磁法勘探儀器和測量技術(shù)

1、第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法一、磁法勘探儀器介紹一、磁法勘探儀器介紹1. 概述概述2. 機(jī)械式磁力儀機(jī)械式磁力儀3. 磁通門磁力儀磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)4. 質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀5.光泵磁力儀光泵磁力儀6. 超導(dǎo)磁力儀超導(dǎo)磁力儀二、二、 磁法勘探工作方法磁法勘探工作方法1. 磁測任務(wù)的確定磁測任務(wù)的確定2. 磁測比例尺、測網(wǎng)和精度磁測比例尺、測網(wǎng)和精度3. 磁測的野外工作磁測的野外工作4. 磁測資料的整理及圖示磁測資料的整理及圖示F主要介紹磁法勘探中的主要儀器和工作主要介紹磁法勘探中的主要儀器和工作方法方法.F儀器部分重點(diǎn)介紹儀器

2、的原理儀器部分重點(diǎn)介紹儀器的原理,特點(diǎn)和應(yīng)特點(diǎn)和應(yīng)用條件用條件. F方法部分主要介紹工作的一般原則方法部分主要介紹工作的一般原則,注意注意事項事項,設(shè)計規(guī)范設(shè)計規(guī)范.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法一、概述一、概述磁力儀磁力儀能進(jìn)行磁異常數(shù)據(jù)采集及測定巖石磁性參數(shù)的能進(jìn)行磁異常數(shù)據(jù)采集及測定巖石磁性參數(shù)的儀器儀器,統(tǒng)稱為磁力儀統(tǒng)稱為磁力儀.按工作原理分按工作原理分:機(jī)械式磁力儀和電子式磁力儀機(jī)械式磁力儀和電子式磁力儀;機(jī)械式磁力儀機(jī)械式磁力儀:懸絲式磁稱懸絲式磁稱,刃口式磁稱刃口式磁稱電子式磁力儀電子式磁力儀:磁通門磁力儀磁通門磁力儀,核子旋進(jìn)磁力儀核子旋進(jìn)磁力儀,光

3、泵磁光泵磁力儀及超導(dǎo)磁力儀力儀及超導(dǎo)磁力儀.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法一、概述一、概述磁力儀按測量磁場的空間領(lǐng)域分磁力儀按測量磁場的空間領(lǐng)域分:地面磁力儀地面磁力儀, 航空磁力儀航空磁力儀, 海洋磁力儀和井中海洋磁力儀和井中磁力儀磁力儀. 按測量的對象分按測量的對象分:測量地磁場絕對值的磁力儀測量地磁場絕對值的磁力儀,測量地磁場隨時間變化的磁力儀測量地磁場隨時間變化的磁力儀,測量空間中地磁要素相對變化的磁力儀測量空間中地磁要素相對變化的磁力儀.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法一、概述一、概述 磁力儀的絕對測量和相對測量磁力儀的絕對測量和

4、相對測量實際應(yīng)用中實際應(yīng)用中,磁發(fā)研究要應(yīng)用的是磁異常磁發(fā)研究要應(yīng)用的是磁異常,由于磁異常由于磁異常是空間矢量是空間矢量,以及地磁場總強(qiáng)度的模量差以及地磁場總強(qiáng)度的模量差.實際野外工實際野外工作中常測量作中常測量Ta的分量的分量,如垂直分量如垂直分量Taz,水平分量水平分量Tax,以及地磁場總強(qiáng)度的模量差以及地磁場總強(qiáng)度的模量差TT. T稱總強(qiáng)度磁異常稱總強(qiáng)度磁異常.為測量磁異常有兩類辦法為測量磁異常有兩類辦法,即進(jìn)行相對測量和絕對測量即進(jìn)行相對測量和絕對測量.相對測量無需知道測點(diǎn)磁場的實際數(shù)值相對測量無需知道測點(diǎn)磁場的實際數(shù)值.只需測得測點(diǎn)相對于只需測得測點(diǎn)相對于正常場中某一固定點(diǎn)的相對變化

5、值正常場中某一固定點(diǎn)的相對變化值.絕對測量要測得各點(diǎn)的實際磁場值絕對測量要測得各點(diǎn)的實際磁場值.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法一、概述一、概述1、磁力儀的絕對測量和相對測量、磁力儀的絕對測量和相對測量第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法磁力儀的幾個主要指標(biāo)磁力儀的幾個主要指標(biāo):靈敏度靈敏度:磁力儀反映地磁場強(qiáng)度最小變化的能力磁力儀反映地磁場強(qiáng)度最小變化的能力(敏感敏感程度程度),也稱為分辨率也稱為分辨率.精密度精密度:衡量儀器重復(fù)性的指標(biāo)衡量儀器重復(fù)性的指標(biāo),指儀器自身測定磁場指儀器自身測定磁場所能達(dá)到的最小可靠值所能達(dá)到的最小可靠值.準(zhǔn)確度準(zhǔn)

6、確度:儀器測定真值的能力儀器測定真值的能力,即與真值相比的總誤差即與真值相比的總誤差.通常精密度與準(zhǔn)確度統(tǒng)稱為精度通常精密度與準(zhǔn)確度統(tǒng)稱為精度.穩(wěn)定性穩(wěn)定性:儀器測量獲得穩(wěn)定測量值的能力儀器測量獲得穩(wěn)定測量值的能力.測程范圍測程范圍:能測量重力值的最大范圍能測量重力值的最大范圍.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法二、機(jī)械式磁力儀二、機(jī)械式磁力儀機(jī)械式磁力儀是一種應(yīng)用最早的磁測儀器機(jī)械式磁力儀是一種應(yīng)用最早的磁測儀器.最初僅是一最初僅是一種由礦山羅盤改造而成的靈敏度很低的儀器種由礦山羅盤改造而成的靈敏度很低的儀器. 1915年年,阿道夫阿道夫.施密特的刃口式磁力儀出現(xiàn)后施

7、密特的刃口式磁力儀出現(xiàn)后,機(jī)械機(jī)械式磁力儀才廣泛應(yīng)用于磁法勘探工作式磁力儀才廣泛應(yīng)用于磁法勘探工作.這類儀器都是相對測量儀器這類儀器都是相對測量儀器,其直接反映磁場變化的部其直接反映磁場變化的部分稱為磁系分稱為磁系. 它的主要部分由一塊精密的永久磁鐵做成它的主要部分由一塊精密的永久磁鐵做成,利用力矩平衡原理來觀測磁場利用力矩平衡原理來觀測磁場,對磁場的測量類似于稱對磁場的測量類似于稱的原理的原理,又名磁稱又名磁稱.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法目前適用的機(jī)械式磁力儀目前適用的機(jī)械式磁力儀,因磁系旋轉(zhuǎn)軸的不同因磁系旋轉(zhuǎn)軸的不同,有有懸絲式和刃口式磁力儀之分懸絲式和刃口

8、式磁力儀之分,懸絲式本世紀(jì)懸絲式本世紀(jì)30年代年代出現(xiàn)出現(xiàn),至今是我國常用的儀器至今是我國常用的儀器. 磁力儀因其測量的要磁力儀因其測量的要素不同素不同,又分為垂直磁力儀和水平磁力儀又分為垂直磁力儀和水平磁力儀,但基本原但基本原理是相同的理是相同的.垂直磁力儀垂直磁力儀:測量磁場的測量磁場的Z分量分量;水平磁力儀水平磁力儀:測量平面矢量測量平面矢量H在兩個方位的分量在兩個方位的分量.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法 懸絲式垂直磁稱懸絲式垂直磁稱懸絲式垂直磁稱的中心部分是磁系，它相當(dāng)于一個可繞水平懸絲式垂直磁稱的

9、中心部分是磁系，它相當(dāng)于一個可繞水平軸轉(zhuǎn)動的磁針。軸轉(zhuǎn)動的磁針。磁系組成磁系組成:磁棒磁棒,金屬懸絲金屬懸絲,反光鏡反光鏡,溫度補(bǔ)償絲溫度補(bǔ)償絲,靈敏度調(diào)節(jié)螺絲靈敏度調(diào)節(jié)螺絲等等,它們固定在鋁框上它們固定在鋁框上.懸絲穿過鋁框懸絲穿過鋁框,將磁系懸掛起來將磁系懸掛起來,懸絲扁懸絲扁平平,置于水平位置置于水平位置,兩端固定于兩端固定于與儀器外科相連的支架上與儀器外科相連的支架上.磁棒磁棒SN的連線為磁軸，的連線為磁軸，O為磁系的重心，為磁系的重心， O為懸絲通過的位為懸絲通過的位置，即磁系的旋轉(zhuǎn)軸置，即磁系的旋轉(zhuǎn)軸.磁系繞磁系繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動點(diǎn)轉(zhuǎn)動.為測量地磁場垂直分量的相對值為測量地磁場垂直分量的相

10、對值,使轉(zhuǎn)軸水平地位于磁南北方使轉(zhuǎn)軸水平地位于磁南北方位位,以便磁系能在磁東西方位的鉛直面內(nèi)擺動以便磁系能在磁東西方位的鉛直面內(nèi)擺動,此時此時,水平磁場水平磁場H在磁系轉(zhuǎn)動面上的分量為零在磁系轉(zhuǎn)動面上的分量為零,對磁系不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動磁力矩對磁系不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動磁力矩. 并且為了觀測測垂直磁異常具有較并且為了觀測測垂直磁異常具有較高的靈敏度高的靈敏度,磁棒近于水平放置磁棒近于水平放置,使使垂直磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)動磁矩最大垂直磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)動磁矩最大.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法1、懸絲式垂直磁力儀及其工作原理、懸絲式垂直磁力儀及其工作原理第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和

11、測量方法coscos ,ccFlm ZiZMiMm ll磁系所受的三力矩的作用:磁力矩: 磁棒的磁矩,磁棒度重力矩重力矩:扭力矩扭力矩:cos(),gMmgdi2:gMiMMM磁棒平衡方程coscos()2coscoscossinsin2cossin2cosZMimgdiiZMimgdimgdiimgdmgdiZtgiMMMi上式對于任何大小的上式對于任何大小的i都滿足都滿足,但實際設(shè)但實際設(shè)計時將傾角范圍限制在計時將傾角范圍限制在1.5o,測量時測量時,最最好讀數(shù)好讀數(shù)i不超過不超過1.51.5o o這時這時,MZcosiMZ,靈敏度靈敏度i/ i/ Z最大最大.第二講第二講 磁法勘探儀器和

12、測量方法磁法勘探儀器和測量方法i角較小時的測讀系統(tǒng)角較小時的測讀系統(tǒng)2()/,22()/ 2ootg iSSftg iiiSSf00cossin2()()2cossin2,cos12mgdmgdZSSASSMfMmgdmgdAtgiiiMfM第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法2. 刃口式垂直磁力儀刃口式垂直磁力儀工作原理與垂直磁稱相似，僅磁系的結(jié)構(gòu)上有差別。工作原理與垂直磁稱相似，僅磁系的結(jié)構(gòu)上有差別。與弦絲磁稱磁系的差別：與弦絲磁稱磁系的差別：1）兩片相互平行的垂直放置的磁鋼片代替磁棒；）兩片相互平行的垂直放置的磁鋼片代替磁棒；2）磁鋼片中心貫穿一個石英磨制的三棱柱形

13、的刃口，）磁鋼片中心貫穿一個石英磨制的三棱柱形的刃口，其尖端向下，尖端磨制成曲率非常小的的圓柱面，測其尖端向下，尖端磨制成曲率非常小的的圓柱面，測定磁場時，扭動外殼上的開關(guān)旋鈕使磁系下降，刃口定磁場時，扭動外殼上的開關(guān)旋鈕使磁系下降，刃口兩端落在磁系兩側(cè)的石英刀座上。刃口與刀座的接觸兩端落在磁系兩側(cè)的石英刀座上。刃口與刀座的接觸點(diǎn)的連線是水平的。磁系受重力和磁力作用繞水平線點(diǎn)的連線是水平的。磁系受重力和磁力作用繞水平線轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法機(jī)械式磁力儀簡介機(jī)械式磁力儀簡介2) 刃口式垂直磁力儀刃口式垂直磁力儀第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁

14、法勘探儀器和測量方法3）磁鋼片）磁鋼片N和和S極兩端長度對稱于刃口，為使重心極兩端長度對稱于刃口，為使重心偏向于偏向于S極，在極，在S極一端裝一重荷緯度螺絲，極一端裝一重荷緯度螺絲，調(diào)節(jié)它可使磁系磁軸保持在調(diào)節(jié)它可使磁系磁軸保持在i小于等于正負(fù)小于等于正負(fù)1.5度的度的位置，由于緯度在不同地區(qū)，地磁場位置，由于緯度在不同地區(qū)，地磁場Z變化較大，變化較大，需調(diào)節(jié)此重荷以保持磁系水平，使磁系在不同緯度需調(diào)節(jié)此重荷以保持磁系水平，使磁系在不同緯度地區(qū)可以進(jìn)行工作，故稱之為緯度螺絲。地區(qū)可以進(jìn)行工作，故稱之為緯度螺絲。4）由于刃口磁稱不用懸絲懸掛，無扭力矩的作用）由于刃口磁稱不用懸絲懸掛，無扭力矩的作

15、用，在磁場變化讀數(shù)超格時，使用輔助磁鐵的磁場來，在磁場變化讀數(shù)超格時，使用輔助磁鐵的磁場來抵消一部分外磁場的作用，以此擴(kuò)大測程。抵消一部分外磁場的作用，以此擴(kuò)大測程。因此，它在腳架上部裝有安置輔助磁鐵的設(shè)備。因此，它在腳架上部裝有安置輔助磁鐵的設(shè)備。第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法F石英刃口性能穩(wěn)定，不受溫度影響，因此石英刃口性能穩(wěn)定，不受溫度影響，因此，刃口式磁稱一般零點(diǎn)飄移小，精度高，刃口式磁稱一般零點(diǎn)飄移小，精度高，但石英性能脆，易碰損，野外常用于測定但石英性能脆，易碰損，野外常用于測定地磁日變和巖石標(biāo)本的磁性。地磁日變和巖石標(biāo)本的磁性。第二講第二講 磁法勘探儀

16、器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法3. 機(jī)械式水平磁力儀機(jī)械式水平磁力儀水平磁力儀是用于測量水平磁異常沿某一方向的分水平磁力儀是用于測量水平磁異常沿某一方向的分量的儀器，從結(jié)構(gòu)上分為：懸絲式和刃口式。量的儀器，從結(jié)構(gòu)上分為：懸絲式和刃口式。懸絲式水平磁力儀的主要部分磁系與垂直式磁力儀懸絲式水平磁力儀的主要部分磁系與垂直式磁力儀的磁系相似，但磁棒是直立的，的磁系相似，但磁棒是直立的，N極向下（在北半極向下（在北半球使用）。同樣，測定外磁場是通過磁力矩，重力球使用）。同樣，測定外磁場是通過磁力矩，重力矩和扭力矩的平衡來實現(xiàn)的。矩和扭力矩的平衡來實現(xiàn)的。第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀

17、器和測量方法第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法3. 機(jī)械式水平磁力儀機(jī)械式水平磁力儀水平磁力儀測定水平磁場是通水平磁力儀測定水平磁場是通過磁系的磁力矩過磁系的磁力矩,重力矩和扭力矩的平衡關(guān)系實重力矩和扭力矩的平衡關(guān)系實現(xiàn)的現(xiàn)的.磁力矩磁力矩:設(shè)磁系擺動的方向是磁設(shè)磁系擺動的方向是磁南北方向的鉛直面南北方向的鉛直面,磁系平衡時磁系平衡時磁軸線與垂直方向夾角為磁軸線與垂直方向夾角為i,由于由于地磁場水平分量地磁場水平分量的作用的作用,力力矩大大小為矩大大小為:coscMHiMm l第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法3. 機(jī)械式水平磁力儀機(jī)械式水平磁力

18、儀地磁場垂直分量地磁場垂直分量的作用的作用,力矩大大小為力矩大大小為:而且而且,垂直磁場和水平磁場的力矩方向相反垂直磁場和水平磁場的力矩方向相反.重力矩重力矩:由于緯度螺絲的作用由于緯度螺絲的作用,磁系重心不通過磁軸和磁系重心不通過磁軸和支點(diǎn)支點(diǎn),而在指點(diǎn)的北下方而在指點(diǎn)的北下方.設(shè)重心與支點(diǎn)的距離為設(shè)重心與支點(diǎn)的距離為d,則則作用于磁系上的重力距為作用于磁系上的重力距為:當(dāng)緯度螺絲向北時當(dāng)緯度螺絲向北時,重力矩與水平磁力矩方向相反重力矩與水平磁力矩方向相反.sin ()cMZi Mm lsin(90)cos()mgdimgdi第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法3. 機(jī)

19、械式水平磁力儀機(jī)械式水平磁力儀扭力矩扭力矩:當(dāng)磁棒轉(zhuǎn)動時當(dāng)磁棒轉(zhuǎn)動時i角時角時,懸絲也轉(zhuǎn)動懸絲也轉(zhuǎn)動i角角,則扭絲的則扭絲的扭力矩為扭力矩為:與水平磁力矩方向相反與水平磁力矩方向相反.磁系平衡時磁系平衡時:通過測量各個角度通過測量各個角度,可以計算水平磁場可以計算水平磁場.(2)icossincos()(2)cos2coscosMHiMZimgdiimgdiHZtgitgiMMiMi2) 電子式磁力儀簡介電子式磁力儀簡介a) 磁通門磁力儀磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)磁通門磁力儀又稱為磁通門磁力儀又稱為磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀,是利用具有高是利用具有高導(dǎo)磁率的軟磁鐵芯在外磁場

20、作用下的電磁感應(yīng)現(xiàn)象來測導(dǎo)磁率的軟磁鐵芯在外磁場作用下的電磁感應(yīng)現(xiàn)象來測定外磁場的儀器定外磁場的儀器. 下邊簡單介紹偶次諧波電壓飽和式磁下邊簡單介紹偶次諧波電壓飽和式磁力儀的原理和簡化結(jié)構(gòu)力儀的原理和簡化結(jié)構(gòu).儀器組成儀器組成:坡莫合金探頭坡莫合金探頭,控制電路控制電路,電源電源.1、坡莫合金的磁化特點(diǎn)及磁靈敏元件的磁化現(xiàn)象、坡莫合金的磁化特點(diǎn)及磁靈敏元件的磁化現(xiàn)象坡莫合金與一般的鐵磁性材料相比坡莫合金與一般的鐵磁性材料相比,具有很高的導(dǎo)磁率具有很高的導(dǎo)磁率如如,國產(chǎn)的國產(chǎn)的1J86型坡莫合金型坡莫合金,起始導(dǎo)磁率起始導(dǎo)磁率很小的矯頑磁力很小的矯頑磁力Hc和很小的飽和磁場和很小的飽和磁場Hs,

21、因此因此,坡莫合金的坡莫合金的磁滯徊線窄而陡磁滯徊線窄而陡,一般鐵磁性材料的磁滯徊線寬而緩一般鐵磁性材料的磁滯徊線寬而緩/dB dH0150000CGS第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法當(dāng)外磁場有微小變化時當(dāng)外磁場有微小變化時,會引起磁感會引起磁感B的顯著變化的顯著變化,可以說磁感可以說磁感B對對外磁場外磁場H的變化具有放大作用的變化具有放大作用,或說坡莫合金對外磁場感覺靈敏或說坡莫合金對外磁場感覺靈敏.由于坡莫合金的磁滯徊線窄而陡由于坡莫合金的磁滯徊線窄而陡,所包含的面積小所包含的面積小,可以近似看成可以近似看成一條直線一條直線,B隨隨H的變化特點(diǎn)與一般鐵磁性物質(zhì)的表

22、現(xiàn)不同的變化特點(diǎn)與一般鐵磁性物質(zhì)的表現(xiàn)不同.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法三、磁通門磁力儀三、磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)1、偶次諧波的產(chǎn)生及磁場測量原理、偶次諧波的產(chǎn)生及磁場測量原理第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法在一個扁橢圓環(huán)狀坡莫合金上繞有兩個在一個扁橢圓環(huán)狀坡莫合金上繞有兩個繞向相反繞向相反,匝數(shù)相等的線圈匝數(shù)相等的線圈,串在一起作為初級線圈串在一起作為初級線圈.在整個橢圓環(huán)在整個橢圓環(huán)外繞一個輸出線圈外繞一個輸出線圈.在無外磁場作用時在無外磁場作用時,在初級線圈中供一在初級線圈中供一個交流電壓個交流電壓:時時,在坡

23、莫合金中將產(chǎn)生一個交變磁場在坡莫合金中將產(chǎn)生一個交變磁場:cosmEEtcosmHHt 三、磁通門磁力儀三、磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法由于由于H隨時間變化隨時間變化,將引起將引起B(yǎng)隨隨時間變化時間變化,當(dāng)當(dāng)-HsH|Hs|時時,B達(dá)到飽和達(dá)到飽和Bm,保保持一個常數(shù)持一個常數(shù),故曲線頂部是平的故曲線頂部是平的. 且正負(fù)半周的幅度相等且正負(fù)半周的幅度相等,保持保持BBm的時間也相等的時間也相等,B曲線相曲線相當(dāng)于一段失真的正弦曲線當(dāng)于一段失真的正弦曲線.此曲此曲線可看成基波和三次諧波的合線可看成基波和三次諧波的合成成.三

24、、磁通門磁力儀三、磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法由于兩個初級線圈匝數(shù)相等由于兩個初級線圈匝數(shù)相等,方向相方向相反反,因而因而,通過輸出繞組的總磁通量的通過輸出繞組的總磁通量的變化為變化為0,沒有輸出電壓沒有輸出電壓.有外磁場存在時有外磁場存在時,作用在坡莫合金片作用在坡莫合金片上的總磁場為上的總磁場為:同樣同樣,在在-HsHHs時時,B達(dá)到飽和達(dá)到飽和,由于磁場的變由于磁場的變化是在外磁場化是在外磁場Ho的基礎(chǔ)上變化的基礎(chǔ)上變化,所以所以在在H與與Ho同向時同向時,B先達(dá)到飽和先達(dá)到飽和,保持保持Bm常值的時間長常值的時間

25、長,當(dāng)當(dāng)H與與Ho反向時反向時,B保持保持Bm常值的時間短常值的時間短.00cosmmsHHHtHHH三、磁通門磁力儀三、磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法這時這時,B的曲線可以看成前邊的的曲線可以看成前邊的基波基波,三次諧波和與外磁場相關(guān)三次諧波和與外磁場相關(guān)的二次諧波組成的二次諧波組成.由于線圈繞組由于線圈繞組匝數(shù)相等方向相反匝數(shù)相等方向相反,只存在奇次只存在奇次諧波時諧波時,線圈中的感應(yīng)電壓相互線圈中的感應(yīng)電壓相互抵消抵消,沒有輸出沒有輸出,而存在偶次諧波而存在偶次諧波時時,輸出的電壓即為二次諧波輸出的電壓即為二次諧波,

26、而而且且,二次諧波電壓與外磁場的強(qiáng)二次諧波電壓與外磁場的強(qiáng)度和方向相關(guān)度和方向相關(guān):dBeKSndt :coscos(cos)sin:,0 ssmmmmssmssifHHHBHHtdHteKSnKSnHdtifHH or HHBBHdHeKSndt 三、磁通門磁力儀三、磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法三、磁通門磁力儀三、磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)將上邊測量得到的非正弦周期輸出信號將上邊測量得到的非正弦周期輸出信號,按付氏級數(shù)展開按付氏級數(shù)展開:第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法012

27、12( )coscos2cos2sinsin2sin1( )cos,1( )sinnnKKafaaanbbbnafK dbfK d 三、磁通門磁力儀三、磁通門磁力儀(磁飽和式磁力儀磁飽和式磁力儀)由上邊討論知道由上邊討論知道,輸出電壓只是二次諧波輸出電壓只是二次諧波,諧波對應(yīng)的系數(shù)諧波對應(yīng)的系數(shù):第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法2323023230001( )cos0()41( )sin23()8() msmmmsmsmsmaee dHHHHSnK HbedHHHHSnK HHHHHH 四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀是根據(jù)煤油質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀是根

28、據(jù)煤油,水水,酒精等含氫原子核酒精等含氫原子核(質(zhì)子質(zhì)子)在地磁場中產(chǎn)生一定頻率的旋進(jìn)作用的原理制成的在地磁場中產(chǎn)生一定頻率的旋進(jìn)作用的原理制成的.儀器感受外磁場的部分是一個充滿了煤油或蒸餾水等碳儀器感受外磁場的部分是一個充滿了煤油或蒸餾水等碳?xì)溲趸锶芤旱膱A柱體有機(jī)玻璃容器氫氧化物溶液的圓柱體有機(jī)玻璃容器,外邊繞有螺線管外邊繞有螺線管線圈線圈,稱為探頭稱為探頭. 探頭中的煤油探頭中的煤油,蒸餾水等含氫物質(zhì)蒸餾水等含氫物質(zhì),其分子中的電子軌其分子中的電子軌道磁矩核自旋磁矩都成對地抵消了道磁矩核自旋磁矩都成對地抵消了,只有氫原子核的自只有氫原子核的自旋磁矩沒有抵消旋磁矩沒有抵消.故氫原子顯示出微

29、弱的磁矩故氫原子顯示出微弱的磁矩.在溶液中在溶液中,氫氫 的質(zhì)子磁矩的質(zhì)子磁矩,在無外磁場時在無外磁場時,任意指向任意指向.當(dāng)含氫原子的溶液處于地磁場當(dāng)含氫原子的溶液處于地磁場T中中,這些質(zhì)子的磁矩將在這些質(zhì)子的磁矩將在T的作用下的作用下,沿沿T定向排列定向排列.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法核子的進(jìn)動和衰減示意圖核子的進(jìn)動和衰減示意圖四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀在近于垂直地磁場在近于垂直地磁場T的螺旋管中通以電流的螺旋管中通以電流(1A), 使之產(chǎn)生使之產(chǎn)生與地磁場垂直的近與地磁場垂直的近50O

30、e的人工磁場的人工磁場,由于這一磁場遠(yuǎn)大由于這一磁場遠(yuǎn)大于地磁場于地磁場,原來沿地磁場方向排列的質(zhì)子自旋軸都將轉(zhuǎn)原來沿地磁場方向排列的質(zhì)子自旋軸都將轉(zhuǎn)向人工磁場的磁化方向向人工磁場的磁化方向.在切斷電流時在切斷電流時,人工磁場突然消失人工磁場突然消失,氫質(zhì)子在原有的自旋氫質(zhì)子在原有的自旋慣性力和地磁場的磁力作用下慣性力和地磁場的磁力作用下,以相同的相位繞地磁場以相同的相位繞地磁場方向進(jìn)動方向進(jìn)動.這個現(xiàn)象與陀螺在自旋慣性力和地球重力的作用下這個現(xiàn)象與陀螺在自旋慣性力和地球重力的作用下,繞繞重力場的方向進(jìn)動一樣重力場的方向進(jìn)動一樣.質(zhì)子在地磁場作用下產(chǎn)生旋進(jìn)的現(xiàn)象稱為質(zhì)子的進(jìn)動質(zhì)子在地磁場作用下

31、產(chǎn)生旋進(jìn)的現(xiàn)象稱為質(zhì)子的進(jìn)動,也稱為核子的進(jìn)動也稱為核子的進(jìn)動.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀在核子旋進(jìn)的初期在核子旋進(jìn)的初期,由于所有的核子相位一致由于所有的核子相位一致,顯示出宏顯示出宏觀磁矩觀磁矩,它周期性地切割繞在容器外的線圈它周期性地切割繞在容器外的線圈,產(chǎn)生感應(yīng)電產(chǎn)生感應(yīng)電信號信號,其頻率與質(zhì)子旋進(jìn)頻率相同其頻率與質(zhì)子旋進(jìn)頻率相同.試驗及理論計算表明試驗及理論計算表明,氫質(zhì)子旋進(jìn)的角速度氫質(zhì)子旋進(jìn)的角速度與外磁場與外磁場T T的大小成正比的大小成正比: :質(zhì)子的磁旋比質(zhì)子的磁旋比第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法

32、磁法勘探儀器和測量方法,2/23.4874PPTTff5412.675132 1010/POes 四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀質(zhì)子的旋進(jìn)現(xiàn)象質(zhì)子的旋進(jìn)現(xiàn)象,由于熱干擾等作用由于熱干擾等作用,很快地消失很快地消失,電感信電感信號也按指數(shù)規(guī)律衰減號也按指數(shù)規(guī)律衰減.通過測量這個衰減過程通過測量這個衰減過程,就可以得就可以得到上邊公式中的旋進(jìn)頻率到上邊公式中的旋進(jìn)頻率.為測定旋進(jìn)信號需要注意以下幾點(diǎn)為測定旋進(jìn)信號需要注意以下幾點(diǎn): :1)1)需用較大的人工磁場需用較大的人工磁場, ,使質(zhì)子自旋磁矩的磁軸垂直指向地磁場使質(zhì)子自旋磁矩的磁軸垂直指向地磁場的方向的方向, ,這樣可延長衰減的過程

33、這樣可延長衰減的過程, ,使測量便于實現(xiàn)使測量便于實現(xiàn). .通常通常, ,這個磁場這個磁場大約大約5050奧斯特奧斯特, ,且保持且保持3 3秒時間秒時間. .2)2)需用較快的速度切斷人工磁場需用較快的速度切斷人工磁場, ,并在磁化切斷的并在磁化切斷的1 1秒鐘之內(nèi)將進(jìn)秒鐘之內(nèi)將進(jìn)動頻率測完動頻率測完. .因為進(jìn)動在因為進(jìn)動在2-32-3秒內(nèi)衰減消失秒內(nèi)衰減消失. .第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法3)旋進(jìn)衰減信號的延續(xù)時間還與被測點(diǎn)地磁場的均勻程度有關(guān)旋進(jìn)衰減信號的延續(xù)時間還與被測點(diǎn)地磁場的均勻程度有關(guān),當(dāng)?shù)卮艌鲞^大當(dāng)?shù)卮艌鲞^大,取消地磁場后取消地磁場后,核磁矩受

34、不均勻磁場作用核磁矩受不均勻磁場作用,質(zhì)子旋質(zhì)子旋進(jìn)相位彼此發(fā)生差異進(jìn)相位彼此發(fā)生差異,感應(yīng)信號很快消失感應(yīng)信號很快消失.因此因此,質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀不適合地磁場梯度大的區(qū)域不適合地磁場梯度大的區(qū)域.4) 探頭軸線與地磁場方向的夾角改變時探頭軸線與地磁場方向的夾角改變時,信號的強(qiáng)度也改變信號的強(qiáng)度也改變.等等于于90度時度時,信號幅度最強(qiáng)信號幅度最強(qiáng),等于等于0度時度時,信號幅度為信號幅度為0,因此因此,需要探需要探頭大致定在東西方位頭大致定在東西方位.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法五、光泵磁力儀五

35、、光泵磁力儀20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代,卡斯特拉提出一種磁場諧振的光泵方法卡斯特拉提出一種磁場諧振的光泵方法, 隨后人隨后人們利用該原理研制磁力儀們利用該原理研制磁力儀.光泵磁力儀與質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀一樣光泵磁力儀與質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀一樣,屬于磁共振類儀器屬于磁共振類儀器.前者利用順磁共振現(xiàn)象前者利用順磁共振現(xiàn)象,后者利用核磁共振現(xiàn)象后者利用核磁共振現(xiàn)象.因為這類儀器普遍采用光泵技術(shù)因為這類儀器普遍采用光泵技術(shù),稱為光泵磁力儀稱為光泵磁力儀.光泵磁力儀利用的元素為光泵磁力儀利用的元素為:氦氦,汞汞,氮氮,氫以及堿金屬銣氫以及堿金屬銣,銫等銫等,因采因采用的元素不同光泵磁力儀分為用的元素不同光泵磁力儀分為

36、:氦磁力儀和堿金屬磁力儀氦磁力儀和堿金屬磁力儀.按采用的激發(fā)方式不同又分按采用的激發(fā)方式不同又分:自激式磁力儀自激式磁力儀,跟蹤式磁力儀跟蹤式磁力儀.光泵磁力儀之所以能測量磁場光泵磁力儀之所以能測量磁場,是因為上述元素在特定條件下是因為上述元素在特定條件下,能發(fā)生磁共振吸收現(xiàn)象能發(fā)生磁共振吸收現(xiàn)象(光泵吸收光泵吸收),而這種現(xiàn)象發(fā)生時的電磁場而這種現(xiàn)象發(fā)生時的電磁場頻率與樣品所在地的外磁場強(qiáng)度成比例關(guān)系頻率與樣品所在地的外磁場強(qiáng)度成比例關(guān)系.第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法五、光泵磁力儀五、光泵磁力儀塞曼分裂塞曼分裂原子在外磁場中原子在外磁場中,由于受到磁場的作用由于

37、受到磁場的作用,同一同一個個F值的能級值的能級,可分裂成可分裂成(2F+1)各磁次能級的現(xiàn)象各磁次能級的現(xiàn)象,稱為稱為塞曼分裂塞曼分裂. 相鄰磁次能級之間的能量差與外磁場成正相鄰磁次能級之間的能量差與外磁場成正比比,這就為測定地磁場這就為測定地磁場T提供了可能提供了可能.能級躍遷能級躍遷當(dāng)電子從外界得到能量或向外界放出適當(dāng)當(dāng)電子從外界得到能量或向外界放出適當(dāng)?shù)哪芰繒r的能量時,即從一個能級躍遷到另一個能級即從一個能級躍遷到另一個能級,原子能級原子能級的變化稱為原子能級的躍遷的變化稱為原子能級的躍遷.躍遷時兩個能級之間的躍遷時兩個能級之間的能量產(chǎn)應(yīng)滿足頻率條件能量產(chǎn)應(yīng)滿足頻率條件:mnmnEEEh

38、f第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法五、光泵磁力儀五、光泵磁力儀原子躍遷的選擇定則原子躍遷的選擇定則原子的能級之間不是任意躍遷原子的能級之間不是任意躍遷的的,只有滿足以下量子數(shù)變化條件的能級之間才能發(fā)只有滿足以下量子數(shù)變化條件的能級之間才能發(fā)生躍遷生躍遷,這就是躍遷選擇定則這就是躍遷選擇定則.光泵技術(shù)光泵技術(shù)經(jīng)過一定條件的光照射經(jīng)過一定條件的光照射,使原子的軌道電子使原子的軌道電子吸收能量吸收能量,按能級躍遷選擇定則按能級躍遷選擇定則,使得各原子的外層電使得各原子的外層電子都處在某同一能級上子都處在某同一能級上,這種技術(shù)稱為光泵技術(shù)這種技術(shù)稱為光泵技術(shù).1,0, 1,1

39、1FLJFm 第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法五、光泵磁力儀五、光泵磁力儀五、光泵磁力儀五、光泵磁力儀若垂直外磁場方向加入一個射頻電磁場若垂直外磁場方向加入一個射頻電磁場,與已取向的原與已取向的原子的磁矩間相互作用子的磁矩間相互作用,產(chǎn)生去去向效應(yīng)產(chǎn)生去去向效應(yīng),使通過吸收室使通過吸收室的光強(qiáng)減弱的光強(qiáng)減弱.當(dāng)外加交變磁場的頻率等于兩相鄰次能級當(dāng)外加交變磁場的頻率等于兩相鄰次能級之間的塞曼躍遷頻率時即發(fā)生共振之間的塞曼躍遷頻率時即發(fā)生共振,此時此時,去去向作用去去向作用最強(qiáng)最強(qiáng),透過吸收室的光最弱透過吸收室的光最弱.躍遷頻率與外磁場關(guān)系為躍遷頻率與外磁場關(guān)系為:對于氦

40、對于氦:第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法00/ 22/ppfE hTTf 60() 10(/)2.8023560.00003fT Hz Oe第二篇 磁法勘探第二章第二章 磁法勘探的儀器和工作方法磁法勘探的儀器和工作方法第一節(jié)磁法勘探的儀器第一節(jié)磁法勘探的儀器六、超導(dǎo)磁力儀六、超導(dǎo)磁力儀1、超導(dǎo)現(xiàn)象、超導(dǎo)現(xiàn)象第二篇 磁法勘探第二章第二章 磁法勘探的儀器和工作方法磁法勘探的儀器和工作方法第一節(jié)磁法勘探的儀器第一節(jié)磁法勘探的儀器六、超導(dǎo)磁力儀六、超導(dǎo)磁力儀2、超導(dǎo)磁力儀的原理、超導(dǎo)磁力儀的原理第二篇 磁法勘探第二章第二章 磁法勘探的儀器和工作方法磁法勘探的儀器和工作方法第一節(jié)磁法勘探的儀器第一節(jié)磁法勘探的儀器六、超導(dǎo)磁力儀六、超導(dǎo)磁力儀2、超導(dǎo)磁力儀的原理、超導(dǎo)磁力儀的原理第二篇 磁法勘探第二章第二章 磁法勘探的儀器和工作方法磁法勘探的儀器和工作方法第一節(jié)磁法勘探的儀器第一節(jié)磁法勘探的儀器六、超導(dǎo)磁力儀六、超導(dǎo)磁力儀3、超導(dǎo)磁力儀的特點(diǎn)、超導(dǎo)磁力儀的特點(diǎn)第二講第二講 磁法勘探儀器和測量方法磁法勘探儀器和測量方法二二. 磁測工作方法磁測工作方法磁法勘探工作包括四個階段磁法勘探工作包括四個階段:1)設(shè)計階段設(shè)計階段2) 施工階段施工階段3) 數(shù)據(jù)處理階段數(shù)據(jù)處理階段4) 解釋分析和成果報告編寫階段解釋分析和成果報告編寫階段 工作