地 磁 学

第一章 地磁场的构成前言： 我们生活的地球是一个巨大的磁性体，它在周

围的空间产生磁场，这个磁场称为地磁场。 1. 来源：

核幔边界与地核－－地核场（起源）地壳与部分上地幔－－地壳场（勘探）高空，电离层，磁层－－外磁场（变化）

2. 地磁要素：

T ， I ， D ，Z ， H （ X ， Y ）

图 1 地磁要素

（正北） （磁子午线）

（正东）

Z

0

x

y

H

T

D

I

为了描述地磁场，将地面上任一点的地磁场总强度在一确定直角坐标系下分解开，其中每一描述该点磁场特征的量都称为一个地磁要素。

T 为该点地磁场总强度。直角坐标轴 x 指向地理正北，Y 轴指向东， z 轴垂直向下。T 在三个坐标轴上的投影分别为北向分量 X 、东向分量Y 和垂直分量 Z ； T 在 xoy水平面内的投影称为水平分量 H ，它指向磁北方向； T与 H 间的夹角称为磁斜角 I ，T 与 X 间的夹角称为磁偏斜角 D 。

• 世界地磁图基本上反映了来自地球核部场源的各地磁要素随地理分布的基本特征。下图为 1980 年的地磁场水平强度 H 等值线图 ( 单位为 nT) 。从图中可以看出，水平分量等值线大致是沿纬度线排列的曲线族， H 值由赤道向两极逐渐减小至零。

• 从 1980 年地磁场垂直强度 Z 等值线图 ( 单位为 nT) 可以看出， Z 等值线也是大致沿纬度方向排列的曲线，不过， Z 的绝对值在赤道处最小，向两极逐渐增大。在磁赤道以北 Z>0 ，表示垂直分量向下，在磁赤道以南 Z<0 ，表示垂直分量指向上。

一、地磁场解析表达式： 1. 球外一点场

' ' 2

1 0

( cos sin ) (cos )( )m m m nn n n

n m

Rp m q m P

r

ｘｙ＝ｚ

2. 各项物理含义： n=1 偶极场，主磁场，占 9/10 ，或称均匀球化磁体场； n=2 双偶极体； n=3 第 3 级多偶极体。

图 2 地心磁偶极子的磁场

地球北极

北地磁极

地磁轴转动轴

N

S N

S

图 3 非偶极磁场等值线图

二、地磁场的基本分布特征

1. 地球有两磁极（靠近地理两极）；2. 在两极处， I 最大， Z 最大， H=0 ；3. 在赤道处， I 最小， Z 趋向于 0 ， H 最大；4. H 指向磁北， Z 北半球向下，南半球向上；5. 磁轴与地球旋转轴不重合，夹角约为 11 ． 50 。 ；6. 地球磁场类似于一磁偏极子或均匀磁化球体的磁场。

• 地磁场很弱，最大地表磁场强度约为 6x10-5T 。– 而一个 2cm 长的标定磁针的磁场强度就可达到 0 ． 1

T 。– 地磁学中习惯使用一个更小的单位——纳特 (nT) ，过

去也称做伽玛 (γ) 。• 1γ=lnT=10-9T=10-5G • • 地磁现象涉及到的磁场强度范围可以超过 7 个数

量级：地面主磁场的强度是 105nT 量级，强的局部磁异常可达 106nT ，地磁场平静太阳日变化约为 102nT ，扰动变化有时可达 103nT ，地磁脉动的强度—般约为 10-2-101nT 。

• 垂直强度 Z ，由南到北从 -0.1×10-4T 增加至 0.56×10-4T 。

• 水平强度 H ，由南到北从 0.4×10-4T 减小至 0.2l×l0-4T 。磁倾角 I ，由南到北从 -100 增加至 +700 。

• 磁偏角 D 的零偏线约从新疆与西藏交界处向东南方向延伸，穿过青海，并在兰州与成都之西折向西南方向，再穿过四川、贵州与云南，然后延伸至越南。零偏线以东， D 由 00 变化至 110( 西 ) ，零偏线以西， D 由 00 变化至 50 ( 东 ) 。

中国地磁图中各地磁要素的分布特点：

三、地磁场随时间变化

1. 长期变化（内因为主）

2. 短期变化

变化规律：磁矩变小，磁极西向飘移

太阳日变化平静变化 太阴日变化

年变化

磁暴不规则变化

干扰变化湾形变化，沟形变化短周期变化

图５　印度地区地磁场强度的长期变化

图４　地磁场方向随时间的变化

三、地磁场构成

( ( 94 )T Is e TH H H H 总磁场） 内源场, % (外源场，6%)+ (变化场）　

0H

wH

AH

RH

'aH

qH

dH（偶极场） （大陆极场） （异常磁场）

（区域场） （局部场）

长期变化 短期变化

（平静变化） （干扰变化）

第二章　岩石磁性

磁化率ｋ（标量，张量） 各项异性磁组构岩石矿物组成及改造

剩余磁化强度：岩石在形成时受当时地磁场磁化而保留下来的磁化强度。

x

r y

z

J

J J

J

古地磁

地磁场 + 岩石磁性磁法勘探

第三章 地磁场与深部构造

一、区域地磁场的分析与获得

问题： 1. 如何得到区域异常？ 2. 由区域场如何反演深部构造？

（ 1 ）球谐分析 n<8 地核； n=8—13 地幔； n>13 地壳

（ 2 ）局部性的地磁场格型

1 ）多项式拟合法2 ）球冠谐和分析（ SCHA ）3 ）通过航磁，海磁与地磁，或者通过卫星磁异常

进行数据处理

二、区域地磁场的成因

1. 地壳 结晶基底：大陆（花岗岩，片麻岩），大洋（玄

武岩类）

① 地壳上部磁源引起（固结）② 居里面相关 居里面：岩石圈中铁磁性矿物因温度达到居里点温度失去磁性而变成顺

磁性的一个等温面

③ 横向不均匀性

２．上地幔：

　途径：　①通过地幔岩成分及所处物理条件计算得到；　②直接测定标本（幔岩包裹体）。

三、磁性层底界面机制

１．影响居里面深度变化因素：

　①低温梯度；

　　②钛铁磁铁矿含量；

　

　③居里温度随流体静压力变化；

　

　　④饱和磁化强度随深度变化。 　

　

２．莫氏面可作为一个磁性界面

① 壳幔岩石磁学研究

② 大范围磁测资料及卫星磁异常证明

第四章　岩石的磁组构分析及其应用

一、岩石磁组构内容1. 岩石磁组构：利用岩石磁化率的各项异性研究岩石组构。

2. 岩组学：利用岩石组构推测它们在形成时环境和经历的过程的专门学科。

3. 内容：磁性颗粒或晶格定向排列或其他有规律的组合磁化率各项异性

4. 应用：

二、岩石磁各项异性与磁组构表示方法

（一）岩石磁各项异性成因类型

1. 矿物结晶磁各项异性2. 形状磁各项异性3. 结构磁各项异性

（二）磁化率各项异性的数学描述

k

1. 磁化率张量

J kH

2. 磁化率张量与主磁化率

3. 方向磁化率

定义：反映磁化强度在外磁场方向上投影与外磁场强度的比值成为外磁场方向的方向磁化率。

4. 磁化率椭球和数量椭球

椭球方程22 231 2

2 2 21 2 3

1(1/ ) (1/ ) (1/ )

xx x

k k k

（三）表示磁组构图件参数

① 平均磁化率 ② 磁化率各项异性度 ③ 磁面理 ④ 磁线理 ⑤磁化率椭圆扁率

1.参数

2. 图件

①P频谱图② 磁组构弗林图解③椭圆形状④ 磁化率张量主方向赤平投影图

三、应用：

（一）沉积岩（二）侵入岩（三）磁化率椭球作为应力作用显示器（四）韧性剪切带分析