地球物理勘探-第三章磁法勘探1
地球物理勘探复习资料
地球物理勘探复习资料《地球物理勘探》基本特点（1）地球物理勘探是⼀种间接的勘探⽅法⽤钻机或其它的机械⼿段从地下取出岩样来认识地质构造是直接的勘探⽅法（或称为侵⼊⽅法，invasive method)。
地球物理勘探⽆须从地下取出岩样，⽽是通过使⽤专门的仪器在地⾯（或钻孔中）观察由地下介质引起的某种物理场的分布状态，收集和记录某些物理信息随空间或时间的变化，并对这些信息的分布特征作出解释和推断，从⽽揭⽰地球内部介质物理状态的空间变化和分布规律，以此来了解矿产资源的分布及赋存状态、查明地质构造。
（2）地球物理勘探⼯作具有效率⾼、成本低的特点以往的地球物理勘探⼯作为矿产资源的调查、⽔⽂地质及⼯程地质⼯作提供了⼤量的、获得实践检验的重要资料；尤其是在覆盖地区对研究地质构造、指导勘探、成井等⽅⾯发挥了重要作⽤，加快了勘探速度，降低了施⼯成本，提⾼了⽔⽂地质钻孔的成井率。
（3）地球物理勘探能更全⾯了解勘探⽬标的全貌，避免钻孔勘探‘⼀孔之见’的弱点在⼯程勘察中，尤其是在浅层岩溶勘察中，地球物理勘探⼯作能提供勘探区域内⼆维、甚⾄三维的地下岩溶分布状态，克服钻孔‘⼀孔之见’的局限性。
跨孔声波、电磁波透视法能了解两孔之间的岩体的完整性，能从整体上评价岩体的完整性与基础的稳定性。
（4）地球物理勘探的应⽤具有⼀定的前提条件（⼀）必要条件：要有物性差异；（⼆）充分条件：1、⽬前仪器技术条件下，能测出异常：（1）场源体要有⼀定的规模，（2）场源体要有⼀定的埋深⽐，（3）仪器灵敏度要⾼；2、⼲扰要⼩或能分辨异常；3、环境条件允许。
（5）反演解释具有多解性同⼀物理现象（或者说同⼀性质的物理场的分布）可以由多种不同的因素引起。
例如，在电法勘探中，视电阻率的变化可以由被测⽬标体电阻率值的变化引起；也可能由于地形，产状等其他因素的变化引起。
这反映了地球物理勘探资料解释具有多解性。
要克服地球物理勘探资料解释的多解性，就必须将其与钻井资料或地质资料相结合进⾏推断解释，必须掌握⼀定的地层岩矿⽯的物性参数。
勘探地球物理学基础习题解答
《勘探地球物理学基础》习题解答第一章 磁法勘探习题与解答（共8题）1、什么是地磁要素？它们之间的换算关系是怎样的？解答：地磁场T 是矢量，研究中令x 轴指向地理北，y 轴指向地理东，z 轴铅直向下。
地磁场 T 分解为：北向分量为X ，东向分量为Y ，铅直分量为Z 。
T 在xoy 面内的投影为水平分量H ，H 的方向即磁北方向，H 与x 的夹角（即磁北与地理北的夹角）为磁偏角D （东偏为正），T 与H 的夹角为磁倾角I （下倾为正）。
X 、Y 、Z ，H 、D 、I ，T 统称为地磁要素。
它们之间的关系如图1-1。
图1-1 地磁要素之间的关系示意图各要素间以及与总场的关系如下：222222T H Z X Y Z =+=++， cos X H D =， sin Y H D =⋅cos H T I =⋅， sin Z T I =⋅， tan /I Z H =， arctan(/)I Z H =tan /D Y X =， arctan(/)D Y X =2、地磁场随时间变化有哪些主要特点？解答：地磁场随时间的变化主要有以下两种类型：（1）地球内部场源缓慢变化引起的长期变化；（2）地球外部场源引起的短期变化。
其中长期变化有以下两个特点：磁矩减弱：地心偶极子磁矩正在衰减，导致地磁场强度衰减（速率约为10～20nT/a ）。
磁场漂移：非偶极子的场正在向西漂移。
（且是全球性的，但快慢不同，平均约0.2o/a ）。
短期变化有以下两个特点：平静变化：按一定的周期连续出现，平缓而有规律，称为平静变化。
地磁场的平静变化主要指地磁日变。
扰动变化：偶然发生、短暂而复杂、强弱不定、持续一定的时间后就消失，称为扰动变化。
地磁场的扰动变化又分为磁暴和地磁脉动两类。
3、地磁场随空间、时间变化的特征，对磁法勘探有何意义？解答：在实际磁法勘探中，一般工作周期较短，主要关心的是地磁场的短期变化，即地磁日变化、磁暴以及地磁脉动。
在高精度磁测中，地磁日变化是一种严重干扰，一般在地面磁测、航空磁测过程中设有专用仪器进行地磁日变观测，以便进行相应的校正，称为日变改正。
地球物理勘探第三章磁法勘探1
地磁场的空间变化：I、T、Z、H等值线图几乎是沿磁纬度 线均匀分布的，其最大梯度方向就是磁子午线方向。地磁场随 子午线方向的变化率称为正常水平梯度；
ECIT
1980.0年代世界磁偏线图（单位：度）
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
从世界地磁图中减去地磁场的偶极子磁场(约占主磁场的 80%)，即可得到非偶极子磁场。非偶极子磁场围绕着几个中心 分布，每个中心都有各自的正、负极性，且分布的地域很广。
ECIT 1980.0年代世界非偶极子磁场垂直分量等值线平面图(单位为μT)
I、D、X、Y、Z、H和T各量都是表 示地磁场大小和方向的物理量，称为 地磁要素。
地磁绝对测量通常测定I、D、H三要 素的绝对值，磁法勘探则是测定T的相 对值。
H T cosI Z T sin I HtgI Y H sin D X 2 Y 2 H 2
X H cosD
X
2
Y
2
Z2
T
2
我国地磁要素图有以下特征：①磁偏角的零偏线由蒙古穿过我 国中部偏西的甘肃省和西藏自治区延伸到尼泊尔、印度。零偏线 以东偏角为负，其变化由0度至-11度；零偏线以西为正，变化范
围由0度至5度。②磁倾角由南向北，I 值由-10度增至70度。
ECIT
③地磁场水平强度（H） 从南至北，H 值由
40000nT降至21000nT。 ④垂直强度自南至北由 -10000nT增加到 56000nT。 ⑤总场强度由南到北， 变化值为41000nT至 60000nT。
磁法勘探
航空磁测：
工作方法
用安装在飞机的磁力仪进行磁测。具有快速，不受高山、水域、森林、 沼泽限制等特点。由于飞机距地面一定高度飞行，减弱了地表磁性不均 匀影响，更有利于磁力仪记录深部区域地质构造的磁场。
航磁比例尺根据地质任务、探测对象的规模、所测区域的地球物理特征 和航空定位技术等来确定。金属矿航磁比例尺一般多为 1:10万、1:5万， 有望远景区可达1:2.5万。构造航磁比例尺一般为1:100万、1:50万和1:20 万等。测线应与矿带或主要构造带垂直。为了获得明显可靠的磁异常信 息，飞行高度应尽量低，由比例尺、定位技术和地形条件等确定。 航磁工作中，一般采用无线电导航仪同步照相定位。为消除飞行本身的 磁干扰，还需采用特殊的磁补偿技术。航测过程中除进行测线上的磁场 测量外，还需进行基线飞行和辅助飞行。基线飞行是确定磁异常的起算 点和计算仪器的零点位移；辅助飞行包括：了解测区情况、飞行条件和 仪器工作状态的试验飞行；检查评价磁测质量的重复线飞行；检查调整 不同架次观测磁场水平的切割线飞行等。 航磁测量结果除进行与地面磁测相类似的改正外，还需进行偏向改正和 高度改正，改正后的结果再经切割线飞行观测资料调整，最后编绘航磁 异常剖面平面图和平面等值线图。
数据改正
磁法勘探野外观测数据应作各种改正才能得到正确的异常值。其中 主要的改正有﹕正常场改正﹑日变改正﹑仪器的温度系数和零点漂移改 由于磁异常的特点与磁性体的形状有关﹐故可根据磁异常的特点推断磁性体 正。作大面积磁测时﹐正常场的改正中﹐还应包括纬度改正。经过改正 的形状﹑埋深﹑走向﹑倾斜方向﹐及磁化强度的大小和方向等。这个过程称 后的异常值﹐常用等值线平面图表示。 为磁异常的解释﹐其内容大致是﹕根据工作地区已知的地质情况﹐岩石和矿 石的磁性资料﹐地磁纬度﹐磁异常的特点及积累的经验﹐初步推断引起磁异 常的地质原因﹐磁性体的大致形状和空间位置。根据上述推断结果﹐选择适 利用电子计算机可以对磁异常作各种处理﹐首先是匀滑曲线以消除 当的方法对磁异常作定量计算﹐例如计算磁性体的埋深﹑大小﹑走向和倾斜 偶然误差和随机干扰﹐提高观测数据的质量﹔其次﹐是将分布范围大的 方向等。根据前述推断结果﹐并综合其他物探方法的资料﹐确定引起磁异常 区域异常与分布范围小的局部异常分开﹐以便根据区域异常研究区域地 的地质原因﹐对工作地区的地质构造﹑矿体贮存情况及其大小等作出推论﹐ 质构造﹐根据局部异常研究局部地质构造﹐寻找有用矿产。对磁异常还 对下步工作提出建议。根据对磁异常验证结果﹐补做必要的工作﹐对异常作 可作各种变换﹐以突出异常的内在特点或改变条件 ﹐有利于解释推断。 再解释 (见地球物理勘探数据处理)。 例如将航磁异常化极﹐即化到垂直磁化时的垂向磁异常﹐可以消除倾斜 磁化的影响﹐使异常简化﹐便于解释。
磁法勘探
磁法勘探磁法勘探是物探方法中最古老的一种。
17世纪中叶瑞典人利用磁罗盘直接找磁铁矿。
1879年塔伦(R.Thaln)制造了简单的磁力仪﹐磁法才正式用于生产。
1915年﹐施密特(A.Schmidt)发明了石英刃口磁力仪﹐磁法开始大规模用于找矿﹐以及在小面积上研究地质构造。
第二次世界大战后﹐航空磁法推广使用﹐人们可以快速而经济地测出大面积的磁场分布。
磁法开始用于研究大地构造﹐及解决地质填图中的一些问题。
中国于1936年在攀枝花﹑易门﹑水城等地开始了试验性的磁法勘探﹐1950年后才大规模开展起来。
磁法勘探可用于地质调查的各个阶段。
在地质填图时﹐磁法勘探可以划分沉积岩﹑喷出岩﹑基性岩﹑超基性岩及变质岩的分布范围﹔可以研究沉积岩下面的基底构造﹔查明各种控制成矿的构造﹐如深大断裂和火山口等。
在普查找矿时﹐磁法勘探可用来直接寻找磁铁矿床﹐并可与其他物探方法配合﹐间接寻找或预测石油﹑天然气﹑煤﹑铜﹑铝﹑镍和其他金属﹑金刚石等。
在勘探磁铁矿床时﹐结合钻探资料﹐可以推定矿体的形状﹐指导正确布置钻孔和寻找钻孔旁侧及深部的盲矿体。
此外﹐磁法勘探还可用于研究深部地质构造和解决其他地质问题﹐以及应用于考古学等方面。
磁法勘探是测量地磁异常以确定含磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状﹐从而对工作地区的地质构造﹑有用矿产分布及其他情况作出推断。
磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场之上﹐引起地磁场的畸变。
这种畸变一般称为地磁异常。
在造岩矿物中﹐只有磁铁矿﹑钛磁铁矿﹑磁黄铁矿和磁赤铁矿等少数矿物具有强磁性(见岩石物理性质)。
因此﹐岩石及矿石的磁性强弱﹐主要决定于上述矿物的含量及分布情况。
根据测定﹐沉积岩的磁化率比岩浆岩和变质岩的磁化率低几个数量级。
在岩浆岩中﹐基性及超基性岩的磁性最强﹐酸性岩是弱磁性或无磁性的。
变质岩的磁性决定于原岩的成分及变质过程中的化学变化。
如果原岩是花岗岩及泥岩等﹐则变质后的岩石一般无磁性﹔如果原岩是基性喷出岩或侵入岩等﹐则变质后的岩石一般具有中等磁性。
地球物理勘探之磁法勘探省公开课获奖课件市赛课比赛一等奖课件
2、岩、矿石旳剩余磁性 ①热剩余磁性 ②碎屑剩余磁性 ③化学剩余磁性 ④黏滞剩余磁性 ⑤等温剩余磁性
原生剩磁 次生剩磁
3、研究岩、矿石磁性旳意义（测量岩矿石旳磁参数） 岩石旳剩磁 M r 对于正确解释磁测资料是必不可缺乏旳，
尤其是当剩磁较强，且与现今地磁场方向又不一致，在解释磁 异常时若只考虑 Mi ，则可能会造成错误结论，例如可能使 推断矿体旳产状出现错误。在火山岩地域，研究岩石剩磁，对 于区别矿与非矿旳异常也有主要意义。
X（地理北） H
（磁北） y（东）
z（下）
Z
H
地磁要素是按一定旳规律分布在地表旳：
（1）等Z线、等H线（等I线）都大致平行于地理纬线
（2）在赤道附近（磁赤道上），垂直分量Z和磁倾角I为零，水平 分量H最大，地下介质在这里被“水平磁化”。伴随纬度旳增大， Z和I旳绝对值也增大，而H逐渐减小。
（3）在北半球T向下，磁倾角I为正；在南半球磁场T向上，I为负。 地下介质在这里被“倾斜磁化”
3、铁磁质
在弱磁场作用下，铁磁性物质即可到达磁化饱和，其磁化 率x>>0它与磁法勘探有着亲密旳联络。
二、岩、矿石旳磁性
1、岩、矿石磁性旳构成
岩、矿石旳磁性与矿物旳磁性亲密有关，岩、矿石大多具 有磁性矿物，各类岩、矿石所含磁性矿物旳种类和数量都不同， 所以存在磁性旳差别。
研究表白，岩、矿石旳磁化强度由两部分构成：一部分是 被当代地磁场磁化后取得旳，称为感应磁化强度（简称感 磁） Mi ，另一部分与当代地磁场无关，是岩、矿石形成前后， 受当初地磁场磁化后保存下来旳，称为天然剩余磁化强度（简 称剩磁） M r
简介最常用旳质子磁力仪旳原理。
质子磁力仪主机与探头
探头中储存有蒸馏水、酒精、煤油、苯等富含氢旳液体。这些 物质分子中旳氢原子核（质子），具有“核子顺磁性”。当外界没 有磁场时，这些质子旳磁矩是杂乱旳，当外界磁场作用时，质子旳 磁矩将逐渐地转到外磁场方向。
地球物理勘探概论复习重点（安徽理工大学版）
地球物理勘探概论复习重点（安徽理⼯⼤学版）第1 章岩( 矿)⽯物性与各类矿床的地球物理特征1.简述岩矿⽯的密度特征及影响岩矿⽯密度的因素。
答：（1）⽕成岩的密度：它主要取决于矿物成分及其含量的数值⼤⼩，由酸性⾄中性⾄基性⾄超基性岩，随着密度⼤的铁镁暗⾊矿物含量的增多，密度逐渐增⼤。
此外，成岩过程中的冷凝、结晶分异作⽤也会造成不同岩相带岩⽯的密度差异；不同成岩环境也会造成同⼀类岩的密度有较⼤差异。
（2）沉积岩的密度：沉积岩⼀般具有较⼤的孔隙度。
这类岩⽯密度主要取决于孔隙度⼤⼩，⼲燥的岩⽯随孔隙度减少密度呈线性增⼤；孔隙中如有充填物，则充填物的成分及充填物占全部孔隙的⽐列也明显地影响密度值。
此外，随成岩时代的久远及埋深的加⼤，压实作⽤也会使密度值变⼤。
（3）变质岩的密度：这类岩⽯的密度变化很不稳定，要具体情况具体分析。
其密度与矿物成分、矿物含量和孔隙度均有关，这主要由变质的性质和程度来决定。
2.简述岩矿⽯的磁性特征及影响岩矿⽯磁性的因素。
答：（1）沉积岩的磁化率⽐⽕⼭和变质岩的磁化率低⼏个数量级，在⽕⼭岩类的侵⼊岩中随着岩⽯的基本增强⽽磁性增⼤，基性岩的磁性最强，酸性岩磁性弱或⽆磁性。
喷出岩与同类侵⼊岩有相近的磁性，但磁化率离散性较⼤。
（2）变质岩的磁性决定与原岩的磁性及变质过程中矿物成分的变化，若原岩是花岗岩或沉积岩则变质后⼀般不显磁性，若原岩是基性喷出岩或侵⼊岩，则变质后的岩⽯⼀般都有中等磁性。
影响因素：1.铁磁性矿物含量。
2.磁性矿物颗粒⼤⼩、结构。
3.温度、压⼒3.简述岩矿⽯的电性特征及影响岩矿⽯电性的因素。
答：（⼀）岩⽯、矿⽯的导电机制（1）固体矿物的导电机制：各种天然⾦属属于⾦属导体；⼤多数⾦属矿物属于半导体，其电阻率⾼于⾦属导体；绝⼤多数造岩矿物在导电机制上属于固体电解质。
（2）孔隙⽔的导电机制：孔隙⽔的电阻率⼀般都远⼩于造岩矿物。
影响因素：1.岩矿⽯成分和结构2.岩矿⽯所含⽔分3.温度4.压⼒4.简述岩⽯与地层的波速特征及影响岩⽯与地层波速的因素。
磁法勘探第一章
所以 T=T0+Tm+Tsc+T’a+T’’a+δT
地球磁场
地磁场的起源
——爱因斯坦归为物理学领域尚未解决的五个重大难题之一 从公元1600年前后开始 最早见于威廉 吉尔伯特的 论磁体 年前后开始,最早见于威廉 吉尔伯特的<<论磁体 从公元 年前后开始 最早见于威廉.吉尔伯特的 论磁体>> 各派学说众说纷纭 发动机学说的影响最大
四 百 万 年 来 的 磁 性 倒
正向期 反向期
3 年 4
事件
转 事 件
地球磁场
磁暴
地磁场的强烈骚动，平均每年可发生十次左右，而且 地磁场 往往发生在太阳活动较强烈时。它可分为两种：一种 是急始磁暴，在开始时地磁场的水平强度突然增大， 几小时后又急速下降，变幅为5*10-4~3*10-3高斯，个 别的可达10-2高斯以上，几天后慢慢地恢复到磁暴前的 状态；有的急始磁暴在开始时有一小负脉冲，然后有 正的主要脉冲。 另一种是缓始磁暴，开始时变化较慢些。发生磁暴时， 在向着太阳一面的地球磁层 地球磁层顶部，太阳风 太阳风的速度或太 地球磁层 太阳风 阳风中等离子体微粒的密度显著增加，这时朝着太阳 一面的磁层顶由通常距地心8～11个地球半径被压缩到 距地心只有5～7个地球半径。磁暴发生时，高纬地区 常伴有极光 极光出现，无线电通讯受到严重干扰。 极光
前言
前言
本门课程的主要内容： 地球磁场 岩石的磁性 古地磁场 磁力仪及磁测工作方法 磁异常的处理解释及应用 磁力勘探的物理基础
地球磁场
第一章 地球磁场
地球周围存在的磁场称为地磁场 地磁矢量场的主体是稳定磁场
第一节 稳定磁场
稳定磁场：稳定电流激发的磁场称为稳定磁 稳定磁场 场或静磁场
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁法勘探中磁异常和正常磁场的 概念只具有相对意义，根据待解决 的地质问题和探测对象来确定。
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
二、质子磁力仪
具有灵敏度、准确度高的特点，可测量 地磁场总强度T的绝对值、梯度值。
质子磁力仪使用的探头中有蒸馏水、酒 精、煤油、苯等富含氢的液体。
当没有外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，加一个强人工磁场H0，则样品 中的质子磁矩，将按H0方向排列起来，此过程称为极化。然后， 切断磁场H0，则地磁场对质子 有一力矩作用试图将质子拉回 到地磁场方向，因而在力矩作 用下，质子将绕着地磁场T的 方向作拉莫尔旋进。
G822航空磁力仪
五、海洋地磁测量
• 目前，常用核子旋进磁力仪、光泵磁力仪或海上梯度仪（ 包括水平梯度仪和垂直梯度仪）等进行连续测量。
由上述分析可知，正常梯度值是随着地理坐标及高度变化而 变化的。因而，在较大面积进行地面或航空高精度磁测时，必 须消除随地理坐标及高度变化的影响，这种影响的校正称为TITUTE OF TECHNOLOGY
三、磁异常
消除了各种短期磁场变化后，实测地磁场与正常磁场之间仍 然存在的差异称为磁异常。
ECIT
1980.0年代世界磁偏线图（单位：度）
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
从世界地磁图中减去地磁场的偶极子磁场(约占主磁场的 80%)，即可得到非偶极子磁场。非偶极子磁场围绕着几个中心 分布，每个中心都有各自的正、负极性，且分布的地域很广。
ECIT 1980.0年代世界非偶极子磁场垂直分量等值线平面图(单位为μT)
(2)从地面到地下数十公里深度内所有物质的密度变化都会引起重 力的变化，说明重力异常反映的地质因素较多。但磁异常反映的 地质因素却比较单一，只有各类磁铁矿床及富含铁磁性矿物的其 它矿床和地质构造才能造成地磁场的明显变化；
(3)密度体只有一个质量中心，而磁性体则有两个磁性中心(磁极)， 且它们的相对位置因地而异。当地质体置于不同的纬度区时，重 力异常特征不变，而磁异常特征则要改变，因此磁异常总是要比 重力异常复杂一些。
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
ECIT
1980.0年代世界地磁场水平分量等值线平面（单位为μT）
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
ECIT
1980.0年代世界等倾线图（单位：度）
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
磁法勘探可分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁 测。
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
磁法勘探和重力勘探的差别:
(1)就相对幅值而言，磁异常比重力异常大得多。强磁性体产生的 磁异常高达10-4T，若正常地磁场强度按0.5×10-4T计，则最大磁 异常可以比正常地磁场强度大一倍；
磁力仪按其内部结构及工作原理可分为：①机械式磁力仪；
②电子式磁力仪。
磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值可分为：①相对测量
仪器；②绝对测量仪器。
从磁力仪使用领域可分为：地面磁力仪、航空磁力仪、海洋
磁力仪以及井中磁力仪。
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
ECIT
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
理论物理分析研究表明，氢质子旋进的角速度ω与磁场的大 小T成正比：
ω=γ ·T γ=（2.6751987 ± 0.0000075） ×108T-1S-1 ω=2πf 则有 {T}nT=2πf/ γ =23.4874{f}Hz 可见，只要能准确测量出质子旋进频率，乘以常数就是地磁场 的值。 测定地磁场T的量值，须使质子作自由旋进运动，为此要将 质子磁矩极化，使之偏离T的方向一个角度。
四、航空磁力仪
• 航空磁力仪及其配套的辅助设备装载在飞行器上，在测量 地区上空按照预先设定的测线和高度对地磁场强度或梯度 进行测量的地球物理方法。与地面磁测相比具有较高的测 量效率，且不受水域、森林、沼泽、沙漠和高山的限制。 同时由于飞行是在距地表一定的高度进行的，从而减弱了 地表磁性不均匀体的影响，能够更加清楚地反映出深部地 质体的磁场特征。
能量的不断消耗和供应，磁场增强到一定程度就会稳定下来， 形成现在的地球基本磁场。假说不仅能满意地定性解释地磁偶极 子场和非偶极子场的起源，而且也能解释地球磁轴倒转现象。
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
§3.2 磁力仪
一、磁力仪的类别
按照磁力仪的发展历史及应用的物理原理，可分为：
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
二、变化磁场
主磁场随时间的缓慢变化，称为地磁场的长期变化。磁偏角、 磁倾角和地磁场强度都有长期变化。从伦敦、巴黎和罗马的资 料可以推测，磁偏角的变化周期约为500年。
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
第一代磁力仪 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械装置制作，如机械式磁力仪、
感应式航空磁力仪等。
第二代磁力仪 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，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 根据低温量子效应原理制作，如超导磁力仪。
I、D、X、Y、Z、H和T各量都是表 示地磁场大小和方向的物理量，称为 地磁要素。
地磁绝对测量通常测定I、D、H三要 素的绝对值，磁法勘探则是测定T的相 对值。
H T cIos Z T sIi n Htg X H IcD os Y H sD inX 2 Y 2 H 2 X 2 Y 2 Z 2 T 2
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
四、地磁场的起源 地球磁场的起源仍是地球科学研究的重要问题之一。 自激发电机效应假说建立在地球内部构造的现有知识基础上，
这种假说认为：1.液态地核内部由于温度梯度、或温差、压力差 等原因产生涡旋运动，使地核成为良导电体；2. 地球绕轴自转引 起回旋磁效应存在微弱初始磁场，虽然比地磁场小10倍，但引起 再生效应已经足够；3.地核电流体形成，通过感应方式电流自身 形成的场又可以连续不断地再生磁场，从而增强了原来的磁场， 由于地核电流体持续运动而不断提供能量，因而引起一种自激发 电机效应。
•信号幅度亦与sin2θ有关。θ接近于零
度是探头的工作盲区
•旋进信号是按指数函数规律衰减的
正弦信号。信号的衰减与探头所处的
磁场梯度有关，梯度越大，衰减愈快。
精确测定旋进频率（即地磁场值）所
质子旋进信号的衰减
允许存在的地磁场最大梯度叫仪器的
ECIT
梯度容限
三、光泵磁力仪
• 应用原子核中的电子在一定波长的光的激发下产生能级跃 迁，原子磁矩在地磁场的作用下定向排列的现象制成的， 探头中的工作物质有氦、铯等。 – G858铯光泵磁力仪的测程：17000-100000nT – 灵敏度：0.01-0.05nT
• 扰动变化，磁场突然性、不规则的变化，它们形态复杂， 变化急烈。强度大的磁扰称磁暴，它是一种全球性的效应 ，延续时间数小时或数天。按强度可分为中强、中烈、强 烈磁暴三级，中暴可达数百nT，磁暴的成因与太阳粒子流 有关。
地磁场的空间变化：I、T、Z、H等值线图几乎是沿磁纬度 线均匀分布的，其最大梯度方向就是磁子午线方向。地磁场随 子午线方向的变化率称为正常水平梯度；
场强随高度的变化也是不断衰减的，其变化率称为正常垂向 梯度。
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
例如，武汉地区某年的垂直强度Z=34350nT，水平强度 H=34800 nT，取R=6371km，则其梯度值为
就是说，在武汉地区当高度升高1km时，T值减小23.02nT；向 北方向移动1km时，T值增加5.76nT。
我国地磁要素图有以下特征：①磁偏角的零偏线由蒙古穿过我 国中部偏西的甘肃省和西藏自治区延伸到尼泊尔、印度。零偏线 以东偏角为负，其变化由0度至-11度；零偏线以西为正，变化范
围由0度至5度。②磁倾角由南向北，I 值由-10度增至70度。
ECIT
③地磁场水平强度（H） 从南至北，H 值由
40000nT降至21000nT。 ④垂直强度自南至北由 -10000nT增加到 56000nT。 ⑤总场强度由南到北， 变化值为41000nT至 60000nT。
Manufactured by Geometricx
G858测试结果
Stanford University Environmental Test Site, Very High Resolution G858 Cesium Magnetometer Data Deployed on Cart, Dual Sensors, GPS Positioning.
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
在接收线圈内，感应讯号的电压为
•感应信号与κpH0成正比。选用单位体积内质子数目多的工作 物质；使用大极化电流，产生强极化磁场
•信号幅度与质子旋进圆频率ω=γpT成正比。目前，质子磁力 仪的测程是20 000～100 000nT，满足地面、海洋及航空磁测