Question

磁法勘探基本概念

Answer 1

磁法勘探是利用地壳内各种岩、矿石间的磁性差异所引起的磁场变化（磁异常）来寻找矿产资源和查明地下地质构造的一种物探方法。过去磁法勘探多用来研究大地构造和寻找磁性矿体，近年来磁法勘探在水、工、环方面的应用越来越广泛。比如在探测地下热源、含水破碎带、地下管道、地下电缆等方面均取得了良好的效果，现就基本原理进行简单阐述。

（一）地磁场

在地球上任何一处，悬挂的磁针都会停止在一定的方位上，这说明地球表面各处都有磁场存在，这个磁场称为地磁场。地磁场在地球表面的分布是有规律的，它相当于一个位于地心的磁偶极子的磁场。S极位于地理北极附近，N极位于地理南极附近，地磁轴和地理轴有一偏角。

1.地磁要素

为了研究空间某点的地磁场强度，通常选用直角坐标系统，其原点O选在观测点上，xOy平面为水平面，x轴指向地理北方，y轴指向地理东方，z轴垂直向下，如图4-1所示。

图4-1 地磁场坐标系统

地磁场强度一般用T来表示，它在x、y、z三个轴上的投影分别为：北分量X、东分量Y、垂直分量Z。T在xOy平面上的投影称为水平分量H，其方向指向磁北。地磁场各分量的方向与坐标轴方向一致时取正，反之取负。H与x轴的夹角称为磁偏角D，当H偏东时，D取正，反之取负；H与T的夹角称为磁倾角I，T下倾时取正，反之取负。

上述X、Y、Z、H、T、D、I各量统称为地磁要素，它们之间的关系如下：

X=HcosD，Y=HsinD

Z=TsinI=HtanI，H=TcosI

T²=H²+Z²=X²+Y²+Z²（4-3）

分析这些关系可知，地磁要素中有各自独立的三组：I、D、H；X、Y、Z；H、Z、D。如果知道其中一组，则其他各要素即可求得。在地磁绝对测量中通常测I、D、H三个要素。

磁法勘探一般都是相对测量，地面磁测主要测Z的变化，有时也测H和T；航空磁测主要测定T的变化。

磁场强度的单位，在国际单位制（SI）中为特斯拉（T），在磁法勘探中常用它的十亿分之一为单位，称为纳特（nT），即

1nT=10^-9T

过去习惯使用绝对电磁（CGSM）单位制中的伽马（γ），其与国际单位制的换算关系为

1γ=1nT

2.地磁场的分布规律

根据各地的地磁绝对测量结果，可以绘制出地球表面各地磁要素的等值线图。在世界地磁图上反映的地磁场分布规律为：两极处，Z=T=±60000～70000nT，H=0，I=±90°；赤道处，H=T=30000～40000nT，Z=0，I=0°；在北半球，Z、I为正值，且自南向北逐渐增加，H自南向北逐渐减小，方向指向磁北，T向下倾；在南半球，Z、I为负值，且自南向北绝对值减小，H自南向北增加，方向仍指向磁北，T向上倾。

在我国境内，Z、H、I自南向北的变化范围为，Z：-10000～56000nT；H：40000～21000nT；I：-10°～70°。D在我国东部和中部为负（西偏），西部为正（东偏），0偏线在甘肃安西—西藏得宗一带，其变化范围为-11°～5°。

遍布世界各地的地磁台长期观测结果表明，地磁场是随时间变化的，既有日变、月变、年变、长期等周期性变化，也有磁扰、磁暴等短时间的非周期性变化。

（二）磁异常

在磁法勘探中，实测磁场总是由正常磁场和磁异常两部分组成。其中正常磁场又由地磁场的偶极子场和非偶极子场（大陆磁场）组成。而磁异常则是地下岩、矿体或地质构造受地磁场磁化后，在其周围空间形成并叠加在地磁场上的次生磁场。其中含分布范围较大的深部磁性岩层或构造引起的部分，称为区域异常；而由分布范围较小的浅部岩、矿体或地质构造引起的部分，称为局部异常。

如实测磁场为T，正常磁场为T₀，则磁异常T_a可表示为

T_a=T-T₀（4-4）

在航空磁测中，大多测量地磁场总强度T和正常场强度T₀的模数差ΔT，即

环境与工程地球物理勘探

在地面磁测中，主要测量磁场的垂直分量变化值Z_a，称为垂直磁异常。即

Z_a=Z-Z₀（4-6）

式中：Z为实测垂直磁场强度；Z₀为正常垂直磁场强度。