《《岩层磁性法测量》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《岩层磁性法测量》PPT课件.ppt（56页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、物理在矿业生产中的应用,宇宙之大 粒子之小 物理无处不在,岩层磁性法测量,2,物理在矿业生产中的应用,绪论采矿物理学概述绪论矿山压力概述矿山压力与变形测量重力测量岩层电阻率法测量岩层激电法测量岩层充电法测量岩层自然电位测量岩层瞬变电磁法测量岩层磁性法测量,目 录,岩层电荷感应测量岩层电磁辐射测量岩层声波法测量岩层声发射法测量岩层地震法测量矿山微震测量岩层雷达波法测量放射性法测量综合检测（煤、瓦斯突出等灾害）21世纪地球物理学发展趋势,3,一 理论基础二 磁力仪三 磁法探测,岩层磁性法测量,4,理论基础磁场、磁场强度概念,磁场：凡是一根磁棒在其周围显示有磁力作用的空间，这个空间，称之为磁场。磁场
2、强度：磁场中某一点的磁场强度，就是在该点上设有一单位正磁荷所受的力。,5,.磁库仑定律磁库仑定律：两个点极间的斥力（或吸力）F与两点极的磁量的乘积成正比，与两点极间距离的平方成反比。,图1-1 点磁距的相互作用,即：此处F是指在真空中的力。真空中的导磁率0=410-7 享/米。,磁场、磁场强度概念,6,2.磁场强度：磁场中某一点的磁场强度，就是在该点上设有一单位正磁荷所受的力。如果该点的磁量为+Qm,所受的力为F，则该点的磁场强度T的大小可用下式表示：,T是个矢量，其方向即为该点所受F的方向。对磁介质内部的磁场，通常以磁感应强度B描述场的分布。若以H表示场源磁场，则有B=H=0H+0H式中:介
3、质的磁导率；0真空的磁导率；真空的磁化率。,磁场、磁场强度概念,7,3.磁偶极子的磁场 两个磁荷相等、符号相反，其距离2非常小的磁极，称为磁偶极子。高斯第一位置：r,磁场、磁场强度概念,8,它有两个磁极，其磁北极位于地理北极附近，磁南极位于地理南极附近，但不重合，地磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）。,地磁轴,地理轴,地磁场、地磁要素、地磁图、地磁场随空间及时间的变化地磁场,9,T在Z轴上的分量为垂直分量Z,指下为正，指上为负。T在XOY平面上的分量为水平分量，
4、以H表示，方向指东为正，反向为负。H和T的夹角为磁倾角，以I表示。当T向下倾时，I角为正，T向上倾时，I为负角。H的指向为磁北方向，该方向的延伸方向即为磁子午线，该点磁子午线与地理子午线的平面夹角，称为磁偏角，以D表示，磁子午线偏向地理子午线之东，D为正值，反之为负值。,地磁要素,10,水平分量H在X轴和Y轴上的分量，分别称为北向分量和东向分量，分别以X、Y表示。T、Z、H、I、D、X、Y各量都是表示某点地磁场强度的大小和方向特征的物理量，称为地磁要素。七个地磁要素之间的关系式如下：,地磁要素,11,1980年世界地磁场垂直分量等值线平面图,为表示地磁场的地理分布特征，可以根据地磁测量的资料，
5、将所得的各地磁要素值按测点的经纬度座标，在地理图上把数据相同的点连成光滑的等值线，编成各要素的等值线平面图。这种图称为地磁图。,(单位为T),地磁图,12,1980年世界地磁场等偏线平面图,垂直强度等值线基本与纬向平行，向南北梯度变化最大，在赤道附近强度为零，向两极逐渐增强，到两极，强度增加到67万nT。因为在两极地区，T=Z，故强度也相当。Z值在北半球为正，南半球为负。水平强度等值线与纬线也大致平行。强度在赤道附近达到最大，约34万nT，向两极逐渐减小，在两个极点场值为零。强度方向除两极外，均向北。,(单位为),地磁图,13,我国T、Z向北的变化率分别为：T：2627 nT/，Z：2021n
6、T/，H：向北变化是负值，-3-4nT/。场强随高度的增加是不断衰减的：T=-20-26 nT/，Z=-20-23 nT/，H=-13-15 nT/。以上的变化量，我们称为地磁场的正常水平梯度和正常垂向梯度。,地磁场的空间变化,14,表2-1 我国各地地磁要素,地磁场的空间变化,15,1.地磁场的组成地球偶极子场(T0)和大陆磁场（Tm）组成了地球的基本磁场。在数平方公里以内的磁场就称为局部磁场Ta，它是磁法勘探研究的主要对象。以上都是地球内的平静磁场。另一种是来自球外的磁场Te，它包括外层空间如电离层或宇宙射线等。,地磁场随时间的变化,16,2.地磁场的长期变化基本地磁场随时间有缓慢的长期变
7、化，且呈缓慢的历经数百年为周期的有规律变化。,地磁场随时间的变化,17,地磁场随时间的变化,3.地磁场的短期变化来自外源磁场引起的短期变化分两类：一类是连续的比较有规律的有确定周期的变化，称为平静变化；一类是偶然性的突发急烈的短暂变化，它与太空电离层有关，表现为以一个太阳日为周期的变化，称作日变。另一类是磁扰和磁暴。磁场突然性、不规则的变化称磁扰，它们形态复杂，变化急烈。强度大的磁扰称磁暴。,18,由于局部磁场是迭加在更大级次的磁场上的，为突出研究局部磁场，必须要把它从总磁场中分离出来获得纯的局部磁场。这种分离就是将总磁场强度T减去To、Tm、T区，即Ta=T（To+Tm+T区），我们称 To
8、+Tm+T区是Ta的正常场，Ta则称为异常场。,地磁异常图,磁异常,19,凡是原来不具有磁性的物质，在外磁场作用下具有了磁性，这种现象就叫磁化。,物质的磁化、磁化强度和磁化率、岩石的磁性物质的磁化,20,1.磁距 表示磁性体整体体积磁性的一个物理量(磁距的方向是由S极指向N极)。2.磁化强度定义为单位体积的磁矩，则有M=m/V，V为物体体积。单位体积磁距的大小，反映物质的磁化程度。M的单位：安/米（1安/米=10 3 C.G.S.M）。3.面磁荷密度与磁化强度的关系 磁体单位面积的磁荷量称为面磁荷密度()。对于磁化均匀的圆柱体而言，垂直拄体顶底面的磁化强度M与面磁荷密度相等。,磁化强度与磁化率
9、,21,4.感应磁化强度与剩余磁化强度 原来无磁性的物质在外磁场的作用下具有了磁性,它的磁化强度称为感应磁化强度(Mi表示)。有些磁性物质具有的磁化强度与外磁场无关，它是古地磁作用后保存下来的磁化强度，被称为剩余磁化强度（Mr表示）。磁性体的总磁化强度M=Mi+Mr，它是一个矢量。5.磁化率是表征物质磁化难易程度的一个物理量，即在一定磁场强度T的作用下，Mi的大小与k成正比关系，即Mi=kT，k值大，M也相应增大。k无量刚，但在旧制中以10-6 C.G.S.M（k）作最小单位，与S制的关系是1S（k）=1/4C.G.S.M（k）。,磁化强度与磁化率,22,岩矿石的磁性,岩矿石的磁性是产生磁异常
10、的物理机制。1.矿物的磁性抗磁性 矿物原子内电子成对出现，自旋磁矩相互抵消。在外磁场中，获得与外磁场方向相反的磁矩，磁化率是负的。顺磁性 物质原子壳层中含有非成对电子，自旋磁矩不会抵消。在外磁场中，电子自旋磁矩趋向外磁场方向，这种特性叫顺磁性。抗磁性与顺磁性矿物磁化后磁化率极小，在磁法勘探一般忽略不计。,23,几种常见矿物的磁化率,1.矿物的磁性,岩矿石的磁性,24,1.矿物的磁性铁磁性 有极强的磁化率。如铁、镍、钴、磁铁矿、赤磁铁矿、磁黄铁矿等。磁滞曲线 右图中，当外磁场H增加或减小时，铁磁性物质的磁化强度的变化曲线为A-B-C-D-E-F-A。它表明铁磁性物质的磁化强度随磁场变化呈不可逆性
11、。剩磁 当去掉外磁场作用时，铁磁性物质所具有的磁性。,岩矿石的磁性,25,2.岩石磁性（1）决定岩石磁性的因素主要决定于所含磁性矿物的多少。其次有：与磁性矿物的分布状态有关。（2）各类岩石的一般磁性特征沉积岩的磁性 一般来说，沉积岩的磁性很弱。火成岩的磁性 一般规律是超基性岩磁性最强。次之是基性岩，它一般有中等磁性。酸性岩一般磁性较弱。变质岩的磁性 变质岩的磁性一般决定于变质前的原岩磁性。,岩矿石的磁性,26,在地磁场中，岩浆岩在冷却后获得的剩磁称热剩磁；沉积岩在沉积过程中，磁性矿物按当时地磁场方向排列而获得的剩磁称沉积型剩磁；因化学作用的结果，是磁性矿物颗粒增大或产生新的磁性矿物而获得的剩磁
12、称为化学剩磁。剩磁反映了不同的古地磁环境，在解决地质问题方面越来越受到重视，剩磁研究已发展成为一门学科古地磁学。,岩石剩磁的成因,27,Cs2-61型悬丝式垂直磁力仪,WCL-1质子磁力仪,测量参数:总场,测量参数:垂直磁场,磁力仪、工作方法和成果常用磁力仪名称及其所测量的物理量,28,原理：该仪器的核心是磁系，它是由一根特制的合金丝穿过磁系中心（略偏上方），再将悬丝两端呈水平地固定于支架上，磁棒就悬挂在合金丝上，（图210），并能在垂直于悬丝的平面内灵活地自由转动。磁棒转动的大小直接反映了磁场的变化。,悬丝式垂直磁力仪基本工作原理,29,(一)平衡系统,设计N极端短一些，磁系质量中心就偏向S
13、极下方。这与罗盘的S极绕铜丝起平衡作用相似。其次，悬挂磁棒的悬丝当转动一个角度后，悬丝会对磁棒产生一个扭力，当磁棒N向下或向上偏转太大，则可扭动悬丝，可以反向将其扭回到接近水平状态。,悬丝式垂直磁力仪基本工作原理（续1）,30,图2-11 磁力仪光系 结构图,目镜组和物镜组,光源采光镜,三棱镜,刻度尺、标线尺,物镜,凹透镜,(二)光学观测系统读数原理：光源经采光镜进入三棱镜，全反射照亮棱镜底部的标线尺(它与刻度尺同刻在一块玻璃上)，并位于主焦面上，标线尺成了物镜的光源，光线经物镜折射后变成平行光向下到磁系反光镜，又经磁系反光镜反射向上经物镜，又向上到主焦面左方的刻度尺上成像，此时可看到标线尺的
14、图像在刻度尺上前后晃动，这是磁系刚打开时反光镜晃动的反映，磁系静止后，标线尺图像就与刻度尺重叠,此时就可以读数了,悬丝式垂直磁力仪基本工作原理（续2）,31,(三)格值测定 地磁场强度的大小等于磁力仪的读数与仪器格值的乘积。工作前首先要测定仪器的格值。格值仪是测定磁力仪格值的专用设备。由格值线圈及电流控制装置等两部分组成。测定格值时，线圈中通以不同强度的电流，观测磁力仪在线圈磁场作用下读数的变化，即可计算出仪器的格值。,悬丝式垂直磁力仪基本工作原理（续3）,32,(四)扭鼓扭鼓是磁系每转一圈所引起磁系偏转量大小。即偏转一圈的场值是一个常量，称扭鼓常数。扭鼓使用：1.仪器从甲地转到乙地工作时，两
15、地磁场差值大于仪器可读的测程范围，此时已看不到仪器读数，此时需要动扭鼓，使磁棒调节近于水平；2.工作区遇到强磁异常，其变化也超出了测程范围，此时要动扭鼓，但要记下正向或负向扭动的圈数，以便对测点场值进行扭鼓改正。,悬丝式垂直磁力仪基本工作原理（续4）,33,（一）质子磁力仪工作原理简介1.测量原理:该磁力仪是利用煤油、水或酒精等含氢原子中的质子自旋的磁矩，经人工磁场HO磁化后，沿HO方向排列而产生磁矩mP，在人工磁场切断后，其磁矩的方向由人工场方向逐渐趋向地磁场方向，在这个过程中，它是以围绕T旋进中趋向T方向的，这种旋进称拉莫尔旋进，其旋进频率与地磁场强度成正比。其表达式：T=23.4874f
16、，由此可知，我们只要测得其旋进频率（f）就可测得T,因此磁力仪就是一个频率测定器。,WCZ-1质子磁力仪工作原理简介,34,WCZ-1质子磁力仪工作原理简介（续1）,2.频率测量探头:接收讯号的探头它是由装满煤油的罐状无磁性玻璃钢瓶，并绕上一组人工磁场激励和接收频率讯号的共用线圈组成。工作时，先产生一个人工磁场H0（H0T）,H0方向垂直于地磁场。切断后，质子磁矩在拉莫尔旋进中切割讯号线圈，由此产生感应电动势。它是振幅不断减小的正弦波图形。通过仪器测定拉莫尔旋进频率数，根据公式T=23.4874f，可求得地磁场强度值。,35,WCZ-1质子磁力仪工作原理简介（续2）,（二）仪器操作方法简介仪器
17、面板简介WCZ-1 质子磁力仪由四部分组成，分别为主机、传感器、探杆、测量线。主机:为带有显示、键盘及插座的长方铝合金箱。在主机的左边中部有一4 芯插座为传感器信号输入插座。在主机面板右上方有一充电、USB 及GPS 接口9 芯插座,仪器面板左边为液晶显示屏，在靠近屏幕右边处有五个黄色的按键，这五个按键为功能键，操作时的功能为屏幕显示按钮中所标注的功能。,36,图形显示区虚线表示基点的位置,前2次测量值,前1次测量值,电池电量指示,测量磁场值显示区,当前测点信息显示区,功能键区,仪器液晶屏幕上显示的主界面说明,WCZ-1质子磁力仪工作原理简介（续3）,37,2.测杆与探头,探头,测杆,WCZ-
18、1质子磁力仪工作原理简介（续4）,38,磁法能解决地质问题，是由于目标体与测区岩石有明显的磁性差异。如目标体与围岩和其他地质体有明显的磁性差异时，则目标体与围岩和其他局部地质体所引起的异常可以区分，这时磁法勘探方法的应用前提是具有简单地球物理知识。,磁法勘探的野外工作方法地球物理前提分析,39,普查:选择的原则是线距应不大于最小的有工业意义的矿体长度。点距应保证至少有3个测点落在异常上。详查:线距的选择应保证有57条测线通过异常轴，点距应反映出场的全部有意义的特征和细节，即测网再加密，异常的细节不会有明显的改变。,测网的选择,40,磁测精度的确定,一般在强磁区，精度可降低，弱磁区则要设计较高的
19、精度。由误差理论可知，一般大于三倍均方误差（m）的观测值是可信值。那么在普查时，精度确定在：最低异常值3m。即m应小于最低异常值的三倍。一般常取2.5倍来考虑(m-均方误差)。,41,对测量结果的实际精度,常用均方误差（m）来衡量。若检查点有n个，若每个点的第一次观测值为Zi，第二次观测值为Zi，其差值i=ZiZi（i=1n）,则质量评价公式:,测量质量的评定,42,1.敷设基点或基点网进行Ta相对测量时，首先在测区附近选择平静场设为基点，作为该区磁场零值点。测区范围大时，可设分基点，供作早晚基用。也可设基点网。2.基点、测点的观测（1）早、晚基观测在野外施工中，当天出工前先要在设立的基点上观
20、测取数，俗称“对早基”，收工前必须又在同一基点观测取数。,地面磁测工作方法概述,43,地面磁测工作方法概述（1）,2.基点、测点的观测（2）测点观测在测点观测时，在记录本有关项应记录工作日期、线、点号、观测值、观测时间及仪器温度数据。遇到变化大的异常要立即自行加密测点观测，追踪异常极大值、极小值。（3）质量检查为了对全区观测质量作出精度的估价。要阶段性的对不同时间测点观测结果布置一定量的第二次独立观测。二次观测的仪器应不低于第一次观测仪器的精度。力求做到三不同：不同时间、不同人、不同仪器观测。每次检查点数应不少于30个。,44,地面磁测工作方法概述（2）,2.基点、测点的观测（4）精测剖面为了
21、解释异常，一般垂直异常长轴方向、并通过异常中心，布置一条点距更密的剖面，更详细了解异常的形态，用于进行重点定性定量解释。,45,1.基点改正:即将当日各测点观测值减去早基值，得到与基点的相对值。2.日变改正:根据当日日变曲线，确定早基观测时间的日变为起始零值，各点日变值在日变曲线上相应时间位置查取改正值，日变值为负时，改正值为正值。3.温度改正:求出各测点与早基的温差,再用温差与温度变化率的乘积作为应改正的值。4.正常梯度改正:以基点为零改正值线、各测点改正值，即可在相应位置查取。,悬丝式磁力仪的Z资料室内计算,46,1.磁异常剖面图以横坐标表示测点，纵坐标表示异常值，以上为正，以下为负。将每
22、个测点的磁场值按比例展在图上，每两点间用直线相连，即勾绘出磁异常沿剖面的变化。,磁测结果的图示,47,2.剖面平面图根据工作比例尺，在平面上按测网实际图绘出全部测线的异常剖面。平剖面图的主要优点是对整个测区每个异常在多条剖面上的异常形态结构有较客观的反映，所以是面上异常解释的基础图件。,磁测结果的图示（续1）,48,3.平面等值线图根据工作比例尺，在平面上按测网实际图绘出全部测线的异常剖面编制方法：是将全部测点及其磁场值展绘在图上，然后根据异常值勾绘等值线图。应注意：1.要考虑实际精度确定等值线场值间距。2.要结合平面剖面图综合分析异常大致形态、特征、异常轴之后勾等值线图，不能单纯考虑观测场值
23、。,磁测结果的图示,49,异常剖面图,磁法勘探应用实例隐伏磁铁矿,该铁矿是与中性火成岩有关的接触交代型内生铁矿，磁性强。从剖面图分析，无负异常，正异常近于对称。故可视为无限延深顺层磁化薄板状矿体。即矿体倾角与剖面内磁化强度倾角一致。由磁化强度方向和倾角定出矿体倾向，倾角较大；,50,长江中下游隐伏磁铁矿,定量解释：采用二度体顺层磁化薄板异常方法解释。由特征点法中的半值点和四分之一值点求得：顶板深度h=17.7米。矿体顶面宽度6.4米。Zamax=11000nT，Zamax=4b/h，M=0.15210-4 A/m。由向量法求得：特征角=4，故磁体倾角为 80+4=84。,51,湖南七宝山M1异
24、常,异常位于石英斑岩与灰岩接触带.通过异常中心剖面，Za最大值3400nT。近南北向剖面上，北侧有负异常，故推断为向南倾斜，且有一定延深的板状体。,异常剖面图,52,异常剖面图,湖南七宝山M1异常（续）,由特征点法中半值点和1/4值点方法解释：h=63.8米，2b=126.2米。经验切线法解释：h=51.25米。积分法：2b=100米。验证结果:在60米深处见矿，钻孔矿厚40米，为小型铜铁。后经地质查明，矿区为特大型黄铁矿型铜铅锌金多金属矿。,53,1、大型矿藏 2、中型矿藏3、推断控矿断裂图2-20 等间距、雁行排列串珠状异常带示意图,热液型磁异常带指示了具有岩浆热液活动的断裂。规模大的异常
25、带一般就是控制成矿区带的控矿构造带。规模小的，一般指示为具有岩浆热液活动的控矿构造。两组控矿断裂交汇点是控矿构造的结点，是有利的成矿部位,而磁异常往往在这些结点出现。图为湖南湘中地区呈东西向等间距雁行排列的串珠状异常带，局部异常均呈北东向,异常均处于东西向和北东向两组断裂控制的结点上。,多金属矿成矿预 测,54,洋中脊上的对称磁异常带线性分布带图,用古剩磁证据证明英伦三岛三叠纪时在南方，同样也证明地质年代中有冰川的非洲和南美洲过去也不在现今的位置上。在全球的洋中脊上发现了对称磁异常带(图中正(黑色)、负(白色)异常带相间)。形成了地质上的板块学说。,解决地质理论问题上的作用,宇宙之大，粒子之小，物理无处不在！,谢 谢！,结束,56,参考文献,http:/,
