用質(zhì)子磁力儀測定巖礦石標(biāo)本幾個(gè)問題

1、用質(zhì)子磁力儀測定巖( 礦) 石標(biāo)本幾個(gè)問題樊金生，張?jiān)泼?，郭文波，王曉? 西北有色地質(zhì)勘查局 物化探總隊(duì)，陜西 西安710068)摘 要:在前人研究的基礎(chǔ)上，針對用質(zhì)子磁力儀進(jìn)行巖( 礦) 石標(biāo)本磁性參數(shù)測定和計(jì)算過程中遇到的測定位置含糊不清、t0 取值單位不正確、標(biāo)本面的編號混亂以及出現(xiàn)負(fù)磁化率等問題，從最初對磁秤法測定磁參數(shù)高斯位置的 定義和公式推導(dǎo)過程入手，從原理上分析了質(zhì)子磁力儀與磁秤法測定磁參數(shù)的不同之處，對質(zhì)子磁力儀標(biāo)本測定 時(shí)的高斯第一位置和高斯第二位置、標(biāo)本面的編號、測定順序、地磁場的取值單位等進(jìn)行明確說明，同時(shí)對視磁化 率出現(xiàn)負(fù)值的原因進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，對今

2、后用質(zhì)子磁力儀進(jìn)行巖( 礦) 石標(biāo)本磁性參數(shù)測定和 計(jì)算有一定的幫助。關(guān)鍵詞:質(zhì)子磁力儀; 標(biāo)本磁性測定; 高斯第一位置; 高斯第二位置; 高斯單位制( cgsm) ; 國際單位制( si)中圖分類號: p631 2文獻(xiàn)標(biāo)識碼: a文章編號: 1000 8918(2012)02 0250 03用質(zhì)子磁力儀測定巖( 礦) 石標(biāo)本的磁性，前人已作過不少研究和試驗(yàn)1 3，與用磁秤和無定向磁 力儀比較，這種方法具有操作簡單、快速、準(zhǔn)確的特 點(diǎn)。但由于其測量的是磁場總強(qiáng)度 t，磁化場是 t0 ， 而不是 z0 ; 加之過去磁法 勘探使用高斯單位制 ( cgsm 制) ，而現(xiàn)在使用的是國際單位制( si

3、制) 。對于這些變化，在地面高精度磁測規(guī)范( dz / t0071-93) 4中沒有明確，其中所規(guī)定的方法和計(jì)算 公式是從早期的磁秤法移植過來的，對測定位置、計(jì) 算磁化率時(shí)地磁場的單位說明都存在含糊不清之 處，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中標(biāo)本磁參數(shù)測定、計(jì)算常出現(xiàn)錯(cuò) 誤。筆者根據(jù)前人對磁參數(shù)測定方法的經(jīng)驗(yàn)和研 究，結(jié)合生產(chǎn)中遇到的問題，就質(zhì)子磁力儀進(jìn)行巖石 標(biāo)本磁性測定中容易出現(xiàn)的幾個(gè)問題和解決的具體 方法進(jìn)行探討，便于今后正確進(jìn)行磁參數(shù)測定、計(jì) 算。( 3) 雖然一般教科書和規(guī)范中均給出了磁參計(jì)算公式，但由于 cgsm 制與 si 制的差異和習(xí)慣在計(jì)算過程中，地磁場場強(qiáng)度的單位常發(fā)生錯(cuò)誤，致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)

4、誤數(shù)值。( 4) 視磁化率計(jì)算值常出現(xiàn)較多的負(fù)值，與 礦石磁性一般規(guī)律不符。問題的探討22 1關(guān)于高斯第一位置和高斯第二位置由于觀測點(diǎn)與標(biāo)本相對位置不同，磁參數(shù)計(jì)公式也不同，因此，搞清高斯第一位置和高斯第二位置對磁參數(shù)標(biāo)本測定非常重要5。什么是高斯一位置和高斯第二位置，根據(jù)標(biāo)本和磁系的位置系，把測定標(biāo)本磁軸延長線上一點(diǎn)的磁場的位置叫第一位置，把測定標(biāo)本磁軸中垂線上一點(diǎn)磁場的置叫第二位置。在磁秤法中，觀測的是磁場的垂 分量 z0 ，即高斯第一位置是把標(biāo)本放在磁系的正 方，使標(biāo)本中心與磁系中心在同一鉛垂線上，而高 第二位置則是把標(biāo)本放在儀器的側(cè)面，保持標(biāo)本 心與磁系中心在同一水平面內(nèi)。而質(zhì)子磁力儀

5、測 的是磁場總強(qiáng)度 t，不再只是垂直分量 z0 ，存在地 場 t0 方向的影響，測定時(shí)，磁參數(shù)標(biāo)本的擺放位 也不應(yīng)該像磁秤法那樣簡單，質(zhì)子式磁力儀測定 必須根據(jù)地磁場 t0 方向與垂直場 z0 的不同，重 考慮標(biāo)本放置位置。實(shí)際上這不是一個(gè)很復(fù)雜的幾個(gè)重要的問題用質(zhì)子磁力儀測定巖礦石標(biāo)本磁性，常存在以 下幾個(gè)問題。( 1) 用質(zhì)子磁力儀進(jìn)行標(biāo)本磁性測定時(shí)，由于 觀測參數(shù)不再是垂直分量，而是總場，高斯第一或第 二位置標(biāo)本如何放置存在不同的理解。由于對高斯 第一或第二位置界定不清，所用計(jì)算公式張冠李戴。( 2) 測定定向標(biāo)本時(shí)，定向標(biāo)本的采集、方向、標(biāo)本面標(biāo)注不正確，導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。1題，只要把現(xiàn)

6、在的地磁總場 t0 看作是過去的垂直場z0 就可以了，只是磁化場不再是垂直向下的，在我國是向北傾斜的。力線，并使盒中心與探頭中心等高，記錄面為地磁場方向一側(cè)的盒面，如圖 2 右。關(guān)于標(biāo)本面的編號順序文獻(xiàn)4中規(guī)定，標(biāo)本盒面的編號“按左螺旋系 統(tǒng)規(guī)定 x 軸向東，y 軸向北，2 軸向下，在 3 個(gè)軸向的 正向盒面分別標(biāo)以 2、4、6; 在 3 個(gè)盒的負(fù)面上分別標(biāo) 以 1、3、5，當(dāng)將這標(biāo)本盒置于上述標(biāo)本架傾斜面上，z 軸與地磁場 t 方向一致”; “對于定向標(biāo)本，應(yīng)使其2 2東、北、下方向分別與標(biāo)本盒 x、y、z 軸正方向一致”，記錄號“按向上盒面的號碼”。應(yīng)注意的是，這些與過去教科書中和習(xí)慣是不

7、一樣的，一是坐標(biāo)系統(tǒng)不 一致，二是標(biāo)本盒面標(biāo)號不同。這樣，計(jì)算定向標(biāo)本 的磁偏角、磁傾角的公式也是不一樣的。因此，如果 采用文獻(xiàn)4中的計(jì)算公式，則必須按上述規(guī)定來 做，就是: 東方向?yàn)?x 軸，北方向?yàn)?y 軸，垂直方向?yàn)?z 軸; 標(biāo)本盒面順序東面為 2，西面為 1，北面為 4，南 面為 3，下面為 6，上面為 5，如圖 3。記錄面為靠近 地磁場進(jìn)入面( 見圖 2) 。圖 1 文獻(xiàn)4中的圖 c1文獻(xiàn)4中指出: “用 csc-61 磁秤腳架作支撐， 其上置兩塊活動(dòng)的( 帶無磁合頁) 平板，一塊水平放 置并固定在架上，另一塊傾斜可調(diào)，使交角與當(dāng)?shù)卮?傾角相等，并使傾向朝北，置于下探頭北側(cè)”; “

8、可采 用高斯第一位置測定，如圖 1 所示，也可采用第二位 置測定，使標(biāo)本架上傾斜板面垂直于地磁場 t0 的磁 力線，并使標(biāo)本盒位于探頭筒的正東( 西) 面。盒中 心與探頭中心等高”。這樣表述對高斯第一位置和 第二位置含混不清，若同指高斯第一位置或高斯第 二位置，有互相矛盾之處。筆者分析，圖 1 所示應(yīng)是 高斯第一位置，前一段文字描述可能是高斯第一位 置，后一段文字描述則應(yīng)是高斯第二位置。但教科 書6中高斯第二位置測定法給出的裝置要求傾斜 板面的傾角應(yīng)與當(dāng)?shù)氐卮艃A角 i0 一致，這又與“采 用第二位置測定，使標(biāo)本架上傾斜板面垂直于地磁 場 t0 的磁力線”相矛盾。對高斯第二位置來說，如 果放置標(biāo)

9、本的傾斜板面的傾角與當(dāng)?shù)氐卮艃A角 i0 一致還是垂直于地磁場 t0 的磁力線，對定向標(biāo)本計(jì) 算磁偏角和磁傾角也是不同的，也會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì) 算結(jié)果。因此，高斯第一、第二位置應(yīng)強(qiáng)調(diào)說明。高斯第一位置應(yīng)是，標(biāo)本置于下探頭北側(cè)，使放 置標(biāo)本的斜板面與水平面交角和當(dāng)?shù)卮艃A角相等， 探頭中心與標(biāo)本盒中心連線平行，傾向朝北，記錄面 為地磁場方向的盒面號，如圖 2 左。高斯第二位置應(yīng)是，標(biāo)本盒位于探頭筒的正東( 西) 面，使標(biāo)本架上傾斜板面平行于地磁場 t0 的磁圖 3 標(biāo)本面編號順序2 3關(guān)于磁標(biāo)本計(jì)算公式中地磁場的取值文獻(xiàn)4給出了計(jì)算高斯第一位置時(shí)磁化率的 公式5r3 1 n + n= 3t v ( n

10、) + 10 6 4 si12020n3 + n4( n ) + () n5 + n6， n0022式中，r 為標(biāo)本中心到探頭中心距離; v 為標(biāo)本體積;t0 為當(dāng)?shù)乜偞艌鲋怠＿@個(gè)公式是在 cgsm 單位制下推導(dǎo)轉(zhuǎn)化過來的。n0 n6 是觀測的磁感應(yīng)強(qiáng)度，它們在 cgsm 單 位制中，應(yīng)為高斯( gs) ，t0 在 cgsm 單位應(yīng)是奧斯 特( 1 = 10 5 o) ，這樣計(jì)算出的磁化率應(yīng)為 cgsm 制的量綱。按習(xí)慣，n0 n6 單位取 ( 1 nt = 1 =10 5 gs) ，t單位取奧斯特( o) ，則視磁化率單位為010 5 ( cgsm) ，但原公式前邊系數(shù)中本來有一個(gè) 1 /2

11、系數(shù)，可以變成 5 10 ( cgsm) ，也就是 5 10 6 6圖 2 高斯第一位置(左)和高斯第二位置(右)4 ( si) 。因此，正確的做法是: t0 的單位為 o( 1 o物 探與 化 探36 卷252= 105 nt) ( 例如，假設(shè)本地磁場為 50 000 nt，則應(yīng)用 0 5 o) ，n0 n6 單位取納特( nt) ，計(jì)算出來的視 磁化率單位就是 10 6 4 ( si) 。這樣的好處是計(jì) 算數(shù)值與原來 cgsm 單位制是一致的，便于對磁性 強(qiáng)弱的判斷習(xí)慣。對高斯第二位置來說也是一樣 的。如果不明白公式的來歷，常會(huì)認(rèn)為兩者取同一 單位，結(jié)果計(jì)算值很小; 若再除以 10 6 4

12、，以為就 化為公式中要求的單位( 10 6 4 si) 了。實(shí)際上 這兩種結(jié)果都是不對的，文獻(xiàn)4中是一個(gè)特定公 式，要用上述正確單位值進(jìn)行計(jì)算。簡單推算對于非定向標(biāo)本兩者是等效的。在文7中，甚至規(guī)定不管是定向非定向標(biāo)本，都可采 水平放置的方式，并有相應(yīng)的計(jì)算公式，可參照所 方法進(jìn)行磁參數(shù)測定，這里不再贅述。3結(jié)語巖礦磁參數(shù)測定工作是磁法勘探中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，看起來并不十分復(fù)雜，但要獲得合理、可靠測定數(shù)據(jù)，并不容易。要做好此項(xiàng)工作，應(yīng)注意如 幾點(diǎn)。( 1) 正確確定質(zhì)子磁力儀標(biāo)本測定的高斯第關(guān)于視磁化率出現(xiàn)的負(fù)值巖礦石的視磁化率除抗磁性物質(zhì)為負(fù)外( 但值 很小，絕對值一般小于 50 10 6 s

13、i，大部分應(yīng)為正 值。實(shí)際測定中常會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。分析原因，一是標(biāo) 本磁性太弱，標(biāo)本產(chǎn)生的磁場不能引起大于 1 nt 的變化，觀測值已不可靠，用第一位置測定時(shí)讀數(shù)不 滿足 ( n1 + n2 ) /2，( n3 + n4 ) /2，( n5 + n6 ) /2 n02 4位置和高斯第二位置，選擇相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算。( 2) 對磁性定向標(biāo)本的的測定，應(yīng)正確標(biāo)定本面的編號。( 3) 按規(guī)范4中的公式計(jì)算磁參數(shù)是，地磁t0 的單位為奧斯特。( 4) 對視磁化率出現(xiàn)負(fù)值改進(jìn)措施: 一是測 時(shí)讀數(shù)一定要滿足第一、二位置的條件，二是標(biāo)本或用第二位置測定時(shí)讀數(shù)不滿足( n1+ n2 ) /2，( n3+ n4

14、) /2，( n5 + n6 ) /2 n0 的條件; 二是標(biāo)本離探頭中心距離太小，已不滿足公式推導(dǎo)時(shí)把標(biāo)本看作 是磁偶極子的條件( r l ) ，還存在由于標(biāo)本離探 頭太近，探頭的激勵(lì)磁場對標(biāo)本的磁化等問題; 三是 標(biāo)本盒方向和位置放置不準(zhǔn)確，特別是在地磁傾角 較大地區(qū)，標(biāo)本盒往往難于與傾斜板面貼緊，造成相 對方向兩個(gè)次方向不一致。因此，除在測定過程中 要選擇合適的測定位置、合適的標(biāo)本與探頭的距離、 標(biāo)本中心與盒中心嚴(yán)格一致、準(zhǔn)確穩(wěn)定地放置標(biāo)本 外，測定過程中，在滿足觀測數(shù)據(jù)可靠的前提下，標(biāo) 本中心與探頭中心的距離盡量大一些，測量延遲盡 量也大一些( 2 s 以上) ，以減小探頭極化磁場的影

15、 響。要隨時(shí)注意觀測值是否合理、滿足相應(yīng)位置的 條件，分析找出原因，及時(shí)進(jìn)行重新測量，排除不合 理的數(shù)據(jù)。此外，在非定向標(biāo)本測定時(shí)，不要考慮標(biāo) 本與地磁場傾角的關(guān)系，直接放到水平板上進(jìn)行觀 測 ，這樣的好處是使標(biāo)本容易準(zhǔn)確、穩(wěn)定放置，可以探頭中心距離滿足公式推導(dǎo)時(shí)把標(biāo)本看作是磁偶極子的條件( rl) ，同時(shí)要避免探頭的激勵(lì)磁場對本的磁化的影響; 三是標(biāo)本中心盡量與標(biāo)本盒中一致，且標(biāo)本盒中心始終保持在探頭中心的中軸線( t0 方向) 上。參考文獻(xiàn):1李才明，李軍，周拓宇 用質(zhì)子磁力儀測定巖( 礦) 石標(biāo)本磁數(shù)時(shí)應(yīng)注意的問題j 礦物巖石，2004，24( 1) : 105 107陳可明 用 chr

16、-2 型核子旋進(jìn)式磁力儀測定磁參數(shù)的方j(luò) 物探與化探，1983，6( 2) : 98 104 23 成正國 用 mp-4 高精度質(zhì)子磁力儀測定巖( 礦) 石標(biāo)本磁j 物探與化探，1992，16( 2) : 150 15245dz / t 007193 地面高精度磁測規(guī)范s長春地質(zhì)學(xué)院磁法教研室 磁法勘探m 北京: 地質(zhì)出版社1979: 113 1206管志寧 地磁場與磁力勘探m 北京: 地質(zhì)出版社，2005: 7 82sy / t 57712004 地面磁法勘探技術(shù)規(guī)程s7some problems concerning the measurement of the magneticprope

17、rties of rock specimens with proton magnetometerfan jin-sheng，zhang yun-ming，guo wen-bo，wang xiao-yan( geophysical and geochemical exploration corporation，northwest bureau of geological exploration for nonferrous metals，xian 710068，china)tem forward and inversionof arbitrary shape loop source in lay

18、ered mediali jian-ping1 ，li tong-lin2 ，zhang ya-dong3( 1 school of geological science engineering，shandong university of science and technology，qingdao 266510，china; 2 school of geoexplorationscience and technology，jilin university，changchun 130026，china; 3 exploration department of changqing oil fi

19、eld，xian 710000，china)abstract: the em field of arbitrary shape loop can be regarded as em field with the summation of many horizontal electric dipoles;therefore，as long as we work out the horizontal electric dipoles of the em field and add them up，we can get the em field of the arbi- trary shape lo

20、op the key of this method is the division of electric dipoles in arbitrary shape loop in this paper，according to distance from the measuring point to the line of loop，each line of loop is divided into many small pieces with each piece satisfying the condition of horizontal electric dipole，and then n

21、umerical integration of horizontal electric dipole is carried out in this way，the em field of the whole loop can be obtained tests show that this method can not only reduce calculation amount but also improve calculation precisionkey words: tem field; arbitrary shape loop source; forward and inversi

22、on; loop division; horizontal electric dipoles作者簡介: 李建平( 1980 ) ，男，講師，2008 年畢業(yè)于吉林大學(xué)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，博士學(xué)位，主要從事地球物理正反演研究。櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡上接 252 頁abstract: determination and calculation of magnetic parameters of rocks and minerals are faced with some problems such as ambiguouslocation determination，incorrect units of t0 ，id confusion of specimen surface and negative magnetic susceptibility on the basis of previous studies and starting with determination of gauss position using mechanical magnetometer and formula derivation