勘查地球物理課講稿-磁法

1、磁法部分§2.1 巖（礦）石的磁性位于地殼中的巖礦體，在形成時(shí)，由于受地球磁場(chǎng)的磁化而表現(xiàn)出不同的磁性，由于這種磁性差異在地表反映出一定的磁異常，通過對(duì)巖石磁性的研究，可以掌握巖石磁化的原理，了解巖（礦）石的磁性特征及影響因素，從而解決對(duì)應(yīng)的地質(zhì)問題。一、物質(zhì)的磁性由現(xiàn)代電磁學(xué)理論可知，任何物質(zhì)的磁性都是帶電粒子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。由于物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)不同，所呈現(xiàn)的宏觀磁性也不同。根據(jù)物性的不同，世間所有的物質(zhì)可按其磁化率的不同，劃分為三大類，即：抗磁性、順磁性和鐵磁性，這三類物質(zhì)的磁性隨溫度變化與受外磁場(chǎng)磁化作用等方面都有明顯不同。1、抗磁性物質(zhì)抗磁性物質(zhì)的磁化率與溫度無關(guān)。在外磁場(chǎng)H的作用

2、下，這類物質(zhì)的磁化率表現(xiàn)為負(fù)值，且數(shù)量很小。這是因?yàn)榭勾判晕镔|(zhì)沒有固定的原子磁矩，在受到外磁場(chǎng)作用后，原子磁矩將沿外磁場(chǎng)方向旋進(jìn)，進(jìn)而產(chǎn)生附加磁矩，方向與外磁場(chǎng)相反，形成抗磁性，其磁化率可用下式計(jì)算： 式中為真空中磁導(dǎo)率；N為單位體積內(nèi)的原子數(shù)：e為元電荷；為電子靜質(zhì)量；Z為每個(gè)原子的電子數(shù)；r2i 為電子軌道半徑平方的平均值?？勾判源呕适菬o量綱的負(fù)值。磁化率多為-10-5SI()。2、順磁性物質(zhì)原子的電子殼層中，含有非成對(duì)的電子，其自旋磁矩未被抵消，此時(shí)原子具有固定磁矩，在外部均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度H的作用下，將使原子磁矩沿H方向整齊排列，這種特性叫順磁性。在不存在外磁場(chǎng)時(shí)，整個(gè)磁介質(zhì)的各個(gè)原子磁矩

3、的取向是雜亂無章的，宏觀上不顯磁性。在外磁場(chǎng)的作用下，原子磁矩在外磁場(chǎng)方向的作用下定向排列，物體發(fā)生磁化，即產(chǎn)生順磁效應(yīng)。順磁性物質(zhì)的磁化率可用下式表示 式中N為單位體積內(nèi)含有非成對(duì)電子的原子數(shù)，a 為每個(gè)順磁物質(zhì)的原子磁矩，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，C為居里常數(shù)。由公式可見順磁物質(zhì)的磁化率與熱力學(xué)溫度成反比。此現(xiàn)象由居里所發(fā)現(xiàn)，故稱之為居里定律。研究表明純順磁性礦物的磁化率一般不超過(2535)×10-5SI()，但通常來說這些礦物具有混合的磁性，若其中含有鐵磁性礦物的微包裹體，磁化率值增大，這種現(xiàn)象與礦物結(jié)晶早期階段或變質(zhì)膠代過程中的重新結(jié)晶有關(guān)。3、鐵磁性在自然界中，鐵

4、磁性物質(zhì)只有鐵、鎳、鈷和它們的化合物、合金以及鉻和錳的合金。在這一類物質(zhì)中，由于存在磁疇這種特殊結(jié)構(gòu)，所以，它們磁性特別強(qiáng)，其磁化率比順磁性物質(zhì)大得多。這是鐵磁性物質(zhì)的第一個(gè)特性，除此之外，鐵磁性物質(zhì)還有兩個(gè)明顯的磁性特征：(1) 磁滯現(xiàn)象鐵磁性物質(zhì)的磁化強(qiáng)度與磁化場(chǎng)呈非線性關(guān)系，即具有磁滯現(xiàn)象。如果用磁化曲線來表示磁性物質(zhì)的磁化強(qiáng)度與磁化場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系，則順磁性和抗磁性物質(zhì)的磁化曲線均為直線，見圖（a），其磁化過程是可逆的。但鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線卻表現(xiàn)為復(fù)雜的磁滯回線，如圖（b）所示。由圖（b）可以看出，鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線表現(xiàn)為：當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H增加時(shí)，磁化強(qiáng)度M沿著A一BC一D曲線增加，在C點(diǎn)達(dá)

5、到飽合值MS。隨著H的降低，M沿著另一條曲線D一C一E下降。H=0時(shí)，磁化強(qiáng)度保持定值Mr。再繼續(xù)往下，相反的磁場(chǎng)抵消了剩余磁性，在F點(diǎn)，H=-Hc時(shí)，M等于零。以后隨反向磁場(chǎng)增加到G時(shí)，M達(dá)到飽合值-Ms。相反的過程曲線沿G一H一I一C變化。鐵磁性物質(zhì)的磁化是不可逆的，稱之為磁滯。其中MS稱為飽合磁化強(qiáng)度；Mr 稱為剩余磁化強(qiáng)度；HS稱為飽合磁化磁場(chǎng)；Hc稱為矯頑磁力（使鐵磁質(zhì)完全退磁所需要的反向磁場(chǎng)的大小，叫鐵磁質(zhì)的矯頑力)。只有鐵磁性物質(zhì)才有磁滯現(xiàn)象。 (a) (b) 圖 抗磁質(zhì)、順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)的磁化（a）抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)的磁化（1.順磁質(zhì)；2.抗磁質(zhì)）；（b）鐵磁質(zhì)的磁滯回線 (2)鐵磁

6、性物質(zhì)的磁性和溫度的關(guān)系抗磁性物質(zhì)的磁化率不隨溫度變化，順磁性物質(zhì)的磁化率與熱力學(xué)溫度成反比：而鐵磁性物質(zhì)當(dāng)溫度升高時(shí)，磁化率逐漸增加，臨近居里點(diǎn)時(shí)達(dá)到極大值，然后急劇下降趨于零（見圖）。居里點(diǎn)為鐵磁性物質(zhì)的磁化率陡然降低，由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘臏囟取＿@個(gè)關(guān)系是服從居里魏斯定律，即；式中：C居里常數(shù)；T熱力學(xué)溫度；Tc居里溫度。當(dāng)TTc時(shí)，鐵磁性消失，變?yōu)轫槾判?。?duì)于鐵磁性物質(zhì)，在磁化磁場(chǎng)增加時(shí)，加熱或振動(dòng)可使磁化率增加。在磁化磁場(chǎng)減弱時(shí)，加熱或振動(dòng)將使其提前去磁。根據(jù)原子磁矩在磁疇中排列的形式不同，鐵磁性物質(zhì)一般可分為三類：鐵磁性、亞鐵磁性(或稱為鐵淦氧磁性)和反鐵磁性，見圖。 圖 鐵磁質(zhì)磁

7、化率隨溫度變化示意圖 圖 原子磁矩在磁疇中的排列示意圖 （a）鐵磁質(zhì)；（b）反鐵磁質(zhì)；（c）鐵淦氧磁質(zhì)由圖中可見：1鐵磁性物質(zhì)：磁疇內(nèi)原子間存在很強(qiáng)的正交換力，在磁疇內(nèi)原子磁矩排列在同一方向上。2反鐵磁性物質(zhì)；磁疇內(nèi)磁性離子間存在超交換作用力，磁疇內(nèi)離子磁矩排列相反，故磁化率很小；但具有很大的矯頑磁力。3鐵淦氧磁性物質(zhì)：磁疇內(nèi)離子間存在超交換作用力，磁疇內(nèi)磁性離子反平行排列，且磁矩互不相等，故每一磁疇仍有自發(fā)磁矩。所以具有較大的磁化率和剩余磁化強(qiáng)度。二、巖（礦）石的磁性特征（一）表征磁性的物理量1、磁化強(qiáng)度和磁化率磁化強(qiáng)度的定義是單位體積的磁矩，以表示，它是描述介質(zhì)被磁化程度的物理量，與磁場(chǎng)的

8、關(guān)系為：，式中的即為磁化率。磁化強(qiáng)度的SI單位為Am。磁化率：磁化率是描述介質(zhì)被磁化難易程度的物理量，定義式為 式中H為磁介質(zhì)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁化率是無量綱的量，用SI（）表示的SI單位的大小，1SI()=1。1、 磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁導(dǎo)率 在各向同性磁介質(zhì)內(nèi)部的任意點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度可以定義為： 其中B以特斯拉為單位，使介質(zhì)的磁導(dǎo)率，在真空中記為H/m。應(yīng)注意的是：磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)性質(zhì)的兩個(gè)不同的物理量。磁法勘探中常用表示。也就是說磁法中說的磁場(chǎng)強(qiáng)度，即為物理中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。與的量綱不同、單位不等，因此二者不能混淆。磁法勘探中，使用SI的分?jǐn)?shù)單位， 的單位是A/m，的單位是T，稱為特斯拉，一

9、般常用納特nt作單位，有時(shí)也用伽瑪作單位，并有：1 。2、 感應(yīng)磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度感應(yīng)磁化強(qiáng)度：位于巖石圈中的地質(zhì)體，在地磁場(chǎng)作用下，受現(xiàn)代地磁場(chǎng)的磁化而具有的磁化強(qiáng)度，它可以表示成為：剩余磁化強(qiáng)度與當(dāng)代地磁場(chǎng)無關(guān)，它是巖石在形成時(shí)，處于一定的條件下，受當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)磁化所保留下來的磁性。只要巖礦石中含有鐵磁性礦物，它就可能有剩余磁化強(qiáng)度。磁法中常可涉及到：及（）。（二）礦物的磁性根據(jù)磁性的強(qiáng)弱與特點(diǎn)，物質(zhì)分為抗磁性礦物、順磁性礦物和鐵磁性礦物。1、 抗磁性礦物和順磁性礦物自然界中，絕大多數(shù)礦物屬順磁性與抗磁性，主要礦物代表有：順磁性：黑云母、輝石、角閃石、蛇紋石、石榴子石、堇青石、褐鐵礦等抗

10、磁性：巖鹽、石膏、方解石、石英、石油、大理石、石墨、金剛石及某些長(zhǎng)石等。一般抗磁性礦物的磁化率很小，在磁法中可認(rèn)為是無磁性的。而順磁性礦物的磁化率比抗磁性礦物大的多。2、 鐵磁性礦物自然界中不存在純鐵磁性礦物，主要是鐵淦氧磁性的礦物。如鐵的氧化物和硫化物及其它金屬元素的固熔體等，這些礦物雖然不多，但它們磁性卻很強(qiáng)，對(duì)巖石的磁性起著決定性的作用。主要礦物有：磁鐵礦(FeOFe2O3)、磁赤鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、磁黃鐵礦等。（三）巖石的一般磁性特征一般說來，火成巖磁性最強(qiáng)，沉積巖磁性最弱，變質(zhì)巖則介于二者之間，其磁性取決于原巖的磁性。1、沉積巖的磁性沉積巖的磁化率比火成巖及變質(zhì)巖的磁化率小，如果不

11、含鐵質(zhì)，磁化率可以認(rèn)為接近于零。其磁性主要取決于副礦物的含量和成分。比如含磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦及它的氫氧化物的含量，而其中的另一些礦物如石英、長(zhǎng)石、方解石等無磁性。它的天然磁性與母巖的磁性顆粒有關(guān)。2、 火成巖的磁性火成巖一般具有明顯的天然剩余磁性。據(jù)火成巖的產(chǎn)出狀態(tài)，可分為侵入巖和噴出巖。侵入巖的不同種類中（如花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、超基性巖等），其值的平均值隨巖石基性增強(qiáng)而增大。它們的磁化率，變化范圍較寬。超基性巖是火成巖中磁性最強(qiáng)的巖石。超基性巖在經(jīng)受蛇紋石化時(shí)，輝石被分解形成蛇紋石和磁鐵礦，使磁化率急劇增大。基性、中性巖，一般說來其磁性較超基性巖小?；◢弾r建造的侵入巖，

12、普遍是鐵磁-順磁性的，磁化率不高。噴發(fā)巖在化學(xué)和礦物成分上與同類侵入巖相近，其磁化率一般特征相同。由于噴發(fā)巖迅速且不均勻的冷卻，結(jié)晶速度快，使磁化率離散性大。3、 變質(zhì)巖的磁性變質(zhì)巖的磁化率和天然剩余磁化強(qiáng)度的變化范圍很大，這與變質(zhì)巖的基質(zhì)和變質(zhì)條件有關(guān)，沉積變質(zhì)巖一般具有鐵磁順磁性，由巖漿巖變質(zhì)生成的即火成變質(zhì)巖一般具鐵磁順磁和鐵磁性兩種。層狀結(jié)構(gòu)的變質(zhì)巖表現(xiàn)為各向異性，往往其剩磁方向與片理方向一致。（四）影響巖石磁性的主要因素影響巖石磁性的因素一般由磁性礦物含量、類型、顆粒大小與結(jié)構(gòu)、溫度、壓力等。1、巖石磁性與鐵磁性礦物含量的影響巖石中鐵磁性礦物的含量是影響磁性的主要因素。一般說來，鐵磁

13、性礦物含量越高，其k值就越大，但兩者之間并不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，而是服從于某種統(tǒng)計(jì)相關(guān)的關(guān)系。另外，只有鐵磁性礦物能夠形成剩磁。因此巖石中是否含有鐵磁性礦物也就決定了它是否具有剩余磁化強(qiáng)度。2、巖石的結(jié)構(gòu)及鐵磁性礦物顆粒大小的影響鐵磁性礦物結(jié)構(gòu)不同，磁化率不同。若是以膠結(jié)狀出現(xiàn)，其磁性較以顆粒狀出現(xiàn)時(shí)為強(qiáng)。一般顆粒粗的比顆粒細(xì)的磁化率大，顆粒越小，磁化率越小，但矯頑磁力增強(qiáng)。顆粒的形狀對(duì)巖(礦)石的磁性也有一定的影響，如果顆粒為長(zhǎng)軸狀且整齊排列，則該方向的磁化率較垂直此方向者為強(qiáng)，使巖石的磁化成為各向異性。另外，同一成分的噴出巖的剩磁較侵入巖的剩磁大。3巖石形成過程中溫度和機(jī)械力的影響前面已經(jīng)說

14、過，抗磁性物質(zhì)磁性與溫度無關(guān)，順磁性物質(zhì)的磁性與熱力學(xué)溫度成反比。鐵磁性物質(zhì)的磁性與溫度的關(guān)系有兩種，可逆型的：其磁化率隨溫度增高而增大，接近居里點(diǎn)則陡然下降趨于零，加熱和冷卻時(shí)的磁化率不同。不可逆型的：加熱或冷卻時(shí)的磁化率曲線不吻合。溫度增高可導(dǎo)致剩余磁化強(qiáng)度退磁。巖石在機(jī)械應(yīng)力作用下，其磁性大小會(huì)有變化。巖石磁化率隨所受機(jī)械壓力的增加而減小，垂直于受壓力方向所測(cè)得的磁化率與壓力的相異關(guān)系較弱。其剩余磁化率強(qiáng)度亦隨著巖石受壓的增大而減小。當(dāng)然在自然界中一些巖(礦)石的磁性特點(diǎn)時(shí)，還可能受一定地質(zhì)條件影響。三、巖石的剩余磁性所謂巖石的剩余磁性是指巖石在成巖過程中獲得的天然剩余磁化強(qiáng)度，它是巖石

15、磁性的主要組成部分。不論是磁法勘探還是古地磁測(cè)定，都是比較重要的研究對(duì)象。（一） 巖石剩余磁性的類型及特點(diǎn)由于磁化場(chǎng)、礦物成分、溫度及化學(xué)反應(yīng)的不同，所以巖石在形成時(shí)獲得的剩磁類型及特點(diǎn)也各不相同。1、 熱剩磁(TRM) 在恒定地磁場(chǎng)作用下，巖石由熾熱的巖漿通過它的居里點(diǎn)冷卻到正常地表溫度所獲得的磁性，稱為熱剩磁。其特點(diǎn)：熱剩磁強(qiáng)度大，且方向與外磁場(chǎng)一致，一般火成巖的剩磁方向就代表了成巖時(shí)的地磁場(chǎng)方向；且具有很高的穩(wěn)定性?；鸪蓭r的剩余磁性主要是屬于熱剩磁，比較穩(wěn)定。2、沉積剩磁(DRM)在形成沉積巖的緩慢沉積過程中，微細(xì)的巖石顆粒按當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)方向呈定向排列，這種顆粒的排列經(jīng)沉積、壓實(shí)、脫水后長(zhǎng)

16、期保存在沉積巖中。這樣顯示出的磁性稱為沉積剩磁。也稱碎屑剩磁。特點(diǎn)：這類剩磁強(qiáng)度小于熱剩磁，有較高的穩(wěn)定性，剩磁方向與外磁場(chǎng)一致。3、化學(xué)剩磁(CRM)在居里點(diǎn)以下的某一溫度條件下，因化學(xué)作用(如氧化等)，使得磁性顆粒直徑增大或把原來的礦物變?yōu)樾碌V物，在此過程中，受當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)作用獲得的剩磁稱為化學(xué)剩磁。特點(diǎn)：在弱磁場(chǎng)中，強(qiáng)度正比于外磁場(chǎng)，有較高的穩(wěn)定性，其強(qiáng)度介于熱剩磁和沉積剩磁之間。沉積巖和變質(zhì)巖的剩余磁性的形成常與這種過程有關(guān)。4、等溫剩磁(1RM)在溫度為常溫時(shí)（不加熱），因外磁場(chǎng)作用巖石獲得的剩余磁性叫等溫剩磁。如閃電能使地面小范圍的巖石產(chǎn)生剩余磁性，其特點(diǎn)：這種剩磁是不穩(wěn)定的，它的大

17、小和方向隨著施加外磁場(chǎng)的大小和方向發(fā)生變化。5、粘滯剩磁(VRM)巖石長(zhǎng)期受地磁場(chǎng)作用，原來定向排列的磁疇，逐漸弛豫（就是反應(yīng)比誘因在時(shí)間上要延緩一段時(shí)間，這就叫弛豫）到作用磁場(chǎng)的方向，該過程中獲得的剩磁，稱為粘滯剩磁。其特點(diǎn)：它的強(qiáng)度與時(shí)間的對(duì)數(shù)成正比，因?yàn)榈卮艌?chǎng)強(qiáng)度處在不斷變化之中，所以粘滯剩磁的方向可能與原生剩磁不同。 其中熱剩磁、沉積剩磁、化學(xué)剩磁屬于原生剩磁，而等溫剩磁、粘滯剩磁屬于次生剩磁。原生剩磁：巖(礦)石中，因含鐵磁性礦物，在成巖過程中，受當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)的磁化，而獲得的剩余磁性，在巖石形成后，這種磁性未遭到破壞，而原原本本地保留下來，即原生剩磁。次生剩磁：巖(礦)石形成以后，在原

18、生剩磁中又疊加上其它原因所產(chǎn)生的剩磁。稱次生剩磁。（二） 各類巖石剩余磁性的成因天然剩磁的成因很復(fù)雜，它經(jīng)歷的各種地質(zhì)作用、物理和化學(xué)的變化過程，都會(huì)影響剩磁的大小。下面介紹不同巖石的原生剩磁的成因：1、 火成巖剩磁的成因 火成巖的原生剩磁主要是熱剩磁。因此火成巖在形成時(shí)，熔融的巖漿由高溫冷卻，逐漸開始凝固，形成固熔體。當(dāng)高溫降至鐵磁性組分的居里點(diǎn)以下，同時(shí)受到地磁場(chǎng)的磁化作用，獲得較強(qiáng)的磁性，隨溫度繼續(xù)下降，磁疇（自發(fā)磁化的小區(qū)域）的熱擾動(dòng)能量減少，不會(huì)再使磁疇的體積和疇轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化，因而保留了剩余磁性。2、 沉積巖剩磁的成因沉積巖的成巖過程沒有高溫冷卻的過程，它所獲得的剩磁是通過沉積作用

19、和成巖作用兩個(gè)過程形成的，前者形成碎屑剩磁，后者成巖作用經(jīng)氧化和脫水過程，獲得化學(xué)剩磁，因此沉積巖的剩磁系碎屑與化學(xué)剩磁。3、 變質(zhì)巖的剩磁的成因變質(zhì)巖的剩磁成因與母巖有關(guān)，如果原巖是火成巖，則它可能有熱剩磁，原巖是沉積巖。則可能有碎屑剩磁或化學(xué)剩磁。（三） 地質(zhì)體磁化的消磁作用我們前面所講的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)的關(guān)系式：，感應(yīng)磁化強(qiáng)度與地球磁場(chǎng)的關(guān)系式，只適用于均勻、無限磁介質(zhì)。但自然界中巖（礦）體一般都是有限體，對(duì)于有限物體來說，由于存在一定的小磁場(chǎng)，因而使其磁化率發(fā)生變化，也使感磁和剩磁發(fā)生變化，往往有限物體的磁化與巖（礦）石的形狀有關(guān)。1、 消磁作用和視磁化率一均勻有限物體，受到均勻外磁場(chǎng)磁

20、化后，物體表面將有磁荷分布，因而在物體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與方向相反的磁場(chǎng) 。使物體內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度Hi=H0+Hd比外磁場(chǎng)小，把物體內(nèi)部這個(gè)與外磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng) 稱為消磁磁場(chǎng)（或退磁磁場(chǎng)）。由物理學(xué)可知 Hd =-NM 式中N為消磁系數(shù)，與物體形狀有關(guān)?；?Hdk =-Nk（Mik+Mrk） 對(duì)于有限物體有 Mik = Hik=H0kNk（Mik+Mrk） 解上式得 式中，為有限物體的視磁化率。對(duì)于順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)來說，由于>0，而N恒為正數(shù)，故 ，< 。將劃線的兩式比較可知：與無限大物體相比，有限物體的感磁減小到，H0k，存在剩磁時(shí)又減少了，NkMrk，這就是有限物體的消磁作用，即由于有限

21、物體中存在消磁磁場(chǎng)，從而使物體的感磁和剩磁都減小的現(xiàn)象。應(yīng)說明，從物理實(shí)質(zhì)而言，磁化磁場(chǎng)Ho對(duì)有限物體的剩磁Mr并不產(chǎn)生消磁作用，上式只是一種形式上的表示而已，Mr實(shí)際上是不變的。2、均勻磁化物體的消磁系數(shù)有限磁體內(nèi)的磁化強(qiáng)度處處為常矢量時(shí)，稱該物體為均勻磁化。均勻磁化時(shí)，無體磁荷，但存在面磁荷。均勻磁化條件對(duì)有限物體來說，均勻磁化除要求均質(zhì)和磁化磁場(chǎng)均勻外，還要求消磁場(chǎng)均勻。通過位場(chǎng)理論知識(shí)，只有二次曲面所圈成的均勻物體在均勻磁場(chǎng)中才是均勻磁化的。幾種均勻磁性體的消磁系數(shù)我們知道，球體，無限長(zhǎng)圓柱體、無限長(zhǎng)橢圓柱體等均是橢球體的特例。 可知球體各方向上的消磁系數(shù)為1/3。其它形體的消磁系數(shù)見

22、圖5.3-2 圖 幾種形體不同方向的消磁系數(shù) 圖 消磁作用對(duì)感應(yīng)磁化強(qiáng)度的影響3、消磁作用對(duì)磁化強(qiáng)度的影響 由圖可見，對(duì)于不等軸的物體，沿不同方向的消磁系數(shù)是不同的。因此，消磁作用不僅影響磁化強(qiáng)度的大小，還會(huì)影響磁化強(qiáng)度的方向。如：在正常地磁場(chǎng)T0 的傾角I0 =450 的地區(qū)，有一走向沿磁南北方向的無限長(zhǎng)水平圓柱體真磁化率為1.0SI()。由圖和公式可得（不考慮剩磁影響），因Ny =0， Nz =1/2 ，而 所以=340。因此，消磁作用使磁化強(qiáng)度偏離磁化場(chǎng)T0 的方向達(dá)110。磁化率越大，偏離越多，并且總是偏向磁性體的長(zhǎng)軸方向。應(yīng)說明的是，消磁作用只對(duì)強(qiáng)磁體有明顯影響，對(duì)弱磁體(<0

23、.1SI()的影響可忽略。 §2.2 地球磁場(chǎng)的基本特征地球周圍存在著磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)我們稱之為地球的磁場(chǎng)。地球的磁場(chǎng)是矢量場(chǎng)，其分布范圍廣，從地核到空間磁層邊緣處處有分布，地磁學(xué)的研究范疇即為地磁場(chǎng)的分布，變化規(guī)律及起源等問題。一、地磁要素及其分布特征正常地磁場(chǎng)（T0）的大小和方向隨緯度而變化，正常地磁場(chǎng)T0具有偶極子場(chǎng)的特征，北半球磁針的N極向下傾，南半球N極向上傾，赤道上磁針近于水平，北磁極處N極朝下而南磁極處N極朝上。（一） 地磁要素地磁場(chǎng)總強(qiáng)度是矢量，為描述地磁場(chǎng)總強(qiáng)度在地表某一點(diǎn)的狀態(tài)，我們定義若干個(gè)地磁要素。將空間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)置于考察點(diǎn)，x軸指地理北(或真北)N，z軸

24、鉛直向下，見圖5.2-2 。圖中，I為地磁傾角，北半球下傾，規(guī)定I為正，南半球上傾，規(guī)定I為負(fù)；為地磁場(chǎng)垂直分量，北半球Z為正，南半球Z為負(fù)；為地磁場(chǎng)水平分量，全球皆指磁北；D為地磁偏角，自地理北向東偏D為正，西偏D為負(fù)；為地磁場(chǎng)北向分量，全球皆指向真北，為地磁場(chǎng)東向分量，東偏Y為正，西偏Y為負(fù)。圖5.2-2 地磁要素圖 、 、 、 、I 及D 稱為地磁要素，七個(gè)地磁要素間有如下關(guān)系 （5.2-2）（二） 地磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位地磁場(chǎng)強(qiáng)度在國(guó)際單位制中用特斯拉來表示，而一般在磁法勘探中，取更小的單位，一般常用納特nt作單位，有時(shí)也用伽瑪作單位，并有：1 。（三） 地磁場(chǎng)的構(gòu)成和磁異常1、 地磁場(chǎng)的構(gòu)

25、成地磁場(chǎng)總強(qiáng)度矢量，習(xí)慣上也稱為地磁場(chǎng)，是近似于一個(gè)置于地心的偶極子的場(chǎng)。偶極子的磁軸SN 和地理南北軸NS相反且斜交一個(gè)角度(11.5°)。圖5.2-1是地心偶極子磁場(chǎng)的磁力線分布情況。Nm 與Sm 就是磁軸S-N延長(zhǎng)到地面上與地表相交的兩個(gè)交點(diǎn)，分別稱作地磁北極Nm 與地磁南極Sm。地磁北極Nm 與地磁南極Sm 是按地理位置說的。按磁性來說，地心偶極子的兩極和地面上使用的羅盤的磁針兩極極性正好相反。地磁場(chǎng)是一個(gè)弱磁場(chǎng)，在地面上的平均強(qiáng)度約為50000nT。實(shí)際上在地面人們觀測(cè)得到的地磁場(chǎng)是各種不同成分的磁場(chǎng)之和。它們的場(chǎng)源分布有的在地球內(nèi)部，有的在地面之上的大氣層中。按照其來源和

26、變化規(guī)律的不同可將地磁場(chǎng)分為兩部分：一是主要來源于地球內(nèi)部的穩(wěn)定磁場(chǎng)；二是主要起因于地球外部的變化磁場(chǎng)。因而，地磁場(chǎng)可以表示為 圖5.2-1 地球磁力線分布示意圖=穩(wěn)定磁場(chǎng)和變化磁場(chǎng)又可以分解為起源于地球內(nèi)、外的兩部分 ， 其中是起因于地球內(nèi)部的穩(wěn)定磁場(chǎng)，占穩(wěn)定磁場(chǎng)總量的99%以上； 是起源于地球外部的穩(wěn)定磁場(chǎng)，僅占1%以下。是變化磁場(chǎng)的外源場(chǎng)，約占變化磁場(chǎng)總量的2/3，為變化磁場(chǎng)的內(nèi)源場(chǎng)，實(shí)際上也是由于外部電流感應(yīng)而引起的，約占其總量的1/3。通常所指的地球穩(wěn)定磁場(chǎng)主要是內(nèi)源穩(wěn)定場(chǎng)，它由以下三部分組成 其中 為中心偶極子磁場(chǎng)， 為非偶極子磁場(chǎng)，也稱為大陸磁場(chǎng)或世界磁場(chǎng)，這兩部分的磁場(chǎng)和又稱為

27、地球基本磁場(chǎng)，世界地磁圖大多為地球基本磁場(chǎng)的分布圖。其中 場(chǎng)幾乎占80-85%，故它代表了地磁場(chǎng)空間分布的主要特征。內(nèi)源穩(wěn)定場(chǎng)的另一個(gè)組成部分，是地殼內(nèi)的巖石礦物及地質(zhì)體在基本磁場(chǎng)磁化作用下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，稱為地殼磁場(chǎng)，又稱為總磁異常矢量。 地磁場(chǎng) 穩(wěn)定磁場(chǎng) 變化磁場(chǎng) 地球內(nèi)部的穩(wěn)定磁場(chǎng)， | | 變化磁場(chǎng)的外源場(chǎng)， 占穩(wěn)定磁場(chǎng)總量的99%以上 + 約占變化磁場(chǎng)總量的2/3起源于地球外部的穩(wěn)定磁場(chǎng)， | 變化磁場(chǎng)的內(nèi)源場(chǎng)僅占1 %以下 約占其總量的1/3 地球基本磁場(chǎng) | 中心偶極子磁場(chǎng) 非偶極子磁場(chǎng) 總磁異常矢量綜上，地球磁場(chǎng)的構(gòu)成可用下式表示： （5.2-1）式中的外源穩(wěn)定磁場(chǎng)，因數(shù)量級(jí)極小

28、，通?？杀缓雎浴?、 異常的劃分根據(jù)對(duì)某一地區(qū)磁場(chǎng)研究的目的不同，可將地磁場(chǎng)，劃分成正常地磁場(chǎng)和磁異常兩部分。這種劃分都是相對(duì)的，正常場(chǎng)的選擇根據(jù)所研究的磁異常的要求而確定。一般情況下可將、及的總和看作正常場(chǎng)，記為 ，即而對(duì)總磁異常矢量 ，在消除掉變化磁場(chǎng)的情況下有 正常場(chǎng)可以認(rèn)為是磁異常的背景場(chǎng)或基準(zhǔn)場(chǎng)。背景常的選擇是磁法勘探中是一項(xiàng)很重要的任務(wù)。需要具體工作中采用具體的方法。二、地磁測(cè)量和地磁圖地磁場(chǎng)是空間和時(shí)間的復(fù)雜函數(shù)，根據(jù)各種勘探需要，常常根據(jù)磁測(cè)結(jié)果定期編繪相應(yīng)的各種圖件即地磁圖。地磁要素是隨時(shí)空變化的，要了解其分布特征，必須把不同時(shí)刻所觀測(cè)的數(shù)值都?xì)w算到某一特定日期，這個(gè)步驟稱之

29、為通化。1、地磁圖地磁場(chǎng)的分布一般用地磁圖表示。地磁圖就是在全球或某個(gè)國(guó)家的若干點(diǎn)上進(jìn)行地磁要素的測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果歸化到同一時(shí)刻的數(shù)值，再將數(shù)值相等的點(diǎn)連成圓滑的曲線圖。它對(duì)于地面定向、航空、航海、資源勘探以及地磁學(xué)研究都非常需要。地磁圖分為世界地磁圖和局部地磁圖。世界地磁圖表示地磁場(chǎng)在全球范圍的分布，通常每5年編一次。根據(jù)各地的地磁要素隨時(shí)間變化的觀測(cè)資料，還可以求出相應(yīng)要素在各地的年變化平均值編制地磁要素的年變率等值線圖。2、 地磁場(chǎng)分布的基本特征世界地磁圖基本上反映了來自地球深部場(chǎng)源的各地磁要素隨地理分布的基本特征。由等傾線圖知，等傾線大致與緯度線平行，其中零度等傾線即磁赤道；由磁赤道向

30、兩磁極，I由00 逐漸變?yōu)?00 。I=+900 的點(diǎn)在N W 處，稱北磁極；I=-900 的點(diǎn)在SE處，稱南磁極。兩磁極在地球表面的位置不對(duì)稱。等偏線圖是從一點(diǎn)出發(fā)匯聚于另一點(diǎn)的曲線簇。其中兩條零度等偏線將全球劃分為正、負(fù)兩個(gè)區(qū)域。等偏線在南北半球各有兩個(gè)匯聚點(diǎn)，它們是兩個(gè)磁極和兩個(gè)地理極，這是因?yàn)閮蓚€(gè)磁極處地理北方向是確定的，而磁北方向不確定，而在兩個(gè)地理極處地磁北方向是確定的，而地理北方向不確定，所以兩磁極和兩地理極處的磁偏角可為任意值。世界地磁場(chǎng)總強(qiáng)度T等值線圖在大部分地區(qū)，等值線與緯度接近于平行，其強(qiáng)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(qiáng)度值

31、大約是6000070000nT。地磁場(chǎng)H分量等值線圖中，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、北兩磁極處H=0。地磁場(chǎng)Z分量等值線圖中，等值線排列大致與地磁傾角等值線分布相似，在赤道附近Z=0，由此向兩極絕對(duì)值逐漸增大，在磁極處達(dá)到±6000070000nT，約為磁赤道附近水平強(qiáng)度值的兩倍。由地磁場(chǎng)的基本特征，如地球有兩個(gè)磁極，磁極處的地磁場(chǎng)約等于磁赤道上的地磁場(chǎng)的兩倍及地磁場(chǎng)的等強(qiáng)度線，等傾線大致與緯度線平行，這說明地磁場(chǎng)與一個(gè)磁偶極子的磁場(chǎng)相近。確切地說，現(xiàn)代地磁場(chǎng)與一個(gè)磁心位于地心、磁軸與地理

32、軸夾角為11.5O、磁矩約等于7.9×1022 A.m2的磁偶極子的磁場(chǎng)擬合的最佳。通常稱這個(gè)磁偶極子為地心偶極子。應(yīng)當(dāng)指出的是，世界地磁圖的等值線并不是均勻分布的，甚至在某些地區(qū)形成閉合圈。這表明地磁場(chǎng)中還含有非偶極子場(chǎng)成分，偶極子場(chǎng)與非偶極子場(chǎng)之和稱作地球的主磁場(chǎng)（或基本磁場(chǎng)）。因此，世界地磁圖實(shí)際上是地球的主磁場(chǎng)圖，也就是正常地磁場(chǎng)圖，從世界地磁場(chǎng)圖中減去地心偶極子的磁場(chǎng)，便得到世界非偶極子磁場(chǎng)圖。3、中國(guó)地磁圖的基本特征根據(jù)利用2000年國(guó)際地磁參考場(chǎng)的高斯系數(shù)計(jì)算的結(jié)果可以知道，在我國(guó)境內(nèi)應(yīng)用較多的幾種地磁要素有以下分布特征：（1）.磁偏角的零等值線由蒙古穿過我國(guó)中部偏西的

33、甘肅省和西藏自治區(qū)延伸到尼泊爾、印度。零等值線以東偏角為負(fù)，其變化由00至-110 ；零等值線以西為正，變化范圍由00至50 ；（2）.磁傾角I自南向北由-100 增至700 ；（3）.總場(chǎng)強(qiáng)度T由南到北，變化值為41000nT至60000nT。 在中國(guó)最強(qiáng)的正異常區(qū)位于塔里木盆地，強(qiáng)度為810nT，最強(qiáng)的負(fù)異常區(qū)位于西藏高原南部喜馬拉雅區(qū)，強(qiáng)度達(dá)-10nT。三、地磁場(chǎng)的變化地磁場(chǎng)隨時(shí)間在不斷的變化，這種變化總體上可以分為兩大類，一類主要是由地球內(nèi)部場(chǎng)源引起的緩慢的長(zhǎng)期變化；另一類主要是來源于地球外部的場(chǎng)源引起的短期變化。它們的變化特征不同，變化的原因也不同。（一）長(zhǎng)期變化地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化總的特

34、征是隨時(shí)間緩慢變化，周期長(zhǎng)。這種變化有下面兩個(gè)顯著的特征：第一個(gè)特征是地磁極的西向漂移。第二個(gè)特征是地球磁矩在逐漸衰減。 （二）短期變化短期變化是一類復(fù)雜的地磁現(xiàn)象，它們的形狀各異、時(shí)空特征不同，并且常常相互疊加。依其出現(xiàn)的規(guī)律又可分為兩類。一類是有一定的周期且連續(xù)出現(xiàn)，稱平靜變化，另一類是偶然發(fā)生且持續(xù)一定時(shí)間即消失，稱擾動(dòng)變化。平靜變化是一種周期性的連續(xù)變化，變化平緩而有規(guī)律，類型較少，僅分太陽日變化(Sq )和太陰日變化(L)兩種。地磁場(chǎng)的擾動(dòng)變化也稱磁擾，它是一類暫短而復(fù)雜的變化，類型較多，可分為磁暴、極光區(qū)磁擾、地磁脈動(dòng)和鉤擾等。我們只介紹磁暴。磁暴磁暴起源于太陽活動(dòng)區(qū)噴發(fā)出來的等離

35、子粒子流。發(fā)生的具體時(shí)間不確定，但具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。部分磁暴具有27天(太陽自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間)的重現(xiàn)性，太陽活動(dòng)極大年磁暴多而極小年少：磁暴數(shù)目的變化具有11年的周期性；春秋兩季磁暴多而夏冬兩季少。磁暴是全球同時(shí)發(fā)生的強(qiáng)烈磁擾。不同磁暴間的形態(tài)差異很大，同一磁暴不同緯度處的形態(tài)也不同。高緯度區(qū)的磁暴所含的擾動(dòng)成分多，幅度大、形態(tài)不規(guī)則；低緯度區(qū)的磁暴所含的擾動(dòng)成分少、幅度小、形態(tài)較規(guī)則。一般地說，水平分量變化強(qiáng)烈，中低緯度區(qū)形態(tài)最清楚。 §2.3 磁法勘探的基本原理我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用磁現(xiàn)象的國(guó)家，早在兩千多年前，我國(guó)就知道并利用天然磁石的吸鐵性和指極性。磁法勘探的歷史：160

36、0年威廉·基爾伯特發(fā)現(xiàn)磁針能指南北，并且地球北磁極吸引磁針的北極，南磁極吸引磁針的南極，從而得出一個(gè)重要的結(jié)論：即地球的磁場(chǎng)與一個(gè)置于地心并接近地球旋轉(zhuǎn)軸方向放置的永久磁鐵的磁場(chǎng)等效，從此人們開始研究地磁場(chǎng)現(xiàn)象的理論。1640年，瑞典人開始用羅盤尋找磁鐵礦，誕生了萬能磁力儀。這是應(yīng)用地球物理的重要標(biāo)志。1840年，高斯發(fā)表了地磁概論一書，奠定了地磁場(chǎng)理論分析的基礎(chǔ)。1915年，阿道夫·施密特制成刃口式垂直磁秤后，磁法勘探的領(lǐng)域有了擴(kuò)展。1936年，羅加喬夫試制成了感應(yīng)式航空磁力儀，大大提高了磁測(cè)速度，擴(kuò)大了磁測(cè)范圍，使磁法勘探進(jìn)入了一個(gè)新階段。20世紀(jì)5060年代，在海洋磁

37、測(cè)和古地磁學(xué)研究成果的支持下，復(fù)活了大陸漂移學(xué)說，發(fā)展了海底擴(kuò)展說，推動(dòng)了地球科學(xué)的變革。磁法勘探儀器的歷史：磁法勘探儀器由機(jī)械式磁力儀發(fā)展到質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，光泵磁力儀和超導(dǎo)磁力儀。通過這些儀器可以進(jìn)行遙測(cè)、空中、海洋、井中、地面等不同分量級(jí)不同參量的磁測(cè)，也使磁法勘探從對(duì)地球的基礎(chǔ)科學(xué)研究，拓展到資源、環(huán)境、城市工程等方面。我國(guó)磁法勘探的歷史：我國(guó)的磁法勘探從20世紀(jì)30年代開始于云南，解放后，物探工作得到很大發(fā)展。地面磁測(cè)、航空磁測(cè)、井中磁測(cè)、海洋磁測(cè)相繼展開，1985年，磁測(cè)工作已幾乎覆蓋全國(guó)，磁法工作多年來取得顯著效益，尤其在尋找鐵礦及金屬礦上取得很大成功。一、磁法的測(cè)量?jī)x器及野外工作

38、方法磁法勘探儀器根據(jù)其工作原理的不同，大致將其分為機(jī)械式磁力儀和電子式磁力儀兩大類。無論利用磁測(cè)資料研究地質(zhì)構(gòu)造還是直接找礦，首先要測(cè)量獲取磁場(chǎng)強(qiáng)度值。測(cè)量方法分兩種：即絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量。多數(shù)電子式磁力儀都可用于地磁場(chǎng)的絕對(duì)測(cè)量。絕對(duì)測(cè)量較多的用于地磁學(xué)研究。機(jī)械式磁力儀和電子式磁力儀均可實(shí)現(xiàn)相對(duì)測(cè)量。相對(duì)測(cè)量主要用于磁法勘探。相對(duì)測(cè)量主要測(cè)量的地磁場(chǎng)總強(qiáng)度矢量以及地磁場(chǎng)的垂直分量與水平分量。工作過程與重力相似，但沒有重力數(shù)據(jù)中的各項(xiàng)改正，由于太陽日磁場(chǎng)的變化對(duì)磁法勘探的影響很大，所以磁法勘探中很重要的一項(xiàng)改正是日變改正，具體實(shí)習(xí)時(shí)都會(huì)遇到，這里不多述。二、計(jì)算磁性磁場(chǎng)的意義和條件磁測(cè)的根本

39、目的是要解決地質(zhì)問題，對(duì)磁測(cè)資料進(jìn)行定性、定量的地質(zhì)解釋。正問題：由已知的物性參數(shù)求取地質(zhì)體的異常的過程。反問題：由已知地質(zhì)體的異常來求取物性參數(shù)的過程。計(jì)算磁性體的假設(shè)條件：1、 磁性體為簡(jiǎn)單規(guī)則性體；2、 只研究單個(gè)磁性體；3、 觀測(cè)面是水平的；4、 磁性體被均勻磁化；5、 不考慮剩磁。 三、計(jì)算磁性體磁場(chǎng)的基本公式 計(jì)算磁性體磁場(chǎng)的方法有多種，主要有：體積分公式法、面積分公式法、重力位場(chǎng)的泊松公式法。在討論各種磁性體的磁場(chǎng)時(shí)，一般將坐標(biāo)原點(diǎn)選在磁性體中心或頂面中心在地面的投影點(diǎn)，我們還規(guī)定磁性體處p點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y，z），磁性體內(nèi)的體元的坐標(biāo)為。（一） 重磁位場(chǎng)的泊松公式一個(gè)均勻磁化且密

40、度均勻的物體，其磁位和引力位的解析式間存在一定的關(guān)系式，這就是著名的泊松公式。根據(jù)此式可以方便地計(jì)算磁性體的磁場(chǎng)。因?yàn)橐ξ唬憾盼唬?合并兩式可得：進(jìn)一步可寫成： 該式將磁化強(qiáng)度、密度均勻物體的磁位與引力位聯(lián)系在一起，即著名的泊松公式。該式表明，同一個(gè)既均勻磁化又有均勻密度的物體的磁位，可由其引力位來計(jì)算。（二）磁異常要素及其物理意義設(shè)在P點(diǎn)附近的地下有一個(gè)球形地質(zhì)體，該地質(zhì)體的磁矩m鉛直向下，則其在P點(diǎn)引起的總磁異常矢量 的方向?yàn)檫^該點(diǎn)的磁力線（在過球心的鉛直面ABCD內(nèi)）的切線方向，見圖 圖磁異常物理意義示意圖已知正常地磁場(chǎng)矢量為 ，P點(diǎn)的實(shí)際地磁場(chǎng)總強(qiáng)度矢量應(yīng)為正常地磁場(chǎng)矢量與總磁異常

41、矢量 的矢量和，顯然與 的方向是不一致的。P點(diǎn)的地磁場(chǎng)總強(qiáng)度矢量與正常地磁場(chǎng)矢量的模量差定義為T，稱其為總強(qiáng)度磁異常，有 圖5.2-17 T 與Ta 的關(guān)系 根據(jù)三角形余弦定理，可推出： 該式表明在一般情況下，當(dāng)總磁異常矢量不十分強(qiáng)時(shí)，可近似把T看作是 在 方向的分量。 而 綜上看出：總強(qiáng)度磁異常T 、垂直磁異常Za 、水平磁異常Hax 、Hay 、Ha 的物理意義分別為總磁異常矢量 在正常地磁場(chǎng) 方向上的分量、在垂直方向（Z軸）上的分量、在X軸和Y軸上的分量以及在水平面（xoy面）內(nèi)的分量。通常，將 Ta 、T 、Za 、Hax 、Hay及Ha 統(tǒng)稱為磁異常要素。（三）有效磁化強(qiáng)度和有效地磁

42、場(chǎng)我們給出磁化強(qiáng)度、正常地磁場(chǎng)與各個(gè)分量的關(guān)系。如圖：圖8.1-1 磁化強(qiáng)度和正常地磁場(chǎng)矢量圖(a).物體被磁化時(shí)具有與正常地磁場(chǎng)方向相同（或不同）的磁化強(qiáng)度矢量 (b).磁化強(qiáng)度矢量圖 （c）正常地磁場(chǎng)矢量圖磁化強(qiáng)度與其水平分量 、 及 的關(guān)系： 其中i為磁化強(qiáng)度的傾角，稱磁化傾角；為x軸與的水平分量的夾角。正常地磁場(chǎng)與其水平分量H0x 、H0y 及Z0 的關(guān)系： 式中I0 為地磁場(chǎng)T0 的傾角； 為x軸與磁北的夾角。磁化強(qiáng)度的方向與正常地磁場(chǎng)的方向可以一致，也可以不一致，一般如果不考慮剩磁時(shí)，可以認(rèn)為磁化強(qiáng)度方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度方向是一致的，否則二者方向可能不一致。若兩者一致，則有S =t 、S

43、 =t 、S =t 、i=I0 、=A。 在研究地質(zhì)體的磁異常時(shí)，將磁化強(qiáng)度M、正常地磁場(chǎng)T0在觀測(cè)剖面（xoz面）內(nèi)的分量MS、T0S定義為有效磁化強(qiáng)度和有效地磁場(chǎng)， is 為MS 的傾角，稱有效磁化傾角；I0S 為T0S 的傾角，稱有效地磁場(chǎng)傾角。因而有： （8.1-9）那么： (8.1-10)同理： (8.1-11)所以 磁化強(qiáng)度與磁性體走向或剖面方向有關(guān)，走向不同，被磁化的情況也不同，當(dāng)形體確定后，磁化強(qiáng)度的方向是決定磁場(chǎng)特征的重要因素，這是因?yàn)榇呕瘡?qiáng)度的方向決定了磁性體磁荷的分布特征，而磁荷的分布與磁性體磁場(chǎng)的分布特征直接相關(guān)。（四） 地質(zhì)體磁異常的計(jì)算前面已經(jīng)求出了磁位，根據(jù)定義：

44、，。對(duì)于三度體：式中、為正常地磁場(chǎng)的方向余弦。也可將、分別用、代替。對(duì)于二度體：二度體可以認(rèn)為是沿走向方向無限延伸的磁性體，假設(shè)其沿y方向無限延伸，則無論其磁位或磁異常沿y方向均為常數(shù)，所以有，由二度體公式還可推出：據(jù)此，可得二度體剖面磁異常表達(dá)式 （8.1-8）具體計(jì)算時(shí)，、，、可分別用、，、代替。可以將T表示為：其他兩種公式（體積分公式和磁荷面積公式）都是些數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，這里不多說了，感興趣的同學(xué)可以看看。§2.4 規(guī)則形體的磁性特征（一）球體1、球體的磁場(chǎng)表達(dá)式根據(jù)泊松公式，我們直接寫出球體的磁異常表達(dá)式：如果是在主剖面上（即過原點(diǎn)的中心剖面，也即該剖面在過原點(diǎn)并過球心，與有效

45、磁化強(qiáng)度在同一面上。），此時(shí)y=0，以上公式可化簡(jiǎn)為：2、球體的異常特征分析由公式看出，球體的磁場(chǎng)不僅與其位置、體積、磁化強(qiáng)度的大小和方向有關(guān)，而且與計(jì)算剖面的方向、位置、計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)。因此對(duì)磁性體的磁場(chǎng)研究，不僅要注意其平面、剖面特征，還要注意其空間特征。這樣才有可能區(qū)別各種不同磁性體。平面特征垂直磁化垂直磁異常Za 由前面公式知，垂直磁化（I=900）垂直磁異常公式為： 式中r20=x2+y2 ，m為球體的磁矩。上式表明，Za的平面等值線是以球心在地面的投影點(diǎn)為圓心的一系列同心圓，極大值點(diǎn)在球心的正上方。2h2>r20 時(shí)為正等值線；2h2<r20 時(shí)為負(fù)等值線；2h2=r

46、20 時(shí)為零等值線。斜磁化（00<i<900）時(shí)，Za 與T都不是x，y的簡(jiǎn)單函數(shù)，它們的平面等值線也都不是簡(jiǎn)單曲線。Za 等值線呈等軸狀，負(fù)異常幾乎將正異常包圍；極大值與極小值的連線（即異常的極軸）對(duì)應(yīng)磁化強(qiáng)度矢量M在地表平面上的投影方向；極小值位于正異常的北側(cè)，極大值位于坐標(biāo)原點(diǎn)之南側(cè)。T 的等值線基本形態(tài)與Za 類似，只是其負(fù)值較大正負(fù)面積的大小不一樣。剖面特征I0 =90º，即得到垂直磁化條件下主剖面上磁異常的表達(dá)式 分析公式知：垂直磁化（i=900）的垂直磁異常Za（900）為軸對(duì)稱曲線，垂直磁化的水平磁異常Hax（900 ）為點(diǎn)對(duì)稱曲線；而水平磁化（i=00）

47、的Za（00）為點(diǎn)對(duì)稱曲線、Hax（00）為軸對(duì)稱曲線。斜磁化如Za（450）和Hax（450）為非對(duì)稱曲線，Za為兩邊有負(fù)值的非對(duì)稱曲線，T與Za 曲線類似，只是T受磁化傾角的影響比Za更大。 Zamax點(diǎn)向磁化強(qiáng)度M的水平分量的反方向移動(dòng)，明顯的Zamin 點(diǎn)在磁化強(qiáng)度的水平分量正方向一側(cè)，兩極值點(diǎn)間的曲線較陡。如圖：圖中表示的i分別為900、450和00 時(shí)的T異常曲線。很顯然，當(dāng)i=900 時(shí)，T與Za 曲線形狀是相同的，當(dāng)i=00 時(shí)，T與Hax 曲線形狀是相同的。當(dāng)球體被垂直磁化時(shí)，主剖面上Za 表達(dá)式變的非常簡(jiǎn)單。若令式中x=0，即得到Zamax 在原點(diǎn)處的值可以看出，Zamax

48、與球體中心深度h的三次方成反比，隨深度的增加磁異常曲線變低變緩；當(dāng)Za=0時(shí)，x0 =±2 h ，由此可根據(jù)x0 大致計(jì)算球體的中心埋深。（二）水平圓柱體水平圓柱體的磁異常表達(dá)式寫起來很長(zhǎng)，這里不寫了。它的剖面特征與球體相同，我們也不重復(fù)，只是其隨深度的衰減率不同。球體中Za、Hax、T與中心深度h的三次方成反比，而水平圓柱體中Za、Hax、T與中心深度h的二次方成反比。但其平面等值線圖有明顯差異。與重力相仿，水平圓柱體的平面也是長(zhǎng)條帶狀。但應(yīng)注意Za和T是為同簇曲線，即：有效磁化強(qiáng)度為的Za曲線和有效磁化強(qiáng)度為2的T曲線相似。這里：=。（三）板狀體的磁場(chǎng)磁性板狀體主要指一些礦脈、巖

49、脈及巖墻等磁性地質(zhì)體。這里我們?nèi)匀挥懻摪鍫铙w的磁化方向與地磁場(chǎng)方向一致時(shí)的異常特征。根據(jù)重、磁理論知識(shí)可得磁化方向與地磁場(chǎng)方向相同時(shí)的有限延深板狀體總磁異常T 的表達(dá)式 式中3 =90+-IOS=90+-2IOS ，其它量同重力表達(dá)示中的意義。若令H，即可得無限延深板狀體的相應(yīng)磁異常公式： 當(dāng)M與T0方向一致時(shí)（=A，iS=IOS），有 當(dāng)2b<<h時(shí)，也就是在薄板條件下，A-C2bh/（x2+h2）、ln（rC/rA）-2bx/（x2+h2）。若分別令上述公式中=900、iS= 900、=00 、= 900 ，則分別可得到直立板狀體、垂直磁化板狀體、順層磁化板狀體和有效磁化強(qiáng)度與

50、層面垂直的板狀體的磁異常公式。這里為板的傾角，為磁化強(qiáng)度方向與板的夾角，則= iS + ，由此看來曲線特征不僅與iS有關(guān)，還與、有關(guān)。1、有限延深板狀體磁異常特征分析有限延深板狀體磁異常表達(dá)式冗長(zhǎng)復(fù)雜，異常形態(tài)的變化受多種因素的影響，其規(guī)律不太便于把握。我們只介紹垂直磁化時(shí)的異常特征，因?yàn)榇藭r(shí)曲線形態(tài)最簡(jiǎn)單，易于把握。下圖（a），（b），（c）中分別給出了板狀體沿不同方向傾斜時(shí)Za、Hax曲線示意圖。由其可見，有限延深板狀體的傾向一側(cè)，Za曲線較緩，而Hax曲線幅值較??；另外因有限延深板狀體深部負(fù)磁荷的影響，Za、的正異常兩側(cè)均有負(fù)異常。 （a） （b） （c）圖 有限延深板狀體Za、Hax剖

51、面曲線示意圖 （a）、（b）、（c）分別為有限延深板沿不同方向傾斜時(shí)的Hax 、Zax 異常曲線的變化情況；順便說一下，水平薄板的磁場(chǎng)表達(dá)式，可用兩個(gè)上頂埋深分別為和h+h的無限延深直立厚板的差求得，也即對(duì)有限延深直立厚板狀體異常公式對(duì)h求一次導(dǎo)數(shù)。此公式就不做詳細(xì)介紹了。下圖給出了水平薄板磁異常Za、Hax、T的曲線。圖 水平薄板Za、Hax 異常剖面曲線2、無限延深板狀體磁異常特征分析剖面特征無限延深板狀體的Za、Hax的曲線特征（對(duì)稱性、正負(fù)值的分布）與=-iS的大小有關(guān)。垂直磁化的板狀體的Za、Hax的異常曲線如圖（8.2-14）（a）、（b）和（c）所示。直立板狀體的Zax為軸對(duì)稱曲

52、線，而Hax為點(diǎn)對(duì)稱曲線；傾斜板狀體的Za、Hax皆為非對(duì)稱曲線Za的極大值點(diǎn)和Hax的零值點(diǎn)向板狀體的傾向一側(cè)移動(dòng)，傾向一側(cè)Za曲線較緩、幅值較大，而Hax幅值較小。因此，在垂直磁化情況下由板狀體的Za、Hax曲線特征可判斷板狀體的傾向；非垂直磁化情況下，其磁異常變化與板狀體的傾斜方向有關(guān)，順層磁化（=-iS=00）時(shí)，Za為軸對(duì)稱曲線，而Hax為點(diǎn)對(duì)稱曲線；（曲線只與有關(guān)，與無關(guān)）。有效磁化強(qiáng)度與板的層面垂直（=-iS=900）時(shí)，Za為點(diǎn)對(duì)稱曲線，而Hax為軸對(duì)稱曲線；斜磁化（00<<900）時(shí)，Za和Hax皆為非對(duì)稱曲線，如圖（8.2-14）（d）、（e）和（f）所示。當(dāng)00<<900時(shí)，當(dāng)900時(shí)， 。比較公式后發(fā)現(xiàn)，無限延深板狀體的T與Za曲線為同簇曲線，即有效磁化強(qiáng)度與層面夾角為的Za曲線和有效磁化強(qiáng)度與層面夾角為3的T曲線相似。T的異常較復(fù)雜，除與有關(guān)外，還與I0，（或I0、A）有關(guān)。但只要記住3則可以根據(jù)對(duì)應(yīng)的Za異常特征掌握T的異常特征。圖（8.2-14）（g）為=A=00、iS=IOS=450、而=450、900和1350的T曲線。圖8.2-14 無限延深板狀體磁異常剖面（a）、（b）、（c）分別為=900、1350 、450 時(shí)的Za Hax 異常曲線（需修改）；（d）. =900 時(shí)不