磁法(3)

2019-03-22 18:16

如:在正常地磁场T0 的倾角I0 =450 的地区,有一走向沿磁南北方向的无限长水平圆柱体[真磁化率为1.0SI(κ)]。由图和公式可得(不考虑剩磁影响),

Mi?y??1?Ny?T0y/?0,??Miz?1?Nz?T0z/?0

因Ny =0, Nz =1/2 , 而 tg???MizMi?y?1?112?1.00

tg450?0.67

所以α=34。因此,消磁作用使磁化强度偏离磁化场T0 的方向达11。磁化率越大,偏离越多,并且总是偏向磁性体的长轴方向。应说明的是,消磁作用只对强磁体有明显影响,对弱磁体(κ<0.1SI(κ))的影响可忽略。

0

§2.2 地球磁场的基本特征

地球周围存在着磁场,这个磁场我们称之为地球的磁场。地球的磁场是矢量场,其分布范围广,从地核到空间磁层边缘处处有分布,地磁学的研究范畴即为地磁场的分布,变化规律及起源等问题。

一、地磁要素及其分布特征

正常地磁场(T0)的大小和方向随纬度而变化,正常地磁场T0具有偶极子场的特征,北半球磁针的N极向下倾,南半球N极向上倾,赤道上磁针近于水平,北磁极处N极朝下而南磁极处N极朝上。

(一)地磁要素

??地磁场总强度T是矢量,为描述地磁场总强度T在地表某一点的状态,我们

定义若干个地磁要素。

将空间直角坐标系的原点臵于考察点,x轴指地理北(或真北)N,z轴铅直向下,见图5.2-2 。图中,I上倾,规定I?为负;Z?为地磁倾角,北半球T下倾,规定I?为正,南半球T?为负;H为地磁场垂直分量,北半球Z为正,南半球Z

?为地磁偏角,H为

地磁场水平分量,全球皆指磁北;D

?自地理北向东偏D为正,西

??偏D为负;X为地磁场北向分量,全球皆指向真北,Y为地磁场东向分量,H东

偏Y为正,H西偏Y为负。

?

图5.2-2 地磁要素图

?? T、Z、

?X?? 、Y 、H 、I 及D 称为地磁要素,七个地磁要素间有如下关系

Z?TsinI?H?TcosI?? ?Y?HsinDZ?tgI??H?

T2X?H22?Y22?H222?Z?X?Y?Z2X?HcosDY tgD? (5.2-2)

X(二)地磁场强度的单位

地磁场强度在国际单位制中用特斯拉来表示,而一般在磁法勘探中,取更小的单位,一般常用纳特nt作单位,有时也用伽玛γ作单位,并有:1 nT?1?

?10?9T。

(三)地磁场的构成和磁异常 1、地磁场的构成

?地磁场总强度T矢量,习惯上也称为地磁场,是近似于一个臵于地心的偶极

子的场。偶极子的磁轴S—N 和地理南北轴N—S相反且斜交一个角度(11.5°)。图5.2-1是地心偶极子磁场的磁力线分布情况。Nm 与Sm 就是磁轴S-N延长到地面上与地表相交的两个交点,分别称作地磁北极Nm 与地磁南极Sm。地磁北极Nm 与地磁南极Sm 是按地理位臵说的。按磁性来说,地心偶极子的两极和地面上使用的罗盘的磁针两极极性正好相反。

地磁场是一个弱磁场,在地面上的平均强度约为50000nT。实际上在地面人

?们观测得到的地磁场T是各种不同成分的磁场之和。它们的场源分布有的在地球

内部,有的在地面之上的大气层中。按照其来源和变化规律的不同可将地磁场分

?为两部分:一是主要来源于地球内部的稳定磁场Tn;二是主要起因于地球外部的

??变化磁场?T。因而,地磁场T可以表示为

??? T?Tn??T

图5.2-1 地球磁力线分布示意图

============================

稳定磁场和变化磁场又可以分解为起源于地球内、外的两部分

?????? Tn?Tsi?Tse , ?T??Ti??Te

??其中Tsi是起因于地球内部的稳定磁场,占稳定磁场总量的99%以上;Tse 是起源

?于地球外部的稳定磁场,仅占1%以下。?Te是变化磁场的外源场,约占变化磁场?总量的2/3,?Ti为变化磁场的内源场,实际上也是由于外部电流感应而引起的,

约占其总量的1/3。通常所指的地球稳定磁场主要是内源稳定场,它由以下三部分组成

???? Tsi?T??Tm?Ta

??其中T? 为中心偶极子磁场,Tm 为非偶极子磁场,也称为大陆磁场或世界磁场,

这两部分的磁场和又称为地球基本磁场,世界地磁图大多为地球基本磁场的分布

?图。其中T? 场几乎占80-85%,故它代表了地磁场空间分布的主要特征。

内源稳定场的另一个组成部分,是地壳内的岩石矿物及地质体在基本磁场磁

?T化作用下所产生的磁场,称为地壳磁场a,又称为总磁异常矢量。

? T ——地磁场

╱ ╲

??来源于地球内部的稳定磁场——Tn ?T——起因于地球外部的变化磁场

地球内部的稳定磁场, | | 变化磁场的外源场,

????占稳定磁场总量的99%以上 ——Tsi+Tse ?Ti??Te——约占变化磁场总量的2/3

起源于地球外部的稳定磁场, | ↑ ↑ 变化磁场的内源场

仅占1 %以下 ————┼—— ——————— 约占其总量的1/3

??? 地球基本磁场———T??Tm ?Ta

╱ | ╲

中心偶极子磁场 非偶极子磁场 总磁异常矢量

综上,地球磁场的构成可用下式表示:

??????T?T??Tm?Tse?Ta??T (5.2-1)

?式中的外源稳定磁场Tse,因数量级极小,通常可被忽略。

2、异常的划分

?根据对某一地区磁场研究的目的不同,可将地磁场T,划分成正常地磁场和

磁异常两部分。这种划分都是相对的,正常场的选择根据所研究的磁异常的要求而确定。

????一般情况下可将T?、Tm及Tse的总和看作正常场,记为T0 ,即

????T0?T??Tm?Tse

??而对总磁异常矢量Ta ,在消除掉变化磁场?T的情况下有

??? Ta?T?T0

正常场可以认为是磁异常的背景场或基准场。背景常的选择是磁法勘探中是一项很重要的任务。需要具体工作中采用具体的方法。

二、地磁测量和地磁图

地磁场是空间和时间的复杂函数,根据各种勘探需要,常常根据磁测结果定期编绘相应的各种图件—即地磁图。

地磁要素是随时空变化的,要了解其分布特征,必须把不同时刻所观测的数值都归算到某一特定日期,这个步骤称之为通化。

1、地磁图

地磁场的分布一般用地磁图表示。地磁图就是在全球或某个国家的若干点上进行地磁要素的测量,将测量结果归化到同一时刻的数值,再将数值相等的点连成圆滑的曲线图。它对于地面定向、航空、航海、资源勘探以及地磁学研究都非

常需要。

地磁图分为世界地磁图和局部地磁图。世界地磁图表示地磁场在全球范围的分布,通常每5年编一次。根据各地的地磁要素随时间变化的观测资料,还可以求出相应要素在各地的年变化平均值编制地磁要素的年变率等值线图。

2、地磁场分布的基本特征

世界地磁图基本上反映了来自地球深部场源的各地磁要素随地理分布的基本特征。

由等倾线图知,等倾线大致与纬度线平行,其中零度等倾线即磁赤道;由磁赤道向两磁极,I由00 逐渐变为900 。I=+900 的点在N W 处,称北磁极;I=-900 的点在SE处,称南磁极。两磁极在地球表面的位臵不对称。

等偏线图是从一点出发汇聚于另一点的曲线簇。其中两条零度等偏线将全球划分为正、负两个区域。等偏线在南北半球各有两个汇聚点,它们是两个磁极和两个地理极,这是因为两个磁极处地理北方向是确定的,而磁北方向不确定,而在两个地理极处地磁北方向是确定的,而地理北方向不确定,所以两磁极和两地理极处的磁偏角可为任意值。

世界地磁场总强度T等值线图在大部分地区,等值线与纬度接近于平行,其强度值在赤道附近约为30000~40000nT,由此向两极逐渐增大,在南北两极处总强度值大约是60000~70000nT。

地磁场H分量等值线图中,等值线也是大致沿纬度线方向排列延展,在磁赤道附近最大,约为40000nT,随着纬度向两极升高,H值逐渐减小最后趋于零,在南、北两磁极处H=0。

地磁场Z分量等值线图中,等值线排列大致与地磁倾角等值线分布相似,在赤道附近Z=0,由此向两极绝对值逐渐增大,在磁极处达到±60000~70000nT,约为磁赤道附近水平强度值的两倍。

由地磁场的基本特征,如地球有两个磁极,磁极处的地磁场约等于磁赤道上的地磁场的两倍及地磁场的等强度线,等倾线大致与纬度线平行,这说明地磁场与一个磁偶极子的磁场相近。确切地说,现代地磁场与一个磁心位于地心、磁轴与地理轴夹角为11.5、磁矩约等于7.9×10A.m的磁偶极子的磁场拟合的最佳。通常称这个磁偶极子为地心偶极子。

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