磁法资料地质解释-探测

二度体磁异常的通式 当磁性体沿特定方向被磁化时，如垂直磁化、顺层磁化等，磁异常不仅有简单的形态，有时还便于判定磁性体的倾向。沿特定方向磁化的磁性体的磁异常之间及任意磁化与特定方向磁化的磁异常之间存在 一定的关系，通过这种关系，对二度体的磁异常Za、Ha和T，可整理出相似的表达式 我们可以称之为二度体磁异常的通式(也可称之为规格化公式)。利用磁异常通式，可使 我们更深入地了解磁异常之间的关系，便于研究和掌握磁异常的特征，对于磁异常的解释有一定意义。二度体磁异常的通式 一、任意磁化与沿坐标轴向磁化的磁场关系式 本章第二节中(5。23)式给出了磁性体的磁比强度矢量与坐标轴的某一轴向方向一 致时的磁位表达式。1、当磁化强度矢量与Z轴一致时，称为垂直磁化，这时磁位以Uz表示，磁场强度分量分别以Za、Hax、Hay 表示，二度体磁异常的通式 一、任意磁化与沿坐标轴向磁化的磁场关系式2、当J与x轴向一致时，称为沿ox轴向水平磁化，磁位以Ux表示，磁场各分量分别以Za(x)、Hax(x)、Hay(x)表示，同样，当J与y轴向一致时，磁位以Uy，表示，磁场各分量分别以Za(y)、Hax(y)、Hay(y)表示。二度体磁异常的通式 一、任意磁化与沿坐标轴向磁化的磁场关系式 上式给出磁性体的磁化强度矢量分别与某一坐标轴方向一致时，相应的磁场分量的积分表达式。由上述关系可看出有以下关系：磁性体与其磁场对应关系的主要特点磁性体与其磁场对应关系的主要特点 前面讨论了计算磁性体磁场的根本公式，对不同的形体导出了其磁场表达式，并分析了其磁场特征。由于每种磁性体的磁场都可通过其平面特征、剖面特征和空间特征，来展示磁性体与磁场的对应关系，分辨一种形体与另一种形体磁场特征的差异。因此，对不同形体与其磁场特征的对应关系进行总结分析，对实际磁异常的解释和系统掌握磁性体磁场的特征，是有帮助的。磁性体与其磁场对应关系的主要特点 一磁性体与其磁场平面分布的对应关系 单个磁性体Za磁异常的平面等值线形状大体可分为三种：长带状、等轴状和椭圆状1球体的Za等值线为等轴状，2二度极状体和水平圆柱体等的Za等值线为长带状，3有限长水平圆柱体和板状体的异常为长椭圆状。可见平面等值线的形态往往是磁性体水平展布情况的反映，磁异常轴的方向一般反映地质体的走向。磁性体与其磁场对应关系的主要特点 可以根据Za等值线的形状，把磁性体区别为二度异常和三度异常，取 12极大值等值线假设长轴为短轴长度的三倍以上，那么视为二度异常，否那么为三度异常。三度异常又可分为长、短轴近于相等的等轴状异常和长短轴之比大于1而小于3的似二度异常。表中给出了几种规那么形体的等轴状异常和长带状异常。磁性体与其磁场对应关系的主要特点 磁性体与其磁场对应关系的主要特点 二、磁性体与其磁场的剖面对应关系 由以前所作的讨论可知，磁性体的Za剖面曲线有三种根本形态：1两侧无负异常的Za曲线；2一侧有负异常的Za曲线；3两侧都有负异常的Za曲线。1两侧无负异常的Za曲线 顺层(或顺轴)磁化无限延深板状体(或柱状体)的Za异常为两侧无负值的曲线，其极大值对应原点。这种剖面异常特征可作为判定磁性体顺层(或顺轴)磁化且向下无限延深的标志。磁性体与其磁场对应关系的主要特点 2一侧有负异常的Za曲线 斜磁化无限延深板状体的Za剖面曲线为一侧有负值的曲线。Za曲线不对称，原点位于Zamax和Zamin之间，负负值值位位于于J Js s，穿穿出出板板面面的的一一侧侧。曲线的不对称性决定于角的大小，角愈大，曲线愈不对称。当磁性体呈南北走向时，Js垂直向下，可根据Za曲线的陡缓判定板状体的倾向。磁性体与其磁场对应关系的主要特点 3两侧有负值的Za曲线 Za剖面曲线两侧出现负值，是磁性体下下延延深深度度不不大大的的表表现现。如球体、有限延深的柱体和板状体、水平圆柱体等，其Za剖面曲线一般都是两侧出现负值。磁性体与其磁场对应关系的主要特点 有限延深磁性体的截面为轴对称形的，如球体、水平圆柱体和直立板状体等。在垂直磁化情况下，其Za曲线为两侧有负值的对称曲线，并且其极值对应原点。假设为斜磁化，Za为非对称曲线，原点位于二极值点坐标之间。顺层磁化有限延深板状体，在板体倾向一侧负值较强，对有限延深、倾斜且斜磁化的板状体，其曲线的非对称性不仅与角有关，还与磁性体下界面的位置有关。表1和表2中给出了几种有限延深磁性体的Za剖面示意图。磁性体与其磁场对应关系的主要特点 三、磁性体与其磁场空间等值线的对应关系 表1和表2列出了各类型态磁性体的Za空间等值线图。可见厚板状体和水平薄板状体，Za等值线有交于两点的趋势。有限延深的磁性体，正等值线两侧均有负等值线，对接触界线，那么只有一侧有负等值线。在磁性体的不同高度上，Za的正值范围和Zamax的位置均不同，不同形体其磁场随高度的减小程度也不同。ZaHaZaHa参量图参量图 ZaHa参量图是磁性体所引起Za为纵坐标，以Ha为横坐标绘出的图形。不同的形状的磁性体，绘出的参量图的图形是不同的，可根据参量图来判断磁性体的形状。ZaHaZaHa参量图参量图 1、参量图的图形1不受正常场选择的影响正常场只会影响参量图的位置而不会改变形态；2不受磁化方向的影响只会改变参量图对称轴的旋转角度，不改变图形的形状；3参量图的形状随磁性体的走向长度、下延深度和水平宽度而变化。ZaHaZaHa参量图参量图 2、磁性体延深的判断1凡有限延深磁性体，其参量图都呈心形线状；2无限延深磁性体的参量图都呈圆形或椭圆形。3延深越小，Za负值越强心形线越明显；随延深增大，Za负值减小参量图从心形向圆或椭圆过渡。ZaHaZaHa参量图参量图 3、磁性体宽度的判断1厚板参量图呈压扁状；2薄板参量图呈等轴状ZaHaZaHa参量图参量图 4、三度体和二度体的判断1三度体在对称轴方向拉长；2二度体是等轴状或在对称轴方向压扁。当磁性体的走向长度逐渐减小时参量图由等轴状过渡到拉长状。ZaHaZaHa参量图参量图 4、磁化方向的判断1无限延深板状体参量图对称轴与纵轴夹角为；2走向无限水平圆柱体参量图对称轴与纵轴夹角为90I0。注：a)对无倾向的磁性体球体、水平圆柱体，可利用参量图直接确定磁化方向，对板状体只能确定角大小。b)对无限延深薄板，当正常场选择不准，参量图不对称。第六章 磁法资料地质解释1根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 地壳中的岩石因受内、外动力地质作用而发生的弯曲和断裂等，统称之为地壳地质构造。用磁法研究构造现象，都是以其相应的磁性变化及其规律性为根底的。一些比较大的断裂构造，一般常伴有岩浆活动，因而能用磁法发现它们；另一种断裂没有岩浆活动伴随，但当其断裂破碎现象比较显著时，常使岩石磁性发生相应变化，也会在磁异常中有所反映，为我们结合地质构造特征，根据磁异常判定它们提供了依据；根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 一断裂现象的磁异常特征 断裂带的磁场大约有以下几种：1、线性异常带A 沿走向延伸很长的线性异常带可分为正异常带、负异常带和正负异常带三种。第一和第三种是由于沿断裂有较连续的后期岩浆活动所致，而第二种是因同一种磁性岩石中，其剩磁较大，岩石断裂时，沿断裂方向岩石磁性发生变化而引起的。图824和图825表现了这种异常带的根本特征。根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 1、线性异常带B 沿走向延伸很长的线性异常带可分为正异常带、负异常带和正负异常带三种。第一和第三种是由于沿断裂有较连续的后期岩浆活动所致，而第二种是因同一种磁性岩石中，其剩磁较大，岩石断裂时，沿断裂方向岩石磁性发生变化而引起的。图824和图825表现了这种异常带的根本特征。根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 断裂带上的条带状低值磁异常1、线性异常带C有些断裂的磁异常表现为狭窄的带状负异带状负异常常，这种断裂多发生于同一种磁性岩体中。由于断裂错动破坏了岩石的剩磁，因此在断裂带上表现出条带状的低磁场。图453绘出了这种情况的一个例子。根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 2 2、串珠状异常带、串珠状异常带 当沿断裂的岩浆活动当沿断裂的岩浆活动不均匀，因而其磁性物质不均匀，因而其磁性物质的分布也不均匀，这就会的分布也不均匀，这就会引起呈串珠状的、断断续引起呈串珠状的、断断续续分布的线性磁异常。续分布的线性磁异常。3 3、雁行状异常带、雁行状异常带 有些断裂破碎带的范有些断裂破碎带的范围较大，构造应力比较复围较大，构造应力比较复杂，即有垂直变位也有水杂，即有垂直变位也有水平变位和扭转现象，在这平变位和扭转现象，在这种情况下会造成雁行排列种情况下会造成雁行排列的岩浆活动通道，因此，的岩浆活动通道，因此，在这类构造上磁异常就表在这类构造上磁异常就表现为雁行状异常带。图现为雁行状异常带。图8 82 26 6是雁行排列的异常是雁行排列的异常图。图。一、根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 当我们根据磁异常推断断裂构造时，有两点值得注意：一要注意追踪并标志异常轴，二是要有理由肯定异常与岩浆活动有关。根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 4深大断裂的磁异常特征 深大断裂是一种特殊的断裂类型。这种断裂常是两个不同大地构造单元的分界线；断裂切割地球的硅铝层，甚至更深；断裂活动和岩浆活动具有多轮迥性，它多半是现代地震的活动带。它是一个宽度可达几十公里，长几百公里的复杂断裂束，是一个宽大的岩浆剧裂活动通道。根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 在深大断裂带内，近于平行的断裂线成组出现，磁异常也如此。我国的郯城庐江深大断裂带，是1957年由航空磁测首先发现的，图827是该断裂的磁异常图。该断裂长约800多公里，宽3050公里，其磁异常以正异常形式出现。有的深大断裂是处于降低的磁场背景上。深大断裂带常常可能是一个巨大的金属成矿带，如长江中下游深大断裂带就是一个金属成矿带。根据磁异常推断断裂破碎带以及褶皱等的依据和方法 断裂带常被具有较强磁性的岩浆岩或岩体群所充填，这时磁异常表现为沿一定方向分布的异常或异常带。在整条断裂带上异常可能是连续的，也可能是断续分布。右图是我国郯城庐江深大断裂南段航空磁测的TT剖面平面图。T异常强度达700nT。由于断裂带内充填了磁性和规模大小不同的火成岩，所以断裂带上的磁异常在强度、宽度上都有明显的变化。经进一步工作，这个深大断裂被继续向北追踪，切过山东半岛直至渤海以北；向南过淮阳地盾的东侧，止于潜山附近。南北延伸达900km。被火成岩填充的断裂带上的T剖面平面图 二、利用磁异常研究基底构造 一般情况下，前震旦系结晶基底是由各种变质岩系组成的，它们的磁性除与原岩(沉积岩或火成岩)有关外；还与变质过程中高温高压下矿物的重新组合、重新结晶有关；如有的角岩因经过热液或热力作用，铁成分再结晶成磁铁矿并局部富集，使得角岩上常发现较强的、跳动较大的磁异常。由于变质岩磁性差异大，在进行基底构造研究时，不但要注意基底起伏，还应考虑磁性不均匀等因素给解释带来的影响。我国有些平原基底磁性是比较均匀的，而盖层磁性又很弱。在这种情况下，假设采用高精度磁测，那么磁异常曲线的起伏较准确地反映了基底构造的起伏。图456为横穿我国某平原的地质和磁异常剖面图。剖面两侧，磁异常曲线比较陡和窄，反映磁性体较浅；在中间局部，异常曲线平缓而宽；反映基底深度大(推断基底深度达75km)。利用磁异常研究基底构造 图456为横穿我国某平原的地质和磁异常剖面图。剖面两侧，磁异常曲线比较陡和窄，反映磁性体较浅；在中间局部，异常曲线平缓而宽；反映基底深度大(推断基底深度达75km)。三、三、磁法在局部构造方面的应用磁法在局部构造方面的应用 一在寻找金属矿床方面的应用 前面章节已经介绍了几种简单形体的磁场以及与它们相对应的求解反问题的方法，这些方法可以应用于寻找金属矿床。磁铁矿、钛铁矿和磁黄铁矿都有很强的磁性，因此应用磁法勘探寻找这些矿床最为方便。磁法也用于寻找多金属矿床，这是因为它们与磁性矿物存在共生关系，或者与基性、超基性岩体有某种密切联系。因此，磁法或可直接用于圈定矿体，或可用于圈定与矿床有关的岩体，或者配合其他物化探方法，起到间接找矿的作用。下面通过一个具体例子来说明磁法勘探在寻找磁铁矿时的应用。安徽霍丘铁矿磁异常带是由航空磁测发现的。异常区为第四系地层掩盖。区内岩浆活动微弱，且多为中酸性岩脉沿断裂侵入。初步推测，磁异常带位于前震旦系变质岩系中。对区内各种岩石及脉岩的磁参数测定说明，除角闪片岩有微弱磁性外，其他均无磁性，而石英磁铁矿具有强磁性，这对寻找磁铁矿是十分有利的。此图为该矿区甲庄磁异常平面图及综合剖面图。该异常Za等值线近南北走向，Zamax=12400nT，北部伴生强度不大的负异常。Za剖面曲线根本对称、规那么。由此可推测磁体近似于垂直磁化，类似厚板状体模式，而且下延深度较大。1第四系；2片麻岩；3片岩；4正等值线；5负2等值线；6验证钻孔；7推断矿体；8探明矿体磁法在局部构造方面的应用磁法在局部构造方面的应用二根据磁异常特点划分岩性 可以根据磁异常特点圈定和区分各种火成岩，并由磁性的强弱分辨岩性。火成岩从酸性到超基性铁磁性矿物的含量逐渐增多，其磁性也由弱到强。通常，在地面观测到的侵入岩磁场变化比较有规律，而喷出岩的磁场变化较剧烈，喷出岩地区测到的磁异常常呈正负交替的锯齿状变化。磁法在局部构造方面的应用磁法在局部构造方面的应用二根据磁异常特点划分岩性 1、超基性、基性侵入体，假设规模较大、埋藏不深，其磁异常曲线与厚板状体的理论磁异常曲线相似。以下图为某超基性岩体上的异常曲线，大体呈平头状，陡度大的曲线段对应岩体的边界。由于岩体内蚀变带的存在和岩相的变化，异常曲线有些起伏变化。侵入体的Za异常曲线 磁法在局部构造方面的应用磁法在局部构造方面的应用2、岩脉或岩墙形式的侵入体，其磁异常曲线具有类似薄板状体异常曲线的特点。由磁异常的特点也可以划分出变质岩及沉积岩分布区。变质岩系由于其磁性变化的范围较大，在划分它们的范围时有时比较困难，但是，古老的变质岩系的磁场常显示为较平稳地升高，其中间还常夹有条带状的由磁性较强的岩层所引起的异常。因此可以根据这种特点圈定其范围。由于沉积岩的磁性非常微弱，故在沉积岩分布的地区磁异常图常属于平静的低值区。利用沉积岩弱磁性的特点，可以从磁异常图上确定它与其他岩性的分界线。磁法在局部构造方面的应用磁法在局部构造方面的应用 以下图为某接触带上的剖面图。左侧磁场较强，达1000nT左右，右侧磁场较弱，只有近200nT。曲线总的形态呈阶梯状，中间局部曲线的斜率很大。接触带的左侧是岩浆岩，右侧是灰岩，接触带的位置与异常曲线的陡变部位相对应。接触带处的Za剖面 磁法在局部构造方面的应用磁法在局部构造方面的应用3、穿越不同岩性的磁异常 以下图为穿越不同岩性地层的长剖面的异常曲线。由图可以看出，磁测可以精细地划分不同岩性的界线。1第四纪沉积；2安山岩和玄武岩2英长岩质页岩；4灰质页岩；5砾岩；6灰质页岩层；7矽质泥质页岩；8细粒花岗岩；9花岗岩；10破碎带磁法资料地质解释2在全球构造研究中的应用在全球构造研究中的应用 1910年，德国青年科学家魏格纳提出著名的大陆漂移学说，轰动当时整个地学界，并引起人们剧烈争论。但由于当时科学水平的限制，对此学说涉及的一些重大理论问题不能做出令人信服的解释，于是在30年代后此学说逐渐为人们所忘却。直到50年代，英国地球物理学家兰康，布莱克等人，通过研究地球磁场的演变历史,重新挑起了有关大陆漂移的论战。这次他们提出了许多说服力很强的新证据。使得大陆漂移学说又重新受到重视，并取得了新的进展。在全球构造研究中的应用 众所周知，在大陆上存在着平移断层，近年来海洋磁测还发现海底断裂的水平错动甚至比陆地上的大。图2617是北美西海岸外地磁异常剖面图。各条测线上的磁异常原来都对应得很好，但当跨过大断裂时，对应的曲线整体地移动了一段距离，这显然是断裂两边地层错动的结果。由图可见；门多新诺断裂竟错动了1140公里，这说明了地球上层大规模水平运动的存在。根据海深图，南美洲和非洲在深度为500噚(约1公里)的大陆边缘上可以拼合起来，平均误差仅88公里。在全球构造研究中的应用在全球构造研究中的应用以同样的方法可将南北美洲、非洲、欧洲和格陵兰拼合起来，假设将西班牙做些转动，可使拼合的误差不超过130公里(古地磁观测说明，三叠纪晚期西班牙可能转动过)。这些拼合结果说明，某些大陆原来可能连在一起，以后又分并了。各大陆古地磁极迁移轨迹的不同那么从古地磁学方面支持了上述论点。在全球构造研究中的应用 但是大陆漂移学说在理论上是有问题的，因为但是大陆漂移学说在理论上是有问题的，因为按照力学的观点，硅铝层的大陆不可能在较硬的硅按照力学的观点，硅铝层的大陆不可能在较硬的硅镁层中漂移。海底扩张学说那么圆满地解答了这个镁层中漂移。海底扩张学说那么圆满地解答了这个问题。问题。海洋磁测和航空磁测都说明，太平洋，大西洋海洋磁测和航空磁测都说明，太平洋，大西洋和印度洋等洋上都有幅度几百伽玛、延伸几十公里和印度洋等洋上都有幅度几百伽玛、延伸几十公里的地磁异常。图的地磁异常。图2 26 61818是冰岛南部雷克雅纳斯海是冰岛南部雷克雅纳斯海岭附近的磁异常。在海岭两边，磁异常的分布是对岭附近的磁异常。在海岭两边，磁异常的分布是对称的，正、负异常都呈条带状，与海岭的走向平行。称的，正、负异常都呈条带状，与海岭的走向平行。这种线性排列可延伸至很远的距离，只有当跨过大这种线性排列可延伸至很远的距离，只有当跨过大断裂时，磁异常的形态才整体地发生错动。断裂时，磁异常的形态才整体地发生错动。在全球构造研究中的应用图2618是冰岛南部雷克雅纳斯海岭附近的磁异常。在海岭两边，磁异常的分布是对称的，正、负异常都呈条带状，与海岭的走向平行。这种线性排列可延伸至很远的距离，只有当跨过大断裂时，磁异常的形态才整体地发生错动。在全球构造研究中的应用 根据这些情况，1963年英国的凡茵和马修斯提出了海底扩张学说。这个学说指出：海底是地幔物质上升由海岭涌出并向两边扩张形成的，当它一面扩张，一面冷却时，便取得了磁性，其方向与当时的地磁场方向一致。由于在扩张过程中，地磁场屡次转向，而海底凝固后的磁性又是稳定的，所以扩张的海底在各个时期具有不同的磁化方向。即是说，与海岭距离不同的海底是由正、负磁化相间的磁场连接而成。海底就像一条巨大的磁带，上面记录着地磁场转向和海底扩张的信息。磁异常在海岭两边的对称性只不过是向两边扩张速度相等的结果。在全球构造研究中的应用 通过磁法勘探发现的海底平移断层和条带状异常，为建立现代大地构造学说板块构造学说，提供了充足的地球物理证据。在全球构造研究中的应用在全球构造研究中的应用在南海构造研究中的应用 从总的异常走向趋势来看，深海平原内存在两组不同走向的磁异常条带；一一组组为为近近东东西西向向，另另一一组组为为北北东东向向。近东西向的磁条带发育在深海平原的东部和西北部，而北东向的一组发育在海盆的西南部。磁异常条带的识别磁异常条带的识别为 了 标 定南海深海平原东部磁异常条带的序列号，依据实测磁异常，并参照拉蒙特国际地磁年表，选择5d一11时段的91块正反向磁化块体为磁源，由上述公式计算了它们的理论扩张磁异常剖面(图2)，以此拟合海盆东部的磁异常。为便于比较，将海盆东部的8条实测异常剖面也一并绘制在图2上。计算西 南 海 盆 T剖面平面图西南海盆磁异常T平面简化图