[科普中国]-磁力勘探

起源

磁力勘探是应用最早的地球物理方法。早在两千多年前，我们的祖先就知道并利用了天然磁石的吸铁性和指极性。

中国古代四大发明之一的指南针传入欧洲后，1640年瑞典人首次尝试使用罗盘寻找磁铁矿，开辟了利用磁场变化来寻找矿产的新途径。直到1870年，瑞典人泰朗（thalen）和铁贝尔（Tiberg）制造了万能磁力仪后，磁力勘探才作为一种地球物理方法建立和发展起来。1

发展1915 年德国人施密特( Schmidt) 制成刃口式磁秤，大大提高了磁测精度，使磁法不仅在寻找铁矿中起作用， 同时还用来寻找其他矿产，并在圈定磁性岩体，研究地质构造以及寻找油田、盐丘中也得到应用。

1936 年苏联人阿· 阿· 罗加乔夫( A. A. Логачев) 试制成功感应式航空磁力仪，大大提高了磁测速度和磁测范围， 使磁法工作进入了一个新的阶段。

20 世纪50 年代末和60 年代初，苏联、美国又相继把质子旋进式磁力仪移装于船上，开展了海洋磁测。在海洋磁测和古地磁研究成果支持下，复活了大陆漂移学说，发展了海底扩张和板块构造学说，从而推动了地学理论的大变革和大发展。

随着现代科学技术的发展，磁力勘探仪器已从机械式， 发展到电子式。由于采用了近代物理学的质子旋进、磁通门、光泵与超导等原理，磁力仪精度提高了几个数量级。随着数字计算机的广泛应用，数据整理、观测结果的处理和解释，资料的存储、成果的图示等均产生了较大的变化。

由于仪器精度的提高，方法的不断改进和更新，解释理论的不断发展和完善，磁力勘探的工作领域将更加广阔。2

原理组成地壳的岩石有着不同的磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化形成磁异常。由于地球本身就是个大磁体，所以对磁力的预测值应进行校正，求出只与岩石矿物磁性有关的磁力异常。一般铁磁性矿物含量愈高，磁性愈强。在油气田区，由于烃类向地面渗漏而形成还原环境，可把岩石或土壤中的氧化铁还原成磁铁矿，用高精度的磁力仪可以测出这种磁异常，从而与其它勘探手段配合，发现油气田。

根据对各种岩石的测定，火成岩、变质岩磁性比较大，而沉积岩一般几乎没有磁性。因而通过测量磁力值的变化，就可以大致确定火成岩或变质岩离地面的深浅。磁力勘探所用的仪器就是磁力仪，它的灵敏度很高，只要约有相当于普通小块吸铁石的千分之一到万分之一的磁性，就能被测量出来。飞机携带的航空磁力仪，可在不同高度的飞行中测量地面磁力值的变化，大大提高了工作效率。2

分类根据工作环境而言，磁力勘探可分为航空磁测、地面磁测、海洋磁测和井中磁测四类。

1、航空磁测是第二次世界大战后发展起来的方法，它不受水域、森林、沙漠等自然条件的限制，测量速度快、效率高，已广泛应用于区域地质调查，储油气构造和含煤构造勘查，成矿远景预测，以及寻找大型磁铁矿床等方面；

2、地面磁测应用最早也最广泛，它是在航空磁测资料的基础上做更详细的磁测工作，用以判断引起磁异常的地质原因及磁性体的赋存形态。在地质调查的各个阶段都有广泛的应用；

3、海洋磁测是在质子旋进式磁力仪问世后才发展起来的，它是综合性海洋地质调查的组成部分。此外它还用于寻找滨海砂矿，以及为海底工程（寻找沉船、敷设电缆、管道等）服务；

4、井中磁测是地面磁测向地下的延伸，主要用于划分磁性岩层，寻找盲矿等，其资料对地面磁测起印证和补充作用。1

任务磁力勘探的主要任务是：根据测得的磁异常来判断确定引起该磁异常的磁性体的几何参数( 位置、形状、大小、产状) 及磁性参数( 磁化强度大小、方向) 。

要完成磁力勘探解释推断的全部解释任务，仅仅依靠数学计算是不够的，还必须掌握可靠的地质、物性及其他物化探资料，进行综合分析及解释，才能得出比较符合客观实际的地质结论，为查明地下矿产资源或其他探测目标体提供依据。2

工作方法磁力勘探工作通常包括以下四个阶段。

1、 设计阶段。接受任务后，首先要收集有关工区的地质，地球物理等资料，并组织现场踏勘，编写本区磁测工作的设计书，经批准后施工；

2、施工阶段。包括仪器设备的性能检查，测区测网的敷设、基点及基点网的建立、观测磁异常、物性标本采集和测定，质量检查、室内整理计算及绘制各种野外成果图件；

3、数据处理阶段。根据所获得的磁测资料及地质任务，提出相应数据处理方案，并进行处理和正反演计算，为磁测异常的分析解释提供资料；

4、解释分析和提交成果报告阶段。进行定性、定量与综合解释，并按设计要求编写成果报告。3

特点磁力勘探是发展最早、应用广泛的一种地球物理勘探方法。实践表明它具有如下特点：

1、轻便易行、效率高、成本低， 在许多情况下效果良好；

2、工作领域广、不受地域限制， 可广泛应用于空中、海洋、地面与钻井中。已形成专门的卫星磁测、航空磁测、地面磁测与井中磁测等工作系列，可以提供全球磁异常信息；

3、岩石原生剩余磁化强度矢量与成岩时的地磁场有关，因而具有记录成岩时地磁场的功能，有人称之为古地磁场的记忆器。这是诸多物性参数中最为独特的一个，从而可以把现代磁性观测推测到地质年代中的古地磁状态， 成为将今论古的磁学证据；

4、应用范围广。磁力勘探成功地应用于直接寻找磁铁矿及其共生矿床；广泛地应用于固体矿产、石油天然气构造的普查和不同比例尺的地质填图及深部、区域、全球构造的研究；与其他物探方法配合应用于煤田火烧区探测、地热田远景预测、考古、探雷与探潜、核电及为大型水电建设提供基础稳定性评价资料。探索性地应用于水文工程地质学问题中的圈定裂隙与滑坡监测、油气藏标志的磁异常、磁性检测和金属矿成因的剩磁应用等。1

应用1、在区域和深部地质地球物理调查中的应用。

区域地质测量( 又称区域地质调查) 是一项具有战略意义的、综合性的基础地质工作，是地质工作的先行步骤。磁测是地质调查和找矿时的综合物探方法中的一种手段。因区测比例尺的不同， 对磁测任务的要求也不同。

1）1∶100 万的区域地质调查

小比例尺的区域地质调查工作， 主要在地质研究程度较低的地区进行。与此相应的磁测是同比例尺的航空磁测， 其主要任务是研究大地构造， 进行大地构造分区； 研究与地壳运动密切相关的巨大断裂； 获取区域地质矿产的初步资料， 研究燃料和金属矿产总的分布规律， 其中主要是燃料矿产。小比例尺磁场图能清晰反映地台区、地槽区， 洋底、结晶基底的深坳陷区或其出露区的磁场特征， 可以用来推断测区的大区域地质构造。

2）1∶20 万区域地质调查

在中比例尺区域地质调查中， 航磁工作的任务应以地质填图、研究构造和划分成矿带为重点。例如， 根据磁异常圈定侵入岩、喷出岩以及沉积岩和变质岩， 确定接触带、断裂带、破碎带， 编制基岩地质图和基底构造岩相图等。进而根据控矿因素与局部异常的关系， 划分出成矿远景区。

3）1∶5 万的区域地质调查

大比例尺的区域地质调查， 一般只在有区域成矿远景的地区进行， 主要是深入研究区域成矿规律， 预测各类矿床的分布。

2、划分不同岩性区和圈定岩体

由于磁异常是由不同地质体间的磁性差异引起的， 所以某种地质体的异常特征， 与地质体的空间分布、形状、产状及磁性直接相关。理论和实践表明: ①磁异常的位置和轮廓可以大致反映地质体的位置和轮廓； ②磁异常的轴向， 一般能反映地质体的走向； ③在地质体出露和埋深较小的情况下， 其磁不均匀性常会使异常发生起伏变化； ④磁异常的强度和分布范围会随埋深而变化。除以上几点外， 在圈定岩体和划分岩性区时， 还应注意不同岩石的地质分布特点， 岩石磁性的变化规律及其相应的磁场特点， 磁性体的磁化特点等。2

3、推断断裂、破碎带及褶皱

用磁法能圈定断裂带、破碎带， 是因为断裂的产生或者改变了岩石的磁性， 或者改变了地层的产状， 或者沿断裂带伴有后期或同期岩浆活动， 或者沿断裂两侧具有不同的构造特点。

4、研究深部地质构造

已有系列方法利用区域磁测资料对区域构造( 构造分区、构造格架、基底隆凹分布、断裂分布等) 、磁性岩体分布、岩层填图等作出解释推断， 并给出相应的推断图。

5、成矿区的圈定和划分

成矿区的圈定和划分， 是一项地质、地球物理资料相结合而进行的一种综合性研究工作。利用磁测资料时， 主要应考虑两方面的条件， 一是成矿和控矿条件； 二是矿与围岩的磁性差异。即要综合考虑地质和地球物理的可能性。4

6、在石油、天然气勘查中的应用

磁力勘探是以测量磁场的微小变化为基础的。磁性岩石的分布发生任何变化都会引起磁场的相应变化。大多数沉积岩几乎都是无磁性的， 而下伏火成岩和基岩通常是弱磁性的。根据磁测资料确定了基岩的深度， 也就确定了沉积物的厚度。因基底面起伏能在上覆沉积岩中产生有利于油气聚集的构造起伏， 确定基岩的起伏能为油气勘查提供有用资料。

很长一段时间， 不同比例尺( 主要是1∶50 万、1∶20 万) 的磁测在石油物探中的作用主要限于圈定沉积盆地、研究区域地质构造特征和根据二级构造异常确定油气远景区等方面。随着高精度航空磁测工作的开展， 构造航磁不仅在查明区域地质构造方面， 就是在寻找局部沉积构造和油气田方面也能起到重要作用。许多航磁局部异常已被后来的勘探工作证实为工业油气田， 一些已被开发的油田上也有磁异常反映。5

航磁发现的不少局部异常为进一步布置地震勘探工作提供了重要依据。目前， 磁测在油气构造普查中的作用， 至少表现在以下几个方面：

1）能以相对少的投资， 在较短时间内提供大面积反映区域与局部构造信息的磁场资料；

2）可以比较详细地确定进一步投入比较昂贵的物探方法的工作地段；

3）预测油气远景构造。2

7、在固体矿产勘查中的应用

磁测在固体矿产勘查中的作用主要是直接找矿和间接找矿两方面。

磁测是作为找磁铁矿床的方法而产生并长期发展的。随着磁测精度的提高和基本理论的发展， 磁测不仅能发现磁铁矿床， 而且可能解决勘探方面的问题: 确定矿体的深度、产状要素、磁化强度和估算磁铁矿石的储量。在这方面我国已有多个成功实例。

在间接找矿中， 主要是用磁测查找在空间上或成因上与成矿有关的地层、构造、岩浆岩、蚀变岩石、矿化带等控矿因素。此外， 利用所寻找矿种与磁性矿物的共生关系找矿，也属于间接找矿。目前磁力勘探的间接找矿作用， 发挥的作用还很不够。

磁测寻找磁铁矿床的效果举世公认， 最为明显。在寻找其他类型铁矿， 以及铜、铅、锌、镍、铬、钼、铝土矿、金刚石、石棉、硼等各种金属与非金属矿床上， 虽然大都属于间接找矿， 但也起到重要作用， 富有成效。

8、工程地质和水文地质研究

磁测工作在解决工程地质和水文地质问题方面， 尚处于试验研究阶段。主要应用于研究滑坡地段与发现喀斯特地带、裂隙地带。

9、其他方面的应用

1）在煤田火烧区上的应用

在许多煤盆地中， 在燃烧过的煤层上方有强磁异常。这是由于煤层中的氧化铁和氢氧化铁受高温作用变成磁铁矿的缘故。

2）在地热调查中的应用

利用磁力勘探可以勾画出地热区的坳陷和基底构造， 寻找控制地下热水资源的构造， 如断层和火成岩体等。火成岩在正常情况下有一定磁性， 在热水活动范围内因热蚀变作用而使磁性降低， 这有利于利用磁测圈定热蚀变带。故不同地质成因的地热， 调查可得到不同磁异常特征。

3）在考古工作中的应用

随着高精度磁测工作的发展， 磁力勘探已成为探查古遗存空间分布的主要地球物理方法之一。由于古地磁学的发展， 使磁性地层学成为确定古遗存、古人类化石时代的重要手段。随着第四纪沉积物磁性特征深入研究， 又为环境考古提供了新途径。

10、在特殊领域中的应用

1）寻找隐伏爆炸物和为公安侦破工作提供线索；

2）潜艇探测

利用低空航磁可以发现海中潜艇， 潜艇虽经消磁但还有一定强度的磁异常可以观测到。为了识别潜艇， 需要在监测的海域做高精度正常磁场背景的系统测量， 以便能与测量磁场实时对比来发现异常。

除上列应用外， 磁力勘探在核电站选址与地震区划的基础地质研究， 航磁与航空伽马综合测量研究区域放射性背景与岩性关系； 对人文废弃物( 如垃圾掩埋场、废矿堆、废矿井) 、水中沉船与管道等探测均有较好效果。2

磁力勘探的发展趋势21 世纪人类面临资源( 能源) 紧缺、生态环境恶化、人口膨胀等重大问题， 作为地球物理方法中发展最早且应用广泛的磁力勘探如何迎接这一挑战， 在解决这些重大问题中如何发挥作用是当前地球物理学家所关注的热点问题。磁力勘探结合学科发展的前景和我国经济与国防建设的需要， 对其发展趋势概述如下：

1、发展高精度多参量、多用途磁测仪器， 提高综合信息采集能力

1) 发展与应用磁通门、质子、光泵等梯度三分量( 全梯度) 磁力仪； 研制在特殊情况使用的测量探头间距小的梯度磁力仪； 研制超导磁力梯度仪， 以满足多方面的需要。

2) 研制高精度多分量( 包括矢量) 磁力仪， 用以研究复杂磁异常及场源目标体的性质与定位。

3) 研制高精度井中磁力仪， 以便发现并研究钻井周围空间中的弱磁性体。

4) 研制低空无人驾驶遥控遥测高精度航空磁力仪， 实现复杂地质地形条件下的快速大比例尺磁测工作。

5) 研制高灵敏度磁性测量仪， 以便在实验室和原位条件下， 以10 - 7 SI 单位的灵敏度研究岩石、矿石和土壤等弱磁性体的磁性。

2、研究高精度磁测方法技术， 拓宽磁测工作领域

1) 开展卫星磁测方法技术研究； 发展低空无人驾驶航磁测量技术； 研究大测区航磁、海磁高精度磁日变改正方法。

2) 发展车载、船载高精度磁测方法技术； 发展高精度微磁测， 研究磁场微结构。

3) 研究高精度井中三分量磁测方法； 改进地下工程中的高精度磁测方法。

可以预见， 随着科学技术的发展与磁力勘探广泛深入的应用， 磁力勘探从仪器、方法技术、解释理论与应用等各方面将全面提升到一个新水平， 必将在国民经济建设与国防建设中发挥更大作用。2