地磁

第四章地磁Geomagnetism磁极——磁体的两端。磁荷——用来解释磁体为什么有磁力。磁荷量——含磁荷的多少。磁偶极子——具有等量异号的两个点磁荷构成的系统。磁矩——处于外磁场的磁体受到的力矩。第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量磁库仑定律03014mmQQFγ磁场强度30014mmQQFHγ第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量磁感应强度（毕奥—沙伐尔定律）034LldlrrBr为电流元ldl至场中某点P的距离矢量磁感应强度，0是真空中的磁导率。第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量磁感应强度和磁场强度之间的关系BH是介质的磁导率。第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量磁偶极子的磁矩0PMP是磁偶极子的极矩。PLm第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量磁化强度：单位体积内各分子电流磁矩m的矢量和。/mVM第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量磁化率MH称为介质的磁化率。磁化率表示物质磁化的难易程度。值越大，说明越容易磁化。由于值是表示岩石磁性强弱的物理量，所以它是磁法勘探的物性依据。第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量物质的磁性：反磁性、顺磁性、铁磁性反磁性：磁化率很小，可看成无磁性物质。（-1~-2）*10-6CGSM。岩盐、石油、方解石顺磁性：磁化率（0~500）*10-6CGSM。黑云母、辉石、褐铁矿。铁磁性：几千~几百万个10-6CGSM。只有铁、镍、钴以及它们的化合物、合金，铬、锰合金。铁磁性物质原子磁矩相互作用的排列形式类型铁磁性反铁磁性亚铁磁性斜交反铁磁性排列方式（离子磁矩）↑↑↑↑↑↑↓↑↓↑↑↓↑↓↑↗↘↗↘↗净自发磁化↑0↑→常见矿物铁、钴、镍硫铁矿、钛尖晶石、钛铁矿、锌铁矿磁铁矿、磁赤铁矿、磁黄铁矿、锰尖晶石赤铁矿第一节地球的磁场一、磁场的基本物理量铁磁性的两个特性（1）磁滞现象（2）高温顺磁性第一节地球的磁场二、地磁场的基本性质（一）地磁场的平均近似性质地磁场的一级近似相当于一个置于地心的磁偶极子的磁场。第一节地球的磁场二、地磁场的基本性质（二）地磁场的强度地磁场是个弱磁场，在地面上的平均磁感应强度约为5*10-5T。1nT=10-9T第一节地球的磁场二、地磁场的基本性质（三）地磁场基本上是个稳定场度地磁场由来源于固体地球内部的稳定磁场和起源于固体地球外部的变化磁场两部分组成，而变化磁场比稳定磁场要弱得多。0TTTBBB第一节地球的磁场二、地磁场的基本性质地磁要素X：北向分量；Y：东向分量；Z：垂直分量；I：磁倾角；D：磁偏角；H：水平强度第一节地球的磁场二、地磁场的基本性质地磁要素222222cos;sin;;tg;;;sec;csc;TTTXHDYHDZYtgIDHXHXYBHZBHIBZI第一节地球的磁场二、地磁场的基本性质倾角I与地磁纬度的关系0033031222023cos,0,sin42cos4(13sin)42mmXYZRRmHXRmTHZRZtgItgH第一节地球的磁场二、地磁场的基本性质垂直梯度3:3:HHHRRZZRR--水平分量垂直分量Z水平梯度:22:HZHXRZHXR-水平分量垂直分量Z垂直梯度3:3:HHHRRZZRR--水平分量垂直分量Z水平梯度:22:HZHXRZHXR-水平分量垂直分量Z第一节地球的磁场三、地磁场的结构地心偶极子磁场B0：地球均匀磁化所对应的磁场。世界异常场Bm：地球深层的不均匀性引起的磁场，也叫非偶极子场。异常场Ba：由于地壳上层磁化产生的磁场。外源场Be：由于地球外部原因引起的磁场。变化磁场BT：各种短期变化磁场的总和。第一节地球的磁场三、地磁场的结构基本磁场：偶极子磁场和世界异常场之和。正常场：基本磁场+外源场。第二节基本磁场地磁图地磁图是根据区域内各地磁台的观测数据编绘的，常见的有磁偏角、磁倾角、垂直分量及水平分量等几种地磁图。对一个地方某个时间的地磁要素，通常以等值线的方法表示磁偏角、磁倾角、水平分量和垂直分量等地磁要素。地磁图上有时绘有地磁要素的等变线，在同一条等变线上各点地磁要素的年变率相等。地磁图可以把整个地球或某个区域的地磁场的数值和特征清晰地显示出来。世界地磁总强度图（1975)世界地磁水平分量图（1975)世界地磁垂直分量图（1975)世界地磁等偏角线图（1975)1965年非偶极子场垂直分量长期变化(1922.5)长期变化(1942.5)巴黎和伦敦的磁倾角的变化地磁场的长期变化中国古代（上图）、日本磁偏角长期变化（下图）地磁场的长期变化西向漂移非偶极场的西向漂移多数研究者认为是由于地核相对于地幔以固定速度旋转而引起的。0.163/0.202/0.139/XYttZt年，年,年Y分量的漂移速度恰恰是地核相对于地幔的旋转速度。第三节变化磁场变化磁场是起源于地球外部并叠加在基本磁场上得各种短期变化磁场。基本上可分为两类：平静变化和干扰变化。日变化一、平静变化二、干扰变化磁暴地磁脉动二、干扰变化第四节磁异常观测磁法勘探就是利用磁力仪测定地壳内磁性不均匀体引起的磁异常掌握其分布规律，并对异常作出解释，从而达到找矿和解决地质问题的目的。第四节磁异常观测一、岩石和矿石的磁性irirMMMMHMHM表示岩石和矿石磁性的物理量主要是磁化率和剩余磁化强度Mr。磁化强度：感应磁化强度+剩余磁化强度第四节磁异常观测一、岩石和矿石的磁性影响岩石磁性的因素：岩石中铁磁性矿物的含量火成岩：磁性强沉积岩：磁性弱1热剩磁TRM（原生）(ThermalRemnantMagnetism)2碎屑剩磁DRM（原生）(DepositionalRemnantmagnetism)3化学剩磁CRM（原生）(ChemicalRemnantMagnetism)4等温剩磁IRM（IsothermalRM)5粘滞剩磁VRM(ViscousRM)岩石的剩余磁化强度第四节磁异常观测二、磁力仪工作原理1.机械式磁力仪（磁秤）：天平式结构，用于测量垂直强度（Z分量）的相对变化。2.质子式磁力仪：利用一些物质的氢原子核在外磁场的作用下产生旋进的原理，通过测量旋进频率而求得所加磁场的模量值。机械式磁力仪工作原理质子式磁力仪工作原理质子旋进的频率f与磁场T的大小成正比常见的磁力仪格值：仪器的刻度尺每一格所对应的磁场强度值称为格值。第四节磁异常观测三、磁测的野外工作通过测量磁场随空间位置的变化来研究地质体所产生的磁异常。基点：测区磁异常的起算点。测区较大，建基点网。总基点——基点——分基点。磁测的工作方法磁力勘探工作通常包括设计、施工、数据处理和解释分析四个阶段。设计阶段是收集有关工区的地质，地球物理等资料，并组织现场踏勘，编写本区磁测工作的设计书；施工阶段包括仪器设备的性能检查，测区测网的敷设、基点及基点网的建立、观测磁异常、物性标本采集和测定，质量检查、室内整理计算及绘制各种野外成果图件；数据处理阶段是根据所获得的磁测资料及地质任务，提出相应数据处理方案，并进行处理和正反演计算，为磁测异常的分析解释提供资料；解释分析阶段是进行定性和定量的综合解释，并按设计要求编写成果报告。磁测的图件可分为磁测基础图件，数据换算图件和解释图件，后两类图件是在基础图件基础上根据不同目标任务所作的不同图件。在磁测工作中，反映测区磁异常特征的基本图件有三种：即磁异常剖面图，磁异常剖面平面图和磁异常平面等值线图。第四节磁异常观测四、航空磁测航空磁测可以大大提高工作效率。测线布置方便，不受水域、森林和地形的限制。磁测方式：1.地面磁测；2.航空磁测；3.海洋磁测航磁野外作业第五节磁测资料的整理校正的项目主要有：（1）日变较正；（2）温度校正；（3）零点位移改正；（4）纬度改正。第六节磁性体的磁场磁异常地质解释的基本任务在于（1）说明测区内磁异常产生的地质原因，磁性岩石矿床等的分布情况；（2）引起异常的地质体（或矿体）的空间位置、大小、形状和产状。第六节磁性体的磁场（1）磁性体为简单的几何形状；（2）磁性体是均匀磁化的；（3）天然剩磁与感应磁化强度方向相同；（4）磁性体孤立存在；（5）观测面是水平的。正问题的假设第六节磁性体的磁场一、柱体磁场单极的磁场单极的磁场第六节磁性体的磁场b.双极磁场()()aaaZZmZm-Za(-m)和Za(+m)分别产生正的、负的对称异常曲线，叠加后成为非对称曲线双极的磁场有效磁化强度和有效磁化倾角与测线的方向有关。球体磁场22052222205222max3[(2)sin3cos]4()[(2)4()02sasasMVZhxihxixhMVZhxxhMVxZh---当垂直磁化时:当时:利用泊松公式，它给出了磁性体引力位和磁位的关系。水平圆柱体磁场]cos2sin)[()(222222ihixhhxMZsa--当垂直磁化时（i=90°）hxZhMZxhxhxMZassa--02max22222,020)(2则若令时，当水平圆柱体磁场水平圆柱体磁场任意走向水平圆柱体的磁异常剖面水平圆柱体不同有效磁倾角时的剖面曲线板状体磁场A薄板状体的磁场B厚板状体磁场C顺层磁化无限延深厚板无限延深厚板（顺层磁化）的座标无限延深厚板顺层磁化的磁场zazzasaJZZhbhbJJZtghbxtghbxhbxtghbxtgJZ2)222)(2,)(sin2max212111------，时，很小（很大，或当顺层磁化无限延深厚板的磁场斜交磁化无限延深厚板磁场数学表达22222221)()(ln)sin(sin)(2)cos(sin2)()()(hbxhbxiJxhbxbhtgiJxfxxfzssa-----其中顺层磁化无限延深厚板磁场厚板Za异常曲线分解为对称和反对称曲线及特征线段斜磁化无限延深厚板的磁场剖面图有限延深厚板的坐标示意图顺层磁化有限延深厚板的磁场斜磁化有限延深厚板的磁场单极线磁场单极线的磁场可看成沿线的走向排列的无数个单极磁场的叠加：22232222322222224)(2)(2cos2hxbhhyxdybhZhyxbhdydTdZhyxbdyrdmdTaaaa-斜交磁化无限延深薄板的磁场)]sin()cos([sin422ixihhxbJZsa---第七节磁异常资料的处理和反演数据网格化异常的处理要求数据均匀分布，所以要由分布不够规则的实测数据换算出规则网格节点上的数据，这就是数据网格化。数据网格化的实质就是对不规则数据点进行插值。插值的方法很多，通常采用拉格朗日插值法。第七节磁异常资料的处理和反演磁异常圆滑101210121315,,,,,,,,[][]aaaaaaaaaaZZZZZZZZZZ---三点圆滑：五点圆滑：剖面五点插值圆滑第七节磁异常资料的处理和反演数据网格化异常的处理要求数据均匀分布，所以要由分布不够规则的实测数据换算出规则网格节点上的数据，这就是数据网格化。数据网格化的实质就是对不规则数据点进行插值。插值的方法很多，通常采用拉格朗日插值法。第七节磁异常资料的处理和反演磁异常相关分析当弱异常受到强干扰时，会使得相邻剖面不能对比，这时可采用相关分析法来发现磁异常。第七节磁异常资料的处理和反演磁异常的解析延拓由水平面上的观测异常计算出场源外部空间中的异常，称为解析延拓。计算水平面以上任一平面的磁场称为向上延拓，否则称为向下延拓。向上延拓突出深部异常，向下延拓突出浅部异常。向上延拓实例向上延拓实例向下延拓实例航磁平面图上延实例第七节磁异常资料的处理和反演磁异常的导数法为了消除区域场，突出局部异常，在生产中常用导数法。导数法主要是通常采用的二次导数。通过秋儿的的异常导数，可以消除或者消弱背景场，确定异常体的边界。第七节磁异