2011磁法勘探复习资料

2011磁法勘探复习资料（主要为思考题）第一章1.解释下列名词:(1)地磁要素:以观测点为坐标原点，选取一个直角坐标系。取X轴指向地理北，Y轴指向地理东，Z轴铅直向下。观测点处地磁场强度T在X、Y、Z轴上的分量分别称为北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z。T在XOY平面上的分量H称为水平分量。H指向磁北，其延长线即是磁子午线。我们规定，各分量与相应坐标轴的正向一致时为正，反之为负。磁子午线(磁北)与地理子午线(地理北)的夹角称为磁偏角，以D表示。H偏东时D为正，反之为负。T与XOY平面的夹角称为磁倾角，以I表示。T下倾时I为正，反之为负。(2)国际地磁参考场IGRF:1968年国际地磁和高空物理协会（IAGA）首次提出并公认了1965.0年代高斯球谐分析模式，并在1970年正式批准了这种模式，称为国际地磁参考场模式，记为IGRF。它是由一组高斯球谐系数（、）和年变率系数（、）组成的，为地球基本磁场和长期变化场的数学模型，并规定国际上每五年发表一次球谐系数，及绘制一套世界地磁图(3)通化:地磁要素是随时空变化的，要了解其分布特征，必须把不同时刻所观测的数值都归算到某一特定的日期，国际上将此日期一般选在1月1日零点零分，这个步骤称之为通化（4）地磁图:将经通化后的某一地磁要素值按各个测点的经纬度坐标标在地图上，再把数值相等的各点用光滑的曲线连结起来，编绘成某个地磁要素的等值线图，便称为地磁图。（5）磁暴：磁暴是一种强烈的扰动。从赤道到极区均可观察到磁暴现象，而且几乎是全球同时发生。发生时对地磁场水平分量的强度影响特别显著，而对垂直分量影响相对小些。因此，通常研究磁暴的形态和特征是通过水平分量变化来进行的。2、试述地磁场随空间、时间变化的基本特征？答：（1）地磁场长期变化总的特征是随时间变化缓慢，周期长。一般变化周期为几年，几十年，有的更长。地磁场的短期变化主要起因于固体地球外部的各种电流体系。按其变化特征也可分为两类：一类是按一定的周期连续出现，月变化平缓而有规律，称为平静变化；太阳日变化是以一个太阳日24小时为周期，称为地磁日变，它的变化是依赖于地方太阳时，其基本特点是：各个地磁要素的周日变化是逐日不停地在进行，其中振幅易变、相位几乎不变。白天(6－18)时磁场变化较大，夜间较平静。夏季的变化幅度最大，冬季的幅度最小、春秋季节居中。日变的平均幅度为n－n·10nT。太阳日变化另一特点是它与该日的地磁活动性有关，受太阳黑子活动周期性的影响。另一类是偶然发生，持续一定时间后就。2222222;;/;sin;cos;/;sin;cosZYXTYXHHZtgIITZITHXYtgDDHYDHX消失，是短暂而复杂的变化，变化幅度可以很强烈，也有的很小，称之为扰动变化。一类为无明显周期，变化幅度范围较大的磁扰动。按其物理机制又可分成六种，其中磁暴往往遍及全球。另一类为变化幅度很小，具有准周期结构特征的地磁脉动，同样它也可进一步分类。（2）随空间变化特征：①等偏线是从一点出发汇聚于另一点的曲线族，明显地分别汇聚在南、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。②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汇聚点。全图有两条零偏线(D=0°)分布，将全球分为负偏角区(D0°)和正偏角区(D0°)两个部分等倾线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)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③世界地磁场水平强度（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34000nT，随着纬度向两极增高，H值逐渐减小趋于零，在磁南、北两极处H=0。除了两磁极区之外，全球各点的H都指向北④垂直强度（Z）等值线图。由图可见，其大致与等倾线分布相似，与纬度线近乎平行，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～±70000nT，约为磁赤道附近水平强度值的两倍，在磁赤道以北Z0，表示垂直分量向下，在磁赤道以南Z0，表示垂直分量指向上。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，在南北两磁极处总强度值大约是60000～70000nT3.磁偏角在全球有几处为不定值？为什么？答：：（1）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0°至-11°；零偏线以西为正，变化范围由0°至5°。4.简述球谐系数的物理意义。答：近期通过大量地磁测量资料的球谐分析研究，很多研究者认为球谐级数的每一项都有一定的物理意义。据地磁场的构成可知其偶极子场是地球磁场的主要成分；对地心偶极子磁场，可直接由球谐分析据n=1时导出，也可由磁偶极子磁位求得。球谐级数的二阶和三阶项分别表示四极子和八极子在球内分布，可用来解释地磁场分布不对称性等特征。有人认为n=13是地核场和地壳场的分界点，n≤13的项表示地核场，n13表示地壳场。目前一般取至n=m=10。5.如何定义正常磁场和磁异常？答：通常情况下，正常场和异常场是相对的概念，正常磁场可以认为是磁异常(即所要研究的磁场)的背景场或基准场。如研究大陆磁异常，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，可见正常场的选择是根据所研究磁异常的要求而确定的。6.地磁场随空间、时间变化的特征，对磁法勘探工作的意义何在？答：在高精度磁测中，地磁周日变化是一种严重干扰场，一般在地面磁测、航空磁测过程中设有专用仪器进行地磁日变观测，以便进行相应的校正，称为日变改正。但在海上磁测时，这是一个困难的问题，如近海测量，虽然可建立日变站进行观测校正，但由于海岸效应等因素会影响其精度。若为远洋磁测，就根本无法建立日变站，因此，为了提高测量精度必须提出相应的措施，消除其日变干扰场。在强磁暴和强磁扰期间，应该停止野外磁测工作，避免那些严重的地磁扰动覆盖在地质体异常之上。然而，短期变化场中也有对磁法勘探工作有利之处，如地磁脉动微扰是一种更短周期的电磁波，它在具有高电导率的地壳层中可能是产生感应大地电流电磁场的天然场源，作为磁测的激发场。故有可能利用它来区分矿与非矿异常。且测量其大地电流可以确定地壳层的电导率及其厚度等，以解决某些地质、地球物理问题。第二章1、解释以下名词：热剩磁：在恒定磁场作用下，岩石从居里点以上的温度，逐渐冷却到居里点以下，在通过居里温度时受磁化所获得的剩磁，称热剩余磁性（简称热剩磁）。应当注意，热剩磁并非全都是在居里温度时产生的。如将岩石自居里点逐渐冷却至室温，且只在某一温度区间施加外磁场，由此得到的热剩余磁性，称部分热剩磁。居里温度:居里点：2、铁磁性的类型和特点有哪些？答：（1）铁磁性：磁畴内原子磁矩排列在同一方向，例如铁、镍、钴即属于此。（2）反铁磁性：磁畴内原子磁矩排列相反，故磁化率很小，但具有很大的矫顽力。（3）亚铁磁性：或称铁淦氧磁性，磁畴内原子磁矩反平行排列，磁矩互不相等，故仍具有自发磁矩。此类物质具有较大的磁化率和剩余磁化强度。3、感应磁化强度iM和剩余磁化强度rM在成因方面有何不同？答：位于岩石圈中的地质体，处在约为0.5×10-4T的地球磁场作用下，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，它表示为Mi=κT式中T是地磁场总强度，κ是岩石、矿石的磁化率，它取决于岩石、矿石的性质。岩石、矿石在生成时，处于一定条件下，受当时的地磁场磁化，成岩后经历漫长的地质年代，所保留下来的磁化强度，称作天然剩余磁化强度，它与现代地磁场无关。剩余磁化强度的类型及其实际意义？答：（一）热剩余磁性（TRM）在恒定磁场作用下，岩石从居里点以上的温度，逐渐冷却到居里点以下，在通过居里温度时受磁化所获得的剩磁，称热剩余磁性（简称热剩磁）。（二）碎屑剩余磁性（DRM）沉积岩中含有从母岩风化剥蚀带来的许多碎屑颗粒，其中磁性颗粒（磁铁矿等）在水中沉积时，受当时的地磁场作用，会沿地磁场方向定向排列，或者是这些磁性颗粒在沉积物的含水孔隙中转向地磁场方向。沉积物固结成岩石，按其碎屑的磁化方向保存下来的磁性，称为碎屑剩余磁性（沉积剩余磁性，简称碎屑剩磁）。（三）化学剩余磁性（CRM）在一定磁场中，某些磁性物质在低于居里温度的条件下，经过相变过程（重结晶）或化学过程（氧化还原）所获得的剩磁，称化学剩余磁性（简称化学剩磁）。（四）粘滞剩余磁性（VRM）岩石生成之后，长期处在地球磁场作用下，随时间的推移，其中原来定向排列的磁畴，逐渐地弛豫到作用磁场的方向，这一过程中所形成的剩磁称粘滞剩余磁性。（五）等温剩余磁性（IRM）在常温没有加热情况下，岩石因受外部磁场的作用（比如闪电作用），获得的剩磁称等温剩余磁性。地壳岩石具有的原生剩磁，既是磁法勘探，也是古地磁学研究的对象。但是，次生剩磁不能作为古地磁研究的“化石”。4、影响岩石磁性的因素有哪些？各起何作用？答：岩石的磁性是由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小与结构，以及温度、压力等因素决定的。（一）岩石磁性与铁磁性矿物含量的关系根据实验资料和理论计算，侵入岩的磁化率与铁磁性矿物含量之间存在统计相关关系。一般来说，岩石中铁磁性矿物含量愈多，磁性愈强。（二）岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系实验结果表明，在给定的外磁场31.35104πH=×A/m作用下，铁磁性矿物的相对含量不变，其颗粒粗的较之颗粒细的磁化率大。可用于衡量剩磁大小的矫顽力Hc，与铁矿性矿物颗粒大小的关系恰好相反，Hc随铁磁性矿物颗粒的增大而减小。喷出岩的剩磁常较同一成分侵入岩的剩磁大。此外，铁磁性矿物在岩石中的结构对岩石的磁化率也有影响。当磁性矿物相对含量、颗粒大小都相同，颗粒相互胶结的比颗粒呈分散状者磁性强。（三）岩石磁性与温度、压力的关系高温与高压，对矿物和岩石的磁性会产生影响。顺磁体磁化率与温度的关系，已由居里定律确定。铁磁性矿物的磁化率与温度的关系，有可逆及不可逆两种。前者磁化率随温度增高而增大，接近居里点则陡然下降趋于零，加热和冷却的过程，在一定条件下磁化率都有同一个数值。后者其加热和冷却曲线不相吻合，即不可逆。它是温度增高后不稳定的那类铁磁性矿物的特征。此外，温度增高还能引起矿物矫顽磁力Hc的减小。岩石磁化率与温度的相互关系比单纯矿物的复杂，岩石的磁化率－温度曲线与铁磁性矿物的成分有关，岩石的居里温度Tc分布仅与铁磁性矿物成分有关，而与矿物的数量、大小及形状无关。因此，热磁曲线（磁化率－温度曲线）可用于分析确定岩石中的铁磁性矿物类型。温度增高，还导致岩石剩余磁化强度退磁。铁磁体磁化，同时发生机械变形，其形变与晶体大小变化有关。铁磁体变化时，其形状和体积的改变称为磁致伸缩。岩石在机械应力作用下，由于铁磁体的磁致伸缩，其磁性大小会有变化。比如在弱磁场中，当磁铁矿受到40MPa的单向压力时，其磁化率减小，且其减小与磁化场强度还有关系。同样，岩石磁化率随着所受机械压力的增加而减小。垂直于受压方向所测得的磁化率，与压力的相依关系较弱。岩石的剩余磁化强度，亦随着岩石受压的增大而减小。5、什么是消磁作用？消磁作用对iM方向的影响？答：，设均匀有限磁介质，受外部磁场（地磁场）0T磁化，则其两端表面将有面磁荷分布，它在其内部产生与磁化场0H方向相反的磁场eH，称为消磁场（退磁场）。则有限体内部的磁场为0H=H+He对于均匀磁化磁性体，可证明其退磁场为eH=−NM式中，N为消磁系数（退磁系数），它是与磁性体形状有关的常数。消磁作用使iM偏离磁化场To的方向。一般来说，κ愈大，Mi偏离To的方向愈大，且总是偏向磁性体的长轴方向。6、如何理解磁性差异是磁法工作的地球物理前提？答：位于地壳中的岩石和矿体处在地球磁场中，从它们形成时起，就受其磁化而具有不同程度的磁性，其磁性差异在地表引起磁异常。研究岩石磁性，其目的在于掌握岩石和矿物受