《重力學(xué)與地磁學(xué)》地磁學(xué)部分

1、地磁學(xué)部分（Geomagnetism) 地球具有磁場(chǎng)，稱為地磁場(chǎng)，是由不同來(lái)源的磁場(chǎng)構(gòu)成地磁學(xué)地磁場(chǎng)研究巖石磁學(xué)巖石剩磁巖石磁化率基本磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)磁異常第1章 地磁場(chǎng)的構(gòu)成與分布第2章 地磁場(chǎng)的高斯理論第3章 地球變化磁場(chǎng)第4章 磁異常觀測(cè)與磁性體的磁異常第5章 古地磁學(xué)*第1章 地磁場(chǎng)的構(gòu)成與分布1.1 描述磁場(chǎng)的基本物理量1. 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)的最基本的物理量常用單位：T、nT2. 磁化強(qiáng)度 介質(zhì)被磁化的強(qiáng)弱程度用磁化強(qiáng)度表示，定義為單位體積內(nèi)分子電流磁矩的矢量和3. 磁場(chǎng)強(qiáng)度4. 磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁化強(qiáng)度的關(guān)系其中： 介質(zhì)的磁化率，無(wú)量綱 磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁化強(qiáng)度的單位：A/m5.

2、各向同性均勻介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 只與介質(zhì)有關(guān)，與磁場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，且為常數(shù)真空情況下 6. 偶極子的磁場(chǎng)磁偶極子軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度電流環(huán)軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度-Qm+QmlrPPrm磁偶極子的磁位1.2 地磁場(chǎng)的構(gòu)成：地磁場(chǎng)一級(jí)近似相當(dāng)于 地心磁偶極子磁場(chǎng)2.偶極子磁軸與地理軸斜交 地磁場(chǎng)的平均近似性質(zhì) 平均 B0.5104 T 5104 nT() 或 H 0.5 Oe3. 磁軸與地面的交點(diǎn) 稱為 地磁北極 Nm 地磁南極 Sm1.2.2 地磁場(chǎng)是一個(gè)弱磁場(chǎng)1.2.3 地磁場(chǎng)是各種場(chǎng)源的磁場(chǎng)疊加，穩(wěn)定場(chǎng)是主要部分 地磁場(chǎng)由主要來(lái)源于固體地球內(nèi)部的穩(wěn)定場(chǎng)和起源于

3、地球外部的變化磁場(chǎng)組成 變化磁場(chǎng)比穩(wěn)定磁場(chǎng)弱得多（最大的變化磁場(chǎng)只占總地磁場(chǎng)的 24 ），因此，穩(wěn)定磁場(chǎng)是地磁場(chǎng)的主要部分1. 直角坐標(biāo)系： X、 Y、 Z X、Y、Z、H、BT、I 和D 為地磁要素，其中三個(gè)相互獨(dú)立的地磁要素稱為地磁三要素1.3 地磁要素x (地理北）y（東）z（向下）H (地磁北）XZYIDBTo地表坐標(biāo)系觀測(cè)點(diǎn)2. 柱坐標(biāo)系： H、 Z、 D 3. 球坐標(biāo)系： BT、I、D 1.4 地磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)內(nèi)源磁場(chǎng)外源場(chǎng)正常場(chǎng)磁異常偶極子場(chǎng)非偶極子場(chǎng)1. 地球磁場(chǎng)的成分：3. 磁異常（1）地殼上部的磁異常體；（2）磁性介質(zhì)層。正常磁場(chǎng)2. 基本磁場(chǎng)和正常場(chǎng)穩(wěn)定磁場(chǎng)水

4、平分量垂直分量正常磁場(chǎng)4. 磁層結(jié)構(gòu) 太陽(yáng)的粒子和攜帶的磁場(chǎng)對(duì)地球磁場(chǎng)有很大的作用，它限制了地磁場(chǎng)的范圍。對(duì)太陽(yáng)風(fēng)而言，形成一個(gè)空腔，而地磁場(chǎng)完全被局限在這個(gè)空腔內(nèi)。這個(gè)磁場(chǎng)的空腔稱為磁層。 磁場(chǎng)的分布顯然是不對(duì)稱的 約在 r =2R7R 范圍內(nèi)，磁場(chǎng)才保持著偶極子磁場(chǎng)的的性質(zhì) 磁頂至地心約10R，磁尾至少超過(guò)100R太陽(yáng)風(fēng)磁鞘磁鞘磁層邊界磁層邊界磁尾弓形沖擊波世界地磁場(chǎng)偏角等值線圖 （2005.0年)1.5 地磁圖1.5.1 世界地磁圖等偏線圖： 有四個(gè)匯聚點(diǎn)，兩個(gè)地極，兩個(gè)磁極。 有兩條D=0的等偏線，把世界地磁場(chǎng)偏角分成正負(fù)兩個(gè)區(qū)域。南極北極 有四個(gè)匯聚點(diǎn)，兩個(gè)地極，兩個(gè)磁極。由赤道向兩

5、極，傾角由0逐漸增至90。等傾線圖：世界地磁場(chǎng)傾角等值線圖 （2005. 0年） 是大致沿地理緯度排列的曲線簇。在赤道附近值最大，向南北磁極逐漸減小為零。 最大值 4104nT水平強(qiáng)度等值線圖：垂直強(qiáng)度等值線圖：大致沿地理緯度排列的曲線簇。南北磁極數(shù)值最大（約(67) 104nT），赤道附近數(shù)值為零世界地磁場(chǎng)總強(qiáng)度等值線圖1.5.2 中國(guó)地磁圖等偏線等傾線水平分量垂直分量總強(qiáng)度圖 非偶極子場(chǎng)圍繞幾個(gè)中心分布 強(qiáng)異?？蛇_(dá)地磁場(chǎng)平均強(qiáng)度的3035 弱異常只有地磁場(chǎng)平均強(qiáng)度的61.5.3 非偶極磁場(chǎng)等值線圖Fig. 5.35 The vertical component of the non-dip

6、ole magnetic field for the years 1780 AD (after Yukutake and Tachinaka, 1968) and 1980 AD (after Barton, 1989).1780年非偶極場(chǎng)的垂直分量1980年非偶極場(chǎng)的垂直分量 非偶極子磁場(chǎng)的成因還不很清楚，一般認(rèn)為，在地幔和地核邊界附近可能存在物質(zhì)的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，形成渦旋電流產(chǎn)生非偶極場(chǎng)2.1 地磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)表示 麥克斯韋方程：在地表 2.1.1 地磁場(chǎng)的磁位表達(dá)式1. 在地表地磁場(chǎng)的磁位滿足拉普拉斯方程第2章 地磁場(chǎng)的高斯理論為無(wú)旋場(chǎng)，可引入標(biāo)量磁位 U，使 拉普拉斯方程2. 拉普拉斯方程在地心

7、球坐標(biāo)系下的解為：其中： R 地球半徑，（r,) 測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)， Pnm(cos) 締合勒讓德函數(shù)， gnm 、hnm、jnm、knm 高斯系數(shù) gnm 、hnm 內(nèi)源場(chǎng)系數(shù)，只與地球磁場(chǎng) 的場(chǎng)源性質(zhì)有關(guān)，與觀測(cè)點(diǎn)無(wú)關(guān)。 r (n+1) 項(xiàng)為地球內(nèi)部源的磁位，代表內(nèi)源場(chǎng)部分r n項(xiàng)為地球外部源的磁位，代表外源場(chǎng)部分Fig.B5.3.1 Axial cross-sections showing the field line geometries of (a) dipole, (b) quadrupole and (c) octupole fields; each field is rotationa

8、lly symmetrical about the axis of the configuration. The corresponding zonal spherical harmonics are illustrated symbolically by shading the alternate zones in which magnetic field lines leave or return to the surface of a sphere. 偶極四極多極3. 內(nèi)源場(chǎng)中各階項(xiàng)的物理意義2.1.2 地磁場(chǎng)強(qiáng)度的表示2.1.3 國(guó)際地磁參考場(chǎng)（IGRF） 如果限制級(jí)數(shù)展開(kāi)到 n 階項(xiàng)

9、，gnm，hnm 的個(gè)數(shù)為 N=n(n+2)，要計(jì)算 n 階 gnm，hnm 要不少于 N 個(gè)方程式，即至少擁有 N/3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 1. 高斯系數(shù)的獲得nm基本磁場(chǎng)（nT）長(zhǎng)期變化（nT/a） gnm hnm gnm hnm10 -29988 22.411 -19575606 11.3 -15.020 -1997 -18.3 213028 -2129 8.2 -12.722 1662 -199 7.0 -25.2301279 0.031 -2181-335 -6.5 0.2321251 271 -0.7 2.733833-252 1.0 -7.940958 -1.441783 212 -1

10、.4 4.642398 -257 -8.2 1.643 -419 53 -1.8 2.044 199 -298 -5.0 0.41980.0年國(guó)際地磁參考場(chǎng)高斯系數(shù)（部分）2. 地磁場(chǎng)高斯分析結(jié)果（1）n=1階的偶極子場(chǎng)占總場(chǎng)的80-85（2）地磁場(chǎng)的99以上是內(nèi)源場(chǎng)，外源場(chǎng)很?。?）內(nèi)源場(chǎng)高斯系數(shù)隨時(shí)間緩慢變化，磁場(chǎng)中變化較快的是外源場(chǎng)（4）地磁場(chǎng)的功率譜 地磁場(chǎng)的主要部分為球諧分量 n 13 選取全球均勻分布的多個(gè)測(cè)點(diǎn)地磁觀測(cè)數(shù)據(jù) (X,Y,Z)，利用最小二乘法解線性方程組，求解高斯系數(shù) 不同年代不同作者計(jì)算的高斯系數(shù)雖大體相近，但又不盡相同。一般說(shuō)來(lái)，同一年代數(shù)值差異在 1% 以內(nèi)，有可

11、能是不同資料的引起；而不同年代的差別在 6-7% ，反映了基本磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化 高斯系數(shù)客觀地反映全球范圍地磁場(chǎng)的基本特征，1968年起正式提出了國(guó)際地磁參考場(chǎng)，并不斷發(fā)布國(guó)際地磁參考場(chǎng)高斯系數(shù)3. 國(guó)際地磁參考場(chǎng)（IGRF） 國(guó)際地磁參考場(chǎng)（IGRF） 如果限制級(jí)數(shù)展開(kāi)到 n 階項(xiàng)，gnm，hnm 的個(gè)數(shù)為 N=n(n+2)，要計(jì)算 n 階 gnm，hnm 要不少于 N 個(gè)方程式，即至少擁有 N/3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 全球均勻分布的地磁觀測(cè)數(shù)據(jù) (X,Y,Z)，利用最小二乘法解線性方程組，求解高斯系數(shù)。每5年發(fā)布國(guó)際地磁參考場(chǎng)高斯系數(shù)磁偏角圖 2015.0 預(yù)測(cè)磁偏角年變率圖 2015.02020

12、.0 2015年國(guó)際地磁參考場(chǎng)（IGRF）http:/www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html磁傾角圖 2015.0 預(yù)測(cè)磁傾角年變率圖 2015.02020.0水平分量圖 2015.0 預(yù)測(cè)水平分量年變率圖 2015.02020.0垂直分量圖 2015.0 預(yù)測(cè)垂直分量年變率圖 2015.02020.0總強(qiáng)度圖 2015.0 預(yù)測(cè)總強(qiáng)度年變率圖 2015.02020.02.2 地心偶極子磁場(chǎng) 地心偶極子磁場(chǎng)是地球基本磁場(chǎng)的主要部分，約占全部磁場(chǎng)的8085（0,0）NmNO(,) 了解地心偶極子場(chǎng)的分布情況，對(duì)于掌握地磁場(chǎng)分布的基本形態(tài)有重要意義

13、2.2.1 在地理坐標(biāo)中地心偶極子場(chǎng)磁位的表達(dá)式m 地心偶極子的磁矩（0,0）NmNP(,)O1. 磁偶極子的磁位2. 地理坐標(biāo)中的磁位表示（n1 ）其中：3. 對(duì)比拉普拉斯方程解 n=1 階的磁位表示得：2.2.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度表示式2.2.3 假定地理軸與地磁軸重合時(shí)的地磁場(chǎng)分布特征（090 情況）1. 磁場(chǎng)分布規(guī)律 (2) 水平分量H為北向分量 X(3) 總強(qiáng)度值： (1) 磁場(chǎng)分布只與緯度有關(guān)，與經(jīng)度無(wú)關(guān)古地磁研究基本公式x (地理北）y（東）z（向下）H (地磁北）XZYIDBTo2. 磁傾角與緯度的關(guān)系I 磁傾角， 地理緯度 BT兩極2 BT赤道 3. 赤道與兩極磁場(chǎng)的大小 H =

14、0m /4R3 Z=0 BT赤道 = H Z= 0m / 2R3 H=0 BT兩極 = Z（3）總強(qiáng)度： （1）赤道處： 0 （90） （2）兩極處： 90 （0、180 ） 4. 磁場(chǎng)的梯度1）垂直梯度：（1）水平分量 H 的垂直梯度：（2）垂直分量 Z 的垂直梯度：2）水平梯度：（1）水平分量 H 的水平梯度：（2）垂直分量 Z 的水平梯度：3）磁場(chǎng)梯度的含義例如某地磁場(chǎng)的強(qiáng)度是： Z46200 nT，H29900 nT，R6370km磁場(chǎng)梯度為：表明：在該地每升高 1 km，H和Z分別減小14.4nT和21.7nT；沿地表向北移動(dòng) 1km ， H和Z分別減小3.6nT和增加9.4nT。n

15、m gnm （nT） hnm（nT）nm gnm（nT） hnm（nT）10 -29442.0 40 907.611 -1501.0 4797.141 813.7 283.320 -2445.1 42 120.4 -188.721 3012.9 -2845.6 43 -334.9 180.922 1676.7 -641.9 44 70.4 -329.530 1350.731 -2352.3 -115.3 32 1225.6 244.933 582.0 -538.4http:/www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html2.3 地球的磁矩1. 一階高斯

16、系數(shù)的物理意義：2015.0年國(guó)際地磁參考場(chǎng)高斯系數(shù) 拉普拉斯方程解中，n1 階的表達(dá)式為偶極子場(chǎng)表示:其中：（0,0）NmN x(0)zy2.反映了地球磁矩的性質(zhì)地球磁矩的模量：均勻磁化球體的磁化強(qiáng)度模量：3. 利用一階高斯系數(shù)求地球磁矩：地球磁極的坐標(biāo)：4. 地球磁矩值：以 1975 年國(guó)際地球參考場(chǎng)資料為例：g100.3019104Tg110.0204104Th11 0.0574 104T m=7.9610-22 A m2 M= 73.6 A / m 07026.09W 07835.52N2.4 地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化 地球基本磁場(chǎng)并不是恒定的，而是隨著時(shí)間緩慢的變化, 稱為基本磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化

17、2.4.1 長(zhǎng)期變化率： 設(shè)某地磁要素的年平均值為 F，則 定義為該要素在 t = t1 + (t2 t1) / 2 年代的長(zhǎng)期變化率，又稱年變率。說(shuō)明：由于地磁要素是隨時(shí)間變化的，把觀測(cè)值歸算到某一 特定日期，叫做通化。世界地磁圖通常每5年畫(huà)一次。 日期選在某年的1月1日，稱為某年零年地磁圖；選在 7月1日，稱為某年地磁圖或某年代地磁圖。2.4.2 長(zhǎng)期變化現(xiàn)象： 1. 磁偏角和磁傾角的長(zhǎng)期變化地磁臺(tái)（UK）觀測(cè)的磁偏角年變化率http:/www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html2. 地球磁矩的變化 （1）地球磁矩的衰減： 年代 磁 矩 (10

18、22 A m2) 年代 磁 矩(1022 A m2) 1829 8.45 1942 8.01 1835 8.56 1945 8.01 1845 8.49 1955 8.06 1880 8.36 1956 8.01 1885 8.34 1965 8.01 1922 8.17 1975 7.96各年代地球偶極子磁矩（2）地磁極位置的變化： 地磁極沿緯度圈向西移動(dòng)，約0.05/ 年http:/www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html北磁極 (紅色) 和地磁北極(藍(lán)色)位置 1900.0-2020.0 estimated from the 12th Ge

19、neration IGRF南磁極 (紅色) 和地磁南極(藍(lán)色)位置 1900.0-2020.0http:/www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.htmlFig. 5.36 Secular variations of the tilted geomagnetic centered dipole from 1550 AD to 1900 AD. (a) Decrease of dipole moment; (b) slow changes of the tilt of the dipole axis relative to the rotation axi

20、s, and (c) longitude variation indicating westward drift of the geomagnetic poles (after Barton, 1989).偶極子磁矩長(zhǎng)期變化偶極軸傾斜角度長(zhǎng)期變化偶極軸徑度長(zhǎng)期變化Fig. 5.35 The vertical component of the non-dipole magnetic field for the years 1780 AD (after Yukutake and Tachinaka, 1968) and 1980 AD (after Barton, 1989).3. 非偶極子場(chǎng)的

21、西向漂移1780年非偶極場(chǎng)的垂直分量1980年非偶極場(chǎng)的垂直分量漂移的原因：認(rèn)為是地核以恒定的速度相對(duì)于 地幔轉(zhuǎn)動(dòng)引起的。 從各年代非偶極子磁場(chǎng)圖的對(duì)比中可以看出，非偶極子磁場(chǎng)的中心在不斷的緩慢向西漂移。漂移的速度平均值約為 0.2/ 年。4. 近代地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化的六個(gè)特征（1）偶極子磁矩每年以0.05% 的速率衰減；（2）偶極子場(chǎng)以每年0.05的速率沿經(jīng)度方向向西移動(dòng)；（3）偶極子場(chǎng)以每年0.02的速率沿緯度方向向北移動(dòng)；（4）非偶極子場(chǎng)以每年0.2的速率沿經(jīng)度方向西向漂移；（5）非偶極子場(chǎng)以每年10nT量級(jí)的速率增減；（6）地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化本身以每年0.3的速率向西漂移。 其中偶極子磁矩衰減

22、和非偶極子場(chǎng)西向漂移是近代地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化最主要的兩個(gè)全球性特征2.4.3 地球磁場(chǎng)的起源問(wèn)題1）地磁場(chǎng)的起源不應(yīng)從磁化成因上考慮：2）地磁發(fā)電機(jī)理論： 由于地磁場(chǎng)隨地核中流體一起運(yùn)動(dòng)，在地轉(zhuǎn)力的影響下，磁力線被劇烈纏繞，在地磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)過(guò)程中磁場(chǎng)強(qiáng)度減小，而且可能出現(xiàn)多個(gè)磁極 在計(jì)算機(jī)上2000小時(shí)模擬地磁場(chǎng)演化的歷史，生動(dòng)地重現(xiàn)了一次地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)的全過(guò)程倒轉(zhuǎn)前倒轉(zhuǎn)后計(jì)算機(jī)模擬的地磁場(chǎng)變化： a. 地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)，磁力線由北極出來(lái)（橙色）進(jìn)入南極（藍(lán)色）b. 轉(zhuǎn)變中的地磁場(chǎng) c. 正常地磁場(chǎng) 第3章 地球變化磁場(chǎng)( ) 變化磁場(chǎng)是起源于地球外部，并疊加在基本磁場(chǎng)上的各種短期變化磁場(chǎng)。 變化磁場(chǎng)基本上分兩

23、類：平靜變化和干擾變化 它們都是起源于地球外部的電流體系。 平靜變化起源于電離層中比較穩(wěn)定的電流體系 干擾變化主要起源于太陽(yáng)噴射的帶電粒子流所產(chǎn)生的各種短暫的電流體系3.1 平靜變化平靜變化分為：平靜太陽(yáng)日變化（日變 Sq ） 太陰日變化（L） 年變化（A） 平靜太陽(yáng)日變化（日變 Sq ）可在每天的地磁觀測(cè)中觀察到，具有重要意義。因此主要討論平靜太陽(yáng)日變化（日變 Sq ）的特征和性質(zhì)3.1.1 日變 Sq 的變化特征： 1. 主要特征 1）Sq 變化具有確定的周期性，周期為一個(gè)太陽(yáng)日； 2）Sq 變化依賴于地方太陽(yáng)時(shí)（地方時(shí)），白天變化強(qiáng)，夜間變化很弱太陽(yáng)日、地方太陽(yáng)時(shí) 一個(gè)太陽(yáng)日周期中，白天

24、變化大，夜間較平靜。 夏季變幅大，冬季變幅小。 太陽(yáng)活動(dòng)高年變幅大，太陽(yáng)活動(dòng)低年變幅小。2. 隨時(shí)間變化的特點(diǎn)：磁偏角的日變記錄（UK）上圖觀測(cè)記錄，下圖指針變化示意http:/www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html磁偏角的平靜太陽(yáng)日變化（武漢臺(tái)）夏季變化幅度大，冬季變化幅度小3. 空間分布特征 依賴于地方太陽(yáng)時(shí)，同一磁緯度的不同地點(diǎn)，日變形態(tài)一樣 不同緯度點(diǎn)變幅不同113 23121.5 31.2116.5 40125.3 44不同緯度上Sq的變化3.1.2 Sq 的機(jī)制： 平靜太陽(yáng)日變化（Sq）來(lái)源于電離層，電離層在距離地面 50km以上的

25、高空，那里大氣在太陽(yáng)光輻射下而被電離，部分中性的原子分解成正離子和電子，形成電離層。 電離層中氣體有較好的導(dǎo)電性，故在各種外力（潮汐力、太陽(yáng)風(fēng)等）作用下，帶電粒子沿水平方向移動(dòng)，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)和地磁場(chǎng)相互作用，在電離層中產(chǎn)生渦旋電流，稱為Sq電流體系。在北半球夏季引起 Sq 變化的電流體系 Sq 電流體系 電離層中的帶電粒子在地磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感生電流，形成引起日變的電流體系磁緯度30300 xy 在磁法勘探中，是一種干擾，在野外磁測(cè)的結(jié)果中要根據(jù)日變曲線進(jìn)行校正，這項(xiàng)工作叫做日變校正日變幅度較大（BT、Z）一般達(dá)10nT。 目的是排除日變對(duì)磁測(cè)結(jié)果的影響3.1.3 日變校正：3.1.4 太陰

26、日變化（L） 太陰日變化依賴于地方太陰時(shí)，以半個(gè)太陰日為周期。太陰日變化 ( L ) 的變化幅度很弱。 最大幅度： L(D)=40” , L(H)、L(Z)= 12nT3.1.5 年變化（A） 以一年為周期，變化幅度 1530 nT。因變化周期長(zhǎng)，在短時(shí)間（一天或幾天）中，變化微小。3.2 干擾變化 主要有： 磁暴 地磁脈動(dòng)3.2.1 磁暴（D）磁暴是一種全球性的強(qiáng)烈的地磁擾動(dòng)。1. 特點(diǎn)：（1）具有全球性和同時(shí)性： 從赤道到極區(qū)均可觀察到磁暴現(xiàn)象，并且磁暴的發(fā)生幾乎是全球同時(shí)的，各地的磁暴起始時(shí)間只相差12min。（2）磁暴的形態(tài) 磁暴的形態(tài)復(fù)雜多樣，不同緯度記錄到的磁暴形態(tài)不同。在高緯度地

27、區(qū)，磁暴含有許多擾動(dòng)成分，且擾動(dòng)幅度較大，形態(tài)不規(guī)則 在中低緯度區(qū)，磁暴所含的擾動(dòng)成分較少，且擾動(dòng)幅度較小，形態(tài)規(guī)則 在中低緯度區(qū)水平分量 H 變幅大、形態(tài)清楚。磁暴形態(tài)分：初相（DC）、主相（DR）、恢復(fù)相2. 磁暴的起因： 磁暴的起因是由于太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)噴射的高速等離子體流。 這些帶電粒子流在射向地球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，與地磁場(chǎng)相互作用，在磁層邊界時(shí)，引起初相（場(chǎng)增加），被阻擋后產(chǎn)生由東向西的環(huán)流，引起主相（ H 下降），而后恢復(fù)。3. 磁暴在時(shí)間上的分布規(guī)律 具有27天重現(xiàn)性（太陽(yáng)表面黑子隨太陽(yáng)自轉(zhuǎn) 有27天的周期） 具有季節(jié)性： 春秋季磁暴多，冬夏季磁暴少 有11年的太陽(yáng)周變化： 太陽(yáng)活動(dòng)高年磁

28、暴多，太陽(yáng)活動(dòng)低年磁暴少 磁暴數(shù)目與太陽(yáng)黑子數(shù)目有相關(guān)性，證明了磁暴是太陽(yáng)風(fēng)和地磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果 （http:/www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html）太陽(yáng)黑子數(shù)目磁暴數(shù)目磁暴數(shù)目與太陽(yáng)黑子數(shù)目對(duì)比4. 磁暴對(duì)野外磁測(cè)的影響 磁暴發(fā)生時(shí)，地磁場(chǎng)變化強(qiáng)烈，且無(wú)規(guī)則。對(duì)磁異常分布的野外磁測(cè)工作只能停止。 磁暴的觀測(cè)和研究是現(xiàn)代地球物理學(xué)中的重要課題，涉及到人類居住和開(kāi)拓太空磁空間環(huán)境，在空間技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中特別重要3.2.2 地磁脈動(dòng) 地磁脈動(dòng)是在地球磁層和太陽(yáng)風(fēng)中激發(fā)的磁流體波 變幅大?。?n101n10 nT，最大可達(dá)100nT 地磁脈動(dòng)具有

29、準(zhǔn)周期性特點(diǎn)： 周期 0.21000 s4.1.1. 表示巖石和礦石磁性的物理量4.1 巖石的磁性1. 磁化強(qiáng)度： 描述宏觀物體磁性強(qiáng)弱的物理量定義： 單位體積內(nèi)的總磁矩。 第4章 巖石磁學(xué)與古地磁研究Mi 感應(yīng)磁化強(qiáng)度： 是巖石在現(xiàn)今地磁場(chǎng)中感應(yīng)磁化的結(jié)果。Mr 剩余磁化強(qiáng)度： 是巖石在形成時(shí)和在以后歷史時(shí)期中的地磁場(chǎng)作用下形成的。磁化強(qiáng)度 M 由兩部分組成： 感應(yīng)磁化強(qiáng)度 Mi 、剩余磁化強(qiáng)度 Mr 2. 表示巖石和礦石磁性的物理量主要是 磁化率 和剩余磁化強(qiáng)度 Mr 決定巖石磁性質(zhì)的物理參數(shù)為 和 Mr 其中： 磁化率(susceptibility)，無(wú)量綱，是 物質(zhì)磁性參量之一。 地磁

30、場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。3.礦物和巖石的磁化率 名 稱磁化率(4106） 名 稱 磁化率(4106） 變化范圍常見(jiàn)值 變化范圍常見(jiàn)值沉積巖 灰?guī)r 2280 25變質(zhì)巖 片巖 25240 120 砂巖 01660 30片麻巖 102000 頁(yè)巖 51480 50石英巖 350巖漿巖花崗巖 04000 200礦石 石墨 8輝綠巖 80130004500 煤 2玄武巖 20145006000磁鐵礦1051.6106 5105閃長(zhǎng)巖 50100007000磁黃鐵礦 10251051.25105橄欖巖76001560013000赤鐵礦 403000 550 常見(jiàn)巖石磁化率平均值與分布范圍重要礦物的磁化率沉積巖火成

31、巖白云巖石灰?guī)r砂巖頁(yè)巖花崗巖輝長(zhǎng)巖玄武巖石英方解石黃鐵礦赤鐵礦磁黃鐵礦磁鐵礦4.影響巖石磁性的因素1）鐵磁性礦物的含量；2）巖石的結(jié)構(gòu)與鐵磁性礦物顆粒的大??；3）形成過(guò)程中的溫度與機(jī)械力；4）剩磁與年代有關(guān)。5.巖石磁性一般規(guī)律 火成巖磁性強(qiáng)，沉積巖磁性弱，變質(zhì)巖介于兩者之間。1. 物質(zhì)的宏觀磁性 1) 磁的本質(zhì)： 物質(zhì)的磁性來(lái)源于原子的磁性。從微觀上說(shuō)，物質(zhì)的磁性起源于電流：電子的軌道磁矩、電子的自旋磁矩和原子核的自旋磁矩（很?。?原子總磁矩： 原子內(nèi)所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩之和4.1.2 巖石的剩余磁性 由于原子磁矩取決于電子的軌道磁矩和自旋磁矩，原子磁矩的大小與原子核周圍的電子結(jié)構(gòu)有

32、很大關(guān)系。 根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)則，繞原子核的電子是按序分層排列的主殼層（n）12345最多電子數(shù)28183250次殼層（l）001012012301234最多電子數(shù)226261026101426101418 當(dāng)次殼層完全填滿，原子的總磁矩為零；未填滿時(shí)原子具有一定的磁矩 按磁化率 的大小，物質(zhì)磁性分為三類。 順磁性物質(zhì)： （原子的總磁矩不為零） 0 ， 10-5103 , 與溫度T有關(guān)。HM 逆磁性物質(zhì)： （原子的總磁矩為零） 0 ， | 10-5 , 與溫度T無(wú)關(guān)。 逆磁性與順磁性物質(zhì)都不能形成剩磁2) 物質(zhì)磁性的分類： 鐵磁性物質(zhì)： （原子有一定的磁矩） 0 （101 105），M 與H 不

33、是線性的JJS在很弱的外磁場(chǎng)中，可獲得很強(qiáng)的感應(yīng)磁化強(qiáng)度。 鐵磁性物質(zhì)有： Fe、Co、Ni。 鐵磁性物質(zhì)的原子內(nèi)有未填滿的電子次殼層，原子具有一定磁矩3) 鐵磁性來(lái)源 磁疇 在鐵磁性物質(zhì)中，相鄰原子的電子間有一種交換作用，使原子磁矩平行或反平行排列。即使無(wú)外場(chǎng)，鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩以某種方式排列，達(dá)到一定磁化，稱“自發(fā)磁化” 鐵磁性物質(zhì)自發(fā)磁化的小區(qū)域稱作“磁疇”（磁疇的體積約1019cm3，疇壁寬度約102103 A） 鐵磁性物質(zhì)原子磁矩的排列方式： 在沒(méi)有磁化之前，物體內(nèi)各磁疇的自發(fā)磁化取向不同，整體對(duì)外不顯磁性 磁化機(jī)制 在外場(chǎng)中，各磁疇的磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向，顯示出很強(qiáng)的磁性。 i

34、磁疇疇壁的位移 ii 磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)4）鐵磁性物質(zhì)的基本特點(diǎn) 在很弱的外磁場(chǎng)中，可獲得很強(qiáng)的感應(yīng)磁化強(qiáng)度 MJSMrMs 在除去外場(chǎng)后，物質(zhì)還保留剩余磁化強(qiáng)度 具有高溫順磁性。5)一些礦物的磁性質(zhì) 磁性 礦 物k(CGSM單位）逆磁性巖鹽、石膏、石英、方解石、石油、石墨等106順磁性黑云母、輝石、角閃石、蛇紋巖、石榴子石等 05000106鐵磁性磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦等 大部分礦物屬于逆磁性和順磁性，只有少部分礦物具有鐵磁性質(zhì)。逆磁性和順磁性的礦物 k 值小,且沒(méi)有剩磁，對(duì)古地磁研究意義不大一些常見(jiàn)鐵磁性礦物的磁學(xué)性質(zhì) 磁性矯頑力 Oe 飽和磁化強(qiáng)度(高斯)居里溫度 （） 鐵 Fe鐵

35、磁性 1714 770 鈷 Co鐵磁性 1422 1131 鎳 Ni鐵磁性 484 358磁鐵礦 Fe2O4亞鐵磁 730 480 580赤鐵礦 Fe2O3斜交反鐵磁 7600 2.2 680磁赤鐵礦 Fe2O3亞鐵磁30400 426 720鈦鐵礦 FeTiO3反鐵磁 223磁黃鐵礦FeS(1+x)亞鐵磁 1520 90 320硫鐵礦 FeS反鐵磁 3052. 巖石剩磁類型1) 熱剩磁 TRM (Thermal Remanent Magnetism) 在外磁場(chǎng)中自居里點(diǎn)以上冷卻至室溫過(guò)程中獲得的剩磁。 火成巖的天然剩磁的主要機(jī)制特點(diǎn)：（1）熱剩磁強(qiáng)度大（2）方向與外場(chǎng)一致（3）弱場(chǎng)中 MTR

36、M=CTH 1050.501.01.52.0H(Oe)Mr(103）兩個(gè)火成巖樣品磁鐵礦Mr（4）熱剩磁與溫度的關(guān)系:（5）穩(wěn)定性高具有部分熱剩磁可加性；巖石的熱剩磁主要在居里點(diǎn)附近獲得。TTRM= PTRM2) 沉積剩磁 （碎屑剩磁） DRM ( Depositional Remanent Magnetism ) 沉積巖的剩磁來(lái)源于沉積剩磁，沉積巖中含有從母巖侵蝕而來(lái)的磁性顆粒，這些磁性顆粒在沉積時(shí)，受到地磁場(chǎng)作用定向排列 特點(diǎn)： （1）方向與沉積時(shí)的地磁場(chǎng)方向一致 （2）穩(wěn)定性高 （3）沉積剩磁較弱3) 化學(xué)剩磁 CRM (Chemical Remanent Magnetism ) 在磁場(chǎng)

37、中，某些磁性物質(zhì)經(jīng)過(guò)化學(xué)過(guò)程或相變過(guò)程，獲得的剩磁特點(diǎn)： （1）在弱磁場(chǎng)中，MCRM H ； （2）在同樣的磁場(chǎng)中，化學(xué)剩磁強(qiáng)度比熱剩磁強(qiáng)度小數(shù)10 倍； （3）穩(wěn)定性高。4）粘滯剩磁 VRM ( Viscous Remanent Magnetism ) 巖石形成之后，由于長(zhǎng)期處于后來(lái)的地磁場(chǎng)作用中，加上熱擾動(dòng)的影響，是原來(lái)已定向排列的磁疇，隨著時(shí)間的增加，而逐漸轉(zhuǎn)向后來(lái)的地磁場(chǎng)方向上去。這種巖石長(zhǎng)期處于地磁場(chǎng)中獲得的剩磁，稱為粘滯剩磁。特點(diǎn)： （1）粘滯剩磁是次生剩磁； （2）粘滯剩磁隨時(shí)間增加； （3）由于地磁場(chǎng)方向不斷變化，粘滯剩磁的方向可能與原生剩磁方向不同。5） 等溫剩磁 IRM (

38、 Isothermal Remanent Magnetism ) 指常溫條件下，在外場(chǎng)中磁化而保留下來(lái)的剩磁 與粘滯剩磁不同，是短時(shí)間內(nèi)獲得的。如孤立凸出的露頭、峭壁尖端等遭雷電，獲得等溫剩磁。是一種干擾。 原生剩磁：巖石形成時(shí)獲得的剩磁。次生剩磁： 巖石形成后獲得的剩磁。 古地磁測(cè)量的應(yīng)是原生剩磁。穩(wěn)定剩磁與原生剩磁： 巖石的天然剩磁一般包含有穩(wěn)定和不穩(wěn)定成分 剩磁隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象叫磁性弛豫，弛豫速率是剩磁穩(wěn)定性的主要標(biāo)志。巖石剩磁的穩(wěn)定性常用弛豫時(shí)間表示，弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，磁性越穩(wěn)定 原生剩磁一般比較穩(wěn)定。古地磁工作首先要通過(guò)退磁方法分離剩磁的穩(wěn)定成分與不穩(wěn)定成分 常用的退磁方法有：交變場(chǎng)退磁

39、和熱退磁。4.2 古地磁學(xué)基本原理4.2.1 古地磁學(xué)的兩個(gè)基本假設(shè)： 1.巖石的原生剩磁方向與巖石形成時(shí)的地磁場(chǎng)方向一致。巖石的原生剩磁有很高的穩(wěn)定性。古地磁研究的對(duì)象就是巖石的原生剩磁 2.軸向地心偶極子場(chǎng)假說(shuō) 認(rèn)為地磁場(chǎng)的主要部分始終是地心偶極子場(chǎng),且取足夠長(zhǎng)的的時(shí)間（10000年 或更長(zhǎng)）平均，偶極軸與地理軸一致mm1. 求古緯度 m： 按照地心偶極子磁場(chǎng)的公式，磁傾角I與 緯度m 、余緯度m的關(guān)系為：4.2.2 古地磁研究中的基本公式：mm由軸向地心偶極子假設(shè) 是古磁緯度，也是古地理緯度p- s psp s 2.求虛磁極坐標(biāo)： 古地磁極在現(xiàn)代地理坐標(biāo)中的位置，稱為虛磁極（VGP） 地

40、理北極 (GP)、虛磁極 (VGP) 和觀測(cè)點(diǎn) (S) 三點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)球面三角形。 如果求出了古余緯度m , 并測(cè)定了巖石剩磁的磁偏角D，則可定出古地磁極在現(xiàn)代地理坐標(biāo)中的位置（p，p）， 稱為虛磁極（VGP）p- s psp s 其中： 由球面三角的余弦、正弦定理，虛磁極的地理經(jīng)緯度（p、p）為：p- s psp s 當(dāng)當(dāng)樣品采集（采樣與制樣）樣品測(cè)量與分析表示方法退磁實(shí)驗(yàn)與穩(wěn)定性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與誤差計(jì)算地點(diǎn)、巖石、數(shù)量采樣要求剩磁方向的圖示退磁實(shí)驗(yàn)的分析原則野外檢驗(yàn)剩磁方向計(jì)算與精度古緯度與誤差虛磁極位置與誤差4.2.3 標(biāo)本的采集 巖石的剩磁測(cè)量是通過(guò)在選定地點(diǎn)采集定向標(biāo)本，然后在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)

41、量和分析。1. 采集標(biāo)本的地區(qū)選擇： 應(yīng)依據(jù)古地磁研究目的來(lái)選擇采樣地區(qū)，如： 1）研究地塊接合部的性質(zhì)、大斷裂的性質(zhì)時(shí)，要在其兩側(cè)的穩(wěn)定地層中采樣 2）作地層對(duì)比研究工作，應(yīng)當(dāng)選擇有一定時(shí)間序列的巖層2. 巖石的選擇： 1）應(yīng)選擇原生剩磁較強(qiáng)、鐵磁性礦物含量較高的巖石。 2）采集比較新鮮的、風(fēng)化程度低的巖石。要盡量避開(kāi)可能遭過(guò)雷擊的地方和風(fēng)化較嚴(yán)重的巖石。 1）必須是定向標(biāo)本，目的是將室內(nèi)測(cè)量的剩磁方向與實(shí)地的方向聯(lián)系起來(lái)。3. 標(biāo)本的要求： 2）標(biāo)本應(yīng)在分散的位置采集，采樣點(diǎn)應(yīng)盡可能分布于巖層所代表的整段時(shí)代。 3）在每個(gè)采集點(diǎn)上要采集若干塊樣品4.2.4 剩磁方向及圖示1. 剩磁方向的確

42、定： 剩磁方向常用傾角I和偏角D 表示傾角: 剩余磁化強(qiáng)度的方向與原始水平面的夾角 偏角: 剩磁在原始水平面內(nèi)投影與 現(xiàn)今地理北的夾角。IDXxyzMrA2. 剩磁方向的圖示 烏爾夫網(wǎng)施密特網(wǎng)Zijderveld 圖baEdownWNSup0NEdownba4.2.5 剩磁的穩(wěn)定性檢驗(yàn)與退磁處理1) 交變退磁1. 退磁方法2) 熱退磁2. 退磁實(shí)驗(yàn)分析 退磁過(guò)程： 逐步提高 H0 或 T0 的過(guò)程中，在零磁空間恢復(fù)，并測(cè)量剩余磁化方向 Mr /Mr0Mr /Mr0退磁分析的原則： 在逐步提高 H0 或 T0 的過(guò)程中 （1）樣品的剩磁方向不再改變，僅強(qiáng)度改變（2）取自一個(gè)采樣點(diǎn)的若干標(biāo)本的剩磁

43、方向的離散度最小3. 野外檢驗(yàn)方法 退磁分離出來(lái)的穩(wěn)定剩磁是否原生剩磁, 常結(jié)合野外檢驗(yàn)方法進(jìn)一步判斷。1）一致性檢驗(yàn)；2）褶皺檢驗(yàn)；3）烘烤接觸檢驗(yàn)；4）礫巖檢驗(yàn)。褶皺檢驗(yàn)烘烤接觸檢驗(yàn)4.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)整理 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理的任務(wù)： （1）確定平均磁化方向； （2）計(jì)算古緯度和虛磁極坐標(biāo)； （3）計(jì)算磁化方向的離散程度； （4）計(jì)算古緯度和虛磁極的誤差。1. 每塊樣品的單位矢量：3.3.1 計(jì)算平均磁化方向：DIRxyz2. 平均方向 R ：R 的大小：R 的偏角與傾角：偏角：傾角：DIRxyz古緯度：虛磁極坐標(biāo)：p- s psp s 3.3.2 計(jì)算古緯度與虛磁極3.3.3 磁化方向離散度的估

44、計(jì) 1. 菲舍爾分布： 矢量出現(xiàn)在距真方向至d 的環(huán)帶中的概率密度為：2. 精度參數(shù) k ： 精度參數(shù)是衡量平均方向精度的一個(gè)參數(shù)。在N為有限值時(shí)，k 的最佳估計(jì)值為 當(dāng)N個(gè)單位矢量方向一致時(shí)，N=R，k，表明離散度最小，平均方向的精度最高 當(dāng)N個(gè)單位矢量均勻分布在整個(gè)球面上，互相抵消，R=0，k1，k值為極小，表明離散度最大，平均方向的精度最低3. 95置信圓：1) 95 ： 各方向與真方向的離散度的量度 任意矢量在以真平均方向?yàn)檩S，半頂角為的圓錐內(nèi)的概率為2) 95：平均方向的95 置信圓的角半徑 表示N個(gè)矢量的平均方向，以95的概率落在以真方向?yàn)檩S，半頂角為95 的圓錐內(nèi)。k 越大，95

45、 越小，平均方向越接近真平均方向，精度越高古緯度：虛磁極坐標(biāo)：p- s psp s 4 .古地磁極的誤差：1）平均方向的誤差傾角誤差：偏角誤差：2）傾角誤差引起的古緯度的誤差：或?qū)ι鲜角笕⒎?，得dm 位于通過(guò)觀測(cè)點(diǎn) S 至虛磁極 VGP 的大圓弧上p- s psp s p- s psp s 3）偏角誤差 dD 引起古地磁極偏離VGP、S大圓 的誤差 dm :由球面三角的正弦定理，得SPPdDdmmmp- s psp s dm0904.4 古地磁學(xué)的研究成果與應(yīng)用4.4.1 地磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)和極性年表：1. 地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)應(yīng)有特征: 如果巖石的反向磁化是地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)引起的，就應(yīng)當(dāng)觀測(cè)到以下現(xiàn)象：（1）應(yīng)

46、該存在世界范圍的、同期的極性 因?yàn)榈卮艌?chǎng)倒轉(zhuǎn)是世界范圍的現(xiàn)象，所以，同一時(shí)期的巖石，不管其巖石類型如何，應(yīng)具有相同極性（2）在巖石序列中，應(yīng)觀測(cè)到從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的磁場(chǎng)紀(jì)錄2. 極性年表 古地磁測(cè)量和絕對(duì)年齡測(cè)量結(jié)合，得到地磁場(chǎng)正反向的時(shí)間序列，稱為極性年表。極性期： 070萬(wàn)年 布容正向期 70250萬(wàn)年 松山反向期 250330萬(wàn)年 高斯正向期 330450萬(wàn)年 吉爾伯特反向期 “期”的長(zhǎng)度約100萬(wàn)年數(shù)量級(jí) 在極性期內(nèi)存在著更短的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，稱為極性事件。3. 深海沉積物的磁化與倒轉(zhuǎn)有關(guān)的現(xiàn)象時(shí)間深度(m)051015（米）沉積速率4.4.2 海洋磁異常與海底擴(kuò)張 1. 海洋磁異

47、常：海洋磁異常的發(fā)現(xiàn)：海洋磁異常的主要特點(diǎn)： 1）磁異常成條帶狀，條帶走向與洋脊平行 2）正負(fù)異常相間，正負(fù)條帶寬約2030公里，長(zhǎng)幾百公里，異常幅度幾百nT； 3）異常對(duì)稱于洋脊。2. 海底擴(kuò)張（凡茵馬修斯假說(shuō)）3. 海底磁異常、極性年表與海底擴(kuò)張速率由海洋磁異常解釋的海洋地殼年齡活動(dòng)的擴(kuò)張中心晚第三紀(jì)早第三紀(jì)中、晚白堊紀(jì)早白堊、晚侏羅4.4.3 視極移曲線和大陸漂移1. 視極移曲線： 在穩(wěn)定地區(qū)，將計(jì)算出的各地質(zhì)時(shí)期的古地磁極畫(huà)在現(xiàn)代地理坐標(biāo)上，連接起來(lái)，稱為該地區(qū)的視極移曲線。2. 利用視極移曲線研究大陸漂移的基本思想： 地磁場(chǎng)為偶極子磁場(chǎng)，同一時(shí)期磁極是唯一的。 如果大陸從未漂移過(guò)，那

48、么，從各大陸求出的同一時(shí)代的磁極應(yīng)大致重合。 如果大陸發(fā)生過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沿地磁場(chǎng)方向同時(shí)磁化的巖石，由于不同大陸按不同方式運(yùn)動(dòng)改變了自己的空間位置，使不同大陸求出的磁極不再一致了。3. 北美與歐洲視極移曲線對(duì)比4. 古大陸重建基于海岸線與古地磁結(jié)果勾畫(huà)出的泛古陸的輪廓（石炭紀(jì)二疊紀(jì)）4.4.4 研究構(gòu)造變動(dòng) 利用平均磁化方向磁性地層學(xué)環(huán)境磁學(xué)5.1 磁力儀工作原理第5章 磁異常(Ba)觀測(cè)與磁性體的磁異常5.1.1. 質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀1. 基本原理 具有自旋磁矩的質(zhì)子，在地磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)PPdPPsinBzdtdPP sin dtdPpP B sin dtP質(zhì)子的自旋角動(dòng)量 質(zhì)子的自旋磁矩B

49、外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度PPdPPsinBzdtdPPsindtdPpP B sindt（ pP）p 質(zhì)子的旋磁比進(jìn)動(dòng)頻率 f 與地磁場(chǎng) B 的關(guān)系（2）獲得與旋進(jìn)頻率相同的感生電動(dòng)勢(shì)2.工作原理（1）極化 （水、煤油、酒精）北京國(guó)家地球觀象臺(tái)地磁觀測(cè)5.1.2 光泵磁力儀 利用被激發(fā)的氦元素在磁場(chǎng)中產(chǎn)生塞曼能級(jí)分裂，從而發(fā)生頻率躍遷，躍遷的共振頻率正比于外磁場(chǎng)。 f 28.02356 Hz/nTBT 光泵磁力儀就是通過(guò)測(cè)量這種躍遷頻率來(lái)指示磁場(chǎng)值的。銫光泵磁力儀* 磁通門(mén)磁力儀5.2 野外磁測(cè)工作與磁測(cè)數(shù)據(jù)整理1. 基點(diǎn)（基點(diǎn)網(wǎng)）與測(cè)網(wǎng)2. 磁測(cè)數(shù)據(jù)的整理1）日變改正；2）溫度改正；3）零點(diǎn)位移改

50、正；4）緯度改正等。航空磁測(cè)海洋磁測(cè)航空磁測(cè)的飛行線5.3 總磁場(chǎng)標(biāo)量異常 TTBnBTBa1. 測(cè)量值：T 總磁場(chǎng)標(biāo)量異常 即：地磁場(chǎng)總強(qiáng)度BT與正常場(chǎng)強(qiáng)度Bn的模數(shù)差 表明T的物理意義是異常場(chǎng) Ba 在正常場(chǎng)方向的投影2. T與Ba的關(guān)系：3. T與Za、Ha的關(guān)系：BnBTBaT5.4 磁性體的磁異常5.4.1 概述 1.通過(guò)野外磁測(cè)獲得磁異常資料，在分布上有一定的變化特征磁異常變化的特征量包括： （1）異常強(qiáng)度（幅度） （2）分布范圍 （3）平面分布特征（形態(tài)）與走向 （4）變化梯度 （5）極大值、極小值 2.磁異常解釋分為定性解釋與定量解釋（2）定量解釋： 計(jì)算獲得異常體（礦體、巖體

51、）的空間位置、大小、形狀和產(chǎn)狀等（1）定性解釋： 確定研究區(qū)內(nèi)磁異常產(chǎn)生的地質(zhì)原因，磁性巖體和礦體等的分布情況3. 磁異常的特征取決于： (1) 地質(zhì)體的磁性（磁化強(qiáng)度的大小、方向） (2) 磁性地質(zhì)體的體積大小、形狀、位置和產(chǎn)狀 為了進(jìn)行磁異常解釋，需要認(rèn)識(shí)磁異常的規(guī)律，以及與地質(zhì)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 通過(guò)簡(jiǎn)化地質(zhì)體，用數(shù)學(xué)、物理方法來(lái)分析異常特征與異常體的磁性、形狀、產(chǎn)狀等的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)化時(shí)常用假設(shè) 1）簡(jiǎn)單幾何形狀； 2）均勻磁化（M常矢量）； 3）孤立磁性體； 4）觀測(cè)面水平； 5）一般情況下不考慮剩磁方向1. 磁荷面積分公式5.4.2 計(jì)算磁性體磁異常的基本公式偶極子磁場(chǎng)的磁位表達(dá)式整個(gè)磁性

52、體的磁位：yxzpq利用公式得到：再利用公式其中面磁荷密度體磁荷密度磁性體的磁位是體磁荷與面磁荷兩部分的貢獻(xiàn) 當(dāng)均勻磁化時(shí)，磁性地質(zhì)體內(nèi)無(wú)體磁荷分布，只有表面出現(xiàn)面磁荷，即磁感應(yīng)強(qiáng)度為2. 泊松公式由引力位公式泊松公式是利用磁性體的引力位求磁位的公式注意： （1）磁位與引力位同源 （2）均勻磁化 （3）假設(shè)磁性體的密度均勻 磁性體的密度磁感應(yīng)強(qiáng)度的各分量為5.4.4 順軸磁化柱體的磁場(chǎng)1.單極的磁場(chǎng)： 實(shí)際情況中，可作為截面直徑比埋深得多小，向下延深較大的順軸磁化柱體的近似。1) 磁場(chǎng)表達(dá)式：點(diǎn)磁荷的磁位：則磁感應(yīng)強(qiáng)度：?jiǎn)螛O產(chǎn)生的異常場(chǎng)垂直分量Za和水平分量Ha：2) 特征討論：(1) 具有軸對(duì)稱性oZaHao(2）剖面特征（取 y=0）Za是x的偶函數(shù)， 在x0點(diǎn)有最大值| x | Za 0 Ha 是 x 的奇函數(shù) 是一條反對(duì)稱曲線， x0 Ha0 | x | H