本文關(guān)鍵詞：地球物理觀測(cè)

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緒    論

地球是人類賴以生存和發(fā)展的空間。地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展所需要的各種礦產(chǎn)資源。為了使人類生活得更好，我們首先要認(rèn)識(shí)地球，并在此基礎(chǔ)上勘探開發(fā)礦產(chǎn)資源，改善生存環(huán)境并防治自然災(zāi)害。

地球是一個(gè)處于運(yùn)動(dòng)和變化中的巨系統(tǒng)。他不僅體積龐大，結(jié)構(gòu)和成分復(fù)雜，而且有漫長的演化歷史。為此，研究地球必須分層次進(jìn)行不同尺度的調(diào)查，并對(duì)其形成和發(fā)展的進(jìn)程加以考慮。

地質(zhì)學(xué)家踏遍千山萬水，從地球表面出露的巖石、礦坑中展布的地層來認(rèn)識(shí)斷層、褶皺和巖脈，以確定其生成年代，推斷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而深化認(rèn)識(shí)其發(fā)生發(fā)展的歷史。這樣，地質(zhì)學(xué)家從野外各種地形地貌的實(shí)際觀測(cè)出發(fā)，進(jìn)行綜合、概括，即運(yùn)用理性思維尋求對(duì)地球的認(rèn)識(shí)。另一方面，地球上多種物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，如引力、磁性、聲、光、電、熱以及后來的放射性等，在尋求其規(guī)律性認(rèn)識(shí)的過程中，形成獨(dú)立的物理學(xué)科學(xué)體系，而運(yùn)用物理學(xué)的理論、方法與技術(shù)來研究和考查地球，將在實(shí)驗(yàn)室的特殊條件下所進(jìn)行的各種物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)與觀測(cè)，放到地球野外，在陸地、海洋乃至空中來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，探索其規(guī)律，建立數(shù)理方程，尋求其解答，則是地球物理。同樣，由應(yīng)用煉丹術(shù)引申出來的化學(xué)對(duì)地球樣品作化學(xué)分析，以了解元素的分布與富集，并作出地質(zhì)解釋，即是地球化學(xué)。應(yīng)該指出，地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)分別有自己獨(dú)立的理論、方法和技術(shù)體系，它們是從不同的角度來研究并認(rèn)識(shí)地球，因此，只有使地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)相互滲透、相互補(bǔ)充，才能由片面的認(rèn)識(shí)上升到比較全面、更加深刻的認(rèn)識(shí)。地球科學(xué)應(yīng)該是地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和地球化學(xué)的高層次綜合或集成，盡管它們分別有各自的前沿問題有待于深化解決。

地球科學(xué)，包括地質(zhì)、地球物理與地球化學(xué)，都必須分層次，進(jìn)行不同尺度的調(diào)查。大范圍、小比例尺的調(diào)查能夠把握宏觀規(guī)律，指導(dǎo)微觀的深入調(diào)查，即區(qū)域約束局部、深部制約淺層。我們指出，20世紀(jì)以大陸轉(zhuǎn)移、海底擴(kuò)張和全球板塊大地構(gòu)造的發(fā)展紅線，使地球科學(xué)的認(rèn)識(shí)得到深化，而這些理論觀點(diǎn)的形成，以及對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如地殼、地幔與巖石層、軟流層）的討論大都是以地球物理對(duì)大洋觀測(cè)為依據(jù)并以地質(zhì)與地球物理相結(jié)合的而取得規(guī)律性認(rèn)識(shí)的。因此，地球物理在20世紀(jì)科學(xué)發(fā)展中，一直起著先導(dǎo)作用。

地球上，各種物理現(xiàn)象（力、磁、電、聲、光、放射性）的空間展布即地球物理場(chǎng)。應(yīng)用不同尺度的各種地球物理場(chǎng)可以對(duì)地球環(huán)境進(jìn)行探測(cè)研究，其中包括地球的外部空間和內(nèi)部空間，通常將其內(nèi)部空間稱為固體地球。應(yīng)用地球物理場(chǎng)來研究地球，即地球物理勘探，其內(nèi)容極為廣泛，可以用“上窮碧落下黃泉”來形容，由于高空和地球內(nèi)部“兩處茫茫皆不見”，只有應(yīng)用物理儀器進(jìn)行觀測(cè)，采集各種比例尺的地球物理場(chǎng)數(shù)據(jù)，稱為正演問題，這是地球物理的基礎(chǔ)。對(duì)于二維或三維空間內(nèi)地球物理數(shù)據(jù)的解釋稱為反演問題。任何地球物理場(chǎng)的反演問題都是多解的，不適定的，因此，必須使地質(zhì)與地球物理相結(jié)合，應(yīng)用地質(zhì)理論來指導(dǎo)對(duì)地球物理場(chǎng)的解釋，以求得正確的認(rèn)識(shí)。近年，由于地球物理廣泛采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最新成就，儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，地球物理數(shù)據(jù)的采集、處理與解釋廣泛應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)，從而能夠快速而精確地完成各種任務(wù)。

地球科學(xué)的基本任務(wù)是認(rèn)識(shí)地球，在不同尺度上尋求其形成演化的規(guī)律，以為社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展服務(wù)，如礦產(chǎn)資源的勘探與開發(fā)、環(huán)境的監(jiān)測(cè)與保護(hù)，以及災(zāi)害的預(yù)警與防治等。作為基礎(chǔ)理論對(duì)規(guī)律性的探索是實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)，而為社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的服務(wù)則能夠?yàn)榛A(chǔ)理論提供資料，因此，基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用是相輔相成的，而不是對(duì)立矛盾的。做基礎(chǔ)研究，應(yīng)該考慮到它的應(yīng)用，作應(yīng)用工作，應(yīng)該以基礎(chǔ)理論為依據(jù)。

從上個(gè)世紀(jì)之初，相對(duì)論與量子力學(xué)豐富并發(fā)展了物理學(xué)，從而出現(xiàn)了地球物理學(xué)，即應(yīng)用物理學(xué)來研究地球。縱觀地球物理學(xué)的發(fā)展歷程，可以明顯地看出兩個(gè)特點(diǎn)：一是不斷地吸取并采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最新成就來充實(shí)并提升地球物理探測(cè)能力，解決實(shí)踐中涌現(xiàn)的各種難題；另一個(gè)特點(diǎn)是應(yīng)用領(lǐng)域不斷地?cái)U(kuò)大，在油氣勘探取得重大成就的基礎(chǔ)上，逐步向煤田、金屬與非金屬礦床、地下水等礦產(chǎn)資源領(lǐng)域開拓，而且根據(jù)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，在水利、電力、鐵路、交通、航運(yùn)等多種領(lǐng)域中出現(xiàn)許多工程項(xiàng)目，如開發(fā)隧道、修筑堤壩、建立港口、碼頭、鋪設(shè)電纜、管道、修建機(jī)場(chǎng)、檢測(cè)樁基等等，都要求地球物理提供地下情況的資料。此外，地球物理在軍事與國防安全領(lǐng)域的應(yīng)用，則已出現(xiàn)軍事地球物理學(xué)的分支學(xué)科。由此可見，地球物理的應(yīng)用范圍是極其廣泛的。

如上所述，地球物理學(xué)（Geophysics）是利用物理學(xué)的方法研究地球的一門科學(xué)。一方面，它是應(yīng)用物理學(xué)的一部分，另一方面，它又是地球科學(xué)的一部分，是物理學(xué)與地學(xué)的交叉學(xué)科。它和地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、地球化學(xué)等一樣在地球科學(xué)中占有重要地位。

地球物理學(xué)研究的范圍包括從最深部的地核直至大氣圈邊界的整個(gè)地球。因此它包含了許多學(xué)科，涉及了極其廣泛的領(lǐng)域。根據(jù)研究的對(duì)象或使用的方法不同，可以對(duì)它進(jìn)行分類。由于我們每天都和地球的大氣圈、水圈和巖石圈打交道，所以把它劃分為大氣物理學(xué)、流體物理學(xué)和固體地球物理學(xué)。這種劃分地球物理學(xué)的方法是根據(jù)從地心向外物質(zhì)狀態(tài)的差異。在實(shí)際應(yīng)用中，人們有時(shí)已經(jīng)默認(rèn)為地球物理學(xué)是指研究“固體地球”這部分的物理學(xué)這一狹義的定義，即固體地球物理學(xué)。從理論和實(shí)踐的關(guān)系上，又把地球物理學(xué)劃分為理論(或純)地球物理學(xué)和應(yīng)用地球物理學(xué)。本書屬于應(yīng)用地球物理學(xué)。

人類對(duì)地球物理現(xiàn)象的研究從遠(yuǎn)古就開始了。東漢的張衡就是一位地震學(xué)家，唐朝的僧一行就是一位大地測(cè)量學(xué)家�，F(xiàn)代物理學(xué)也可以說是從研究地球物理問題開始的。正是由于研究地球和月球的運(yùn)動(dòng)，牛頓才發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。牛頓以后的許多數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家都對(duì)的地球物理學(xué)的研究作出過重要的貢獻(xiàn)，A. C. airaut研究地球的形狀，C. F. Gauss研究地磁場(chǎng)，P. S. LapIace研究地球的起源，L. Kelvin研究地球的彈性、熱傳導(dǎo)和許多其他地球物理問題。當(dāng)代的諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者有好幾位也致力于地球物理問題的探討。

    地球物理學(xué)的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的，在發(fā)展過程中也曾有起伏變化。這是由于生產(chǎn)的需要和科學(xué)本身的發(fā)展所決定的。一度曾在18、19世紀(jì)中盛極一時(shí)的地球物理學(xué)，而在20世紀(jì)初葉由于沒有取得什么決定性的進(jìn)展幾乎被人忘記。相反，在這段時(shí)期內(nèi)物理學(xué)卻接連出現(xiàn)了許多引入注目的發(fā)現(xiàn)。到了本世紀(jì)30年代，由于地球物理勘探方法顯示出了優(yōu)異的效果，此后地球物理學(xué)才又為人注意。

    在地球物理學(xué)的發(fā)展過程中，各個(gè)分支之間的關(guān)系也在不斷進(jìn)行調(diào)整。重力理論和重力測(cè)量曾經(jīng)是地球物理學(xué)的一塊柱石，但是20世紀(jì)以來，直至60年代，除重力探礦以外，它幾乎不大受到重視，而人造衛(wèi)星的上天又給地球重力的研究開辟了一個(gè)新的途徑。在重力學(xué)受到冷遇的時(shí)候，地震勘探卻取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

    在地球物理探礦大踏步前進(jìn)的同時(shí)，對(duì)地球內(nèi)部的研究也取得了重大的進(jìn)展。其標(biāo)志就是“板塊大地構(gòu)造假說”的建立。板塊說是地學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。其意義之重大和影響之深遠(yuǎn)可以與現(xiàn)代科學(xué)的任何重大發(fā)現(xiàn)相媲美。板塊學(xué)說的建立不是閉門造車的結(jié)果，而是根據(jù)多年積累的大量資料(地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理觀測(cè)、地?zé)帷⒌刭|(zhì)，深井等)提出來的。這是一項(xiàng)綜合性的研究成果，其中地震學(xué)起著最顯著的作用。

現(xiàn)代科學(xué)的一個(gè)重要特點(diǎn)是互相交叉，在地球物理學(xué)各分支之間已經(jīng)形成了自己互相交叉和滲透的獨(dú)特的格式。因此任何試圖硬性割裂地球物理學(xué)各分科，在它們之間畫一條不可跨越的鴻溝，都是錯(cuò)誤的。隨著科學(xué)的發(fā)展，各學(xué)科都趨于互相交叉，互相滲透和補(bǔ)充，不存在一種“與世隔絕”的分支。例如大地構(gòu)造物理學(xué)就和地震學(xué)、地?zé)釋W(xué)、重力學(xué)、火山學(xué)、古地磁學(xué)等有關(guān)。再如地?zé)釋W(xué)，它不但與火山學(xué)、地震學(xué)、放射性科學(xué)有關(guān)，同時(shí)還與大地構(gòu)造物理學(xué)、宇宙地質(zhì)學(xué)等有關(guān)。

還必須指出，應(yīng)用地球物理學(xué)和理論地球物理學(xué)之間沒有一個(gè)絕對(duì)的界限。它們之間的區(qū)別僅僅在于，前者偏重于應(yīng)用和解決局部問題，而后者偏重于理論和研究全球問題。它們?cè)诶碚摶A(chǔ)、研究方法、使用儀器的原理等方面都沒有明顯的區(qū)別。

固體地球物理學(xué)，包括應(yīng)用地球物理學(xué)，離不開數(shù)學(xué)、物理學(xué)、現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和地質(zhì)學(xué)等，其研究方法基本上是如下過程。

一、以現(xiàn)代電子技術(shù)為基礎(chǔ)的觀測(cè)與信息的取得

在地球物理問題的研究中，通過觀測(cè)取得第一手資料是十分關(guān)鍵的，它是地球物理學(xué)研究中最重要的環(huán)節(jié)之一。因?yàn)榭煽啃畔⑴c信息量的缺乏，是任何數(shù)學(xué)技巧所無法彌補(bǔ)的。每當(dāng)記錄的地球物理數(shù)據(jù)的精度或信息量提高一個(gè)級(jí)次，就推動(dòng)數(shù)據(jù)分析技術(shù)前進(jìn)一大步，從而導(dǎo)致對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)的精細(xì)程度提高一步。所以地球物理學(xué)在本質(zhì)上是一門觀測(cè)的科學(xué)。為此，在地震波場(chǎng)、重力場(chǎng)、磁力場(chǎng)、電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及地球自由振蕩的觀測(cè)中，為取得可靠的，大量的有效信息，就必須滿足以下條件：

1、要有高精度、寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍、三分量記錄的、自動(dòng)化的數(shù)字觀測(cè)系統(tǒng)。

2、要有快速、高分辨率的先進(jìn)軟件包和數(shù)據(jù)庫。

3、要有一支較高素質(zhì)的、責(zé)任心強(qiáng)的觀測(cè)隊(duì)伍，并能取得第一手可靠數(shù)據(jù)。

4、要有與觀測(cè)資料處理相匹配的物理與數(shù)值模擬系統(tǒng)。

5、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不僅要確切可靠，而且必須在較長時(shí)間內(nèi)能妥為保存，以便在發(fā)展中二次開發(fā)并經(jīng)得起檢查與核對(duì)。

二、以現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)和計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理

由于原始記錄中包含著不同程度的干擾，也由于隨著獲得的數(shù)據(jù)量的不斷增大而要求相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理和顯示技術(shù)，所以原始記錄的數(shù)據(jù)要先用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，以提高信噪比及提取與地質(zhì)解釋有關(guān)的某些特殊的信息。數(shù)據(jù)處理的結(jié)果一般還是描述物理現(xiàn)象的量，而不是描述地球內(nèi)部物質(zhì)物理狀態(tài)的量。在應(yīng)用地球物理學(xué)范疇內(nèi)，數(shù)據(jù)處理是一個(gè)從異常數(shù)據(jù)到異常數(shù)據(jù)的過程，而不是從異常數(shù)據(jù)到地下模型數(shù)據(jù)的過程。

三、以數(shù)學(xué)和物理為基礎(chǔ)的正反演解釋處理

地球物理反演是在地球物理學(xué)中利用地球表面觀測(cè)到的物理現(xiàn)象推測(cè)地球內(nèi)部介質(zhì)物理狀態(tài)的空間變化及物性結(jié)構(gòu)的一個(gè)分支。雖然地球物理學(xué)可分為固體地球物理學(xué)和勘探地球物理學(xué)兩大方面，但這兩方面在理論上都有一個(gè)共同的核心問題：如何根據(jù)地面上的觀測(cè)信號(hào)推測(cè)地球內(nèi)部與信號(hào)有關(guān)部位的物理狀態(tài)，如物理性質(zhì)、受力狀態(tài)或熱流密度分布等，這些問題就構(gòu)成了地球物理反演的獨(dú)特研究對(duì)象。具體來說，地球物理反演研究的是各種地球物理方法中反演問題共同的數(shù)學(xué)物理性質(zhì)和解估計(jì)的構(gòu)成和評(píng)價(jià)方法，它是從各個(gè)地球物理分支中抽象出來的新的邊緣學(xué)科。反演計(jì)算的目的就是將物理現(xiàn)象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地球內(nèi)部物質(zhì)物理狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)，為下一步地質(zhì)解釋提供依據(jù)。反演的準(zhǔn)確度和分辨率實(shí)際上常常成為衡量地球物理研究成果的價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)。

從科學(xué)方法角度來看，地球物理學(xué)的正反演研究方法與醫(yī)生看病類似。首先醫(yī)生需要學(xué)習(xí)了解各種疾病的現(xiàn)象特征（正演過程），然后醫(yī)生直接觀測(cè)或通過現(xiàn)代化醫(yī)療設(shè)備間接觀測(cè)病人的病癥去研究推測(cè)病人患的是什么�。ǚ囱葸^程）。在地球物理學(xué)研究中，必須確定觀測(cè)數(shù)據(jù)和地球模型參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上地球物理學(xué)家首先要根據(jù)給定的模型參數(shù)計(jì)算相應(yīng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)（即實(shí)現(xiàn)正演計(jì)算），然后再根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)求取相應(yīng)的地球物理模型的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)反演映射。顯然，地球物理正演是反演的前提和條件，只有解決了正演計(jì)算，不管是靠解析的方法還是數(shù)值的方法，才有可能實(shí)現(xiàn)反演映射，反演是目的。在應(yīng)用地球物理學(xué)范疇內(nèi)，反演計(jì)算處理是一個(gè)從異常數(shù)據(jù)到地下模型數(shù)據(jù)的過程。

與其它學(xué)科一樣，地球物理反演理論也有其需要解決的特殊問題。它必須解決五大問題如下。

1、解的存在性：給定一組觀測(cè)數(shù)據(jù)后，是否一定存在一個(gè)能擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)的解或模型。在地球物理資料的反演中，解的存在性已被大量的理論文章和實(shí)際資料所證實(shí)。地球物理學(xué)家把存在性問題留給數(shù)學(xué)家們?nèi)パ芯浚麄儗?duì)此并不十分感興趣。然而，這并不是說這個(gè)問題毫無意義。事實(shí)上，它是對(duì)所研究的地球物理問題的數(shù)學(xué)物理模型及其假設(shè)條件的正確性的檢驗(yàn)，具有重大的理論意義和明顯的實(shí)際價(jià)值。

2、模型構(gòu)制：如果存在性是肯定的，如何求得或構(gòu)制能擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)的模型。

3、非唯一性：能擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)的模型是唯一的，還是非唯一的。解的非唯一性是地球物理資料反演中最重要的問題之一。對(duì)所有地球物理問題都存在，只是程度不同而已，有的非唯一性問題小，有的非唯一性問題大。

3、結(jié)果的評(píng)價(jià)：如果解是非唯一的，如何才能從構(gòu)制的模型中提取關(guān)于真實(shí)模型的地球物理信息。

5、解的穩(wěn)定性：反演問題就是從數(shù)據(jù)空間到模型空間的映射問題。如果數(shù)據(jù)空間有一個(gè)小范圍的變化，相應(yīng)于模型空間存在一個(gè)大范圍的變化，則稱這種映射或反演是不穩(wěn)定的。實(shí)踐證明，地球物理學(xué)中的反演問題都是不穩(wěn)定的。只是嚴(yán)重程度不同罷了。解不穩(wěn)定，會(huì)造成迭代過程中的振蕩，甚至?xí)霈F(xiàn)不收斂，給反演工作造成極大的麻煩。因此，提高解的穩(wěn)定性，是反演中必須采取的重要措施。

四、以地質(zhì)理論為指導(dǎo)的綜合分析與地質(zhì)解釋

綜合分析與地質(zhì)解釋主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的巖石類型和物理性質(zhì)之間的關(guān)系或者這方面的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來推測(cè)地球內(nèi)部不同巖石的分布區(qū)域以及相變帶和突變帶，并由此導(dǎo)出有關(guān)地球構(gòu)造、動(dòng)力和演化的佐證，或者得出有關(guān)礦產(chǎn)生成、儲(chǔ)存和聚集的結(jié)論。

在地質(zhì)解釋過程中，不能把地球物理學(xué)作為一門孤立的學(xué)科來研究。因?yàn)樗菑牡刭|(zhì)學(xué)和物理學(xué)發(fā)展起來，以物理學(xué)為基礎(chǔ)研究地球的一門邊緣科學(xué)。隨著地質(zhì)學(xué)家采集資料使用工具精度的提高，解釋手段的現(xiàn)代化，他們需要更多的地球物理知識(shí)。隨著勘探目的層的加深，礦體復(fù)雜程度的加大，地球物理學(xué)家也需要更多的地質(zhì)知識(shí)對(duì)自己進(jìn)行補(bǔ)充。因此那種傳統(tǒng)地根據(jù)定性和定量工作來劃分地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)的概念已日趨消失。只有地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家和地球化學(xué)家以及眾多的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、化學(xué)家、天文學(xué)家等共同努力，聯(lián)合一致才能更好地完全了解和研究地球這一共同課題。

第一章 重力勘探

人們熟知在地球表面及附近空間的一切物體都有重量，這是物體受重力作用的結(jié)果，重力作為一種普遍存在的物理現(xiàn)象，很早以前就受到了人們的關(guān)注。隨著重力測(cè)量水平的提高，重力現(xiàn)象逐漸應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘查，這就是重力勘探。

重力勘探所觀測(cè)、研究的是天然的地球重力場(chǎng)，引起重力場(chǎng)變化的因素包括從地表附近直至地球深處的物質(zhì)密度分布的不均勻；又因?yàn)橐巴鉁y(cè)量中使用的重力儀輕便，觀測(cè)簡單，采集數(shù)據(jù)方便，所以重力勘探相對(duì)來說具有經(jīng)濟(jì)、勘探深度大以及快速獲得面積上信息的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了比較廣泛的應(yīng)用。

第一節(jié)  重力場(chǎng)與重力勘探的基本概念

重力學(xué)或重力勘探是根據(jù)地球重力場(chǎng)研究地球構(gòu)造及尋找礦產(chǎn)資源的一門地球物理學(xué)科或地球物理方法。什么是物理學(xué)或地球物理學(xué)中“場(chǎng)”的概念？什么是重力場(chǎng)？重力場(chǎng)具有什么樣的特征？重力場(chǎng)與其場(chǎng)源的關(guān)系如何？這些都是重力勘探的理論基礎(chǔ)。

一、重力與重力加速度

（一）重力

人們熟知在地球表面及附近空間的一切物體都有重量，這是物體受重力作用的結(jié)果。物體的質(zhì)量是表示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的慣性及存在引力的屬性。重量與質(zhì)量是互有關(guān)系又有區(qū)別的。物體所受的重力是除該物體之外的地球質(zhì)量及其他天體質(zhì)量對(duì)物體產(chǎn)生的引力和該物體隨著地球自轉(zhuǎn)而引起的慣性離心力的合力。

設(shè)地球表面有一物體A(見圖1-1)，地球質(zhì)量對(duì)它產(chǎn)生的引力為F，方向大致指向地心。太陽、月亮等天體質(zhì)量對(duì)它產(chǎn)生的引力很微小，暫可忽略不計(jì)。若物體A 隨地球自轉(zhuǎn)而引起的慣性離心力為C，它的方向與地球自轉(zhuǎn)軸NS垂直而向外。則引力與慣性離心力的合力G 就是重力，它的方向隨在地表位置的不同而發(fā)生變化，但大致都指向地心。在地面上物體A 受重力作用的方向，即為該處的(鉛)垂線方向。上述幾個(gè)力用公式表示為

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19365.png  (1-1)

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-17697.png

圖1-1  地球的重力

（二）重力加速度

物體受到重力作用的大小還與其本身的質(zhì)量大小有關(guān)。單位質(zhì)量的物體在重力場(chǎng)中所受的重力稱為重力場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)物體只受到重力的作用而不受其它力作用時(shí)，就會(huì)自由下落；物體自由下落的加速度就稱為重力加速度（用g表示）。它與重力之間的關(guān)系為

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-7909.png                             (1-2)

式中 m是物體的質(zhì)量，g是重力加速度。若令 (1-2) 式中的m為1，則G=g；或者以m 除該式兩端，則得

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19296.png                              (1-3)

由此可知：重力加速度在數(shù)值上等于單位質(zhì)量所受的重力，其方向也與重力相同。由于重力G 與質(zhì)量m有關(guān)，不易反映客觀的重力的變化，所以在重力測(cè)量學(xué)及重力勘探中，總是研究重力場(chǎng)強(qiáng)度或重力加速度g，以后若不特別注明，凡提到重力都是指重力加速度或重力場(chǎng)強(qiáng)度。

    為了紀(jì)念第一位測(cè)定重力加速度的物理學(xué)家伽利略，把重力加速度的CGS單位(克、厘米、秒單位制)稱為“伽”，用“Gal”表示，即

1 cm/s2 = 1 Gal (伽)

二、重力位及正常重力

（一）重力場(chǎng)及重力位

1、重力場(chǎng)

如果一質(zhì)點(diǎn)放在空間內(nèi)任何一點(diǎn)上都受到力的作用，則空間內(nèi)就有力場(chǎng)存在。在地球周圍空間存在的力場(chǎng)，其場(chǎng)強(qiáng)度G等于重力f與試探質(zhì)量之比，方向與重力相同，這種場(chǎng)稱為重力場(chǎng)(薛琴訪，1978)。

重力場(chǎng)具有以下特點(diǎn)（曾華霖等，2005）：

（1）重力場(chǎng)是空間一個(gè)區(qū)域內(nèi)的矢量場(chǎng)，重力場(chǎng)處在地球表面的一些點(diǎn)處等；

（2）重力場(chǎng)是空間坐標(biāo)(x,y)的函數(shù)；

（3）重力場(chǎng)作用在空間中任何點(diǎn)處；

（4）重力測(cè)量是測(cè)量重力場(chǎng)的變化；

（5）重力場(chǎng)由重力位確定，重力場(chǎng)是由位導(dǎo)出的場(chǎng)。

總之，重力場(chǎng)是空間中的一種力或力場(chǎng)，是矢量場(chǎng)，分布于地球表面及其鄰近的空間；空間中任一質(zhì)點(diǎn)都受到重力的作用。由于地球上物體所受到的重力是地球的引力及該物體隨地球自轉(zhuǎn)而引起的慣性離心力的合力，因此重力場(chǎng)是引力場(chǎng)和慣性離心力場(chǎng)的合成場(chǎng)。

   

2、重力位

由于重力大小和方向是研究點(diǎn)坐標(biāo)的單值連續(xù)函數(shù)，并且其作功與路徑無關(guān)，根據(jù)場(chǎng)論知識(shí)，我們可以找到一個(gè)函數(shù)，它是單值連續(xù)的函數(shù)，并且它在不同坐標(biāo)方向的導(dǎo)數(shù)正好等于重力在該方向的分量，這個(gè)函數(shù)就叫做重力場(chǎng)的位函數(shù)，簡稱重力位。

3、正常重力

若地球的形狀及其內(nèi)部物質(zhì)密度分布為已知時(shí)，應(yīng)用重力位函數(shù)公式可以求出地面上任一點(diǎn)的重力位。然而，地球表面的形狀十分復(fù)雜，而地球內(nèi)部的密度分布并不清楚，因此，不可能直接利用公式求得地球的重力位。為此，引入一個(gè)與大地水準(zhǔn)面形狀十分接近的正常橢球體來代替實(shí)際地球，并假定此橢球體內(nèi)部物質(zhì)密度均勻或呈同心層狀分布。這樣，該球體表面上各點(diǎn)的重力位便可根據(jù)其形狀、大小、質(zhì)量、密度、自轉(zhuǎn)的角速度及各點(diǎn)所在位置等由理論公式計(jì)算出來。在這種條件下得到的重力位就稱為正常重力位，求得的相應(yīng)重力值就稱為正常重力值。

（二）重力異常

概括地說，實(shí)測(cè)重力值與由正常重力公式計(jì)算出的正常重力值之差統(tǒng)稱為重力異常。即

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式中的 g 為測(cè)點(diǎn)上的實(shí)測(cè)重力值；g 為該點(diǎn)上的正常重力值。

造成重力異常的主要原因有：

1、地球的自然表面并不像大地水準(zhǔn)面那樣光滑，而是起伏不平的；

2、地球內(nèi)部介質(zhì)密度分布不均勻。這種密度的不均勻性有一部分是地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)引起的。所以這類異常是重力勘探所要研究的主要內(nèi)容。

（三）巖（礦）石的密度

重力勘探是以地下巖（礦）石間的密度差異為前提條件的，因此有必要談?wù)劦叵聨r（礦）石的密度差異及影響因素。

根據(jù)大量測(cè)定和長期研究結(jié)果認(rèn)為，決定巖石密度的主要因素是：

1、巖石中各種礦物成分及其含量的多少；

2、巖石中的孔隙度大小及孔隙中的充填物多少；

3、巖石所受壓力的大小。

火成巖的密度主要由礦物成分及含量多少來決定，一般從酸性巖向基性巖過渡時(shí)，其密度值隨巖石中鐵鎂暗色礦物的百分含量的增加而變大。沉積巖較多受孔隙度的影響，其密度變化范圍較大。變質(zhì)巖的密度與礦物成分、含量以及孔隙度均有密切關(guān)系。一般情況下，火成巖密度最大，變質(zhì)巖次之，沉積巖最小。

第二節(jié)  重力勘探工作方法簡介

從觀測(cè)地球重力場(chǎng)的變化到得到由地下密度分布不均勻引起的重力異常，需要必要的觀測(cè)手段及系統(tǒng)的野外測(cè)量和資料整理過程，具體包括：（1）高精度的重力測(cè)量儀器；（2）野外重力測(cè)量；（3）根據(jù)測(cè)量的重力值計(jì)算重力異常。

重力勘探工作的全過程大致可劃分成三個(gè)階段：首先是根據(jù)承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘和編寫技術(shù)設(shè)計(jì)；第二步是進(jìn)行野外測(cè)量，采集有關(guān)的各種數(shù)據(jù)；最后是對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必須的處理和解釋、編寫成果圖及報(bào)告。

一、重力測(cè)量的地質(zhì)任務(wù)

    隨著重力儀器測(cè)量精度的提高，測(cè)量領(lǐng)域的擴(kuò)大，各項(xiàng)校正方法的逐步完善，資料處理和解釋方面的新方法、新技術(shù)的發(fā)展，重力勘探所能完成地質(zhì)任務(wù)的能力和勘探效果在日益提高，應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。不同的地質(zhì)勘探階段可以布置適當(dāng)比例尺的重力測(cè)量工作，以完成相應(yīng)的地質(zhì)任務(wù)。

    根據(jù)重力測(cè)量或重力勘探所承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)及勘探對(duì)象的不同，大體上可以分為：區(qū)域重力調(diào)查；能源重力勘探；礦產(chǎn)重力勘探；水文及工程重力測(cè)量；天然地震重力測(cè)量等。在不同的勘探階段，重力可以解決不同的地質(zhì)問題。

區(qū)域重力調(diào)查可以研究地球深部構(gòu)造、斷裂的展布、研究大地及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，劃分構(gòu)造單元，探測(cè)、圈定與圍巖有明顯密度差異的隱伏巖體或巖層，劃分成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

能源重力勘探可以在沉積覆蓋區(qū)快速、經(jīng)濟(jì)地圈出對(duì)尋找石油、天然氣或煤有遠(yuǎn)景的盆地；在圈定的盆地內(nèi)研究沉積層的厚度及內(nèi)部構(gòu)造，尋找有利于儲(chǔ)存油氣或煤的各種局部構(gòu)造，條件有利時(shí)可以研究非構(gòu)造油氣藏  (如巖性變化、地層的推覆、古潛山及生物礁塊儲(chǔ)油構(gòu)造等) ，并直接探測(cè)與儲(chǔ)油氣層有關(guān)的低密度體。

礦產(chǎn)重力測(cè)量包括金屬及非金屬礦產(chǎn)的重力測(cè)量。它多與其它的物探方法配合，圈定成礦帶；在條件有利時(shí)，可以探測(cè)并描述控礦構(gòu)造，或圈定成礦巖體。

在水文及工程地質(zhì)方面，利用重力資料可以研究浮土下基巖面的起伏和有無隱伏斷裂、空洞，尋找水源，可以對(duì)危巖、滑坡體進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在地?zé)崽锏目睖y(cè)開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)熱源巖體，監(jiān)測(cè)地下水的升降以及水蒸汽的補(bǔ)給情況。

天然地震重力測(cè)量可分為臺(tái)站重力測(cè)量和流動(dòng)重力測(cè)量兩種形式。其主要任務(wù)是研究重力場(chǎng)在臺(tái)站點(diǎn)上或在某一地震活動(dòng)帶、沿一條測(cè)線或一塊面積的重力隨時(shí)間的變化。在臺(tái)站上的觀測(cè)結(jié)果是臨震預(yù)報(bào)的依據(jù)之一；在固定測(cè)點(diǎn)之間進(jìn)行的流動(dòng)重力觀測(cè)結(jié)果是中長期預(yù)報(bào)的依據(jù)之一。

二、重力測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)

編寫技術(shù)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是以盡可能少的工作量來圓滿地完成所承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)。技術(shù)設(shè)計(jì)中主要解決的問題是：工作比例尺的確定；精度要求和各項(xiàng)誤差的分配以及野外工作方法的選擇等。

工作比例尺反映了工作的詳盡程度，也就是提交的重力異常圖的比例尺，工作比例尺應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)、探測(cè)對(duì)象的大小及其異常特征來確定，區(qū)域重力調(diào)查可以選用較小的比例尺，高精度重力測(cè)量應(yīng)選用較大的比例尺。

重力異常的精度，一般用異常的均方誤差來衡量，它包括重力觀測(cè)值的均方誤差和對(duì)重力觀測(cè)值進(jìn)行校正時(shí)各項(xiàng)校正值的均方誤差。重力異常的均方誤差應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和工作比例尺來確定。

重力測(cè)量的方式包括路線測(cè)量、剖面測(cè)量及面積測(cè)量。路線測(cè)量一般用于概查或普查階段；剖面測(cè)量多用于詳查或?qū)ｉT性測(cè)量，剖面線方向應(yīng)垂直地質(zhì)體走向；面積測(cè)量是重力測(cè)量的基本形式，它可以提供工區(qū)內(nèi)重力異常的全貌。

習(xí)  題

1. 重力勘探中所謂的“重力”，實(shí)際上是哪一個(gè)參量？為什么通過測(cè)量該參量在不同地點(diǎn)的變化就可以達(dá)到研究固體地球、尋找礦產(chǎn)等的目的？

2. 什么是重力異常？引起重力異常的原因是什么？

3. 什么是重力儀的零點(diǎn)漂移？

4. 對(duì)重力原始觀測(cè)結(jié)果都需要那些改正？為什么要進(jìn)行這些改正？

5. 哪些因素影響重力測(cè)量的觀測(cè)精度？而哪些因素又影響重力異常的精度？

6. 重力勘探應(yīng)用的前提條件是什么？重力勘探的應(yīng)用領(lǐng)域主要有那些？

第二章  磁法勘探

磁法勘探是通過觀測(cè)和分析由巖石、礦石或其他探測(cè)對(duì)象磁性差異所引起的磁異常，進(jìn)而研究地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源或其他探測(cè)對(duì)象分布規(guī)律的一種地球物理方法。磁異常的起因取決于地球磁場(chǎng)和巖（礦）石磁性，兩者是磁法勘探的物理基礎(chǔ)。用磁力儀觀測(cè)獲得磁異常是磁法勘探的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了可靠地得到磁異常值，還需要正確的工作方式和消除各種干擾的改正方法，以便確保獲得的磁異常由探測(cè)對(duì)象（磁性體）所引起。分析研究磁異常與磁性體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系與規(guī)律，以便利用這些規(guī)律對(duì)磁異常進(jìn)行磁性體的埋深、形狀、產(chǎn)狀、分布范圍和性質(zhì)作大致判別。由于實(shí)際地質(zhì)問題的復(fù)雜性、多樣性，為了提取出與探測(cè)對(duì)象（磁性體）有關(guān)的信息，還需要對(duì)磁異常進(jìn)行有針對(duì)性的消除非探測(cè)對(duì)象影響的處理與轉(zhuǎn)換，在此基礎(chǔ)上選擇合適的定量反演方法，并結(jié)合地質(zhì)與其他地球物理方法對(duì)探測(cè)對(duì)象逐步逼近，最后做出合理的解釋推斷。

磁法勘探是發(fā)展最早、應(yīng)用廣泛的一種地球物理勘探方法。實(shí)踐表明它具有如下特點(diǎn)：①輕便易行、效率高、成本低，在許多情況下效果良好。②工作領(lǐng)域廣、不受地域限制，可廣泛應(yīng)用于空中、海洋、地面與鉆井中。已形成專門的衛(wèi)星磁測(cè)、航空磁測(cè)、地面磁測(cè)與井中磁測(cè)等工作系列，可以提供全球磁異常信息。③巖石原生剩余磁化強(qiáng)度矢量與成巖時(shí)的地磁場(chǎng)有關(guān)，因而具有記錄成巖時(shí)地磁場(chǎng)的功能，有人稱之為古地磁場(chǎng)的記憶器。這是諸多物性參數(shù)中最為獨(dú)特的一個(gè)，從而可以把現(xiàn)代磁性觀測(cè)推測(cè)到地質(zhì)年代中的古地磁狀態(tài)，成為將今論古的磁學(xué)證據(jù)。④應(yīng)用范圍廣。磁法勘探成功地應(yīng)用于直接尋找磁鐵礦及其共生礦床；廣泛地應(yīng)用于固體礦產(chǎn)、石油天然氣構(gòu)造的普查和不同比例尺的地質(zhì)填圖及深部、區(qū)域、全球構(gòu)造的研究；與其他物探方法配合應(yīng)用于煤田火燒區(qū)探測(cè)、地?zé)崽镞h(yuǎn)景預(yù)測(cè)、考古、探雷與探潛、核電及為大型水電建設(shè)提供基礎(chǔ)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)資料。探索性地應(yīng)用于水文工程地質(zhì)學(xué)問題中的圈定裂隙與滑坡監(jiān)測(cè)、油氣藏標(biāo)志的磁異常、磁性檢測(cè)和金屬礦成因的剩磁應(yīng)用等。

第一節(jié) 巖石的磁性

地殼中的巖石和礦體處在地球磁場(chǎng)中，從它們形成時(shí)起，就受其磁化而具有不同程度的磁性，其磁性差異在地表引起磁異常。研究巖石磁性，其目的在于掌握巖石和礦物受磁化的原理，了解礦物與巖石的磁性特征及其影響因素，以便正確確定磁法勘探能夠解決的地質(zhì)任務(wù)，以及對(duì)磁異常做出正確的地質(zhì)解釋。有關(guān)巖石磁性的研究成果，亦可直接用來解決某些基礎(chǔ)地質(zhì)問題，如區(qū)域地層對(duì)比、構(gòu)造劃分等。

一、礦物的磁性

礦物組合成巖石，巖石的磁性強(qiáng)弱與礦物的磁性有直接關(guān)系。

（一）抗磁性礦物與順磁性礦物

自然界中，絕大多數(shù)礦物屬順磁性與抗磁性的。對(duì)其中幾種常見礦物的磁化率，列于表2-1。

表2-1  常見抗磁性的礦物磁化物一覽表

抗磁性礦物

順磁性礦物

名稱

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名稱

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名稱

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名稱

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石英

-1.3

方鉛礦

-2.6

橄欖石

2

綠泥石

20～90

正長石

-0.5

閃鋅礦

-4.8

角閃石

10～80

金云母

50

鋯石

-0.8

石墨

-0.4

黑云母

15～65

斜長石

1

方解石

-1.0

磷灰石

-8.1

輝石

40～90

尖晶石

3

巖鹽

-1.0

重晶石

-1.4

鐵黑云母

750

白云母

4～20

由表可見：①抗磁性礦物，其磁化率都很小，在磁力勘探中通常視為無磁性的。②順磁性礦物，其磁化率要比抗磁性礦物大得多，約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

（二）鐵磁性礦物

自然界并不存在純鐵磁性礦物，主要存在的是鐵淦氧磁性礦物，如鐵的氧化物和硫化物及其他金屬元素的固熔體等。它們的磁性很強(qiáng)，對(duì)巖石磁性起著決定性作用。表2-2列出了常見鐵磁性礦物的磁化率。

表2-2  鐵磁性礦物磁化率

礦物

分子式

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磁鐵礦

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0.07～0.2

鈦磁鐵礦

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9192.png

10-7～10-2

磁赤鐵礦

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0.03～0.2

赤鐵礦

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-405.png

10-6～10-5

磁黃鐵礦

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10-3～10-4

鐵鎳礦

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0.05

錳尖晶石

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2.0

鎂鐵礦

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-27748.png

0.08

針鐵礦

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-29143.png

（0.02～80）×10-4

纖鐵礦

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28683.png

（0.9～2.5）×10-4

菱鐵礦

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-17845.png

（20～60）×10-4

二、各類巖石的一般磁性特征

地殼巖石可分為沉積巖、火成巖及變質(zhì)巖三大類

（一）沉積巖的磁性

一般來說，沉積巖的磁性較弱，如表2-3所示。沉積巖的磁化率主要決定于副礦物的含量及成分，它們是磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦以及鐵的氫氧化物；其造巖礦物如石英、長石、方解石等，對(duì)磁化率無貢獻(xiàn)。沉積巖的天然剩余磁性，與由母巖剝蝕下來的磁性顆粒有關(guān)，其數(shù)值不大。

表2-3  各類巖石磁性一覽表

巖石類型

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-8216.png

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-23103.png

巖石類型

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32138.png

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-21845.png

超基性巖

101～103

10-1～101

變質(zhì)巖

10-1～102

10-3～10-1

基性巖

100～103

10-3～101

沉積巖

10-1～101

10-3～10-1

酸性巖

100～102

10-3～101

注：表中數(shù)字表示數(shù)量級(jí)

（二）火成巖的磁性

依據(jù)火成巖的產(chǎn)出狀態(tài)，又可分為侵入巖和噴出巖。

（1）侵入巖的不同巖石組（花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖、輝長巖、超基性巖等），其file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9246.png平均值隨著巖石的基性增強(qiáng)而增大。它們的磁化率，均具有數(shù)值分布范圍寬的相同特征。

（2）超基性巖是火成巖中磁性最強(qiáng)的。超基性巖體在經(jīng)受蛇紋石化時(shí)，輝石被分解形成蛇紋石和磁鐵礦，使磁化率急劇增大，可達(dá)幾個(gè)SI（file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9143.png）單位。

（3）基性、中性巖，一般來說其磁性較超基性巖次之。

（4）花崗巖建造的侵入巖，普遍是鐵磁----順磁性的，磁化率不高。

（5）噴出巖在化學(xué)和礦物成分上與同類侵入巖相近，其磁化率的一般特征相同。由于噴出巖迅速且不均勻地冷卻，結(jié)晶速度快，使磁化率離散性大。

（6）火成巖具有明顯的天然剩余磁性，其file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-21950.png稱作柯尼希斯貝格比。不同巖石組的Q值范圍，可從0～10或更大。

（三）變質(zhì)巖的磁性

變質(zhì)巖的磁化率和天然剩余磁化強(qiáng)度，其變化范圍很大。按其磁性變質(zhì)巖可分為鐵磁-順磁性，和鐵磁性兩類。它們與原來的基質(zhì)有關(guān)，也與其生成條件有關(guān)。由沉積巖變質(zhì)生成的巖石，其磁性特征一般具有鐵磁一順磁性。由巖漿巖變質(zhì)生成的變質(zhì)巖，其磁性有鐵磁一順磁性與鐵磁性兩組。這和原巖的礦物成分，以及變質(zhì)作用的外來性或原生性有關(guān)。

在片麻巖中，正片麻巖磁性與花崗巖接近；而副片麻巖磁性很弱，與泥沙巖接近。純的大理巖和石英巖磁性很弱，千枚巖磁性稍強(qiáng)。如果這些巖石含有鐵質(zhì)礦物，其磁性會(huì)增強(qiáng)，如含鐵石英巖、鐵質(zhì)千枚巖等磁性均較強(qiáng)。

在具有層狀結(jié)構(gòu)的變質(zhì)巖中，往往其磁性隨方向不同而異，表現(xiàn)有磁的各向異性。剩余磁化強(qiáng)度的方向往往近于片理的方向，且沿片理方向上的磁化率數(shù)值比垂直片理方向上的要大。

三、影響巖石磁性的主要因素

巖石的磁性是由所含磁性礦物的類型、含量、顆粒大小、結(jié)構(gòu)以及溫度、壓力等因素決定的。

（一）巖石磁性與鐵磁性礦物含量的關(guān)系

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3880.png根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料和相關(guān)分析，侵入巖的磁化率與鐵磁性礦物含量之間存在統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，如圖2-11所示。由圖可見，該曲線明顯地分為兩部分。在鐵磁性組分含量小于0.001%，鐵磁體為稀有顆粒，即屬于深色礦物中的雜質(zhì)，file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3735.png和file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32435.png之間未發(fā)現(xiàn)有規(guī)律的關(guān)系。在鐵磁性組分含量大于0.01%，鐵磁效應(yīng)主要是由大顆粒磁鐵礦（鈦磁鐵礦）造成的，這些巖石的file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-20184.png和file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31210.png之間，呈有規(guī)律的相關(guān)關(guān)系。一般來說，巖石中鐵磁性礦物含量愈多，磁性也愈強(qiáng)。

（二）巖石磁性與磁性礦物顆粒大小、結(jié)構(gòu)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在給定的外磁場(chǎng)file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28515.png作用下，鐵磁性礦物的相對(duì)含量不變，顆粒粗的較之顆粒細(xì)的磁化率大�？捎糜诤饬渴４糯笮〉某C頑力file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3933.png，與鐵磁性礦物顆粒大小的關(guān)系恰相反。如圖file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-16625.png2-12所示，表明file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32672.png隨鐵磁性礦物顆粒的增大，呈減小的相關(guān)關(guān)系。噴出巖的剩磁常較同一成分侵入巖的剩磁大。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-29054.png此外，鐵磁性礦物在巖石中的結(jié)構(gòu)對(duì)其磁化率也有影響。當(dāng)磁性礦物相對(duì)含量，顆粒大小都相同，顆粒相互膠結(jié)的比顆粒呈分散狀者磁性強(qiáng)。

（三）巖石磁性與溫度、壓力的關(guān)系

高溫與高壓對(duì)礦物和巖石的磁性會(huì)產(chǎn)生影響。順磁體磁化與溫度的關(guān)系，，已由居里定律確定。

巖石磁化率與溫度的相依關(guān)系比單純礦物復(fù)雜，巖石的file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-22930.png曲線與鐵磁性礦物的成分有關(guān)，如圖2-13所示。曲線具有躍變形狀，此特征代表巖石中含有不同居里點(diǎn)的幾種礦物。巖石的居里溫度file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-20987.png分布僅與鐵磁性礦物成分有關(guān)，而與礦物的數(shù)量、大小及形狀無關(guān)。因此，熱磁曲線（file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-22979.png曲線）可用于分析確定巖石中的鐵磁礦物類型。溫度增高，還導(dǎo)致巖石剩余磁化強(qiáng)度退磁。

第三節(jié)  磁測(cè)工作方法

一、磁測(cè)工作方法

磁測(cè)工作按其觀測(cè)磁異常的領(lǐng)域不同，分為地面磁測(cè)、航空磁測(cè)、海洋磁測(cè)、衛(wèi)星磁測(cè)及井中磁測(cè)等。按其測(cè)量參量分為垂直磁異常、水平磁異常、總強(qiáng)度磁異常及各種梯度磁異常測(cè)量等。任何磁測(cè)工作，必須有正確的工作方法和技術(shù)，才能獲得完整而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為磁異常資料的分析解釋及獲得可靠的地質(zhì)結(jié)論提供基礎(chǔ)。

磁法勘探工作通常包括以下四個(gè)階段。

（1）設(shè)計(jì)階段。接受任務(wù)后，首先要收集有關(guān)工區(qū)的地質(zhì)，地球物理等資料，并組織現(xiàn)場(chǎng)踏勘，編寫本區(qū)磁測(cè)工作的設(shè)計(jì)書，經(jīng)批準(zhǔn)后施工。

（2）施工階段。包括儀器設(shè)備的性能檢查，測(cè)區(qū)測(cè)網(wǎng)的敷設(shè)、基點(diǎn)及基點(diǎn)網(wǎng)的建立、觀測(cè)磁異常、物性標(biāo)本采集和測(cè)定，質(zhì)量檢查、室內(nèi)整理計(jì)算及繪制各種野外成果圖件。

（3）數(shù)據(jù)處理階段。根據(jù)所獲得的磁測(cè)資料及地質(zhì)任務(wù)，提出相應(yīng)數(shù)據(jù)處理方案，并進(jìn)行處理和正反演計(jì)算，為磁測(cè)異常的分析解釋提供資料。

（4）解釋分析和提交成果報(bào)告階段。進(jìn)行定性、定量與綜合解釋，并按設(shè)計(jì)要求編寫成果報(bào)告。

（一）測(cè)區(qū)、比例尺和測(cè)網(wǎng)的確定

測(cè)區(qū)范圍應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求和工區(qū)地質(zhì)、礦產(chǎn)及以往物化探工作等情況合理確定。盡量使磁測(cè)結(jié)果輪廓完整規(guī)則，并盡可能包括地質(zhì)、物探工作過的地段，周圍有一定面積的正常場(chǎng)背景，以利于數(shù)據(jù)處理與解釋推斷。

（二）磁測(cè)精度

磁測(cè)精度是衡量野外磁異常觀測(cè)質(zhì)量的主要標(biāo)志，也是確定野外工作方法技術(shù)的依據(jù)，同時(shí)決定了工效和成本。因此，正確確定磁測(cè)度是磁測(cè)工作設(shè)計(jì)中極為重要的環(huán)節(jié)。

1、磁測(cè)的均方誤差和平均相對(duì)誤差

磁測(cè)工作中是以均方誤差來表示偶然誤差的大小，以此反映磁測(cè)質(zhì)量的。野外磁測(cè)中異常的真值是未知數(shù)，只能做到等精度的重復(fù)觀測(cè)。所以，衡量磁測(cè)質(zhì)量的均方誤差常采用如下計(jì)算公式：

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9872.png                           （2-6）

式中：file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-11821.png、file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-15864.png分別為第i個(gè)檢查點(diǎn)上不同時(shí)間兩次等精度的觀測(cè)值；N為檢查點(diǎn)數(shù)。

對(duì)于異常磁場(chǎng)，可用平均相對(duì)誤差來衡量，其計(jì)算公式為

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-2208.png                       （2-8）

式中：file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-12479.png為平均相對(duì)誤差；n為異常場(chǎng)檢查的點(diǎn)數(shù)；file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32137.png、file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28522.png分別為第file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-23039.png個(gè)檢查點(diǎn)原始觀測(cè)值和檢查觀測(cè)值。

2、磁測(cè)精度的確定

磁測(cè)工作中采用的磁力儀的類型不同，可以達(dá)到的磁測(cè)精度也各不相同。目前，我國除了仍在使用機(jī)械式磁力儀之外，高精度的電子式（質(zhì)子，光泵）磁力儀已普遍推廣使用。根據(jù)此實(shí)際情況，可將磁測(cè)精度分為如下三級(jí)。

高精度：均方誤差≤5nT；

中精度：均方誤差6～15nT；

低精度：均方誤差file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-16072.png15nT。

其中均方誤差小于2nT的高精度磁測(cè)，定為特高精度磁測(cè)。

采用何種磁測(cè)精度，首先要考慮磁測(cè)的地質(zhì)任務(wù)，及探測(cè)對(duì)象的最小有意義的磁異常強(qiáng)度（file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-13121.png）。根據(jù)誤差理論知道，大于三倍均方誤差的異常是可信的。根據(jù)物探圖件要求，能正確刻畫某地質(zhì)體異常形態(tài)至少要有兩條非零的等值線，等值線的間距不得小于三倍均方誤差。

3、磁測(cè)精度的保證

確定了磁測(cè)精度后，為了達(dá)到規(guī)定的精度，需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的獨(dú)立因素的誤差進(jìn)行分配。若有多臺(tái)儀器在同一工區(qū)施工，必須做儀器一致性檢查。

各個(gè)環(huán)節(jié)的精度確定后，就可確定各個(gè)環(huán)節(jié)相應(yīng)的工作方法和技術(shù)指標(biāo)，以便確�？偩鹊膶�(shí)現(xiàn)。

（三）地面磁測(cè)

1、基點(diǎn)、基點(diǎn)網(wǎng)的建立

為了提高觀測(cè)精度，控制觀測(cè)過程中儀器零點(diǎn)位移及其他因素對(duì)儀器的影響，并將觀測(cè)結(jié)果換算到統(tǒng)一的水平，在磁測(cè)工作中要建立基點(diǎn)�；c(diǎn)分為總基點(diǎn)、主基點(diǎn)及分基點(diǎn)�？偦c(diǎn)和主基點(diǎn)主要作用為觀測(cè)磁場(chǎng)的起算點(diǎn)。當(dāng)測(cè)區(qū)面積很大，必須劃分幾個(gè)分工區(qū)進(jìn)行工作時(shí)，必須設(shè)立一個(gè)總基點(diǎn)；若干個(gè)分工區(qū)的主基點(diǎn)，形成一個(gè)基點(diǎn)網(wǎng)；分基點(diǎn)的主file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31754.png要作用為測(cè)線觀測(cè)時(shí)控制儀器性能的變化。根據(jù)工區(qū)面積大小和磁測(cè)結(jié)果的改正方法，來確定是否需要設(shè)立分基點(diǎn)和形成分基點(diǎn)網(wǎng)，見圖2-15。

2、日變觀測(cè)

在高精度磁測(cè)時(shí)，如不設(shè)立分基點(diǎn)網(wǎng)進(jìn)行混合改正，則必須設(shè)立日變觀測(cè)站，以便消除地磁場(chǎng)周日變化和短周期擾動(dòng)等影響。這是提高磁測(cè)質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。

3、測(cè)線磁場(chǎng)觀測(cè)

要按照磁測(cè)工作設(shè)計(jì)書規(guī)定的野外工作方法技術(shù)嚴(yán)格執(zhí)行。針對(duì)不同磁測(cè)精度，不同觀測(cè)儀器和不同校正方法，采用不同的野外觀測(cè)方法。每天測(cè)線觀測(cè)都是始于基點(diǎn)而終于基點(diǎn)。對(duì)建立分基點(diǎn)網(wǎng)的，要求測(cè)量過程中2～3h閉合一次分基點(diǎn)觀測(cè)。

若使用高精度質(zhì)子磁力儀觀測(cè)時(shí)，必須用一臺(tái)同類儀器按上述要求進(jìn)行日變觀測(cè)。因這類儀器一般來講無零點(diǎn)漂移及溫度影響，只需對(duì)野外觀測(cè)記錄作日變校正即可。

野外觀測(cè)時(shí)，切忌操作員和儀器探頭攜帶磁性物品。要注意地質(zhì)、地形和干擾物的記錄，以便分析異常時(shí)使用。如發(fā)現(xiàn)明顯異常，要隨時(shí)注意合理加密測(cè)線、測(cè)點(diǎn)，追索異常，以便準(zhǔn)確地確定異常形態(tài)。

4、質(zhì)量檢查

質(zhì)量檢查的目的是了解野外所獲得異常數(shù)據(jù)的質(zhì)量是否達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。這是野外工作階段貫徹始終的重要環(huán)節(jié)。

（四）梯度測(cè)量

在地面、航空、海洋磁測(cè)中直接進(jìn)行磁場(chǎng)的垂直梯度或水平梯度測(cè)量，能獲得更多反映場(chǎng)源特點(diǎn)與細(xì)節(jié)的資料，對(duì)磁異常的解釋十分重要。

目前磁梯度測(cè)量常用兩種方式：一種是水平磁梯度測(cè)量；另一種是垂直磁梯度測(cè)量。均是用兩個(gè)探頭以一定間隔水平或垂直放置測(cè)定其差值，使用的儀器類型有磁通門、質(zhì)子旋進(jìn)與光泵等磁力儀。

（五）微磁測(cè)量

微磁測(cè)量是指用高精度、密測(cè)點(diǎn)在特定小區(qū)或小帶對(duì)磁場(chǎng)做精細(xì)測(cè)量，以研究其微細(xì)結(jié)構(gòu)的一種專門性磁測(cè)工作，用以配合地質(zhì)填圖、研究表層巖面的細(xì)致構(gòu)造、確定巖石隱伏礦化的地表標(biāo)志、浮土磁不均勻性、考古與人文磁源探測(cè)等問題。

微磁測(cè)于20世紀(jì)50年代由德國學(xué)者提出，在地形較平坦處，選擇一塊大小為10m×10m到50m×50m的單元面積上做1m×1m到3m×3m測(cè)網(wǎng)點(diǎn)線距的磁測(cè)，一般要求單元測(cè)區(qū)內(nèi)要有100個(gè)以上測(cè)點(diǎn)。單元區(qū)之間可以按一定間距間隔排列。在研究有明顯走向的雜巖時(shí)可采用垂直于走向的矩形面積。在研究表層不均勻?qū)Ω呔却艤y(cè)結(jié)果的影響時(shí)，這些單元區(qū)的邊長應(yīng)小于基巖埋深，以便突出近地表地質(zhì)體的影響。當(dāng)研究淺蓋層下基巖的結(jié)構(gòu)特征時(shí)，要求基巖面無大起伏，且上覆蓋層無微磁異常。測(cè)區(qū)大小和測(cè)網(wǎng)密度應(yīng)視任務(wù)而定。

為保證微磁測(cè)的高精度應(yīng)選擇最佳觀測(cè)高度，在測(cè)區(qū)內(nèi)保持高度一致。最好在3、4個(gè)高度（0.2m、1m、2m、4m）上進(jìn)行觀測(cè)，然后對(duì)比結(jié)果加以選擇。為了保證精度，除使用精度達(dá)0.1nT或更高精度的磁力儀外，還應(yīng)建立高精度日變站以便作日變改正；或建立控制點(diǎn)，以便于短時(shí)間內(nèi)核對(duì)儀器零點(diǎn)。

對(duì)測(cè)得的磁異常除做等值線圖外，最好用統(tǒng)計(jì)整理的方法構(gòu)制磁異常走向的方向玫瑰圖以便更好地研究微磁異常的結(jié)構(gòu)（管志寧等，1993）。

由于環(huán)境保護(hù)（對(duì)廢棄掩埋物探測(cè)）與考古等工作的需要，近年有關(guān)國家開展了規(guī)模較大的高密度微磁測(cè)工作，如采用車?yán)嗵筋^排列探測(cè)系統(tǒng)。在拖車上裝有數(shù)個(gè)銫光泵磁力儀探頭，探頭離地高度僅為0.53m；由一磁性很弱的越野車牽引，采用全球定位系統(tǒng)做實(shí)時(shí)定位，進(jìn)行了高密度高精度磁測(cè)；得到了測(cè)區(qū)內(nèi)磁異常的細(xì)結(jié)構(gòu)，定量給出了多個(gè)目標(biāo)的位置、埋深、幾何尺寸。

三、磁異常的解釋推斷與應(yīng)用

磁法勘探在所有物探方法中是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種方法。不論是固體礦產(chǎn)的普查、詳查，還是油氣構(gòu)造、煤田構(gòu)造的普查，以及某些地質(zhì)問題研究、地質(zhì)填圖等工作，磁法勘探都可不同程度地發(fā)揮作用。另，在工程地質(zhì)、地震預(yù)報(bào)、考古等方面也能發(fā)揮其作用。

應(yīng)用磁法勘探解決問題的前提條件是：①探測(cè)對(duì)象與圍巖（或周圍環(huán)境）有磁性差異。由這種差異引起的磁場(chǎng)變化，能為現(xiàn)代磁力儀測(cè)出來。②與探測(cè)對(duì)象無關(guān)的干擾因素產(chǎn)生的干擾磁場(chǎng)與探測(cè)對(duì)象產(chǎn)生的磁場(chǎng)相比，足夠小或有明顯的特征，可以被分辨或消除。只要滿足這兩個(gè)條件，就可用磁法勘探解決問題。

（一）磁異常解釋的一般原則

（1）以地質(zhì)為依據(jù)

以地質(zhì)為依據(jù)，就是要充分占有地質(zhì)資料，掌握已有地質(zhì)規(guī)律，建立測(cè)區(qū)內(nèi)可能有的幾種地質(zhì)模型，以此指導(dǎo)磁異常的正反演解釋。在解釋過程中要防止簡單對(duì)比與湊合地質(zhì)結(jié)論，要善于利用磁異常與地質(zhì)資料不一致的地方，細(xì)致對(duì)比分析與深人解釋，提出新的見解，進(jìn)而深化地質(zhì)解釋。修正或提出新的地質(zhì)結(jié)論。

（2）以巖石物性為基礎(chǔ)

巖石物性是基礎(chǔ)，是聯(lián)系地質(zhì)與地球物理場(chǎng)的橋梁，是減少磁異常反問題多解性的重要途徑�？梢哉f，沒有扎實(shí)的物性資料，就沒有可靠的地質(zhì)解釋。把地質(zhì)規(guī)律與巖石物性結(jié)合起來就可以建立合理的物理—地質(zhì)模，作為磁異常解釋的初始模型。巖石物性雖有一般規(guī)律，但有更強(qiáng)的特殊性；必須總結(jié)出當(dāng)?shù)貛r石的物性規(guī)律，不能盲目套用一般規(guī)律。以花崗巖為例，在不同地區(qū)不同圍巖環(huán)境中，磁性可以是弱磁或無磁，也可以是中等或較強(qiáng)磁性。

（3）循序漸進(jìn)，逐漸深化

由于不同比例尺、不同網(wǎng)度和精度的磁測(cè)工作其解決地質(zhì)問題的重點(diǎn)和深度不一樣，一般應(yīng)遵循由粗到細(xì)、由區(qū)域到局部逐漸深人細(xì)致的原則，盡量借鑒地質(zhì)、地球物理?xiàng)l件相似地區(qū)的解釋經(jīng)驗(yàn)與方法，指導(dǎo)待研究區(qū)的解釋工作。

（4）定性與定量、正演與反演、平面與剖面解釋相結(jié)合

定性與定量解釋的結(jié)合可以使兩者互為補(bǔ)充，逐漸深化；正演和反演相結(jié)合可以不斷修改補(bǔ)充原有解釋模型，減少反演解釋的多解性；平面解釋與剖面解釋相結(jié)合，一方面利用曲型剖面的精細(xì)解釋、控制修正平面解釋，另一方面也可利用平面解釋的總體規(guī)律來指導(dǎo)剖面模型建立。達(dá)到相互借鑒、相互補(bǔ)充、提高解釋成果質(zhì)量的目的。

（5）綜合解釋

為了克服磁異常反問題的多解性以及磁法勘探應(yīng)用的局限性.有條件時(shí)能應(yīng)盡可能進(jìn)行綜合地質(zhì)、地球物理解釋、這樣才能正確確定異常的地質(zhì)原因，提高地質(zhì)效果。

（6）多次反饋，不斷修正

由于地質(zhì)現(xiàn)象的復(fù)雜性。對(duì)其認(rèn)識(shí)很難一次完成，對(duì)解釋工作也是如此。它主要反映在兩個(gè)方面，一是在解釋過程中應(yīng)通過多次正反演、多次反饋不斷修改物理—地質(zhì)解釋模型。使解釋結(jié)果最佳符合當(dāng)前地質(zhì)、地球物理資料；二是每當(dāng)補(bǔ)充新的資料，或通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)新問題，則又應(yīng)利用反饋的資料再解釋。故解釋工作是一個(gè)不斷反饋、解釋、不斷深化的過程。

（二）根據(jù)磁異常推斷斷裂、破碎帶及褶皺

用磁法能圈定斷裂帶、破碎帶，是因?yàn)閿嗔训漠a(chǎn)生或者改變了巖石的磁性，或者改變了地層的產(chǎn)狀，或者沿?cái)嗔褞О橛泻笃诨蛲趲r漿活動(dòng)，或者沿?cái)嗔褍蓚?cè)具有不同的構(gòu)造特點(diǎn)。斷裂或斷裂帶上的磁異常，按其特征可分為以下幾種。

（1）斷裂的磁異常特征

沿?cái)嗔延写判詭r脈（巖體）充填，這時(shí)沿?cái)嗔逊较驎?huì)有高值帶狀異常（或線型異常帶）分布。若沿?cái)嗔逊较蛞驇r漿活動(dòng)不均勻，可能產(chǎn)生斷續(xù)的串珠狀異常。有些斷裂破碎帶范圍較大，構(gòu)造應(yīng)力比較復(fù)雜，既有垂直變位也有水平變位和扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在這種情況下會(huì)造成雁行排列的巖漿活動(dòng)通道，因此在這類構(gòu)造上就會(huì)出現(xiàn)雁行狀異常帶。

在斷塊活動(dòng)比較復(fù)雜的地區(qū)，可見到放射狀異常帶組，每一個(gè)線性異常，都標(biāo)志一條斷裂巖漿活動(dòng)線。

（2）深大斷裂的磁異常特征

深大斷裂是一種特殊的斷裂類型。這種斷裂常是兩個(gè)不同大地構(gòu)造單元的分界線；斷裂切割地球的硅鋁層，甚至更深；斷裂活動(dòng)和巖漿活動(dòng)具有多輪回性，它多半是現(xiàn)代地震的活動(dòng)帶。它是一個(gè)寬度可達(dá)幾十千米，長幾百千米的復(fù)雜斷裂束，是一個(gè)寬大的巖漿劇烈活動(dòng)通道。

在深大斷裂帶內(nèi)，近乎平行的斷裂線成組出現(xiàn)，磁異常也是如此。圖2-19是郯城一file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-17155.png廬江深大斷裂的磁場(chǎng)圖，該斷裂長約800 km，寬30~50km，其磁異常以正異常形式出現(xiàn)。

深大斷裂帶�？赡苁且粋�(gè)巨大的金屬成礦帶，如長江中下游深大斷裂帶就是一個(gè)金屬礦成礦帶。

（3）斷層的磁異常特征

斷層也是一種斷裂構(gòu)造。規(guī)模較大的斷層，沿?cái)鄬觾擅姹P發(fā)生了明顯的相對(duì)位移。一個(gè)磁性層或磁性體當(dāng)其為斷層錯(cuò)開時(shí)，不論是上下錯(cuò)動(dòng)還是水平錯(cuò)動(dòng)，當(dāng)斷距較大時(shí)都會(huì)使磁異常發(fā)生明顯變化。一般上盤的磁異常強(qiáng)度小，而范圍��；下盤的磁異常反映為緩、寬、弱和較平穩(wěn)。若為水平錯(cuò)動(dòng)，磁異常等值線會(huì)發(fā)生扭曲，異常軸向發(fā)生明顯變化。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3662.png

在某些油氣盆地，在沉積地層中常存在磁性標(biāo)志層；因巖石受力發(fā)生彎曲，磁性層也隨之褶皺，而形成背斜和向斜。一般背斜軸部上方會(huì)出現(xiàn)高值正異常；向斜兩翼上方為升高的正異常，而在向斜軸部為相對(duì)低的平緩異常。當(dāng)背斜軸部被剝蝕掉時(shí)，其異常類似于兩個(gè)相隔一定距離，傾斜方向不同的板狀體異常疊加。

采用高精度航磁進(jìn)行油氣勘查，常常觀測(cè)到區(qū)域磁異常背景上數(shù)納特的局部磁異常，它們可能為基底構(gòu)造小范圍突起。圖2-20所示在強(qiáng)度接近百納特的區(qū)域異常極大值帶上疊加局部正異常（3～4 nT），反映局部隆起。該局部隆起構(gòu)造位于大型堤狀隆起的頂部。

在金屬礦區(qū)磁測(cè)時(shí)，常常發(fā)現(xiàn)高值磁異常帶呈現(xiàn)U字或V字型的平面等值線特征。即呈喇叭狀，一端撒開，一端收斂，此為向斜狀礦床的特征。在高值異常帶所包圍的范圍內(nèi)為寬緩的正值或不太強(qiáng)的負(fù)值高值異常帶周圍為低值等值線所封閉。高值異常帶的收斂端即向斜的封閉端之北側(cè)常有強(qiáng)烈的伴生負(fù)值異常。圖2-21即為此類異常的一個(gè)實(shí)例。

（三）根據(jù)磁異常尋找金屬礦和非金屬礦

（1）產(chǎn)在火山巖中的鐵礦

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32570.png此類鐵礦在我國統(tǒng)稱為梅山式鐵礦，可以分成兩類。一是玢巖侵人火山巖中，分布在火山巖斷陷盆地中間，以磁鐵礦石為主；另一是玢巖侵人盆地基底層中，主要分布于火山巖斷陷盆地邊部或隆起斷塊中，以假象赤鐵礦礦石為主�；鹕綆r磁性比磁鐵礦通常要�。豢紤]到火山巖磁場(chǎng)的干擾，用1:5萬或1:2.5萬比例尺航磁可發(fā)現(xiàn)鐵礦異常。江蘇某鐵礦產(chǎn)于輝長閃長玢巖和黑云母安山巖接觸帶內(nèi)即為此類礦典型一例，礦異常見圖2-22。異常呈橢圓狀file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-22972.png達(dá)7000nT，異常南西陡而東北緩，反映礦體向北東方向側(cè)伏。地表巖石磁性不強(qiáng)，不能引起該常異。結(jié)合重力file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-4433.png推斷其為礦體引起。經(jīng)驗(yàn)證證實(shí)了推斷的正確。

（2）銅礦和銅鎳礦

使用磁測(cè)找銅，一般分兩種情況：一是含銅磁鐵礦床；另一種是銅礦床中局部含有磁鐵礦或磁黃鐵礦。

對(duì)于含銅磁鐵礦床，銅與鐵共生，使用磁測(cè)找鐵間接找銅。如湖北某地，在進(jìn)行1:20萬比例尺航磁測(cè)量時(shí)，曾在一條測(cè)線上發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度較大的磁異常。開始按鐵礦勘探，后在強(qiáng)磁異常旁側(cè)的次級(jí)低緩磁異常找到了深部含銅磁鐵礦，才肯定了該礦床的工業(yè)價(jià)值。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-26738.png對(duì)于矽卡巖型銅礦和超基性巖中的銅鎳礦，往往局部含有磁鐵礦或磁黃鐵礦。這時(shí)磁測(cè)仍是找這兩種礦的有效手段。由于銅礦體的范圍往往超過磁性礦物范圍，所以磁測(cè)不能用來圈定礦體范圍。超基性巖中的銅鎳礦，磁異常除作為找礦的標(biāo)志外，還用來圈定超基性巖體。如甘肅某銅鎳礦產(chǎn)于二輝橄欖巖—輝石橄欖巖的超基性巖中，礦石中含有大量磁黃鐵礦，磁化率比超基性巖大4倍左右。經(jīng)1：10萬航磁發(fā)現(xiàn)異常，經(jīng)地磁檢查后發(fā)現(xiàn)在礦區(qū)外圍兩個(gè)1000nT左右的異常，圖2-23。根據(jù)異常的錯(cuò)動(dòng)，推測(cè)有平推斷層。經(jīng)鉆探后在異常50～100 m深處見到了巖體和礦�，F(xiàn)已成為我國大型的銅鎳礦產(chǎn)地之一。

（四）滑坡構(gòu)造研究

在所研究的滑坡地帶，微磁測(cè)可按單條走向剖面、小面積、小地帶等三種方式進(jìn)行。微磁測(cè)的目的，是研究巖石塊體的原生和次生組織結(jié)構(gòu)及其隨時(shí)間的變化情況。如對(duì)整個(gè)滑坡地帶的巖石塊體狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，則應(yīng)從分水嶺或遠(yuǎn)離臺(tái)地的部位直至通向斜坡下部的條帶開展微磁測(cè)（帶內(nèi)網(wǎng)度2 m×lm）。

由以上研究工作得出：小面積的微磁測(cè)（在與所有滑坡構(gòu)造交切的小帶內(nèi)進(jìn)行微磁測(cè)效果更好），可以研究滑坡構(gòu)造巖石的次生組織結(jié)構(gòu)，可以預(yù)測(cè)滑坡過程的發(fā)展，圈定滑坡發(fā)育中有潛在危險(xiǎn)的地區(qū)。

（五）在煤田火燒區(qū)上的應(yīng)用

在許多煤盆地中，在燃燒過的煤層上方有強(qiáng)磁異常。這是由于煤層中的氧化鐵和氫氧化鐵受高溫作用變成磁鐵礦的緣故。

煤層露頭自燃發(fā)火經(jīng)歷為低溫氧化、自熱、著火與遍燃、燃燒、降溫熄火。按發(fā)生發(fā)展的進(jìn)程，則煤層火區(qū)可分為五個(gè)帶：①吸附水蒸發(fā)帶；②揮發(fā)物涌出帶；③發(fā)火帶；④燃燒帶；⑤還原熄滅帶等。煤層經(jīng)過燃燒，頂?shù)装寮捌鋳A矸受到強(qiáng)烈的高溫作用而形成燒變巖。頂?shù)装逯械蔫F質(zhì)多數(shù)是赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等，隨著燒變巖的形成它們大部分轉(zhuǎn)變成磁性礦物。由于這種作用是從300～800℃高溫下冷卻發(fā)生，因而獲得熱剩磁，且其磁化方向與冷卻時(shí)的地磁場(chǎng)方向相同�；饏^(qū)觀測(cè)到的磁異常就是由該溫差頑磁性所引起。由此推測(cè)：還原帶的燒變巖正處于降溫階段，尚未降到正常溫度，所以只能得到部分熱剩磁；熄滅帶比還原帶得到更多熱剩磁，故推知后者的磁性要強(qiáng)于前者；發(fā)火與燃燒帶尚未獲得熱剩磁。存在這樣的磁異常特征：熄滅帶磁異常最強(qiáng)；從熄滅帶到燃燒磁異常逐漸減弱；在涌水帶和水蒸發(fā)帶上觀測(cè)不到磁異常。

（六）在考古工作中的應(yīng)用

由于古地磁學(xué)的發(fā)展，使磁性地層學(xué)成為確定古遺存、古人類化石時(shí)代的重要手段。隨著第四紀(jì)沉積物磁性特征深入研究，又為環(huán)境考古提供了新途徑。

有史以來、史前期的古遺存（古遺址、墓葬、建筑等）、古人類化石本身、所處地層的磁性與周圍環(huán)境有所差異，這種差異就構(gòu)成磁學(xué)考古的基礎(chǔ)。這種差異的起因如下。

（1）被火燒過的泥土制品、土壤、石塊等可獲得較強(qiáng)的磁性。這類物質(zhì)因熱作用的化學(xué)變化及獲得熱剩磁，而使磁性增強(qiáng)�；馃^的物質(zhì)要比一般土壤的磁性高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

（2）有機(jī)質(zhì)的腐爛使土壤獲得較強(qiáng)磁性。這是由于有機(jī)質(zhì)腐爛的過程中氧化還原作用使赤鐵礦變?yōu)榇盆F礦的結(jié)果。

（3）人為翻動(dòng)過的土壤或夯土，因土質(zhì)結(jié)構(gòu)、密度等發(fā)生變化，以及摻人人工制品（陶片、燒土等）的殘?jiān)�、顆粒等都可使其與周圍天然沉積物之間出現(xiàn)磁性差異。如夯土磁化率增大，掩埋溝穴的虛土磁性相對(duì)減弱。因而在夯土的墓葬、墻基等上部可觀測(cè)到明顯的正（高）磁異常，其溝、穴上有負(fù)（低）異常。

（4）天然沉積物的顆粒在沉積過程中，受重力、水動(dòng)力及地磁場(chǎng)力的控制，沉積物的磁化率將是各向異性的。其磁化率橢球的長軸file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-12260.png將平行于水平的沉積面，在河相沉積情況下file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-24515.png軸向?yàn)樗骺刂啤＿@可以用來研究沉積物在形成時(shí)的水流方向。另外，沉積物在沉積及磁性獲得的過程中與氣候（如氣溫）環(huán)境相關(guān)，這種相關(guān)性在較厚的沉積剖面上顯示出來。

考古對(duì)象因以不同方式獲得磁性，這就為實(shí)現(xiàn)空間、時(shí)間及環(huán)境考古等提供了物理前提。

習(xí)題

1、什么是磁法勘探？

2、磁異常的起因是什么？

3、磁法勘探它具有何特點(diǎn)？

4、沉積巖、火成巖及變質(zhì)巖的磁性有什么區(qū)別？

5、那些因素可以影響巖石的磁性？

6、磁法勘探工作通常分哪幾個(gè)階段？

7、地面磁測(cè)有那幾個(gè)步驟？

8、什么是微磁測(cè)量？

9、磁異常解釋的一般原則有哪些？

10、磁法勘探都能解決哪些地質(zhì)問題？

本文編號(hào)：1138693