基本信息
通過觀測和分析由岩石、礦石(或其他探測對象)磁性差異所引起的磁異常,進而研究地質構造和礦產資源(或其他探測對象)的分布規律的一種地球物理勘探方法。其中磁異常是指磁性體產生的磁場疊加在地球磁場之上而引起的地磁場畸變。
岩石、礦石受現代地磁場的磁化而產生感應磁化強度,用它與現代地磁場強度的比值(即磁化率)表示岩石、礦石受磁化的難易程度。岩石、礦石在形成過程中還受到當時地磁場的磁化而獲得磁性,這種磁性經漫長地質年代保留至今,稱為剩餘磁化強度。所以,岩石、礦石的磁性由感應磁化強度和剩餘磁化強度兩部分組成。岩石、礦石磁性的差異是磁法勘探藉以解決地質找礦問題的基礎。
岩石磁性主要取決於鐵磁性礦物的包裹體,最常見的鐵磁性礦物有磁鐵礦(FeO·Fe2O3)、鈦磁鐵礦(含有過剩數量TiO2的磁鐵礦)、磁黃鐵礦(FeS1+x)和磁赤鐵礦(γ-狀態的Fe2O3)。其他常見的造岩礦物和金屬礦物(見礦物)具有微弱的磁化率,對岩石總磁化強度沒有明顯影響。因此,岩石、礦石的磁性強弱,主要決定於鐵磁性礦物的成分、含量及分布狀況。
沉積岩的磁化率比火成岩和變質岩的磁化率一般低幾個數量級。在火成岩類的侵入岩中,隨著岩石的基性增強而磁性增大,基性岩和超基性岩的磁性最強,酸性岩磁性弱或無磁性。噴出岩與同類侵入岩有相近的磁性,但其磁化率離散性較大。變質岩的磁性決定於原岩的成分及變質過程(見變質作用)中礦物成分的變化。若原岩是花崗岩或沉積岩,則變質後的岩石一般不顯磁性;若原岩是基性噴出岩或侵入岩,則變質後的岩石一般具有中等磁性。
使用儀器
磁法勘探用的儀器主要有磁秤、磁通門磁力儀、質子磁力儀、光泵磁力儀和超導磁力儀等(見磁法勘探儀器)。
發展簡史
法勘探是地球物理勘探方法中歷史最長的一種。16世紀英國W.吉爾伯特對地球磁場作了科學研究。17世紀中葉瑞典人開始利用羅盤尋找磁鐵礦。1879年R.泰倫製造出找磁鐵礦的簡單磁力儀,磁法才正式用於生產。1915年A.斯密特發明了刃口式磁秤,大大提高了磁測精度,磁法不但用於找磁鐵礦而且擴大到找其他礦,並用於研究地質構造。1936年A.A.洛加喬夫製造出感應式航空磁力儀,大大提高了磁測速度和磁測範圍,並將磁法用於研究大地構造及地質填圖問題。50年代末蘇聯和美國相繼把質子鏇進磁力儀用於海洋磁測,結合古地磁研究成果提出了海底擴張說和板塊構造學。目前已將磁力儀裝在人造地球衛星上進行遙測,研究地球構造。中國於1936年在攀枝花、易門、水城等地開始試驗性磁法勘探,1950年後才大規模開展地面、航空、海洋和井中磁測。到1989年底,中國大陸航空磁測共覆蓋850萬平方公里,其中1:5萬航磁圖達315萬平方公里,並編制出1:400萬全國航磁圖。
套用範圍
法勘探可用於地質調查的各個階段。
在區域地質調查中的套用包括:
①進行大地構造分區,研究深大斷裂,確定接觸帶、斷裂帶、破碎帶和基底構造;
②劃分沉積岩、侵入岩、噴出岩以及變質岩的分布範圍,進行區域地質填圖;
③研究區域礦產的形成和分布規律。
在普查找礦工作中的套用包括:
①直接尋找磁鐵礦床,普查與磁鐵礦共生的鉛、鋅、銅、錫等弱磁性礦床,普查與磁鐵礦共生的金、錫、鉑等砂礦床;
②普查鋁土礦、錳礦、褐鐵礦和菱鐵礦等弱磁性沉積礦床;
③查明各種控礦構造並進行控礦因素填圖,圈定基性、超基性岩,尋找鉻、鎳、釩、鈷、銅、石棉等礦產;
④圈定火山頸以尋找金剛石,圈出熱液蝕變帶以尋找夕卡岩型礦床和熱液礦床(見氣化熱液礦床;
⑤普查油氣田和煤田構造,研究磁性基底控制的含油氣構造,圈定沉積蓋層中的局部構造,以及探測與油氣藏(見圈閉)有關的磁異常,進行普查找油研究與火成岩有關的煤田構造及圈定火燒煤區的範圍。
在礦產詳查勘探中,對磁異常作定量解釋可用來追索和圈定磁性礦體,確定鑽探孔位並指導鑽探工作的進行。
磁法勘探還可用於研究深部地質構造,估算居里點深度以研究地熱和進行地震蘊震層分析及地震預報的研究。還可套用於考古、尋找地下金屬管道等工作。
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),鑽孔中(井中磁法)和衛星磁測進行。在地面磁法勘探中﹐一般是布置一系列的平行等距的測線﹐垂直於被尋找的對象(例如礦體)的走向﹐在每條測線上按一定距離設定測點﹐在測點上測地磁場垂直分量的相對值﹐測線距與測點距之比從10﹕1到1﹕1。在航空及海洋磁法勘探中﹐飛機或觀測船沿預先設計好的航線行進(用導航儀控制)﹐用航空或海洋磁力儀自動記錄總磁場強度。
無論地面或航空磁法﹐測量點間的距離要小於所要找的異常的寬度。例如石油勘探用航空磁法找大片磁異常﹐航測的線距是1~5公里﹐飛行高度0.3~1公里﹔在金屬礦區﹐線距要小一些﹐有時小於100米(見航空地球物理勘探﹑海洋地球物理勘探﹑地下地球物理勘探)。
地面磁測
地面上設定測網,用磁力儀觀測磁異常現象和分布規律。測網一般是由互相平行的等間距的測線和測線上等間距分布的測點組成。測網形狀和密度決定於研究對象的規模、需要研究的程度和經濟效益等方面。普查階段主要是發現磁異常,線距應小於最小探測對象的長度,點距應保證有3個以上測點落在磁異常範圍內;詳查階段主要是研究磁異常,測網密度則要保證磁異常的形態特徵細節能被反映出來。根據探測對象產生磁異常的強弱來選擇儀器類型、磁測精度和觀測方式。一般來講,磁測工作首先在正常區建立基點作為全區磁異常的起算點,然後按測線、測點觀測總磁場強度及垂向梯度或垂直分量的相對值。在個別情況下,還可觀測水平分量相對值。在磁測工作中為評價磁測質量需要進行一定數量測點的重複觀測。由於觀測數據中還存在其他干擾,因此需要對觀測數據作必要的改正才能得到正確的異常值。主要的改正有正常場改正(包括緯度改正)和日變改正,有些還需作溫度改正和零點漂移改正。經改正後的異常值,常用等值線平面圖(圖1)和剖面圖(圖2)表示。
航空磁測
用安裝在飛機的磁力儀進行磁測。具有快速,不受高山、水域、森林、沼澤限制等特點。由於飛機距地面一定高度飛行,減弱了地表磁性不均勻影響,更有利於磁力儀記錄深部區域地質構造的磁場。
航磁比例尺根據地質任務、探測對象的規模、所測區域的地球物理特徵和航空定位技術等來確定。金屬礦航磁比例尺一般多為 1:10萬、1:5萬,有望遠景區可達1:2.5萬。構造航磁比例尺一般為1:100萬、1:50萬和1:20萬等。測線應與礦帶或主要構造帶垂直。為了獲得明顯可靠的磁異常信息,飛行高度應儘量低,由比例尺、定位技術和地形條件等確定。
航磁工作中,一般採用無線電導航儀同步照相定位。為消除飛行本身的磁干擾,還需採用特殊的磁補償技術。航測過程中除進行測線上的磁場測量外,還需進行基線飛行和輔助飛行。基線飛行是確定磁異常的起算點和計算儀器的零點位移;輔助飛行包括:了解測區情況、飛行條件和儀器工作狀態的試驗飛行;檢查評價磁測質量的重複線飛行;檢查調整不同架次觀測磁場水平的切割線飛行等。
航磁測量
結果除進行與地面磁測相類似的改正外,還需進行偏向改正和高度改正,改正後的結果再經切割線飛行觀測資料調整,最後編繪航磁異常剖面平面圖和平面等值線圖。
海洋磁測
用安裝船舶上的磁力儀進行磁測。海洋磁測將探頭拖在船後並採用無線電導航。海洋磁測還需進行方位測量、電纜長度試驗測量和探頭沉放深度試驗等。方位測量用以進行船體影響改正。電纜長度試驗測量用以求得船體影響在磁測精度允許下電纜離船體的最小距離。探頭沉放深度試驗用以求得探頭合適的沉放深度,避免探頭激起浪花及波涌浮動對磁測的影響。
井中磁測
用磁測井儀沿鑽孔剖面測量地磁場強度相對變化或岩石、礦石磁化率的變化(見鑽孔地球物理勘探)。
衛星磁測
把磁力儀放太空飛行器上進行的地磁測量。在很短的時間裡,就可以取得某段時間內的整個地球磁場的資料。根據合適軌道的長期衛星磁測的資料,可以建立全球範圍的地磁場模型,如國際參考磁場模式;研究地磁場的空間結構和時間變化;研究全球範圍的磁異常情況;它還可以用作飛行器的姿態測量。衛星磁測是空間環境監測的重要組成部分。
1958年,前蘇聯發射的"人造地球衛星"3號是世界上第一顆測量地磁場的衛星,它上面裝有磁通門矢量磁力儀,得到了磁場總強度的結果。以後,前蘇聯和美國又先後發射了幾顆飛行不高的測量地磁場的衛星,如"先鋒"3號、"宇宙"26號、"宇宙"49號、"宇宙"321號、"奧戈"6號,這些衛星都只攜帶測量地磁場總強度的磁力儀(質子鏇進磁力儀或光泵磁力儀),飛行高度通常是幾百公里,能夠準確、迅速地測量地磁場總強度。
1979年10月30日美國發射了一顆"地磁衛星",它的軌道通過兩極上空,能夠覆蓋整個地球表面。衛星上除裝有光泵磁力儀和磁通門矢量磁力儀外,還裝有星象照相機,能較準確地確定衛星飛行的姿態,因而較準確地進行了地磁三分量的全球測量。
數據改正
磁異常的觀測數據需做適當的處理,才能得到準確的異常值。處理的主要內容有:①勻滑磁異常曲線消除偶然誤差和隨機干擾;②劃分區域異常和局部異常,使複雜異常分離化簡,換算到垂直磁化,消除斜磁化影響;③進行導數異常換算及不同高度異常換算,以突出異常內在特點或改變有關條件。經處理後的異常值,質量得到提高,特徵得到突出和簡化,更便於解釋。
利用磁異常和磁性體之間內在聯繫的一般規律來推斷磁性體的形狀、產狀、埋深及磁化強度的大小和方向的過程,稱為磁異常解釋過程。其主要內容為:①綜合利用工作地區的地質資料、岩石和礦石磁性資料,對磁異常作初步推斷,大致確定地質體的形狀、產狀、空間位置以及引起磁異常的地質原因;②選擇適當的反演方法,求出地質體的幾何參數和磁性參數,如對局部異常採用各種數學解析反演方法、最最佳化反演方法及人機聯作正反演擬合方法等,對區域場採用磁性界面反演方法等;③根據磁異常定量推斷結果並綜合其他地質、地球物理資料,確定磁異常的地質起因,對研究區的地質構造及礦體賦存情況作出推論。
未來展望
磁法勘探的主要發展方向,是套用多參量高精度磁測,擴大磁法勘探的套用領域,套用近代數學理論與電子計算機技術相結合,提高對複雜磁異常的處理和解釋能力,實現解釋過程的自動化、圖像化和地質化。實現自動解釋的多參量高精度磁測,再綜合其他資料,能更有效地進行立體填圖,對研究區的地質構造及礦產賦存情況作出定量推斷,提高找礦、地熱勘查、工程建設和地震預報等方面效益。