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1、地球物理勘查技术方法培训班固体矿产磁法勘探第三地质勘查院2008年2月,磁法勘探magnetic prospecting 地球物理勘探方法之一。自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁测等。磁法勘探主要用来寻找和勘探有关矿产(如铁矿、铅锌矿、铜镍矿等)；进行地质填图；研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题。我国建国以来大多数铁矿区、多金属矿区及油气田等都进行了大量的磁法勘探工作
2、，取得了良好的地质效果，尤其是在探明铁矿资源方面地质效果显著。,磁法勘探也是应用最早的地球物理方法。1640年，瑞典人首次尝试用罗盘寻找磁铁矿，开辟了利用磁场变化来寻找矿产的新途径。但是直到1870年，瑞典人泰朗(Thalen)和铁贝尔(Tiberg)制造了万能磁力仪后，磁法勘探才作为一种地球物理方法建立和发展起来。 地面磁测应用最早也最广泛，它是在航空磁测资料的基础上作更详细的磁测工作，用以判断引起磁异常的地质原因及磁性体的赋存形态。在地质调查的各个阶段都有广泛的应用，尤其在铁、多金属固体矿产勘查中有不可替代的作用。近年来，高精度磁测还广泛用于工程环境地球物理调查以及考古等。 近年我国在固体
3、矿产勘查和1：5万矿调中，用得最多、发挥重要作用的地球物理方法是地面高精度磁测。 ,1.1 地磁场,磁场是具有磁力作用的空间，任何一个磁性体都有它自身的磁场。在地球的周围存在着的磁场称为地磁场。 地磁场近似于放在地心的一个磁偶极子的磁场，其磁轴与地球转动轴并不重合。交角为11.5 （磁偏角）,1.3 地磁要素分布规律,地磁要素在地面呈一定规律分布，在我国境内由南向北，T、Z、I值逐渐增大，H值逐渐减小。 沿甘肃的安西县经青海的托勒、五道粱、唐古拉山口至西藏的班公湖一线，磁偏角D为零，此线以西磁偏角为正，以东为负。,从我国最南的曾母暗沙到最北的漠河，各要素的变化范围大致是： H：39800-20
4、000（nT） T：40700-58300 （nT） Z：-8400-54600 （nT） I：-12-70 D：5 - -11,1.4日变：,1.5地磁场的组成,地磁场由三部分组成：基本磁场、外部磁场、磁异常场。 基本磁场由偶极场和大陆磁场（剩余磁场）组成，是地磁场的主要组成部分，占地磁场的99%以上。二者的起源与地球起源与演变有密切关系。 外部磁场也称变化磁场，是起源于地球外部并叠加在地球基本磁场之上的各种短期变化磁场。如：日变、磁扰、磁暴等 磁异常场是由地壳表层磁化岩矿体及地质构造引起的。这也是我们研究的主要对象。,1.6 磁库仑定律,两个点极间的作用力（吸引力F或排斥力-F）的大小，与
5、两个磁极之磁量（m）的乘积成正比，而与其距离（r）之平方成反比。即： 由上式可见：两极之间的距离对两极之间的作用力影响巨大。,1.7 磁场强度,单位正磁荷在磁场中所受的力，叫做磁场强度。 上式表明：场中某点的磁场强度是与场源的磁量m成正比，与该点到场源的距离平方成反比。 同时也说明：一个客观存在的磁性体的磁量是一定的，我们可以从不同的地方去测量它，而不同的地方的距离是不同的，距离对磁场强度的影响却是巨大的，这也就是为什么强调点位尽可能准确的意义所在。,1.8 物质的磁化 磁化强度,原来不具磁性的物体，在外界磁场的作用下而呈现磁性，这种物理现象就叫做磁化。 磁化强度（J）：物体单位体积内所具有的
6、磁矩。 不同的物质在相同的磁场作用之下，它们所得到的磁性大小不同，其原因是由物质的成分、结构、形成条件等因素的不同所致。它是表征物质磁性的强弱及大小的一个常用物理量。,1.9 磁化率,物质在外界磁场的作用下呈现磁性，表明它受到磁场的磁化，其所具之磁化强度亦叫感应磁化强度（Ji），它与磁化磁场的强度（T）成正比。,1.10 物质的磁性,物质的磁性可分为三类：抗磁性（反磁性）、顺磁性、铁磁性。 抗磁性物质：即是0的物质。它们在磁化场中产生与磁化场方向相反的感应磁化强度，去掉外场，感应磁化强度立即消失。 顺磁性物质：即是0的物质。它们在外磁场作用下，产生与磁化场方向相同的感应磁化强度。 铁磁性物质：
7、即是0的物质。这种物质在外磁场的作用下很容易被磁化，当外磁场消失后还能保留部分磁性。,1.11 常见物质的磁性分类,(二)铁磁性矿物,影响岩石磁性的主要因素：,岩石的磁性是由岩石所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构、以及温度、压力等因素决定的。 岩石磁性主要与铁磁性矿物含量的关系密切：岩石中铁磁性矿物的含量愈多，磁性也愈强。,岩矿石磁性测定及统计整理：,(二)统计图示,1.统计分组计算 2.频率直方图和频率分布曲线 3.累计频率曲线,物探勘查中岩矿石物性调查工作要求的精度为：采集点平面定点绝对误差10m，钻孔深度绝对误差1m；加工样品时定向绝对误差5，样品几何参数相对误差5%，测定密度均方
8、误差20%Kg/m3， 磁性标量相对误差20%，磁倾角、磁偏角绝对误差10电阻率、极化率相对误差20%。,正常场和异常场,地磁场是由稳定磁场和变化磁场两大部分组成。前者占绝大部分，后者只一小部分。地球表面所测到的磁场值，可表示为： T = T0+ Tm+ Ta+ Te+T T0：均匀磁化球体磁场； Tm大陆磁场； Te尚未查明的外源磁场； T变化磁场； Ta异常磁场。 异常磁场按其成分又可分为两部分，一是由于深部的岩层构造所引起的，称为区域异常Ta1 ；另外是由于浅部的局部地质体产生的，称为局部异常Ta2 。 所谓正常场和磁异常，它是一个相对的概念，通常将T0+ Tm+ Te 认为是正常场。
9、Ta = Ta1 + Ta2是异常场。 当勘探目的是要解决局部的地质问题时，则区域异常Ta1 也认为是正常场，而局部异常Ta2才是磁异常。 磁异常产生在正常场的背景之上，正常场相对于磁异常来说，认为是均匀不变的，两者的划分依勘探的目的确定。 磁异常来源于地区内的岩层构造或矿体受着地磁场的磁化，产生了叠加在正常场之上的附加磁场（即磁异常）。在地面上我们所观测到的磁场，总是正常场和异常两者之和，所以要把异常区分出来，就必须知道正常场。,磁力仪概述,一、磁力仪类别,按照磁力仪的发展历史，以及应用的物理原理，可分为： 第一代磁力仪 它是根据永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机
10、械装置制作的，如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。 第二代磁力仪 它是根据核磁共振特征，利用高磁导率软磁合金，以及复杂的电子线路制作的，如质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等。 第三代磁力仪 它是根据低温量子效应原理制作的，如超导磁力仪。,磁力仪的几个主要技术指标,技术指标是反映仪器总体性能的技术数据，通常包括：灵敏度、精密度、准确度、稳定性、测程范围等。 灵敏度：指仪器反映地磁场强度最小变化的能力（敏感程度），有时也称作分辨率。 精密度：它是衡量仪器重复性的指标，系指仪器自身测定磁场所能达到的最小可靠值。由一组测定值与平均值的平均偏差表示。仪器说明书中称为自身重复精度。 准确度：指仪器测定
11、真值的能力，即与真值相比的总误差。,该仪器为用来测量垂直分量相对值的机械式仪器，磁系是一根圆柱形磁棒，悬吊在恒弹性扁平金属丝中央,利用地磁场的垂直强度力、重力、及悬丝扭力三个力矩的平衡来测量磁场 。 观测精度5nT 测程18000-33000nT,该仪器是专门为地质人员野外踏勘，发现磁异常用的，仪器非常轻便简单，物探工作中也可以用来作中低精度的磁测。 观测精度25.0nT 测程20000-50000nT,该仪器是一种带微机处理的高分辨率质子磁力仪。以0.1nT的分辨率进行总场和垂直梯度测量。仪器由主机，探头及电池盒组成。,该仪器是我国80年代中期产品，主要供地面磁测、日变站、地震预报中地磁台站
12、使用。其灵敏度为0.1nT。,G856F磁力仪,1.分辨率： 0.1nT 2.调谐范围： 20000nT-100000nT 3.采样率： 4s-999s 4.梯度容限： 5000nT/M 5.精度： 0.5nT 6.电源： 内置12V4.4AH充电锂电池 7.显示器： 双排显示（LED） 8.操作台：18X27X9cm；1.8kg 9.传感器： 9X13cm；1.6kg 10.工作温度：-20度50度 11.数据输出：USB接口输出数据 12.WINDOWS环境下的数据输出与日变自动改正系统 13.基站测量可存12000组数据，野外手动测量可存5700组数据,RM100磁通门磁力仪,10000
13、0nT范围内分辨力可达0.1nT 仪器精确度0.01% 0.5ppm/C 稳定性 200000nT测量范围 用于记录及其他用途的输出功能 一键消除背景磁场并测量,Rs232接口和10 base-T乙太网两种数据输出端口 数学计算功能（无效值，最大，最小，平均值，峰值到峰值） 数据存储（可存16384个数据，直接成图） 可设高，低异常上限提醒。,测量范围：20,000-100,000nT 分辨率：0.1nT 梯度范围：5,000nT/m,PMG质子磁力仪（捷克产）,可进行梯度测量（水平或垂直） 高分辨率，分辨率为0.1nT，符合原地矿部发布的地面高精度磁测工作规程要求 内存大，可存1万个测点 可
14、用于野外作业，也可用做基站测量,二、质子磁力仪,质子旋进及测量原理,（1）、质子（核子）的旋进。质子磁力仪使用的工作物质（探头中）有蒸馏水、酒精、煤油、苯等富含氢的液体。水（H2O）宏观看它是逆磁性物质。但是，其各个组成部分，磁性不同。水分子中的氧原子核不具磁性。它的10个电子，其自旋磁矩都成对地互相抵消了，而电子的运动轨道又由于水分子间的相互作用被“封固”。当外界磁场作用时，因电磁感应作用，各轨道电子的速度略有改变，因而显示出水的逆磁性。此处，水分子中的氢原子核（质子），由自旋产生的磁矩，将在外加磁场的影响下，逐渐地转到外磁场方向。这就是逆磁性介质中的“核子顺磁性”。,当没有外界磁场作用于含
15、氢液体时，其中质子磁矩无规则地任意指向，不显现宏观磁矩。若垂直地磁场的方向，加一个强人工磁场，则样品中的质子磁矩，将按方向排列起来，如图1-1-1所示，此过程称为极化。然后，切断磁场，则地磁场对质子有的力矩作用，试图将质子拉回到地磁场方向，由于质子自旋，因而在力矩作用下，质子磁矩将绕着地磁场的方向作旋进运动（叫做拉莫尔旋进），如图1-1-1所示。它好像是地面上倾斜旋转着的陀螺，在重力作用下并不立刻倒下，而绕着铅垂方向作旋进运动的情景一样。,（2）、测量原理。理论物理分析研究表明，氢质子旋进的角速度与磁场的大小成正比，其关系为：,式中： 为质子的自旋磁矩与角动量之比，叫做质子磁旋比（或回旋磁化率
16、），它是一个常数。根据我国国家标准局1982年颁布的质子磁旋比数值是：,又因 ，则有,式中：T以纳特（nT）为单位。由式可见，只要能准确测量出质子旋进频率f，乘以常数，就是地磁场T的值。,国产磁力仪概况,目前，在国内固体矿产磁法勘探中，除了使用国外磁力仪如，ENVI（加拿大产）磁力仪、G856（美国产）磁力仪、GSM（加拿大产）磁力仪、Pos1（俄罗斯产）磁力仪、PMG（捷克产）磁力仪外，国产的磁力仪也得到广泛的应用。,国产质子磁力仪的主要性能,2.1 磁测工作方法,磁测工作按其观测磁异常领域的不同，分为地面、航空、海洋、卫星、井中磁测等。按其测量参数分为垂直、水平、总强度磁异常及各种梯度磁异常测量。 磁力勘探工作通常包括以下四个阶段： 1、设计阶段 接受任务后，首先要收集有关工区的地质、地球物理等资料，并组织现场踏勘，编写本区磁测工作设计书，经批准后施工。 2、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。 3、数据处理阶段 根据
