磁法勘探2地球磁場(chǎng)課件

第三章磁法勘探第二節(jié)地球的磁場(chǎng)1標(biāo)題添加點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容總體概述點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容標(biāo)題添加點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2磁法勘探研究的是磁異常,磁異常主要是由磁性巖礦石在地球磁場(chǎng)磁化作用下而產(chǎn)生，其中巖石磁性是內(nèi)因，地球磁化場(chǎng)是外因。磁法勘探由內(nèi)、外因結(jié)合的物理基礎(chǔ)是：地球磁場(chǎng)和巖石磁性3一、基本磁場(chǎng)地磁場(chǎng)通過(guò)一些物理現(xiàn)象，我們不難察覺(jué)到地球周?chē)恼麄€(gè)空間都有磁場(chǎng)存在，而且這種磁場(chǎng)有一定的分布和變化規(guī)律。如指南針或羅盤(pán)就可敏感反映這種磁場(chǎng)的存在地磁場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，分布范圍從地核到空間磁層邊緣的各處。地磁場(chǎng)是磁法勘探的基礎(chǔ)。4（一）地磁要素從量的角度描述地磁場(chǎng)，建立一個(gè)空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)，定義磁力場(chǎng)的各個(gè)要素，并用數(shù)學(xué)公式表示各要素的換算關(guān)系。坐標(biāo)系建立：設(shè)以觀測(cè)點(diǎn)（O）為坐標(biāo)原點(diǎn)X軸正向指地理北，Y軸正向指東，Z軸正向垂直向下。5觀測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)矢量（T）為任意方向，它在坐標(biāo)系內(nèi)可分解為以下分量：x分量（北向分量）：在正北方向（X軸）的投影；y分量（東向分量）：在正東（Y軸）上的投影；z分量（垂直分量）：在垂直方向（Z軸）上的投影；6H分量（水平分量）：在xoy平面上的投影；地磁傾角（I）：T與xoy面的交角，約定T下傾為正；磁偏角（D）：H與地理北的夾角，即磁子午面與地理子午面的夾角，約定磁北自地理北向東偏為正。7表述地磁場(chǎng)的七個(gè)物理量：T、x、y、z、H、I、D統(tǒng)稱(chēng)為地磁場(chǎng)的七要素該要素可表示任意點(diǎn)地磁場(chǎng)的大小和方向特征。8根據(jù)幾何關(guān)系不難得出這些要素的相互關(guān)系式：x=HcosD，y=HsinD，H=TcosIz=TsinI=HtanI，T2=H2+Z2=x2+y2+z2tanI=z/H,tanD=y/x將七個(gè)要素分成三組：1、直角坐標(biāo)系有：x、y、z；2、球坐標(biāo)系有：H、D、I3、柱坐標(biāo)系有：z、H、D已知其中一組，就可求出其它幾個(gè)分量9充分利用海洋磁測(cè)、航空磁測(cè)和衛(wèi)星磁測(cè)，它們可以在短時(shí)間內(nèi)獲得大面積或全球范圍的磁場(chǎng)三分量(X，r，Z)及其它地磁要素的地磁資料。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算到某一特定的日期，國(guó)際上將此日期一般選在1月1日零點(diǎn)零分，這個(gè)步驟稱(chēng)之為通化。由于地磁場(chǎng)存在長(zhǎng)期變化，所以地磁圖一般5~10年重新測(cè)定或修正。我國(guó)1950年始出版地磁圖。地磁圖10等偏線圖（D）等傾線圖（I）H等值線圖Z等值線圖Y等值線圖X等值線圖T等值線圖11等偏線圖（D）12等偏線圖（D）分布特征曲線族分別匯聚在南北兩磁極區(qū)，在這兩點(diǎn)上D從-180°~180°間變化，說(shuō)明磁北方向在磁極無(wú)定向，沒(méi)有固定的磁偏角，可認(rèn)為南北兩磁極為源頭。零偏線（D=0°）的分布，將全球分為正、負(fù)偏角區(qū)，即在正偏角區(qū)磁北方向在地理北偏東，負(fù)偏角區(qū)在地理北偏西。NENE13等傾線圖（I）14等傾線特征（I）分布特征等傾線大致和緯度平行分布；零傾線（I=0°）在地理赤道附近—磁赤道，說(shuō)明地磁場(chǎng)在赤道上是水平方向，垂直分量為0，（T=H，Z=0），磁赤道不是直線；磁赤道以北I＞0°，說(shuō)明T下傾，磁赤道以南I＜0°，說(shuō)明T上仰；隨緯度增大，I增大，至南北磁極處I=±90°，H=0，T=Z15H等值線圖16H等值線圖分布特征H等值線大致沿緯度線排列；在赤道附近H最大，Hmax≈X≈40000nT;隨緯度加大，H值減小，在磁極處H=0;除兩磁極外，全球各點(diǎn)的H均指向北。17Z等值線圖18Z等值線分布特征Z與I等傾線分布相似，近乎與緯度線平行；隨緯度增大，Z絕對(duì)值增大，在南北兩磁極處Z絕對(duì)值最大，Zmax≈±60000~±70000nT；在磁赤道處Z=0磁赤道以北Z＞0，方向垂直向下，反之亦然。19T等值線圖20T等值線分布特征大部分地區(qū)的T等值線也幾乎與緯度線平行；T強(qiáng)度大小由赤道向兩極逐漸增大，赤道處有極?。篢min=H≈30000~40000nT，磁極處有極大Tmax=Z≈60000~70000nT21（二）磁偶極子場(chǎng)與地磁極地球磁場(chǎng)近似于放在地心的一個(gè)磁偶極子磁場(chǎng)，其基本特征如圖。歸納如下：地球有兩個(gè)磁極，在地理北極附近的磁極叫北磁極，具有S極性，反之亦然。磁軸與地球旋轉(zhuǎn)軸不重合，大致相交11.5°。不同緯度地區(qū)，磁力線方向可從磁針的偏轉(zhuǎn)方向判定地磁場(chǎng)是矢量場(chǎng)，既有方向也有大小。22（三）非偶極子場(chǎng)Tm從地球的基本磁場(chǎng)中出去偶極子場(chǎng)部分，剩下的部分就是非偶極子場(chǎng)，又稱(chēng)大陸磁異常。23大陸磁場(chǎng)垂直強(qiáng)度有四個(gè)較為明顯的大陸磁場(chǎng)區(qū)，即：東亞、南極大陸、非洲西部、大洋洲非洲西部大洋洲南極洲東亞24（四）地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化

地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化總的特點(diǎn)是隨時(shí)間變化緩慢、周期長(zhǎng)。一般周期可為年、幾十年，甚至更長(zhǎng)。近百年來(lái)的磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化主要是通過(guò)世界各地的地磁臺(tái)長(zhǎng)期連續(xù)的觀測(cè)進(jìn)行研究的。另外間接的研究方法有：考古地磁及古地磁，可研究更長(zhǎng)時(shí)間范圍的特性特征和周期變化以及變化軌跡。25地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化的特點(diǎn)基本地磁場(chǎng)長(zhǎng)期緩慢變化原因是地球內(nèi)部。各地磁要素的變化特點(diǎn)：1、D、I有周期性變化趨勢(shì)，如：1580~1820年的240年間，倫敦的D變化了35°。2、上海佘山地磁臺(tái)觀測(cè)到的地磁要素變化（1910~1960）：Z變化了600~700nT；H變化了300nT以上；D自2°20′變?yōu)?°50′263、大陸磁場(chǎng)（非偶極子場(chǎng)）西向漂移，偶極子場(chǎng)也是如此，漂移速率為每年幾分之一的經(jīng)度。4、長(zhǎng)期變化的“焦點(diǎn)”是西向漂移的較快處，或稱(chēng)為變化中心，為等值線的若干中心，焦點(diǎn)處變化可達(dá)150nT/年。焦點(diǎn)不固定，西向漂移。5、西向漂移的周期為600年，每年約以經(jīng)度0.18°的速度西移，磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值變化周期為60年。6、地心偶極子磁矩的衰減速率每年約0.05%。預(yù)計(jì)在200年后，地球磁矩將變得很小，甚至消失。這種現(xiàn)象揭示了地球磁極倒轉(zhuǎn)的征兆。277、地磁場(chǎng)變化的測(cè)試結(jié)果北磁極的位置測(cè)量結(jié)果1831年：70.1°N,96.8°W1904年：70.5°N,96.5°W1948年：73°N,100°W1975年：76.2°N,100.6°W1904~1975年，地磁極位移的速度9km/年28二、外源磁場(chǎng)外源磁場(chǎng)是起源于地球外部并疊加在地球基本磁場(chǎng)上的變化場(chǎng)的各種短周期變化磁場(chǎng)。只占地磁場(chǎng)的很小一部分（不到1%）主要起因于固體地球外部的各種電流體系（如高空電離層的渦旋電流體系）。29按其變化特征也可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是按一定的周期連續(xù)出現(xiàn)，且變化平緩而有規(guī)律，稱(chēng)為平靜變化；另一類(lèi)是偶然發(fā)生、持續(xù)一定時(shí)間后就消失，是短暫而復(fù)雜的變化，變化幅度可以很強(qiáng)烈，也有的很小，稱(chēng)之為擾動(dòng)變化。30(一)平靜變化

太陽(yáng)靜日變化（Sq）——地磁日變化周期：24小時(shí)太陰?kù)o日變化（SL）變化幅度1~2nT，一般忽略不計(jì)31地磁日變變化特征周而復(fù)始，從不間斷，振幅易變，但相位不變，24小時(shí)為一個(gè)周期；變化幅度白天大（6~18點(diǎn)），夜間??；夏季大，冬季小；變化形態(tài)和幅度因地而異，但同緯度區(qū)變化相近；在±30°緯度區(qū)變化最大。32變化特征我國(guó)地磁日變一般在11~14時(shí)幅度減小最多，基本特征與世界地磁日變化在北半球中低緯度區(qū)的特征相近。地磁日變化引起的原因與太陽(yáng)紫外線輻射的強(qiáng)度大小、時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)33研究地磁日變化的意義掌握地磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的基本特征；在進(jìn)行磁法勘探是必須做日變校正；目前正研究用地磁日變化來(lái)進(jìn)行礦與非礦異常的區(qū)分和地震預(yù)報(bào)日變化在一定程度上可改變地磁場(chǎng)34（二）擾動(dòng)變化

疊加在平靜變化場(chǎng)水平上的地磁擾動(dòng)，變化幅度可小于1nT到n×103nT，持續(xù)時(shí)間可小于1秒到幾天不等，而且相互重疊。地磁擾動(dòng)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為無(wú)明顯周期，變化幅度范圍較大的磁擾動(dòng)。按其物理機(jī)制又可分成六種，其中磁暴往往遍及全球另一類(lèi)為變化幅度很小，具有準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)特征的地磁脈動(dòng)同樣它也可進(jìn)一步分類(lèi)。與磁法勘探關(guān)聯(lián)更密切的是磁暴和地磁脈動(dòng)，351、磁暴

磁暴是一種強(qiáng)烈韻磁擾動(dòng)。從赤道到極地均可觀察到磁暴現(xiàn)象，而且?guī)缀跏侨蛲瑫r(shí)發(fā)生。發(fā)生時(shí)對(duì)地磁場(chǎng)水平分量的強(qiáng)度影響特別顯著，而對(duì)垂直分量影響相對(duì)小些。因此，通常研究磁暴的形態(tài)和特征是通過(guò)水平分量強(qiáng)度變化來(lái)進(jìn)行的。36磁暴的一般特征地磁場(chǎng)的強(qiáng)烈變化，幅度在幾個(gè)nT到n×103nT，對(duì)水平分量影響巨大；對(duì)地磁場(chǎng)強(qiáng)度影響的時(shí)間可在幾小時(shí)~幾天不等；具有高緯度地區(qū)發(fā)生多；小磁暴多；春秋季多的顯著規(guī)律。屬全球性，往往在全球同時(shí)發(fā)生。磁暴強(qiáng)度從低磁緯度到高磁緯度逐漸變強(qiáng)37引發(fā)磁暴的原因與太陽(yáng)黑子的爆發(fā)有關(guān)，具有11年為周期的特點(diǎn)；太陽(yáng)黑子爆發(fā)出現(xiàn)高速離子流，相當(dāng)于良導(dǎo)體，在切割磁力線后產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而形成干擾磁場(chǎng)。野外磁測(cè)時(shí)，如監(jiān)測(cè)到磁暴，應(yīng)立刻停止工作。382、地磁脈動(dòng)

地磁脈動(dòng)是一種地磁場(chǎng)的微擾變化，它具有準(zhǔn)周期的特點(diǎn)，一般周期介于n×10-1~n×102s，頻率范圍從毫赫茲到數(shù)赫茲，振幅的變化范圍為n×10-3~n×10s(在強(qiáng)擾動(dòng)期間也可達(dá)數(shù)百納特)。地磁脈動(dòng)分為：穩(wěn)定連續(xù)型脈動(dòng)（Pc型）不規(guī)則形或衰減型脈動(dòng)（Pi型）除某些較強(qiáng)的地磁脈動(dòng)外，一般的地磁脈動(dòng)對(duì)磁測(cè)影響不大，無(wú)需進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。39正常場(chǎng)和磁異常正常場(chǎng)和磁異常一般是相對(duì)而論的，通常把研究對(duì)象引起的磁場(chǎng)部分叫做磁異常，而周?chē)h(huán)境和圍巖引起的磁場(chǎng)統(tǒng)歸為正常場(chǎng)比如當(dāng)研究大陸磁場(chǎng)Tm時(shí)，將其視為磁異常，而疊加在大陸磁場(chǎng)上的其它磁源場(chǎng)（主要是偶極場(chǎng)）就看成是正常場(chǎng)。三、地磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和磁異常40把研究某局部的磁性體視為磁異常，其它均為正常場(chǎng)。磁異常(Ta)：假設(shè)5號(hào)異常為研究對(duì)象疊加場(chǎng)（觀測(cè)結(jié)果）：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6正常場(chǎng)：T0=T1+T2+T3+T4+T6