磁力勘探

磁力勘探是應用最早的地球物理方法。早在兩千多年前，我們的祖先就知道並利用了天然磁石的吸鐵性和指極性。

中國古代四大發明之一的指南針傳入歐洲後，1640年瑞典人首次嘗試使用羅盤尋找磁鐵礦，開闢了利用磁場變化來尋找礦產的新途徑。直到1870年，瑞典人泰朗（thalen）和鐵貝爾（Tiberg）製造了萬能磁力儀後，磁力勘探才作為一種地球物理方法建立和發展起來。 ^[1] 

1915 年德國人施密特( Schmidt) 製成刃口式磁秤，大大提高了磁測精度，使磁法不僅在尋找鐵礦中起作用， 同時還用來尋找其他礦產，並在圈定磁性巖體，研究地質構造以及尋找油田、鹽丘中也得到應用。

1936 年蘇聯人阿· 阿· 羅加喬夫( A. A. Логачев) 試製成功感應式航空磁力儀，大大提高了磁測速度和磁測範圍， 使磁法工作進入了一個新的階段。

20 世紀50 年代末和60 年代初，蘇聯、美國又相繼把質子旋進式磁力儀移裝於船上，開展了海洋磁測。在海洋磁測和古地磁研究成果支持下，復活了大陸漂移學説，發展了海底擴張和板塊構造學説，從而推動了地學理論的大變革和大發展。

隨着現代科學技術的發展，磁力勘探儀器已從機械式， 發展到電子式。由於採用了近代物理學的質子旋進、磁通門、光泵與超導等原理，磁力儀精度提高了幾個數量級。隨着數字計算機的廣泛應用，數據整理、觀測結果的處理和解釋，資料的存儲、成果的圖示等均產生了較大的變化。

由於儀器精度的提高，方法的不斷改進和更新，解釋理論的不斷髮展和完善，磁力勘探的工作領域將更加廣闊。 ^[2] 

組成地殼的岩石有着不同的磁性，可以產生各不相同的磁場，它使地球磁場在局部地區發生變化形成磁異常。由於地球本身就是個大磁體，所以對磁力的預測值應進行校正，求出只與岩石礦物磁性有關的磁力異常。一般鐵磁性礦物含量愈高，磁性愈強。在油氣田區，由於烴類向地面滲漏而形成還原環境，可把岩石或土壤中的氧化鐵還原成磁鐵礦，用高精度的磁力儀可以測出這種磁異常，從而與其它勘探手段配合，發現油氣田。

根據對各種岩石的測定，火成岩、變質岩磁性比較大，而沉積岩一般幾乎沒有磁性。因而通過測量磁力值的變化，就可以大致確定火成岩或變質岩離地面的深淺。磁力勘探所用的儀器就是磁力儀，它的靈敏度很高，只要約有相當於普通小塊吸鐵石的千分之一到萬分之一的磁性，就能被測量出來。飛機攜帶的航空磁力儀，可在不同高度的飛行中測量地面磁力值的變化，大大提高了工作效率。 ^[2] 

根據工作環境而言，磁力勘探可分為航空磁測、地面磁測、海洋磁測和井中磁測四類。

1、航空磁測是第二次世界大戰後發展起來的方法，它不受水域、森林、沙漠等自然條件的限制，測量速度快、效率高，已廣泛應用於區域地質調查，儲油氣構造和含煤構造勘查，成礦遠景預測，以及尋找大型磁鐵礦牀等方面；

2、地面磁測應用最早也最廣泛，它是在航空磁測資料的基礎上做更詳細的磁測工作，用以判斷引起磁異常的地質原因及磁性體的賦存形態。在地質調查的各個階段都有廣泛的應用；

3、海洋磁測是在質子旋進式磁力儀問世後才發展起來的，它是綜合性海洋地質調查的組成部分。此外它還用於尋找濱海砂礦，以及為海底工程（尋找沉船、敷設電纜、管道等）服務；

4、井中磁測是地面磁測向地下的延伸，主要用於劃分磁性岩層，尋找盲礦等，其資料對地面磁測起印證和補充作用。 ^[1] 

磁力勘探的主要任務是：根據測得的磁異常來判斷確定引起該磁異常的磁性體的幾何參數( 位置、形狀、大小、產狀) 及磁性參數( 磁化強度大小、方向) 。

要完成磁力勘探解釋推斷的全部解釋任務，僅僅依靠數學計算是不夠的，還必須掌握可靠的地質、物性及其他物化探資料，進行綜合分析及解釋，才能得出比較符合客觀實際的地質結論，為查明地下礦產資源或其他探測目標體提供依據。 ^[2] 

磁力勘探工作通常包括以下四個階段。

1、 設計階段。接受任務後，首先要收集有關工區的地質，地球物理等資料，並組織現場踏勘，編寫本區磁測工作的設計書，經批准後施工；

2、施工階段。包括儀器設備的性能檢查，測區測網的敷設、基點及基點網的建立、觀測磁異常、物性標本採集和測定，質量檢查、室內整理計算及繪製各種野外成果圖件；

3、數據處理階段。根據所獲得的磁測資料及地質任務，提出相應數據處理方案，並進行處理和正反演計算，為磁測異常的分析解釋提供資料；

4、解釋分析和提交成果報告階段。進行定性、定量與綜合解釋，並按設計要求編寫成果報告。 ^[3] 

磁力勘探是發展最早、應用廣泛的一種地球物理勘探方法。實踐表明它具有如下特點：

1、輕便易行、效率高、成本低， 在許多情況下效果良好；

2、工作領域廣、不受地域限制， 可廣泛應用於空中、海洋、地面與鑽井中。已形成專門的衞星磁測、航空磁測、地面磁測與井中磁測等工作系列，可以提供全球磁異常信息；

3、岩石原生剩餘磁化強度矢量與成巖時的地磁場有關，因而具有記錄成巖時地磁場的功能，有人稱之為古地磁場的記憶器。這是諸多物性參數中最為獨特的一個，從而可以把現代磁性觀測推測到地質年代中的古地磁狀態， 成為將今論古的磁學證據；

4、應用範圍廣。磁力勘探成功地應用於直接尋找磁鐵礦及其共生礦牀；廣泛地應用於固體礦產、石油天然氣構造的普查和不同比例尺的地質填圖及深部、區域、全球構造的研究；與其他物探方法配合應用於煤田火燒區探測、地熱田遠景預測、考古、探雷與探潛、核電及為大型水電建設提供基礎穩定性評價資料。探索性地應用於水文工程地質學問題中的圈定裂隙與滑坡監測、油氣藏標誌的磁異常、磁性檢測和金屬礦成因的剩磁應用等。 ^[1] 

區域地質測量( 又稱區域地質調查) 是一項具有戰略意義的、綜合性的基礎地質工作，是地質工作的先行步驟。磁測是地質調查和找礦時的綜合物探方法中的一種手段。因區測比例尺的不同， 對磁測任務的要求也不同。

1）1∶100 萬的區域地質調查

小比例尺的區域地質調查工作， 主要在地質研究程度較低的地區進行。與此相應的磁測是同比例尺的航空磁測， 其主要任務是研究大地構造， 進行大地構造分區； 研究與地殼運動密切相關的巨大斷裂； 獲取區域地質礦產的初步資料， 研究燃料和金屬礦產總的分佈規律， 其中主要是燃料礦產。小比例尺磁場圖能清晰反映地台區、地槽區， 洋底、結晶基底的深坳陷區或其出露區的磁場特徵， 可以用來推斷測區的大區域地質構造。

2）1∶20 萬區域地質調查

在中比例尺區域地質調查中， 航磁工作的任務應以地質填圖、研究構造和劃分成礦帶為重點。例如， 根據磁異常圈定侵入岩、噴出巖以及沉積岩和變質岩， 確定接觸帶、斷裂帶、破碎帶， 編制基岩地質圖和基底構造巖相圖等。進而根據控礦因素與局部異常的關係， 劃分出成礦遠景區。

3）1∶5 萬的區域地質調查

大比例尺的區域地質調查， 一般只在有區域成礦遠景的地區進行， 主要是深入研究區域成礦規律， 預測各類礦牀的分佈。

由於磁異常是由不同地質體間的磁性差異引起的， 所以某種地質體的異常特徵， 與地質體的空間分佈、形狀、產狀及磁性直接相關。理論和實踐表明: ①磁異常的位置和輪廓可以大致反映地質體的位置和輪廓； ②磁異常的軸向， 一般能反映地質體的走向； ③在地質體出露和埋深較小的情況下， 其磁不均勻性常會使異常發生起伏變化； ④磁異常的強度和分佈範圍會隨埋深而變化。除以上幾點外， 在圈定巖體和劃分巖性區時， 還應注意不同岩石的地質分佈特點， 岩石磁性的變化規律及其相應的磁場特點， 磁性體的磁化特點等。 ^[2] 

用磁法能圈定斷裂帶、破碎帶， 是因為斷裂的產生或者改變了岩石的磁性， 或者改變了地層的產狀， 或者沿斷裂帶伴有後期或同期岩漿活動， 或者沿斷裂兩側具有不同的構造特點。

已有系列方法利用區域磁測資料對區域構造( 構造分區、構造格架、基底隆凹分佈、斷裂分佈等) 、磁性巖體分佈、岩層填圖等作出解釋推斷， 並給出相應的推斷圖。

成礦區的圈定和劃分， 是一項地質、地球物理資料相結合而進行的一種綜合性研究工作。利用磁測資料時， 主要應考慮兩方面的條件， 一是成礦和控礦條件； 二是礦與圍巖的磁性差異。即要綜合考慮地質和地球物理的可能性。 ^[4] 

磁力勘探是以測量磁場的微小變化為基礎的。磁性岩石的分佈發生任何變化都會引起磁場的相應變化。大多數沉積岩幾乎都是無磁性的， 而下伏火成岩和基岩通常是弱磁性的。根據磁測資料確定了基岩的深度， 也就確定了沉積物的厚度。因基底面起伏能在上覆沉積岩中產生有利於油氣聚集的構造起伏， 確定基岩的起伏能為油氣勘查提供有用資料。

很長一段時間， 不同比例尺( 主要是1∶50 萬、1∶20 萬) 的磁測在石油物探中的作用主要限於圈定沉積盆地、研究區域地質構造特徵和根據二級構造異常確定油氣遠景區等方面。隨着高精度航空磁測工作的開展， 構造航磁不僅在查明區域地質構造方面， 就是在尋找局部沉積構造和油氣田方面也能起到重要作用。許多航磁局部異常已被後來的勘探工作證實為工業油氣田， 一些已被開發的油田上也有磁異常反映。 ^[5] 

航磁發現的不少局部異常為進一步佈置地震勘探工作提供了重要依據。目前， 磁測在油氣構造普查中的作用， 至少表現在以下幾個方面：

1）能以相對少的投資， 在較短時間內提供大面積反映區域與局部構造信息的磁場資料；

2）可以比較詳細地確定進一步投入比較昂貴的物探方法的工作地段；

3）預測油氣遠景構造。 ^[2] 

磁測在固體礦產勘查中的作用主要是直接找礦和間接找礦兩方面。

磁測是作為找磁鐵礦牀的方法而產生並長期發展的。隨着磁測精度的提高和基本理論的發展， 磁測不僅能發現磁鐵礦牀， 而且可能解決勘探方面的問題: 確定礦體的深度、產狀要素、磁化強度和估算磁鐵礦石的儲量。在這方面我國已有多個成功實例。

在間接找礦中， 主要是用磁測查找在空間上或成因上與成礦有關的地層、構造、岩漿岩、蝕變岩石、礦化帶等控礦因素。此外， 利用所尋找礦種與磁性礦物的共生關係找礦，也屬於間接找礦。目前磁力勘探的間接找礦作用， 發揮的作用還很不夠。

磁測尋找磁鐵礦牀的效果舉世公認， 最為明顯。在尋找其他類型鐵礦， 以及銅、鉛、鋅、鎳、鉻、鉬、鋁土礦、金剛石、石棉、硼等各種金屬與非金屬礦牀上， 雖然大都屬於間接找礦， 但也起到重要作用， 富有成效。

磁測工作在解決工程地質和水文地質問題方面， 尚處於試驗研究階段。主要應用於研究滑坡地段與發現喀斯特地帶、裂隙地帶。

1）在煤田火燒區上的應用

在許多煤盆地中， 在燃燒過的煤層上方有強磁異常。這是由於煤層中的氧化鐵和氫氧化鐵受高温作用變成磁鐵礦的緣故。

2）在地熱調查中的應用

利用磁力勘探可以勾畫出地熱區的坳陷和基底構造， 尋找控制地下熱水資源的構造， 如斷層和火成岩體等。火成岩在正常情況下有一定磁性， 在熱水活動範圍內因熱蝕變作用而使磁性降低， 這有利於利用磁測圈定熱蝕變帶。故不同地質成因的地熱， 調查可得到不同磁異常特徵。

3）在考古工作中的應用

隨着高精度磁測工作的發展， 磁力勘探已成為探查古遺存空間分佈的主要地球物理方法之一。由於古地磁學的發展， 使磁性地層學成為確定古遺存、古人類化石時代的重要手段。隨着第四紀沉積物磁性特徵深入研究， 又為環境考古提供了新途徑。

1）尋找隱伏爆炸物和為公安偵破工作提供線索；

2）潛艇探測

利用低空航磁可以發現海中潛艇， 潛艇雖經消磁但還有一定強度的磁異常可以觀測到。為了識別潛艇， 需要在監測的海域做高精度正常磁場背景的系統測量， 以便能與測量磁場實時對比來發現異常。

除上列應用外， 磁力勘探在核電站選址與地震區劃的基礎地質研究， 航磁與航空伽馬綜合測量研究區域放射性背景與巖性關係； 對人文廢棄物( 如垃圾掩埋場、廢礦堆、廢礦井) 、水中沉船與管道等探測均有較好效果。 ^[2] 

21 世紀人類面臨資源( 能源) 緊缺、生態環境惡化、人口膨脹等重大問題， 作為地球物理方法中發展最早且應用廣泛的磁力勘探如何迎接這一挑戰， 在解決這些重大問題中如何發揮作用是當前地球物理學家所關注的熱點問題。磁力勘探結合學科發展的前景和我國經濟與國防建設的需要， 對其發展趨勢概述如下：

1、發展高精度多參量、多用途磁測儀器， 提高綜合信息採集能力

1) 發展與應用磁通門、質子、光泵等梯度三分量( 全梯度) 磁力儀； 研製在特殊情況使用的測量探頭間距小的梯度磁力儀； 研製超導磁力梯度儀， 以滿足多方面的需要。

2) 研製高精度多分量( 包括矢量) 磁力儀， 用以研究複雜磁異常及場源目標體的性質與定位。

3) 研製高精度井中磁力儀， 以便發現並研究鑽井周圍空間中的弱磁性體。

4) 研製低空無人駕駛遙控遙測高精度航空磁力儀， 實現複雜地質地形條件下的快速大比例尺磁測工作。

5) 研製高靈敏度磁性測量儀， 以便在實驗室和原位條件下， 以10 ^{- 7} SI 單位的靈敏度研究岩石、礦石和土壤等弱磁性體的磁性。

2、研究高精度磁測方法技術， 拓寬磁測工作領域

1) 開展衞星磁測方法技術研究； 發展低空無人駕駛航磁測量技術； 研究大測區航磁、海磁高精度磁日變改正方法。

2) 發展車載、船載高精度磁測方法技術； 發展高精度微磁測， 研究磁場微結構。

3) 研究高精度井中三分量磁測方法； 改進地下工程中的高精度磁測方法。

可以預見， 隨着科學技術的發展與磁力勘探廣泛深入的應用， 磁力勘探從儀器、方法技術、解釋理論與應用等各方面將全面提升到一個新水平， 必將在國民經濟建設與國防建設中發揮更大作用。 ^[2]