磁法勘探2地球磁場課件

第三章磁法勘探第二節(jié)地球的磁場1標(biāo)題添加點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容總體概述點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容標(biāo)題添加點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2磁法勘探研究的是磁異常,磁異常主要是由磁性巖礦石在地球磁場磁化作用下而產(chǎn)生，其中巖石磁性是內(nèi)因，地球磁化場是外因。磁法勘探由內(nèi)、外因結(jié)合的物理基礎(chǔ)是：地球磁場和巖石磁性3一、基本磁場地磁場通過一些物理現(xiàn)象，我們不難察覺到地球周圍的整個空間都有磁場存在，而且這種磁場有一定的分布和變化規(guī)律。如指南針或羅盤就可敏感反映這種磁場的存在地磁場是一個矢量場，分布范圍從地核到空間磁層邊緣的各處。地磁場是磁法勘探的基礎(chǔ)。4（一）地磁要素從量的角度描述地磁場，建立一個空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)，定義磁力場的各個要素，并用數(shù)學(xué)公式表示各要素的換算關(guān)系。坐標(biāo)系建立：設(shè)以觀測點（O）為坐標(biāo)原點X軸正向指地理北，Y軸正向指東，Z軸正向垂直向下。5觀測點的地磁場矢量（T）為任意方向，它在坐標(biāo)系內(nèi)可分解為以下分量：x分量（北向分量）：在正北方向（X軸）的投影；y分量（東向分量）：在正東（Y軸）上的投影；z分量（垂直分量）：在垂直方向（Z軸）上的投影；6H分量（水平分量）：在xoy平面上的投影；地磁傾角（I）：T與xoy面的交角，約定T下傾為正；磁偏角（D）：H與地理北的夾角，即磁子午面與地理子午面的夾角，約定磁北自地理北向東偏為正。7表述地磁場的七個物理量：T、x、y、z、H、I、D統(tǒng)稱為地磁場的七要素該要素可表示任意點地磁場的大小和方向特征。8根據(jù)幾何關(guān)系不難得出這些要素的相互關(guān)系式：x=HcosD，y=HsinD，H=TcosIz=TsinI=HtanI，T2=H2+Z2=x2+y2+z2tanI=z/H,tanD=y/x將七個要素分成三組：1、直角坐標(biāo)系有：x、y、z；2、球坐標(biāo)系有：H、D、I3、柱坐標(biāo)系有：z、H、D已知其中一組，就可求出其它幾個分量9充分利用海洋磁測、航空磁測和衛(wèi)星磁測，它們可以在短時間內(nèi)獲得大面積或全球范圍的磁場三分量(X，r，Z)及其它地磁要素的地磁資料。地磁要素是隨時空變化的，要了解其分布特征，必須把不同時刻所觀測的數(shù)值都?xì)w算到某一特定的日期，國際上將此日期一般選在1月1日零點零分，這個步驟稱之為通化。由于地磁場存在長期變化，所以地磁圖一般5~10年重新測定或修正。我國1950年始出版地磁圖。地磁圖10等偏線圖（D）等傾線圖（I）H等值線圖Z等值線圖Y等值線圖X等值線圖T等值線圖11等偏線圖（D）12等偏線圖（D）分布特征曲線族分別匯聚在南北兩磁極區(qū)，在這兩點上D從-180°~180°間變化，說明磁北方向在磁極無定向，沒有固定的磁偏角，可認(rèn)為南北兩磁極為源頭。零偏線（D=0°）的分布，將全球分為正、負(fù)偏角區(qū)，即在正偏角區(qū)磁北方向在地理北偏東，負(fù)偏角區(qū)在地理北偏西。NENE13等傾線圖（I）14等傾線特征（I）分布特征等傾線大致和緯度平行分布；零傾線（I=0°）在地理赤道附近—磁赤道，說明地磁場在赤道上是水平方向，垂直分量為0，（T=H，Z=0），磁赤道不是直線；磁赤道以北I＞0°，說明T下傾，磁赤道以南I＜0°，說明T上仰；隨緯度增大，I增大，至南北磁極處I=±90°，H=0，T=Z15H等值線圖16H等值線圖分布特征H等值線大致沿緯度線排列；在赤道附近H最大，Hmax≈X≈40000nT;隨緯度加大，H值減小，在磁極處H=0;除兩磁極外，全球各點的H均指向北。17Z等值線圖18Z等值線分布特征Z與I等傾線分布相似，近乎與緯度線平行；隨緯度增大，Z絕對值增大，在南北兩磁極處Z絕對值最大，Zmax≈±60000~±70000nT；在磁赤道處Z=0磁赤道以北Z＞0，方向垂直向下，反之亦然。19T等值線圖20T等值線分布特征大部分地區(qū)的T等值線也幾乎與緯度線平行；T強(qiáng)度大小由赤道向兩極逐漸增大，赤道處有極?。篢min=H≈30000~40000nT，磁極處有極大Tmax=Z≈60000~70000nT21（二）磁偶極子場與地磁極地球磁場近似于放在地心的一個磁偶極子磁場，其基本特征如圖。歸納如下：地球有兩個磁極，在地理北極附近的磁極叫北磁極，具有S極性，反之亦然。磁軸與地球旋轉(zhuǎn)軸不重合，大致相交11.5°。不同緯度地區(qū)，磁力線方向可從磁針的偏轉(zhuǎn)方向判定地磁場是矢量場，既有方向也有大小。22（三）非偶極子場Tm從地球的基本磁場中出去偶極子場部分，剩下的部分就是非偶極子場，又稱大陸磁異常。23大陸磁場垂直強(qiáng)度有四個較為明顯的大陸磁場區(qū)，即：東亞、南極大陸、非洲西部、大洋洲非洲西部大洋洲南極洲東亞24（四）地磁場的長期變化

地磁場長期變化總的特點是隨時間變化緩慢、周期長。一般周期可為年、幾十年，甚至更長。近百年來的磁場的長期變化主要是通過世界各地的地磁臺長期連續(xù)的觀測進(jìn)行研究的。另外間接的研究方法有：考古地磁及古地磁，可研究更長時間范圍的特性特征和周期變化以及變化軌跡。25地磁場長期變化的特點基本地磁場長期緩慢變化原因是地球內(nèi)部。各地磁要素的變化特點：1、D、I有周期性變化趨勢，如：1580~1820年的240年間，倫敦的D變化了35°。2、上海佘山地磁臺觀測到的地磁要素變化（1910~1960）：Z變化了600~700nT；H變化了300nT以上；D自2°20′變?yōu)?°50′263、大陸磁場（非偶極子場）西向漂移，偶極子場也是如此，漂移速率為每年幾分之一的經(jīng)度。4、長期變化的“焦點”是西向漂移的較快處，或稱為變化中心，為等值線的若干中心，焦點處變化可達(dá)150nT/年。焦點不固定，西向漂移。5、西向漂移的周期為600年，每年約以經(jīng)度0.18°的速度西移，磁場強(qiáng)度數(shù)值變化周期為60年。6、地心偶極子磁矩的衰減速率每年約0.05%。預(yù)計在200年后，地球磁矩將變得很小，甚至消失。這種現(xiàn)象揭示了地球磁極倒轉(zhuǎn)的征兆。277、地磁場變化的測試結(jié)果北磁極的位置測量結(jié)果1831年：70.1°N,96.8°W1904年：70.5°N,96.5°W1948年：73°N,100°W1975年：76.2°N,100.6°W1904~1975年，地磁極位移的速度9km/年28二、外源磁場外源磁場是起源于地球外部并疊加在地球基本磁場上的變化場的各種短周期變化磁場。只占地磁場的很小一部分（不到1%）主要起因于固體地球外部的各種電流體系（如高空電離層的渦旋電流體系）。29按其變化特征也可以分為兩類：一類是按一定的周期連續(xù)出現(xiàn)，且變化平緩而有規(guī)律，稱為平靜變化；另一類是偶然發(fā)生、持續(xù)一定時間后就消失，是短暫而復(fù)雜的變化，變化幅度可以很強(qiáng)烈，也有的很小，稱之為擾動變化。30(一)平靜變化

太陽靜日變化（Sq）——地磁日變化周期：24小時太陰靜日變化（SL）變化幅度1~2nT，一般忽略不計31地磁日變變化特征周而復(fù)始，從不間斷，振幅易變，但相位不變，24小時為一個周期；變化幅度白天大（6~18點），夜間?。幌募敬?，冬季??；變化形態(tài)和幅度因地而異，但同緯度區(qū)變化相近；在±30°緯度區(qū)變化最大。32變化特征我國地磁日變一般在11~14時幅度減小最多，基本特征與世界地磁日變化在北半球中低緯度區(qū)的特征相近。地磁日變化引起的原因與太陽紫外線輻射的強(qiáng)度大小、時間長短有關(guān)33研究地磁日變化的意義掌握地磁場隨時間變化的基本特征；在進(jìn)行磁法勘探是必須做日變校正；目前正研究用地磁日變化來進(jìn)行礦與非礦異常的區(qū)分和地震預(yù)報日變化在一定程度上可改變地磁場34（二）擾動變化

疊加在平靜變化場水平上的地磁擾動，變化幅度可小于1nT到n×103nT，持續(xù)時間可小于1秒到幾天不等，而且相互重疊。地磁擾動可分為兩類：一類為無明顯周期，變化幅度范圍較大的磁擾動。按其物理機(jī)制又可分成六種，其中磁暴往往遍及全球另一類為變化幅度很小，具有準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)特征的地磁脈動同樣它也可進(jìn)一步分類。與磁法勘探關(guān)聯(lián)更密切的是磁暴和地磁脈動，351、磁暴

磁暴是一種強(qiáng)烈韻磁擾動。從赤道到極地均可觀察到磁暴現(xiàn)象，而且?guī)缀跏侨蛲瑫r發(fā)生。發(fā)生時對地磁場水平分量的強(qiáng)度影響特別顯著，而對垂直分量影響相對小些。因此，通常研究磁暴的形態(tài)和特征是通過水平分量強(qiáng)度變化來進(jìn)行的。36磁暴的一般特征地磁場的強(qiáng)烈變化，幅度在幾個nT到n×103nT，對水平分量影響巨大；對地磁場強(qiáng)度影響的時間可在幾小時~幾天不等；具有高緯度地區(qū)發(fā)生多；小磁暴多；春秋季多的顯著規(guī)律。屬全球性，往往在全球同時發(fā)生。磁暴強(qiáng)度從低磁緯度到高磁緯度逐漸變強(qiáng)37引發(fā)磁暴的原因與太陽黑子的爆發(fā)有關(guān)，具有11年為周期的特點；太陽黑子爆發(fā)出現(xiàn)高速離子流，相當(dāng)于良導(dǎo)體，在切割磁力線后產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而形成干擾磁場。野外磁測時，如監(jiān)測到磁暴，應(yīng)立刻停止工作。382、地磁脈動

地磁脈動是一種地磁場的微擾變化，它具有準(zhǔn)周期的特點，一般周期介于n×10-1~n×102s，頻率范圍從毫赫茲到數(shù)赫茲，振幅的變化范圍為n×10-3~n×10s(在強(qiáng)擾動期間也可達(dá)數(shù)百納特)。地磁脈動分為：穩(wěn)定連續(xù)型脈動（Pc型）不規(guī)則形或衰減型脈動（Pi型）除某些較強(qiáng)的地磁脈動外，一般的地磁脈動對磁測影響不大，無需進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。39正常場和磁異常正常場和磁異常一般是相對而論的，通常把研究對象引起的磁場部分叫做磁異常，而周圍環(huán)境和圍巖引起的磁場統(tǒng)歸為正常場比如當(dāng)研究大陸磁場Tm時，將其視為磁異常，而疊加在大陸磁場上的其它磁源場（主要是偶極場）就看成是正常場。三、地磁場的結(jié)構(gòu)和磁異常40把研究某局部的磁性體視為磁異常，其它均為正常場。磁異常(Ta)：假設(shè)5號異常為研究對象疊加場（觀測結(jié)果）：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6正常場：T0=T1+T2+T3+T4+T6