Question

磁法勘探在其他方面的应用

Answer 1

（一）在煤田火烧区上的应用

在许多煤盆地中，燃烧过的煤层上方有强磁异常。这是由于煤层中的氧化铁和氢氧化铁受高温作用变成磁铁矿的缘故。根据煤层燃烧后的热剩磁特点，我国物探人员在西北三省的十七个勘探区二十二个测区用磁法和自然电场法探测煤田火区，取得了较好效果。

煤层露头自然发火经历为低温氧化、自热、着火与遍燃、燃烧、降温熄火。按发生发展的进程，则煤层火区可分为五个带：①吸附水蒸发带；②挥发物涌出带；③发火带；④燃烧带；⑤还原熄灭带等。煤层经过燃烧，顶底板及其夹矸受到强烈的高温作用而形成烧变岩。顶底板中的铁质多数是赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿、褐铁矿等，随着烧变岩的形成它们大部分转变成磁性矿物。由于这种作用是从300℃～800℃高温下冷却发生，因而获得热剩磁，且其磁化方向与冷却时的地磁场方向相同。火区观测到的磁异常就是由该温差顽磁性所引起。由此推测，还原带的烧变岩正处于降温阶段，尚未降到正常温度，所以只能得到部分热剩磁；熄灭带比还原带得到更多热剩磁，故推知后者的磁性要强于前者；发火与燃烧带尚未获得热剩磁。存在这样的磁异常特征：熄灭带磁异常最强；从熄灭带到燃烧带磁异常逐渐减弱；在涌出带和水蒸气带上观测不到磁异常。

图3-8-10 宁夏汝箕沟火区一条剖面上的磁异常与自然电位曲线

在圈定火区范围时一般根据磁异常特征，以Z_a异常为例，在煤层倾斜一侧的Z_a极小值点可定为下部边界，而在另一侧的Z_a零值点定为上部边界。当多层叠加时则要考虑这些特征点的叠加位移影响。在宁夏汝箕沟煤田应用磁测圈定了火区底界并经钻孔验证，结果和推断吻合。

图3-8-10是宁夏汝箕沟火区的磁异常与自然电位曲线，自然电位出现台阶形曲线，反映了燃烧与降温熄灭两个大阶段，磁异常反映典型的从熄灭带到燃烧带异常减弱的特征。

（二）在地热调查中的应用

利用磁测可以勾画出地热区的坳陷和基底构造，寻找控制地下热水的构造，如断层和火成岩等。火成岩在正常情况下有一定磁性，在热水活动范围内因热蚀变作用而使磁性降低，这有利于利用磁测圈定热蚀变带。故不同地质成因的地热，调查可得到不同磁异常特征。下面介绍低负磁异常特征的地热田调查。

秦皇岛龙家店热田，地表为第四系覆盖，厚度50m～100m，其下为区域变质的花岗片麻岩。地表水在下部增温后从破碎带上升到第四系中被一层粘土覆盖，形成热田。花岗片麻岩有较强的磁性，由于热退磁作用使受到热水侵蚀的花岗片麻岩磁性减弱。由图3-8-11的Z_a曲线可见，Z_a负异常基本上圈定了由于热水而使岩石蚀变产生的蚀变带，间接地确定了热水的存在，从而圈定了热水分布范围。视电阻率拟断面图基本上确定了热水分布范围。

图3-8-11 秦皇岛龙家店地热田地质物探综合剖面图

（据黄力军，1988）

1—第四系覆盖；2—花岗片麻岩；

3—断裂带

（三）在考古与环境磁学中的应用

随着高精度磁测工作的开展，磁法勘探已成为探查古遗存空间分布的主要地球物理方法之一。由于古地磁学的发展，磁性地层学成为确定古遗存、古人类化石时代的重要手段。随着第四纪沉积物磁性特征深入研究，环境磁学又有新的研究方向。

有史以来、史前期的古遗存（古遗址、墓葬、建筑等）、古人类化石本身、所处地层的磁性与周围环境有所差异，这种差异就构成磁学考古的基础。这种差异的起因如下。

a.被火烧过的泥土制品、土壤、石块等可获得较强的磁性。这类物质因热作用引起化学变化及获得热剩磁，而使磁性增强。火烧过的物质要比一般土壤的磁性高出1～2个数量级。

b.有机质的腐烂使土壤获得较强磁性。这是由于有机质腐烂的过程中氧化还原作用使赤铁矿变为磁铁矿的结果。

c.人为翻动的土壤或夯土，因土质结构、密度等发生变化，以及掺入人工制品（陶片、烧土等）的残渣、颗粒等都可以使其与周围天然沉积物之间出现磁性差异。如夯土磁化率增大，掩埋沟穴的虚土磁性相对减弱。因而在夯土的墓葬、墙基等上部可观测到明显的正（高）磁异常，其沟、穴上有负（低）异常。

d.天然沉积物的颗粒在沉积过程中，受重力、水动力及地磁场力的控制，沉积物的磁化率将是各向异性的。其磁化率椭球的长轴κ_max将平行于水平的沉积面，在河相沉积情况下κ_max轴向为水流控制。这可以用来研究沉积物在形成时的水流方向。另外，沉积物在沉积及磁性获得的过程中与气候（如温度）环境有关，这种相关性在较厚的沉积剖面上可显示出来。

研究对象因不同方式获得磁性，这就为实现考古及环境磁学等的应用提供了物理前提。

1.考古

图3-8-12为河南新郑某处古墓葬的ΔT磁异常图，测网线距2m，点距1m。由图可见，在已知墓葬A、B、C及大型陪葬坑上显示出有一定强度、轮廓明显的磁异常。如A异常清楚显示该墓有一较长的南北向墓道，墓室的东南侧有两个小耳室。据其形态，考古工作者判定为汉代“甲”字型砖墓。B异常的形态表明该墓为典型的“刀”字型砖墓，图中黑粗轮廓线是根据磁异常推断的结果。C异常较弱，墓的轮廓显示不清晰，这表明该墓为一土坑墓，非砖结构。E、D异常反映的是两个新发现的墓葬。陪葬坑的磁异常南、北部分有较大区别，表明坑内有较多的陶器等物品，主要堆放在坑的南半部。推断该区这些遗存埋深1m～2m，实际钻探证实了磁测结果的分析。

图3-8-12 河南新郑某处古墓葬的ΔT磁异常图

1—零等值线；2—正异常等值线（nT）；3—负异常等值线（nT）；4—点号/线号

2.环境磁学

对第四纪沉积物的磁性研究结果表明，沉积物的磁化率和天然剩余磁化强度值的大小可用来揭示沉积时的古气候情况。一般认为，它们的高值代表相对温暖（或热）的气候，否则相反。

（四）在城市、工程环境与军事中的应用

1.寻找沉船、水雷等隐伏爆炸物

磁测在寻找沉船、未爆炸水雷、炸弹等各种人文遗弃物方面发挥重要作用。王传雷（2000）在长江下游用水上高精度磁测方法探明了抗日战争时期的沉船等各种钢铁遗弃物，获得较好的效果。

2.探测水下潜艇

利用低空飞行的飞行器进行航空磁测可以发现水下潜艇。潜艇虽经在出港之前消磁，但是还有一定强度的磁异常可以观测到。为了识别潜艇，需要在监测的海域做高精度磁测，以便获得正常磁场背景，再与实时测量的磁场对比来发现潜艇异常。若将探测目标近似看作均匀磁化旋转长椭球体模型，则可以正演计算潜艇产生的磁异常，并用最优化方法反演潜艇空间位置。