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1、应用地磁学课程实验指导书 第 1 页 应用地磁学课程实验指导书（ 试 用 ）李淑玲中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院应用地磁学课程实验指导书 第 2 页 目 录前言 2一、磁测仪器认识 31、 交通位置 32、 地貌地质 33、 物性与异常 3二、磁异常正演计算 31、 仪器使用要求 42、仪器的测试 4三、磁异常处理与转换计算 51、 磁测精度选择 52、 异常踏勘 53、测区、测网和基点敷设 5四、磁异常反演计算 61、 一般要求 62、 测量要求 63、 日变观测 64、 基点观测 65、 测点观测 66、 精测剖面观测 77、 检查观测 78、记录要求 7五、实习报告 10应用
2、地磁学课程实验指导书 第 3 页 前 言磁法勘探本身是一门实践性很强的学科，通过课堂学习，大家已初步掌握了其基本理论，但学习磁测工作方法技术及仪器操作等尚需通过教学实习来完成。通过教学实习应达到以下目的：1、巩固和加深对课堂理论教学的认识；2、初步进行野外工作方法技术的基本训练，了解和熟悉磁法野外工作的全过程，掌握磁异常资料的采集、整理及解释的基本技能；3、培养实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。希望师生共同努力，圆满、 顺利地完成这次教学实习任务。编 者2003 年 6 月应用地磁学课程实验指导书 第 4 页 应用地磁学课程实验指导书姓 名： 学 号： 指导教师：实验地点：应用地磁学课程
3、实验指导书 第 5 页 实验日期： 应用地磁学课程实验指导书 第 6 页 实验一：磁力仪认识一、实验目的1、了解垂直悬丝式磁力仪和质子磁力仪的测量原理2、学习操作质子磁力仪，了解质子磁力仪进行地磁测量的应用范围、工作模式、性能特点，为野外磁测教学实习奠定基础。二、实验内容1、垂直悬丝式磁力仪的测量原理2、质子磁力仪的测量原理3、质子磁力仪野外磁测相关情况介绍，进行仪器实际操作三、实验原理1、垂直悬丝式磁力仪的测量原理1）仪器的核心部分由磁系组成（如图 1） 。磁系主要是一根圆柱形磁棒，磁棒上方固定一个平面镜，它们悬吊在铬、镍、钛合金恒弹性扁平丝的中央，丝的一端固定于扭鼓，另一端固定于弹簧，压于
4、压丝台上。工作时磁系旋转轴（悬丝）应是水平的，磁棒摆动面严格垂直于磁子午面。打开仪器开关后，磁棒绕轴摆动，它受到地磁场垂直强度力、重力、及悬丝扭力三个力矩的作用，当力矩相互平衡时，磁棒会停止摆动。此时 Z 的变化 可引起 角的变化（ ） ，当 角偏转范围不超过 时，由 角的变化引起的仪器读数变化与 成正比。据此可利用 引起的读数变2Z化测量 的值。Z图 1 悬丝式垂直磁力仪磁系工作原理图2）光系放大系统：除磁系外，仪器在结构上利用光系（与磁棒固定在一起的平面镜）将偏转角 放大并反映为活动标线在标尺上的偏离格数。在两个测量点，利用入射光线在平面镜不同偏转角 oSN PS S0f应用地磁学课程实验
5、指导书 第 7 页 度的情况下出射光线角度不同，反映在标尺上有偏离格数差。3）读数原理设在基点上，地磁场垂直分量为 ，读数为 ；在测点上垂直分量为 ，读数为 。1Z1s2Z2s则它们之间的垂直分量差值为 。)(22式中 为 格值，它代表每一个读格的磁场值，格值的倒数为灵敏度，通过调节 h 以改变灵敏度，h 为重心 p 点到支点垂直磁轴方向距离。因此，悬丝式垂直磁力仪用于相对测量，是利用重力矩与磁力矩的平衡原理，以光系标尺上的读格，反映 Z 的相对变化值。4）思考问题：A、悬丝式垂直磁力仪磁棒的支点在中心吗？由于在北半球磁系的 N 极受到向下的磁力作用，若要保持磁系的相对水平，则磁棒的支点要靠近
6、 N 极，才能达到重力矩与磁力矩的平衡；在南半球时，磁棒的支点要靠近 S 极。B、扭鼓起什么作用？角偏转范围不超过 时，由 角的变化引起的仪器读数可反映在标尺上，如果测点2与基点之间相对磁场值很大，偏转角过大会超过标尺的测量范围，需要利用扭鼓调节弹簧的弹力矩，扩大测程范围。2、质子磁力仪的测量原理以 GSM-19T 型质子磁力仪为例，介绍质子磁力仪的测量原理1）工作物质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。物质中的氢原子核（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，具有逆磁性介质中的“核子顺磁性” 。2）极化与拉莫尔旋进当没有外
7、界磁场作用于含氢液体时，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 T 的方向，加一强人工磁场 ，则样品中的质子磁矩，将按 方向排0H0H列起来，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Tp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p场 T 的方向作旋进运动（叫做拉莫尔旋进） 。3）旋进频率 f 与地磁场 T 的关系氢质子旋进频率 f 与地磁场 T 的大小成正比，其关系为：fp487.23式中，T 以纳特（nT）为单位。由式可见，只要能够准确测量出质子旋进频率 f，乘以常数，就是地磁场 T 的值。4）旋进频率的测定与
8、地磁场读数在圆柱形有机玻璃容器内装满富含氢的工作物质（如水等） ，容器外缠绕线圈。线圈通以电流，使其内产生 的极化（磁化）磁场 ，其方向沿线圈轴线，大致垂直mAn/1040H应用地磁学课程实验指导书 第 8 页 于地磁场 T。而后切断电流，极化线圈亦作为接收线圈，并调谐在旋进频率 f 上。质子磁矩的旋进，将在接收线圈中产生感应电压信号。每按动一次工作微动开关，在程序控制器的控制下，磁化系统开始工作，即有磁化电流流经探头，探头线圈产生 n103A/m 的磁化磁场。数秒后磁化系统关闭，磁化场消失。质子磁矩在地磁场 T 的作用下旋进，切割线圈在探头中产生感应讯号，适当选择探头配谐电容 C，使其和探头
9、线圈电感 L，谐振在旋进频率 f 上，可使选频放大器输入端获得最大的讯号。经选频放大后，送入倍频器，它将 f 倍频 128 倍，再经电子门送入计数器，由显示器直接显示地磁场 T 的量值。总之，质子磁力仪实际上是一个特殊的数字式频率计，其原理是计数器在单位时间内（电子门控制）记下脉冲数目。3、质子磁力仪野外磁测的相关情况1）应用范围矿产勘查，如铁矿、铅锌矿、铜矿等 配合矿区勘探，研究矿体的埋深、产状和连续性，研究矿体的形状、大小，估计矿床规模 石油、天然气勘查，研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题 普查、详查、地质填图 航空及海洋磁测的地面日变站 断层定位 考古 水文 工程勘查，如管线探测等
10、 地震前兆监测，火山观测以及其它环境及灾害地质工作 小型铁磁物体的探测等 2）主要特点可进行地磁场总场测量及梯度测量（水平梯度或垂直梯度，需增配专用探头及探头架） 可外接 GPS，存储测点坐标值可用于野外作业，也可用做基站测量 内置实时时钟，测量结果连同测量时刻一并存储，还能定时测量、存储 大屏幕显示，全中文界面，自动显示磁场强度曲线，操作简单 既可全量程自动调谐，也可人工调谐 轻便便携，整套系统使用背包背带，一人即可完成全部测量任务 具有 RS-232C 计算机接口 专业地质软件可绘制等值线图、剖面图等 内存大，可存 24 万个测点，带掉电保护功能。 硬质铝合金外壳，专用防水接头，可适用于恶
11、劣环境，防震、防雨 信号质量适时监控，信号质量下降可及时发现以便采取措施补救 3）系统描述 本质子磁力仪利用质子旋进的原理，来测量地球磁场的磁场总量绝对值。它可以利用以下两种模式进行工作。1 、单点模式：只使用一个传感器进行工作，它检测传感器所在位置的地球磁场总量的绝对值。2 、自动模式：自动模式只使用一个传感器工作，它可以使仪器在设定的时间开始，应用地磁学课程实验指导书 第 9 页 以固定间隔的时间重复自动测量。其中仪器开始工作的时间和间隔时间可以通过软件来设置。这个功能主要是用于日变修正。 测量结果将会贮存在仪器的内存中，当关机或更换电池时，数据不会丢失。测量完毕回到室后，数据可以通过传输
12、线下载至计算机中进行进一步处理。用软件可以将所测得数据进行日变修正，并可对修正后的数据进行进一步处理。文件为文本格式，用户可以使用其他软件进行处理，将测量结果绘出等值线图、剖面图等专业图，以供进一步分析使用，也可绘制出三维图使测量结果更加直观易读。4）技术指标 测量范围： 25,000-80,000nT 测量精度：1nT 分 辨 率： 0.1nT 梯度范围： 5,000nT/m 存贮数据： 245,760 个读数 存贮时间： 10 年 液晶显示：320240 图型液晶电脑接口： USB 口,可直接作为 U 盘使用(WIN XP 直接驱动)RS-232C 串口（300-119200 波特率可选） 电源电压：内置可充电 4AH 锂电池 主机尺寸： 232 x 100 x
