道附近約為3000040000nT，由此向兩極逐漸增大，在南北兩極處總強度值大約是6000070000nT。,22:59,72,22:59,73,水平強度（H）等值線圖,特征：沿緯度線排列，在磁赤道附近最大，向兩極減小趨于零，全球各點除兩磁極區(qū)外都指向北。,22:59,74,世界地磁場H分量等值線圖,其等值線也是大致沿緯度線方向排列延展，在磁赤道附近最大，約為40000nT，隨著緯度向兩極升高，H值逐漸減小最后趨于零，在南、北兩

29、磁極處H=0。,22:59,75,世界地磁場H分量等值線圖,22:59,76,垂直強度（Z）等值線圖,特征：與緯度線大致平行，在磁赤道Z=0，向兩極絕對值增大，磁赤道以北Z0，以南Z0.,22:59,77,世界地磁場Z分量等值線圖,其等值線在赤道附近Z=0，由此向兩極絕對值逐漸增大，在磁極處達到6000070000nT，約為磁赤道附近水平強度值的兩倍。,22:59,78,世界地磁場Z分量等值線圖,22:59,79,等傾（I）線圖,特征：與緯度大致平行，零傾線在地理赤道附近，稱為磁赤道，它不是一條直線，磁赤道向北傾角為正，向南為負。,22:59,80,世界地磁傾角等值線圖,等傾線大致與緯度線平行

30、，其中零度等傾線即磁赤道；由磁赤道向兩磁極，I由00 逐漸變?yōu)?00 。,22:59,81,世界地磁傾角等值線圖,22:59,82,等偏（D）線圖,特征：從一點出發(fā)匯聚于另一點的曲線簇，明顯地匯聚于南北兩磁極區(qū)，兩條零偏線將全球分為正負兩個部分。,22:59,83,世界地磁偏角等值線圖,等偏線圖為從一點出發(fā)匯聚于另一點的曲線簇。其中兩條零度等偏線將全球劃分為正、負兩個區(qū)域。等偏線在南北半球各有兩個匯聚點，它們是兩個磁極和兩個地理極，,22:59,84,地球的磁場,地磁場的實際觀測： 一、地磁臺連續(xù)觀測地磁要素絕對值及隨時間變化場值； 目前世界上有近 200個永久地磁臺。世界上第一個地磁臺是17

31、94年建在蘇門答臘島的馬爾伯勒堡臺。中國的地磁臺始建于1870年。20世紀50年代后，開始在多處設(shè)臺。 二、野外測點間斷地測定地磁要素絕對值。,22:59,85,中國地磁臺站分布圖（中國地震局）,22:59,86,中國地磁地球物理臺網(wǎng),22:59,87,地磁場的構(gòu)成 地磁場由基本磁場、外源磁場和磁異常組成 基本磁場（主磁場）：占地磁場99%以上，包括偶極子磁場（占基本磁場的80%85%）、大陸磁場（非偶極子場） （占基本磁場的15%20%）和磁場的長期變化 外源磁場：短周期變化，包括日變（規(guī)律）、磁暴和磁擾（無規(guī)律）,22:59,88,磁偶極子場與地磁極 地磁場與一個均勻磁化球體的磁場相似 與

32、實際地磁場擬合最佳的磁偶極子其磁矩值為8x1022AM2 ,偶極子的軸與地理軸間存在約11.5的夾角，磁偶極子中心與地心重合，這個偶極子成為最佳擬合中心偶極子 最佳擬合中心偶極子產(chǎn)生的磁場稱為磁偶極子場，該場占基本磁場的8085%,22:59,89,最佳擬合中心偶極軸交于地球表面兩點，它們稱為地磁極；北半球的稱為地磁北極，南半球的稱為地磁南極；它們是虛設(shè)的，但可以計算出來 規(guī)定地磁極位置的地理坐標是：78.5N, 75W(位于格林蘭西北）；78.5S, 110E(南極洲境內(nèi)） 地球表面上磁場垂直指向下的兩點（I=90，H=0)叫做磁極 磁極是真實存在的，是可以測出來的，并且是隨時間在變的 磁極

33、的位置用地理緯度坐標來標定,22:59,90,地心磁偶極子的磁場,22:59,91,應(yīng)當(dāng)指出的是，在地理北極附近吸引羅盤指北極的是地球的南磁極。但是，按照慣例把地理北極附近的磁極稱為地球的北磁極，而把地理南極附近的磁極稱為南磁極。,22:59,92,大陸磁場,雖然中心偶極子場與地球的實際磁場近似，兩者各地磁要素分布基本特征大致吻合，但在相當(dāng)廣大的區(qū)域內(nèi)兩者之間存在著明顯的差異。 研究發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)部產(chǎn)生的基本磁場除中心偶極子磁場外，還包含大約1520%的非偶極子磁場，又稱大陸磁異常,22:59,93,大陸磁場（非偶極子場）,22:59,94,大陸磁場,上圖表明，大陸磁場（非偶極子場）繞6個中心分

34、布，每個中心都有各自的極性，較大異常延伸達幾千千米，幅度達16000nT 。 這些大規(guī)模的異常與地理和地質(zhì)沒有明顯的對應(yīng)關(guān)系，幾乎可以肯定是由地球內(nèi)部的深源引起的。,22:59,95,地磁場的長期變化,對地磁場的長期觀測表明，基本地磁場還有一個隨時間緩慢向西漂移的變化，稱為地磁場的長期變化 這種變化一般持續(xù)幾十年至幾百年 基本地磁場不但量級變化，方向也緩慢變化 近幾百年數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析： （1）地球磁矩的衰減變化 （2）地球磁場向西漂移,22:59,96,地磁場的長期變化,倫敦臺記錄的磁偏角和磁傾角的變化,22:59,97,地磁場的長期變化,在測定巖石的剩余磁性時，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一批巖石的磁化方向與現(xiàn)

35、在的地磁場方向相反，于是就推測地磁場發(fā)生了180的改變，原來的磁北極轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍蠘O，磁南極則變成了磁北極。這種現(xiàn)象被稱為地磁極倒轉(zhuǎn)或地磁場翻轉(zhuǎn)。事實證明，在地球歷史上確實發(fā)生過這種變化，而且還一再地發(fā)生。,22:59,98,從1940s開始，由于軍事上的需要對海底磁場進行了系統(tǒng)的觀測發(fā)現(xiàn)以大洋脊為中心，兩側(cè)對稱地交替分布著正磁極性(磁極與現(xiàn)代的一致)與反磁極性(磁極與現(xiàn)代相反)的兩類巖石；離擴張中心越遠，巖石年齡越老. 為地球科學(xué)中的板塊構(gòu)造理論的出現(xiàn)，提供了重要的依據(jù)。 隨著取得的資料增多，逐步建立了以不同時期地磁極翻轉(zhuǎn)為主要特征的地磁年代表。一種地磁極性期平均可持續(xù)22萬年(短的僅持續(xù)3萬年

36、，長的可達500萬年)。每次磁極倒轉(zhuǎn)過程僅持續(xù)數(shù)百年到上千年，此時表現(xiàn)為磁場強度大幅度減弱，磁極緩慢轉(zhuǎn)動，直到完全翻轉(zhuǎn)，才達到穩(wěn)定。,22:59,99,外源磁場,起源于地球外部并疊加在基本磁場上的短周期變化的磁場，只占地磁場很小一部分（不足1%），但組成比較復(fù)雜 基本可分為兩類：一類是連續(xù)出現(xiàn)有周期性的規(guī)律變化，包括周期為11年，即與太陽黑子活動周期一致的磁變化，和以一個太陽日為周期的日變；另一類是偶然發(fā)生的時間短暫的復(fù)雜變化，主要由磁暴和磁擾,22:59,100,外源磁場,變化類型： 前者稱為平靜變化，后者稱為擾動變化 （1）平靜變化：來源于電離層內(nèi)長期存在的電流體系的周期性改變 （2）擾動

37、變化：由磁層結(jié)構(gòu)、電離層中電流體系及太陽輻射等的變化引起,22:59,101,太陽黑子,太陽黑子側(cè)面圖像,22:59,102,太陽黑子與地球大小的比較,太陽黑子爆炸,22:59,103,太陽黑子,太陽黑子是太陽的光球?qū)由弦恍╀鰷u狀的氣流，黑子本身并不黑，之所以看得黑是因為比起光球來，它的溫度要低一、二千度，在更加明亮的光球襯托下，它就成為看起來像是沒有什么亮光的、暗黑的黑子。太陽黑子產(chǎn)生的帶電離子，可以破壞地球高空的電離層，使大氣發(fā)生異常，還會干擾地球磁場，從而使電訊中斷。黑子的活動周期為11.2年,22:59,104,平靜太陽日變化,平靜太陽日變化簡稱日變，是以一個太陽日為變化周期的地磁場短

38、期變化。 它的特點是隨地區(qū)和時間的變化而變化，同一磁緯度圈的不同地點日變形態(tài)是一樣的。 白天變化幅度比夜間大；夏天變化幅度比冬天大。,22:59,105,南方城市不同季節(jié)的日變曲線,22:59,106,平靜太陽日變化,22:59,107,外源磁場,擾動變化 磁擾：磁場的無規(guī)律突然變化 磁暴：強度大的磁擾稱為磁暴 是由太陽噴射出來的粒子流受地磁場作用而形成的，在地磁赤道處磁暴最強，隨著緯度升高而減弱。 磁暴一般全球同時發(fā)生，強度幾百至上千納特，可持續(xù)幾天,22:59,108,外源磁場,1959年7月14日磁暴曲線,22:59,109,北京地磁臺觀測到的磁暴,22:59,110,磁異常（Ba） 消

39、除了各種短期變化的磁場后，實測地磁場與基本磁場（即正常磁場）之差值，稱為磁異常。即：Ba=B觀-B0 場源：地殼中被地磁場磁化了的巖石、巖體、礦體或地質(zhì)構(gòu)造。 磁異常是在這些場源周圍空間形成、并疊加在地磁場上的次生磁場。 區(qū)域異常：場源-范圍較大的深部磁性巖、礦體及地質(zhì)構(gòu)造；特征-異常分布范圍較大、幅值小、變化平緩。 局部異常：場源-范圍較小的淺部磁性巖、礦體及地質(zhì)構(gòu)造；特征-異常分布范圍小、強度大、變化陡。,22:59,111,磁法勘探中，磁異常和正常磁場的概念只具有相對意義，可根據(jù)待解決的地質(zhì)問題和探測對象來確定 在地質(zhì)填圖中，若要在磁性巖層中圈定非磁性巖層，則磁性巖層上的磁場為正常磁場，

40、而在磁性巖層上磁場降低的部分為磁異常；反之，若要在非磁性巖層中圈定磁性巖層，則正常磁場和磁異常的定義必須反過來 在磁性巖層中尋找磁鐵礦時，磁性巖層的磁場屬于正常磁場，而對應(yīng)于礦體的磁場增高部分則是磁異常,22:59,112,磁法所觀測的磁異常 按觀測要素的不同，磁異常有不同的名稱，即： 垂直磁異常（測定垂直分量的相對變化） （對應(yīng)的，還有水平磁異常） 總磁場強度異常（測定總磁場強度的相對變化）,22:59,113,地磁場起源,地球磁場起源問題一直是一個沒有解決的重大地球物理難題。 大量的地磁資料，豐富的地磁現(xiàn)象強烈地吸引著長于理性思維，愛好尋根問底的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家,22:59,114,160

41、0年英國人吉爾伯特（Gilbert）提出（假說）：地球磁場起源于地球內(nèi)部，像個永久磁鐵； 1839年,德國著名數(shù)學(xué)家Gauss 把位場理論用于地磁場研究，從而奠定了近代地磁學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) Gauss 的計算指出,地磁場主要起源于地球內(nèi)部. 這一結(jié)論看起來與200多年前Gilbert 的猜想不謀而合,但Gauss 的結(jié)論是依據(jù)嚴格的位場理論的,是對Gilbert假說的物理證明.,22:59,115,主要地磁起源理論： 磁化理論； 感應(yīng)理論； 電流理論； 波動理論； 發(fā)動機理論,22:59,116,地磁場的解析表示,高斯球諧分析模型作為國際地磁參考場模型（IGRF）: 有一組高斯球諧系數(shù) 以及其年變

42、率組成，作為地球基本磁場和其長期變化的數(shù)學(xué)模型，并規(guī)定國際上每5年發(fā)表一次球諧系數(shù)，及繪制一套世界地磁圖。,22:59,117,地磁場的正常梯度,地球表面正常分布的地磁場強度隨距離的變化率稱為地磁場的正常梯度。經(jīng)常采用的單位為nT/km。,22:59,118,地磁場的正常梯度,地磁場的正常梯度（對于地心偶極子場） 沿子午線方向的梯度,22:59,119,地磁場的正常梯度,地磁場的正常梯度（對于地心偶極子場） 沿子午線方向的梯度,22:59,120,地磁場的正常梯度,22:59,121,地磁場的正常梯度,地磁場的正常梯度（對于地心偶極子場） 沿高度方向的梯度,22:59,122,地磁場的正常梯度

43、,地磁場的正常梯度（對于地心偶極子場） 沿高度方向的梯度,22:59,123,地磁場的正常梯度,22:59,124,地磁場的正常梯度,一般情況下，地磁場南北方向的梯度遠大于東西方向的梯度。 正常梯度值是隨緯度而變化的。 地磁場垂直分量的正常梯度值在低緯度地區(qū)較大，在高緯度地區(qū)較小，而水平分量的正常梯度值與此相反。 我國由南到北垂直分量的正常梯度值的變化范圍約為13.06.5納特公里。,22:59,125,地磁場的正常梯度,正常梯度校正（改正） 地磁場正常梯度值隨地理坐標以及高度變化而變化，因此，在較大面積范圍進行地面或航空高精度磁測時，必須消除隨地理坐標以及高度變化的影響，這種影響的校正叫正常

44、梯度校正。,22:59,126,2. 磁力儀及磁測工作方法,2.1 磁力儀 用來測定磁場變化的裝置（或工具），稱為磁力儀。 機械式磁力儀 電子式磁力儀 主要包括：質(zhì)子磁力儀（質(zhì)子旋進磁力儀）、磁通門磁力儀、光泵磁力儀、超導(dǎo)磁力儀,22:59,127,磁法勘探儀器 1特斯拉（T）=109納特（nT）nT常用單位 機械式磁力儀：精度5nT，刃口式，懸絲式，相對測量儀器 質(zhì)子磁力儀：精度0.1nT，T=23.4874f（nT），f-拉摩爾旋進頻率，絕對測量儀器 磁通門磁力儀：精度1020nT，高磁導(dǎo)率坡莫合金，利用電磁感應(yīng)信號來測Za，相對測量儀器 光泵磁力儀：精度0.01nT，T=0.035684

45、f，f-躍遷頻率，絕對測量儀器 超導(dǎo)磁力儀：精度10-6nT，能測出10-3nT 梯度儀 航空、海洋、衛(wèi)星磁力,22:59,128,22:59,129,22:59,130,22:59,131,22:59,132,22:59,133,22:59,134,2. 磁力儀及磁測工作方法,2.2 磁測工作方法 磁測工作根據(jù)對磁異常研究的詳細程度，可將磁測分為普查和詳查 在小比例尺地質(zhì)填圖中 探測結(jié)晶基底的起伏及內(nèi)部構(gòu)造，研究蓋層沉積構(gòu)造的形態(tài)，追索大斷裂帶等 在中、大比例尺地質(zhì)填圖中 確定巖層接觸帶、圈定巖體、構(gòu)造破碎帶、斷層和巖脈等 在礦產(chǎn)資源勘查中 通過進一步研究磁異常來查明地質(zhì)構(gòu)造或礦產(chǎn),22:5

46、9,135,測量比例尺和測網(wǎng),22:59,136,通常通過測量磁場隨空間位置的變化來研究地質(zhì)體所產(chǎn)生的磁異常。利用磁力儀在野外進行觀測前，首先要建立基點，即將基點的磁場視為測區(qū)磁場的零點。所謂磁異常的強弱、正負，都是指測點與基點相比較而言的。如果測區(qū)較大，還必須建立基點網(wǎng)、以便在各個基點附近開展各測點上的磁測，然后統(tǒng)一歸算到一個總基點上。,22:59,137,野外觀測,22:59,138,野外觀測,22:59,139,日變觀測站,測區(qū),日變觀測,22:59,140,磁法勘探資料整理與圖示 資料整理：求得各測點相對于基點的磁場差值 在強磁場區(qū)，磁異常按下式計算： B=B觀- B基點 在弱磁場區(qū)，

47、磁異常按下式計算： B= B觀- B基點+B日變+B高程+ B緯度 針對機械式磁力儀，還需進行溫度改正和零點漂移改正，與日變改正合稱混合改正。 磁異常的圖示 基本圖件與重力勘探一樣,22:59,141,觀測結(jié)果的計劃整理及圖示,磁異常綜合剖面圖,22:59,142,觀測結(jié)果的計劃整理及圖示,垂直磁異常剖面平面圖,22:59,143,觀測結(jié)果的計劃整理及圖示,垂直磁異常平面等值線圖,22:59,144,3. 磁性體的磁場,為了便于分析，作出如下假設(shè)： 觀測面是水平的 磁性體為單個的規(guī)則形體 磁體被均勻化 剩余磁化強度與感應(yīng)磁化強度方向一致 不考慮退磁的影響 圍巖無磁性,22:59,145,坐標系

48、 原點：磁性體的中心或頂部中心在地面的投影點 Y軸：平行磁性體走向 X軸：垂直磁性體走向 Z軸：垂直向下 觀測平面：XOY面,22:59,146,兩個重要概念：有效磁化強度Ms-總磁化強度M在觀測剖面內(nèi)的投影；有效磁化傾角is-Ms與X軸正向的夾角,22:59,147,3.1 總磁場強度異常B的基本性質(zhì) B可近似看成Ba在B0方向上的投影,22:59,148,22:59,149,當(dāng)I=90（垂直磁化），相當(dāng)磁性體位于磁極處（高緯度地區(qū)）則 B=Za 若磁性體為二度體（即走向長度很大），則 B=Za.sinI+HacosAcosI,22:59,150,3.2 規(guī)則形體的Za磁場 A. 柱體的Za

49、磁場 單極的磁場 磁場表達式,22:59,151,磁場特征 剖面特征 負點磁荷的Za曲線是一條正的縱軸對稱曲線 同理可得Ha曲線，它是一條以O(shè)為反對稱曲線 平面特征 負點磁荷的Za異常平面等值線為以柱體頂面中心在地面的投影點為圓心的一系列疏密不等的同心圓 隨h的增加，Za值減小，而異常的范圍變寬。,22:59,152,按照上面的分析，可得到正點磁荷的磁場 正點磁荷的Za曲線是一條負的縱軸對稱曲線。,22:59,153,b. 雙極的磁場 磁場表達式 由上頂負點磁荷和 下底正點磁荷產(chǎn)生 的磁場的迭加，即,22:59,154,磁場特征 采用場的疊加原理，可得雙極的Za剖面曲線，如下圖 Za為兩側(cè)有負

50、值的不對稱曲線，在柱體傾斜一方負值明顯，極大值偏離原點，且向柱體傾斜的反方向位移。,22:59,155,B. 球體的磁場 磁場表達式 可由雙極的磁場表達式， 令2l0，用I代替 得到 mc=Ms.V為球體的有效磁矩， V為球體的體積,22:59,156,磁場特征 剖面特征 剖面為東西向（A=90），i=90（垂直磁化） Za為兩側(cè)有負值的對稱曲線，Zamax在原點處。,22:59,157,剖面南北方方向（A=0），is=I（斜磁化） Za為兩側(cè)有負值的不對稱曲線，磁化方向指向的一側(cè)，曲線梯度大，且負值明顯。 Zamax偏離原點，向磁化方向的反方向位移。,22:59,158,由上面的討論可知，球

51、體的Za異常特征與i有關(guān)。當(dāng)i由900時，Za曲線由縱軸對稱不對稱反對稱；極大值偏離原點向i的反方向位移，i越小，位移越大；正值逐漸減小，負值的絕對值逐漸增大,22:59,159,平面特征 Za等值線為正、負伴生的等軸狀，負異常包圍著正異常；負異常位于正異常的北側(cè)。,22:59,160,C. 薄板狀體的Za異常 自然界的磁性巖脈、巖墻、層狀地層及破碎帶都可視為板狀體。 a. 順層磁化無限延深薄板 (單極線）的磁場 磁場表達式 dQm=wm.2b.dy 則小柱體在P點產(chǎn)生的 總磁場值為：,22:59,161,22:59,162,磁場特征 剖面特征-Za曲線 為正的縱軸對稱， 極大值對應(yīng)于原 點。

52、 剖面特征-Za平面 等值線為平行薄板 走向的“狹長狀異?！?。,22:59,163,b. 順層磁化有限延深薄板（雙極線）的磁場 磁場表達式 按照與雙極磁場類似的推導(dǎo)方法，可以求得其Za磁場表達式：,22:59,164,磁場特征 Za剖面曲線為兩側(cè)有負值的不對稱曲線，板傾斜方向一側(cè)負值明顯，極大值偏離原點向板傾斜的反方向位移。在剖面上，它與雙極曲線的形態(tài)類似。 Za異常的平面等值線為正、負伴生的狹長異常 而雙極則為正、負伴生的等軸狀異常。,22:59,165,c. 斜交磁化無限延深薄板的磁場 磁場表達式,22:59,166,磁場特征 =0順層磁化無限延深薄板，Za剖面曲線為正的縱軸對稱曲線，極大

53、值對應(yīng)于原點。 =90時 Za異常曲線為一條以原點為反對稱的曲線,22:59,167,角為任意（090） Za異常曲線為： 一側(cè)有負值的不對稱曲線 負值出現(xiàn)在角所在一側(cè) 極大值偏離原點，向角所在的相反一側(cè)位移,22:59,168,d. 斜交磁化有限延深薄板的磁場,22:59,169,D. 水平圓柱體的Za磁場 磁場表達式 式中ms=Ms.s稱為水平圓柱體的截面磁矩 磁場特征 剖面特征 與相同磁化條件下球體Za剖面曲線類似,22:59,170,平面特征：Za平面等值線為正、負伴生的狹長異常（即與有限延深薄板的Za平面等值線類似）。,22:59,171,E. 厚板狀體的Za磁場 當(dāng)2b（板的上頂寬

54、度）h（板的上頂埋深）厚板2bh薄板 a. 無限延深厚板的磁場 順層磁化（a=i） 磁場表達式,22:59,172,磁場特征 順層磁化無限延深 厚板與順層磁化無 限延深薄板Za磁場 特征類似，區(qū)別僅 在于，埋深相同 Za曲線的寬度和幅值 不同，板越寬，幅值越大，曲線越寬。,22:59,173,斜交磁化無限厚板的磁場（ia） 磁場表達式,22:59,174,22:59,175,b.有限延深厚板的磁場 可看成兩個寬度（2b）和傾角（a）相同，但頂面埋深不同的無限延深厚板相減的剩余部分。,22:59,176,磁場表達式 磁場特征 無論是順層磁化（a=90除外），還是斜交磁化，Za剖面曲線都不對稱，兩

55、側(cè)均有負值，且明顯的負值出現(xiàn)在Ms穿出板的一側(cè)（或正磁荷分布的側(cè)面所在的方位）,22:59,177,c. 水平薄板和臺階的磁場 水平薄板的磁場 磁場表達式 可以看成a=90、頂部 分別為h和h+h（ h 很?。┑膬蓚€無限延深 厚板磁場表達式相減 得到即： 當(dāng)h很小時，上式可寫成：,22:59,178,磁場特征 當(dāng)i=90時，上式可簡化，即式中cosi項為零，Za為偶函數(shù)，其剖面曲線為兩邊有負值的軸對稱曲線 當(dāng)0i90時，Za剖面曲線為兩邊有負值的不對稱曲線。,22:59,179,臺階的磁場 臺階（接觸帶)是有無限延深厚板的一個特例，即一個側(cè)面趨于無限遠的情況。 Za剖面曲線為一側(cè)有負值的不對稱

56、曲線，沿臺階延伸方向為正值，臺階外側(cè)為負值。,22:59,180,F. 絕對磁異常特征的主要因素 a.磁性體的形狀和大小 形狀：決定磁異常的平面形態(tài) 三度體（柱體、球）-等值線形狀為等軸狀；二度體（水平圓柱、板等）-等值線形狀為狹長狀。 磁性體的下延深度 決定磁異常正、負值的分布規(guī)律。下延很大，無負磁異常（順層磁化）或僅正異常的一側(cè)有負值；下延有限，正異常兩側(cè)均出現(xiàn)負值。,22:59,181,磁性體的傾角（a） a的影響較復(fù)雜，因為磁異常的特征不單純?nèi)Q于a，而是取決于a與i之差，一般講：當(dāng)a=i時，磁性體無限延深-則Za曲線為縱軸對稱，磁性體為有限延深-則Za曲線為不對稱；當(dāng)ai時，Za曲線

57、不對稱。 磁性體的走向 走向長度：決定磁異常的平面等值線的形狀（磁體走向長度很大-平面等值線形狀為狹長狀；磁體走向長度不明顯-平面等值線形狀為等軸狀） 走向方向：決定了Ms的大小和方向（i），從而決定了磁異常的對稱性。,22:59,182,磁性體的磁化強度 磁化強度的大?。簺Q定于磁異常的幅值大小 磁化強度的方向：決定磁異常的對稱性 磁性體的埋深 決定磁異常的幅值、范圍及梯度變化 磁體埋深大：異常的幅值小、范圍大、梯度小 磁體埋深?。寒惓５姆荡?、范圍窄、梯度大,22:59,183,4. 磁異常的推斷解釋,磁異常的推斷解釋 對磁異常作出以下三個方面的判斷 關(guān)于測區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造方面的判斷 關(guān)于測

58、區(qū)找礦遠景的評價 關(guān)于礦體或地質(zhì)構(gòu)造位置、形狀、產(chǎn)狀及規(guī)模的判斷 解釋的內(nèi)容由磁測地質(zhì)任務(wù)決定，任務(wù)不同，對解釋的內(nèi)容及要求也不同 普查-著重解決前兩個問題 詳查-著重解決后一個問題,22:59,184,解釋的步驟： 磁測資料的分析 目的-了解各種干擾因素（如地形、磁性是否均勻等）對磁測結(jié)果的影響及其對異常的歪曲程度，以便在解釋中加以注意或消除。 異常的轉(zhuǎn)換處理 目的：消除各種非地質(zhì)因素對磁異常的干擾，以滿足解釋的需要。 磁異常的解釋 主要是定性解釋和定量解釋,22:59,185,4. 磁異常的推斷解釋,4.1 實測磁異常的處理 A. 使磁異常復(fù)雜化的因素 a.磁性不均勻的影響 礦體磁化不均勻

59、和形狀不規(guī)則引起的磁場跳動,22:59,186,b. 剩余磁性的影響 華北某地反磁化礦體的磁場 1-灰?guī)r；2-礦體；3-巖漿巖,22:59,187,b. 剩余磁性的影響,22:59,188,c. 多個磁性體的疊加 安徽某礦區(qū)的磁異常曲線,22:59,189,d. 磁性圍巖的影響 山東某礦區(qū)的Za異常曲線 1-實測Za曲線；2-閃長巖理論曲線（包括200正常場）；3-礦體Za曲線；4-礦體；5-閃長巖,22:59,190,e. 地形（斜坡）的影響,22:59,191,地形（山脊）的影響,22:59,192,B. 實測磁異常的處理 a. 磁異常的地形校正（曲化平） 將起伏地形上測得的磁異常換算到水平地形上，稱為磁異常的地形校正（曲化平）