地磁場與磁力勘探實驗

實驗一磁測儀器1、磁力儀概述

2、機械式磁力儀3、質(zhì)子磁力儀1、磁力儀概述按照發(fā)展歷史：分三代第一代磁力儀：利用永久磁鐵與地磁場之間相互力矩作用原理，或者利用感應(yīng)線圈加上輔助機械裝置。機械式磁力儀、感應(yīng)式航空磁力儀等。1、磁力儀概述按照發(fā)展歷史：分三代第二代磁力儀：利用核磁共振特性（質(zhì)子磁力儀）；利用高磁導(dǎo)率軟磁合金材料（磁通門磁力儀），輔以復(fù)雜的電子線路。還有光泵磁力儀等。1、磁力儀概述按照發(fā)展歷史：分三代第三代磁力儀：利用低溫量子效應(yīng)

超導(dǎo)磁力儀。1、磁力儀概述按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)與物理原理：分兩種機械式磁力儀：懸絲式磁力儀、刃口式磁力儀電子式磁力儀：質(zhì)子磁力儀、磁通門磁力儀、光泵磁力儀、超導(dǎo)磁力儀等1、磁力儀概述按照測量地磁場參數(shù)及其量值：分兩類相對測量儀器：懸絲式磁力儀(?Z)、刃口式磁力儀(?Z、?H)

絕對測量儀器：質(zhì)子磁力儀、磁通門磁力儀、光泵磁力儀、超導(dǎo)磁力儀等

地磁場總強度T1、磁力儀概述按照工作領(lǐng)域：地面磁力儀、航空磁力儀、海洋磁力儀、井中磁力儀、衛(wèi)星磁力儀等以CS2-61型垂直磁力儀為例2、機械式磁力儀CS2-61型垂直磁力儀CS2-61型垂直磁力儀磁系上下地面磁系的工作原理西東βθθθoSNPSS0f當(dāng)平衡時，有平衡方程：

磁棒磁矩地磁場垂直分量磁棒的偏轉(zhuǎn)角磁系所受重力重力與支點距離d與磁棒軸夾角懸絲的扭力系數(shù)為光系物鏡的焦距（或光臂）此處θ角很?。焊裰迪鄬y量中，在基點上讀一數(shù)S1，對應(yīng)垂直分量Z1,在測點上讀S2(對應(yīng)Z2),則差值：

…=

式中為格值格值的倒數(shù)是靈敏度。（調(diào)節(jié)儀器的靈敏,如使分子減小,或使分母增大可以提高靈敏度）。度3、質(zhì)子式磁力儀1）、水（H2O)

的“核子順磁性”:在外磁場作用下：①軌道電子受到磁力作用，發(fā)生微弱運動，顯示出水的抗磁性。②質(zhì)子自旋磁矩方向，逐漸轉(zhuǎn)到外磁場方向，表現(xiàn)出“核子順磁性”。質(zhì)子磁力儀(質(zhì)子自旋磁矩)(無外磁場)質(zhì)子磁力儀質(zhì)子磁力儀(有外磁場)質(zhì)子磁力儀(有外磁場，質(zhì)子旋進現(xiàn)象)質(zhì)子磁力儀質(zhì)子磁力儀(有外磁場)質(zhì)子磁力儀T(有外磁場，核子順磁性)質(zhì)子磁力儀T儀器原理T質(zhì)子磁力儀H儀器原理T質(zhì)子磁力儀T質(zhì)子磁力儀(T-1s-1)T質(zhì)子磁力儀(nT)質(zhì)子磁力儀，在線圈內(nèi)感應(yīng)電壓：希望大.圓頻率質(zhì)子磁力儀五、程序編寫與圖示結(jié)果例子：2）計算上延異常（Za、….)%Za向上延拓m=2米t=10;%每個點延拓采用的測點數(shù)nx=length(x);%X方向測點數(shù)dx=1;%X方向測點間距C0=(1/pi)*(atan((1/2)*m)-atan((-1/2)*m))五、程序編寫與圖示結(jié)果例子：fori=1:length(x)-t*2forj=1:t

C(j)=(1/pi)*(atan((j+1/2)*m)-atan((j-1/2)*m));

Z(j)=C(j)*(Za(i+t-j)+Za(i+j+t));end

Zmh(i)=C(j)*Za(i+t)+sum(Z);endx1=xmin+t*dx:dx:(xmin+(nx-1)*dx-t*dx);3）繪圖六、結(jié)果分析1、球體或水平圓柱體磁異常任一分量上延前后的變化特征2、球體或水平圓柱體磁異常任意兩個分量轉(zhuǎn)換前后的變化特征3、總結(jié)磁異常上延與分量轉(zhuǎn)換的作用4、對計算結(jié)果進行誤差分析，分析計算異常與理論異常誤差的主要來源七、實驗報告報告要有封面、要裝訂，同時要電子版報告內(nèi)容要包括實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗原理、計算程序代碼、實驗結(jié)果、結(jié)果分析或小結(jié)1、掌握簡單規(guī)則磁性體（如球體、水平圓柱體）正演磁場的計算方法；

2、認(rèn)識球體與水平圓柱體磁場的一般分布規(guī)律

3、分析影響磁性體磁場特征的因素（如磁性體幾何與物性參數(shù)、走向或計算剖面的選擇一、實驗?zāi)康亩?、實驗要求假設(shè)地磁場方向與磁性體磁化強度方向一致且均勻磁化的情況下：設(shè)地磁場T=50000nT，磁傾角I=60°，球體與水平圓柱體中心埋深R=30m，半徑r=10m，磁化率k=0.2（SI），計算（觀測）剖面磁化強度水平投影夾角A′=0°時，要求計算：1、正演計算球體的磁場（Za、Hax、Hay、ΔT），畫出對應(yīng)的平面等值線圖、曲面圖及主剖面異常圖；2、正演計算水平圓柱體的磁場（Za、Ha、ΔT），畫出主剖面異常結(jié)果圖；3、通過改變球體與水平圓柱體的幾何參數(shù)、磁化強度方向（I）、計算剖面的方位角(A′)，觀察主剖面磁場Za的變化，分析磁化方向與計算剖面對磁性體磁場的影響。

三、實驗原理球體的磁場計算公式水平圓柱體的磁場計算公式有效磁化強度與有效磁化傾角計算公式1、球體磁場計算公式：

式中m為球體總磁矩：2、水平圓柱體磁場計算公式：

式中ms為球體主剖面內(nèi)的有效磁矩：3、有效磁化強度Ms與有效磁化傾角is計算公式：四、程序編寫與圖示結(jié)果例子：1）先定義測區(qū)范圍%測點分布范圍dx=5;%X方向測點間距dy=5;%Y方向測點間距nx=81;%X方向測點數(shù)ny=81;%Y方向測點數(shù)xmin=-200;%X方向起點ymin=-200;%Y方向起點x=xmin:dx:(xmin+(nx-1)*dx);%X方向范圍y=ymin:dy:(ymin+(ny-1)*dy);%Y方向范圍[X,Y]=meshgrid(x,y);%轉(zhuǎn)化為排列四、程序編寫與圖示結(jié)果例子：2）定義磁性體參數(shù)%球體參數(shù)i=pi/4;%有效磁化傾角isa=pi/2;%剖面磁方位角r=20;%球體半徑mv=4*pi*R1^3u=4*pi*10^(-7);%磁導(dǎo)率M=0.7%磁化強度A/mm=M*v;%磁矩R=30;%球體埋深m四、程序編寫與圖示結(jié)果例子：3）計算磁異常（Za、….)%球體Za理論磁異常Za=(u*m1*((2*R.^2-(X-50).^2-Y.^2)*sin(i)-3*R*(X-50).*cos(i)*cos(a)-3*R*Y.*cos(i)*sin(a)))./(4*pi*((X-50).^2+Y.^2+R.^2).^(5/2));四、程序編寫與圖示結(jié)果例子：4）計算磁異常（Za、….)hax=(u*m*((2*x.^2-y.^2-h.^2)*cos(I)*cos(a)-3*h*x.*sin(I)+3*x.*y.*cos(I)*sin(a)))./(4*pi*(x.^2+y.^2+h.^2).^(5/2));hay=(u*m*((2*y.^2-x.^2-h.^2)*cos(I)*sin(a)-3*h*y.*sin(I)+3*x.*y.*cos(I)*cos(a)))./(4*pi*(x.^2+y.^2+h.^2).^(5/2));za=(u*m*((2*h.^2-x.^2-y.^2)*sin(I)-3*h*x.*cos(I)*cos(a)-3*h*y*cos(I)*sin(a)))./(4*pi*(x.^2+y.^2+h.^2).^(5/2));dt=hax.*cos(I)*cos(a)+hay.*cos(I)*sin(a)+za.*sin(I);%總磁場強度異常四、程序編寫與圖示結(jié)果例子：5）繪圖四、結(jié)果分析1、球體磁場的一般分布規(guī)律（平面與剖面）2、水平圓柱體磁場的一般分布規(guī)律（主剖面）3、磁化強度與計算剖面對磁場特征的影響五、實驗報告報告要有封面、要裝訂，同時要電子版報告內(nèi)容要包括實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗原理、計算程序代碼、實驗結(jié)果、結(jié)果分析或小結(jié)附圖1：球體磁場Za

和ΔT特征磁化傾角I=9O°(垂直磁化)磁化傾角I=O°(水平磁化)附圖2：球體磁場ΔT特征附圖3：球體磁場Za

特征磁化傾角I=O°(水平磁化)主剖面磁場Za曲線特征？磁化傾角I=45°(傾斜磁化)附圖4：球體磁場Za

和ΔT特征ZaΔT1、加深對磁性體磁異常在空間域處理轉(zhuǎn)換原理與作用的認(rèn)識

2、用Matlab語言編程實現(xiàn)球體或水平圓柱體磁異常(包括Za、Ha、Δt)的向上延拓和分量轉(zhuǎn)換。一、實驗?zāi)康亩?、實驗?nèi)容利用兩個大小與埋深不同的球體或水平圓柱體產(chǎn)生的磁異常（ΔT、Za、Ha），進行上延計算；利用單個球體或水平圓柱體產(chǎn)生的磁異常（ΔT、Za、Ha），進行分量轉(zhuǎn)換分析磁異常上延計算與分量轉(zhuǎn)換的作用對計算結(jié)果進行誤差分析，分析計算異常與理論異常誤差的主要來源數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模型（球體或水平圓柱體）示意圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備設(shè)在地下有兩個磁性體，一個淺而小（半徑r=5m，埋深R=25m），一個深而大（半徑r=50m，埋深R=100m），有效磁化強度Ms=0.2A/m,is=90°情況下，正演其磁異常（ΔT、Za、Ha）。三、實驗要求一、上延計算利用兩個球體或水平圓柱體的正演疊加磁異常（Za、Ha或△T）進行上延計算，畫出ΔT、Za、Ha各分量向上延拓5m、10m的異常圖；比較上延前后各磁異常分量曲線的不同及不同地質(zhì)體的上延后效果的不同，分析上延計算的作用。對計算結(jié)果進行誤差分析，分析計算異常與理論異常誤差的主要來源三、實驗要求二、分量轉(zhuǎn)換利用單個球體或水平圓柱體的正演磁異常（Za、Ha）進行分量轉(zhuǎn)換，畫出Za、Ha分量轉(zhuǎn)換圖；比較分量轉(zhuǎn)換前后磁異常曲線形態(tài)，分析分量轉(zhuǎn)換的作用。對計算結(jié)果進行誤差分析，分析計算異常與理論異常誤差的主要來源四、實驗原理1、空間域向上延拓：換算平面位于實測平面之上。主要用途是削弱局部異常干擾，反映深部異常。設(shè)坐標(biāo)原點位于計算點下方實測剖面上，延拓高度為一個點距h，則原點的向上延拓公式：四、實驗原理

剖面向上延拓計算原理

剖面向上延拓計算原理

經(jīng)過復(fù)雜的求解：剖面向上延拓計算原理

：為延拓高度剖面向上延拓計算原理

為之間某值（中值定理）～剖面向上延拓計算原理

怎么選擇？剖面向上延拓計算原理(1).～等間距劃分

剖面向上延拓計算原理(1).～等間距劃分

剖面向上延拓計算原理(1).～

等間距劃分

剖面向上延拓計算原理(1).～

等間距劃分

剖面向上延拓計算原理(2)不等間距劃分

怎么選擇？剖面向上延拓計算原理(2)不等間距劃分

怎么選擇？剖面向上延拓計算原理(2)不等間距劃分?。浩拭嫦蛏涎油赜嬎阍砣。簞t：

剖面向上延拓計算原理取：則：

P剖面向上延拓計算原理?。簞t：

P量板法(等權(quán))剖面向上延拓計算原理量板法怎么提高精度？

P剖面向上延拓計算原理四、實驗原理2、原點處的磁異常的分量換算公式：Za

Ha：Ha

Za：磁異常分量換算原理經(jīng)過求解：拉普拉斯方程的諾伊曼問題（p166)：互算：得：得：互算：得：互算：互算：得：在原平面上換算時,z=0,又設(shè)在坐標(biāo)原點為計算點，則x=0：互算：將積分區(qū)間分成5個部分：互算：在小積分區(qū)間內(nèi)線性變化：互算：在小積分區(qū)間內(nèi)線性變化：互算：在小積分區(qū)間內(nèi)線性變化：互算：在小積分區(qū)間內(nèi)線性變化：互算：在積分區(qū)間分成一系列等間隔的小區(qū)間：互算：在積分區(qū)間分成一系列等間隔的小區(qū)間：在每個小區(qū)間內(nèi)，磁異常近似線性變化。利用積分中值定理：互算：在積分區(qū)間分成一系列等間隔的小區(qū)間：在每個小區(qū)間內(nèi)，磁異常近似線性變化。利用積分中值定理：互算：在積分區(qū)間沒有值，對于二維磁異常，設(shè)按照距離平方反比衰減：互算：在積分區(qū)間沒有值，對于二維磁異常，設(shè)按照距離平方反比衰減：互算：其中：互算：此外，可得：五、程序編寫與圖示結(jié)果例子：1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備定義球體或水平圓柱體的參數(shù)r=10;%淺水平圓柱體截面半徑，單位：mr0=30;%深水平圓柱體截面半徑，單位：mR=20;%淺水平圓柱體柱軸的埋深,單位：mR0=50;%深水平圓柱體柱軸的埋深,單位：m正演計算兩個（單個）球體或兩個（單個）水平圓柱體的磁異常（Za、Ha、△T

）五、程序編寫與圖示結(jié)果例子：2）計算上延異常（Za、….)%Za向上延拓m=2米t=10;%每個點延拓采用的測點數(shù)nx=length(x);%X方向測點數(shù)dx=1;%X方向測點間距C0=(1/pi)*(atan((1/2)*m)-atan((-1/2)*m))五、程序編寫與圖示結(jié)果例子：fori=1:length(x)-t*2forj=1:t

C(j)=(1/pi)*(atan((j+1/2)*m)-atan((j-1/2)*m));

Z(j)=C(j)*(Za(i+t-j)+Za(i+j+t));end

Zmh(i)=C(j)*Za(i+t)+sum(Z);endx1=xmin+t*dx:dx:(xmin+(nx-1)*dx-t*dx);3）繪圖六、結(jié)果分析1、球體或水平圓柱體磁異常任一分量上延前后的變化特征2、球體或水平圓柱體磁異常任意兩個分量轉(zhuǎn)換前后的變化特征3、總結(jié)磁異常上延與分量轉(zhuǎn)換的作用4、對計算結(jié)果進行誤差分析，分析計算異常與理論異常誤差的