标题：磁法勘探
基本信息
  【汉语拼音】cifa kantan
【中文词条】磁法勘探
【外文词条】magnetic prospecting
测量地磁异常以确定含磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状﹐从而对工作地区的地质构造﹑有用矿产分布及其他情况作出推断。
磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场之上﹐引起地磁场的畸变。这种畸变一般称为地磁异常。
在造岩矿物中﹐只有磁铁矿﹑钛磁铁矿﹑磁黄铁矿和磁赤铁矿等少数矿物具有强磁性(见岩石物理性质)。因此﹐岩石及矿石的磁性强弱﹐主要决定于上述矿物的含量及分布情况。
根据测定﹐沉积岩的磁化率比岩浆岩和变质岩的磁化率低几个数量级。在岩浆岩中﹐基性及超基性岩的磁性最强﹐酸性岩是弱磁性或无磁性的。变质岩的磁性决定于原岩的成分及变质过程中的化学变化。如果原岩是花岗岩及泥岩等﹐则变质后的岩石一般无磁性﹔如果原岩是基性喷出岩或侵入岩等﹐则变质后的岩石一般具有中等磁性。
地磁认识与磁法勘探历史
1.两千年前，我们祖先发现天然磁石的吸铁性和指极性 ：“阿房前殿，以木兰为梁，磁石为门，怀刃者止之”（《三浦皇图》）；“夹道累磁石，贼负铁铠者，不得前”（《晋书》）；
2.沈括在《梦溪笔谈》（1031－1095）中写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”；
3.北宋时已将指南针用于航海（“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，隐晦则观指南针”－《萍洲可谈》）；
4.我们古代关于磁铁性质的知识传入欧洲后，欧洲才开始对地球磁场的研究；
5.英国人吉尔伯特(William. Gilbert)1600年提出：由于磁针具有指南的性质，因此地球是大磁铁；进一步指出，地球大磁铁位于旋转轴上，由此人们开始对地磁现象进行理论研究。
工作简史
磁法勘探是物探方法中最古老的一种。17世纪中叶瑞典人利用磁罗盘直接找磁铁矿。1879年塔伦(R.Thaln)制造了简单的磁力仪﹐ 磁法才正式用于生产。1915年﹐施密特(A.Schmidt)发明了石英刃口磁力仪﹐磁法开始大规模用于找矿﹐以及在小面积上研究地质构造。不仅可以找磁铁矿，还可以研究地质构造、圈定岩体以及寻找与油田有关的岩丘。第二次世界大战后，1930s，前苏联罗加乔夫研制成功感应式航空磁力仪，其后航空磁法推广使用﹐人们可以快速而经济地测出大面积的磁场分布。磁法开始用于研究大地构造﹐及解决地质填图中的一些问题。1950s，1960s，前苏联和美国将质子磁力仪移装到船上，开展海洋磁测，其结果是在海洋磁测和古地磁研究成果支持下：（1）复活了大陆漂移学说，发展了海底扩张和板块构造学说；（2）推动了地学理论的大变革、大发展。20世纪80年代开始，高精度磁测应用于油气勘探、煤田勘探、工程勘探、军事等。
中国于1936年在攀枝花﹑易门﹑水城等地开始了试验性的磁法勘探﹐1939年，顾功叙在云南易门铁矿上，李善邦、秦馨菱在四川綦江铁矿上用磁秤找矿。1950年后才大规模开展来。解放后，开始磁法勘探得到很大发展:20世纪50年代，我国先后在：山东金岭镇、辽宁鞍山本溪、湖北大冶、内蒙古白云鄂博、山东莱芜、河北邯郸邢台、四川攀西等地区开展磁法找铁矿工作。（1954年开始投入航磁）我国80%以上的铁矿是通过磁测发现（或扩大）的。其它矿产：安徽铜陵、湖北铜录山的矽卡岩型铜矿；吉林红旗岭、甘肃白家嘴子、新疆喀拉通克的硫化铜镍矿床等，磁测都起到关键作用。在内蒙古、新疆、西藏等地硌矿，山东、辽宁等地金刚石岩管，硼矿、石棉等矿产的发现和圈定起到重要作用。
应用范围
在区域地质调查中的应用包括：
①进行大地构造分区，研究深大断裂，确定接触带、断裂带、破碎带和基底构造；
②划分沉积岩、侵入岩、喷出岩以及变质岩的分布范围，进行区域地质填图；
③研究区域矿产的形成和分布规律。 
在普查找矿工作中的应用包括：
①直接寻找磁铁矿床，普查与磁铁矿共生的铅、锌、铜、锡等弱磁性矿床，普查与磁铁矿共生的金、锡、铂等砂矿床；
②普查铝土矿、锰矿、褐铁矿和菱铁矿等弱磁性沉积矿床；
③查明各种控矿构造并进行控矿因素填图，圈定基性、超基性岩，寻找铬、镍、钒、钴、铜、石棉等矿产；
④圈定火山颈以寻找金刚石，圈出热液蚀变带以寻找夕卡岩型矿床和热液矿床（见气化热液矿床；
⑤普查油气田和煤田构造，研究磁性基底控制的含油气构造，圈定沉积盖层中的局部构造，以及探测与油气藏（见圈闭）有关的磁异常，进行普查找油研究与火成岩有关的煤田构造及圈定火烧煤区的范围。 
在矿产详查勘探中，对磁异常作定量解释可用来追索和圈定磁性矿体，确定钻探孔位并指导钻探工作的进行。 
磁法勘探还可用于研究深部地质构造，估算居里点深度以研究地热和进行地震蕴震层分析及地震预报的研究。还可应用于考古、寻找地下金属管道等工作。 
使用仪器
磁法勘探用的仪器有磁秤﹑磁通门磁力仪及质子旋进磁力仪。高精度磁测工作用光泵磁力仪﹐以及超导磁力仪。  磁法勘探图一
磁秤是机械式磁力仪。它所观测的是一个可绕固定轴自由旋转的磁棒在磁场中的偏转角(用重力矩平衡)﹐用来在地面测量地磁场强度相对于一个固定点的改变值。
磁通门磁力仪是电子磁力仪。它比机械式磁力仪有许多优点﹐因而迅速用于生产。这种仪器用透磁合金(坡莫合金)或类似物质作灵敏元件﹐它在弱磁场中就能达到磁饱和状态。围绕灵敏元件有一个线圈﹐产生一个交变(例如 400赫)磁场﹐将灵敏元件激发到接近饱和状态。如果无外加磁场存在﹐元件中感应的交变磁场在正反两个半周期内是对称的﹔若存在一个沿元件轴的外加磁场﹐ 则元件在一个半周期内比在另一个半周期内将更快地达到饱和状态﹐因而引起的磁通量不能互相抵消。根据这种现象可测定外加磁场的大小。磁通门磁力仪的测量精度为5纳特左右﹐主要用于地面磁测﹐也可用于航空磁测﹐记录地磁场的日变等。
质子旋进磁力仪也是目前生产中广泛使用的一种磁力仪。是根据仪器探头内的液体所含的氢质子在地磁场中自由旋进的现象设计的﹐它测量地磁场总强度的测量精度为1纳特左右﹐主要用于航空和海洋磁力测量。
应用核共振原理﹐利用铷蒸气﹑铯蒸气或亚稳态氦设计的光泵磁力仪能连续工作﹐仪器的灵敏度可达10-2纳特﹐能记录几赫的地磁场变化﹐可在变化幅度较大的磁场范围内工作。
近年来﹐又制造出利用超导体在磁场中的某些特性测定外磁场强度的超导磁力仪﹐这种仪器的灵敏度为10-5～10-6纳特﹐测量范围从零到几千奥斯特。利用这种仪器可作成磁力梯度仪。
工作方法
基本方法磁法勘探可在地面(地面磁法)﹑空中(航空磁法)﹑海洋(海洋磁法)，钻孔中(井中磁法)和卫星磁测进行。在地面磁法勘探中﹐一般是布置一系列的平行等距的测线﹐垂直于被寻找的对象(例如矿体)的走向﹐在每条测线上按一定距离设置测点﹐在测点上测地磁场垂直分量的相对值﹐测线距与测点距之比从10﹕1到1﹕1。在航空及海洋磁法勘探中﹐飞机或观测船沿预先设计好的航线行进(用导航仪控制)﹐用航空或海洋磁力仪自动记录总磁场强度。
无论地面或航空磁法﹐测量点间的距离要小于所要找的异常的宽度。例如石油勘探用航空磁法找大片磁异常﹐航测的线距是1～5公里﹐飞行高度0.3～1公里﹔在金属矿区﹐线距要小一些﹐有时小于100米(见航空地球物理勘探﹑海洋地球物理勘探﹑地下地球物理勘探)。地面磁测地面上设置测网，用磁力仪观测磁异常现象和分布规律。测网一般是由互相平行的等间距的测线和测线上等间距分布的测点组成。测网形状和密度决定于研究对象的规模、需要研究的程度和经济效益等方面。普查阶段主要是发现磁异常，线距应小于最小探测对象的长度,点距应保证有3个以上测点落在磁异常范围内;详查阶段主要是研究磁异常,测网密度则要保证磁异常的形态特征细节能被反映出来。根据探测对象产生磁异常的强弱来选择仪器类型、磁测精度和观测方式。一般来讲，磁测工作首先在正常区建立基点作为全区磁异常的起算点，然后按测线、测点观测总磁场强度及垂向梯度或垂直分量的相对值。在个别情况下，还可观测水平分量相对值。在磁测工作中为评价磁测质量需要进行一定数量测点的重复观测。由于观测数据中还存在其他干扰，因此需要对观测数据作必要的改正才能得到正确的异常值。主要的改正有正常场改正(包括纬度改正)和日变改正，有些还需作温度改正和零点漂移改正。经改正后的异常值,常用等值线平面图（图1）和剖面图（图2）表示。航空磁测  磁法勘探图二用安装在飞机的磁力仪进行磁测。具有快速，不受高山、水域、森林、沼泽限制等特点。由于飞机距地面一定高度飞行，减弱了地表磁性不均匀影响，更有利于磁力仪记录深部区域地质构造的磁场。 
航磁比例尺根据地质任务、探测对象的规模、所测区域的地球物理特征和航空定位技术等来确定。金属矿航磁比例尺一般多为 1:10万、1:5万，有望远景区可达1:2.5万。构造航磁比例尺一般为1:100万、1:50万和1:20万等。测线应与矿带或主要构造带垂直。为了获得明显可靠的磁异常信息，飞行高度应尽量低，由比例尺、定位技术和地形条件等确定。 
航磁工作中，一般采用无线电导航仪同步照相定位。为消除飞行本身的磁干扰，还需采用特殊的磁补偿技术。航测过程中除进行测线上的磁场测量外，还需进行基线飞行和辅助飞行。基线飞行是确定磁异常的起算点和计算仪器的零点位移；辅助飞行包括：了解测区情况、飞行条件和仪器工作状态的试验飞行；检查评价磁测质量的重复线飞行；检查调整不同架次观测磁场水平的切割线飞行等。 
航磁测量结果除进行与地面磁测相类似的改正外，还需进行偏向改正和高度改正，改正后的结果再经切割线飞行观测资料调整，最后编绘航磁异常剖面平面图和平面等值线图。海洋磁测用安装船舶上的磁力仪进行磁测。海洋磁测将探头拖在船后并采用无线电导航。海洋磁测还需进行方位测量、电缆长度试验测量和探头沉放深度试验等。方位测量用以进行船体影响改正。电缆长度试验测量用以求得船体影响在磁测精度允许下电缆离船体的最小距离。探头沉放深度试验用以求得探头合适的沉放深度，避免探头激起浪花及波涌浮动对磁测的影响。井中磁测用磁测井仪沿钻孔剖面测量地磁场强度相对变化或岩石、矿石磁化率的变化（见钻孔地球物理勘探）。卫星磁测：把磁力仪放航天器上进行的地磁测量。
在很短的时间里，就可以取得某段时间内的整个地球磁场的资料。根据合适轨道的长期卫星磁测的资料，可以建立全球范围的地磁场模型，如国际参考磁场模式；研究地磁场的空间结构和时间变化；研究全球范围的磁异常情况；它还可以用作飞行器的姿态测量。卫星磁测是空间环境监测的重要组成部分。
1958年，前苏联发射的"人造地球卫星"3号是世界上第一颗测量地磁场的卫星，它上面装有磁通门矢量磁力仪，得到了磁场总强度的结果。以后，前苏联和美国又先后发射了几颗飞行不高的测量地磁场的卫星，如 "先锋"3号、"宇宙"26号、"宇宙"49号、"宇宙"321号、"奥戈"6号，这些卫星都只携带测量地磁场总强度的磁力仪（质子旋进磁力仪或光泵磁力仪），飞行高度通常是几百公里，能够准确、迅速地测量地磁场总强度。
1979年10月30日美国发射了一颗"地磁卫星"，它的轨道通过两极上空，能够覆盖整个地球表面。卫星上除装有光泵磁力仪和磁通门矢量磁力仪外，还装有星象照相机，能较准确地确定卫星飞行的姿态，因而较准确地进行了地磁三分量的全球测量。
数据改正和解释
磁法勘探野外观测数据应作各种改正才能得到正确的异常值。其中主要的改正有﹕正常场改正﹑日变改正﹑仪器的温度系数和零点漂移改正。作大面积磁测时﹐正常场的改正中﹐还应包括纬度改正。经过改正后的异常值﹐常用等值线平面图表示。
利用电子计算机可以对磁异常作各种处理﹐首先是匀滑曲线以消除偶然误差和随机干扰﹐提高观测数据的质量﹔其次﹐是将分布范围大的区域异常与分布范围小的局部异常分开﹐以便根据区域异常研究区域地质构造﹐根据局部异常研究局部地质构造﹐寻找有用矿产。对磁异常还可作各种变换﹐以突出异常的内在特点或改变条件 ﹐有利于解释推断。例如将航磁异常化极﹐即化到垂直磁化时的垂向磁异常﹐可以消除倾斜磁化的影响﹐使异常简化﹐便于解释。
由于磁异常的特点与磁性体的形状有关﹐故可根据磁异常的特点推断磁性体的形状﹑埋深﹑走向﹑倾斜方向﹐及磁化强度的大小和方向等。这个过程称为磁异常的解释﹐其内容大致是﹕根据工作地区已知的地质情况﹐岩石和矿石的磁性资料﹐地磁纬度﹐磁异常的特点及积累的经验﹐初步推断引起磁异常的地质原因﹐磁性体的大致形状和空间位置。根据上述推断结果﹐选择适当的方法对磁异常作定量计算﹐例如计算磁性体的埋深﹑大小﹑走向和倾斜方向等。根据前述推断结果﹐并综合其他物探方法的资料﹐确定引起磁异常的地质原因﹐对工作地区的地质构造﹑矿体贮存情况及其大小等作出推论﹐对下步工作提出建议。根据对磁异常验证结果﹐补做必要的工作﹐对异常作再解释(见地球物理勘探数据处理)。
未来展望
随著电子技术的发展和微处理机的广泛应用﹐测量磁场 3个分量及其梯度的高精度航空磁力仪已经制成。加上高精度的导航和数据处理﹐绘图和资料解释推断的自动化﹐今后航空磁法勘探将代替部分地面磁法勘探﹐并在工作过程中自动作出解释﹐绘出磁性体空间分布图。利用这些图件﹐再结合其他资料﹐能可靠地对工作地区的地质构造作出推断﹐供找矿﹑找地下水﹑工程建设和地震预报等方面应用。（ 作　者：熊光楚 ）