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磁法勘探

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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。
应用范围
  在区域地质调查中的应用包括:
  ①进行大地构造分区,研究深大断裂,确定接触带、断裂带、破碎带和基底构造;
  ②划分沉积岩、侵入岩、喷出岩以及变质岩的分布范围,进行区域地质填图;
  ③研究区域矿产的形成和分布规律。
  在普查找矿工作中的应用包括:
  ①直接寻找磁铁矿床,普查与磁铁矿共生的铅、锌、铜、锡等弱磁性矿床,普查与磁铁矿共生的金、锡、铂等砂矿床;
  ②普查铝土矿、锰矿、褐铁矿和菱铁矿等弱磁性沉积矿床;
  ③查明各种控矿构造并进行控矿因素填图,圈定基性、超基性岩,寻找铬、镍、钒、钴、铜、石棉等矿产;
  ④圈定火山颈以寻找金刚石,圈出热液蚀变带以寻找夕卡岩型矿床和热液矿床(见气化热液矿床;
  ⑤普查油气田和煤田构造,研究磁性基底控制的含油气构造,圈定沉积盖层中的局部构造,以及探测与油气藏(见圈闭)有关的磁异常,进行普查找油研究与火成岩有关的煤田构造及圈定火烧煤区的范围。
  在矿产详查勘探中,对磁异常作定量解释可用来追索和圈定磁性矿体,确定钻探孔位并指导钻探工作的进行。
  磁法勘探还可用于研究深部地质构造,估算居里点深度以研究地热和进行地震蕴震层分析及地震预报的研究。还可应用于考古、寻找地下金属管道等工作。
使用仪器
  磁法勘探用的仪器有磁秤﹑磁通门磁力仪及质子旋进磁力仪。高精度磁测工作用光泵磁力仪﹐以及超导磁力仪。
  磁秤是机械式磁力仪。它所观测的是一个可绕固定轴自由旋转的磁棒在磁场中的偏转角(用重力矩平衡)﹐用来在地面测量地磁场强度相对于一个固定点的改变值。
  磁通门磁力仪是电子磁力仪。它比机械式磁力仪有许多优点﹐因而迅速用于生产。这种仪器用透磁合金(坡莫合金)或类似物质作灵敏元件﹐它在弱磁场中就能达到磁饱和状态。围绕灵敏元件有一个线圈﹐产生一个交变(例如 400赫)磁场﹐将灵敏元件激发到接近饱和状态。如果无外加磁场存在﹐元件中感应的交变磁场在正反两个半周期内是对称的﹔若存在一个沿元件轴的外加磁场﹐ 则元件在一个半周期内比在另一个半周期内将更快地达到饱和状态﹐因而引起的磁通量不能互相抵消。根据这种现象可测定外加磁场的大小。磁通门磁力仪的测量精度为5纳特左右﹐主要用于地面磁测﹐也可用于航空磁测﹐记录地磁场的日变等。
  质子旋进磁力仪也是目前生产中广泛使用的一种磁力仪。是根据仪器探头内的液体所含的氢质子在地磁场中自由旋进的现象设计的﹐它测量地磁场总强度的测量精度为1纳特左右﹐主要用于航空和海洋磁力测量。
  应用核共振原理﹐利用铷蒸气﹑铯蒸气或亚稳态氦设计的光泵磁力仪能连续工作﹐仪器的灵敏度可达10-2纳特﹐能记录几赫的地磁场变化﹐可在变化幅度较大的磁场范围内工作。
  近年来﹐又制造出利用超导体在磁场中的某些特性测定外磁场强度的超导磁力仪﹐这种仪器的灵敏度为10-5~10-6纳特﹐测量范围从零到几千奥斯特。利用这种仪器可作成磁力梯度仪。
工作方法
基本方法
  磁法勘探可在地面(地面磁法)﹑空中(航空磁法)﹑海洋(海洋磁法)和钻孔中(井中磁法)进行。在地面磁法勘探中﹐一般是布置一系列的平行等距的测线﹐垂直于被寻找的对象(例如矿体)的走向﹐在每条测线上按一定距离设置测点﹐在测点上测地磁场垂直分量的相对值﹐测线距与测点距之比从10﹕1到1﹕1。在航空及海洋磁法勘探中﹐飞机或观测船沿预先设计好的航线行进(用导航仪控制)﹐用航空或海洋磁力仪自动记录总磁场强度。
  无论地面或航空磁法﹐测量点间的距离要小于所要找的异常的宽度。例如石油勘探用航空磁法找大片磁异常﹐航测的线距是1~5公里﹐飞行高度0.3~1公里﹔在金属矿区﹐线距要小一些﹐有时小于100米(见航空地球物理勘探﹑海洋地球物理勘探﹑地下地球物理勘探)。
地面磁测
  地面上设置测网,用磁力仪观测磁异常现象和分布规律。测网一般是由互相平行的等间距的测线和测线上等间距分布的测点组成。测网形状和密度决定于研究对象的规模、需要研究的程度和经济效益等方面。普查阶段主要是发现磁异常,线距应小于最小探测对象的长度,点距应保证有3个以上测点落在磁异常范围内;详查阶段主要是研究磁异常,测网密度则要保证磁异常的形态特征细节能被反映出来。根据探测对象产生磁异常的强弱来选择仪器类型、磁测精度和观测方式。一般来讲,磁测工作首先在正常区建立基点作为全区磁异常的起算点,然后按测线、测点观测总磁场强度及垂向梯度或垂直分量的相对值。在个别情况下,还可观测水平分量相对值。在磁测工作中为评价磁测质量需要进行一定数量测点的重复观测。由于观测数据中还存在其他干扰,因此需要对观测数据作必要的改正才能得到正确的异常值。主要的改正有正常场改正(包括纬度改正)和日变改正,有些还需作温度改正和零点漂移改正。经改正后的异常值,常用等值线平面图(图1)和剖面图(图2)表示。
航空磁测
  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。
海洋磁测
  用安装船舶上的磁力仪进行磁测。海洋磁测将探头拖在船后并采用无线电导航。海洋磁测还需进行方位测量、电缆长度试验测量和探头沉放深度试验等。方位测量用以进行船体影响改正。电缆长度试验测量用以求得船体影响在磁测精度允许下电缆离船体的最小距离。探头沉放深度试验用以求得探头合适的沉放深度,避免探头激起浪花及波涌浮动对磁测的影响。
井中磁测
  用磁测井仪沿钻孔剖面测量地磁场强度相对变化或岩石、矿石磁化率的变化(见钻孔地球物理勘探)。

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