‘壹’ 岩石磁性的野外和实验室测量
岩矿石磁性参数测定是岩石磁学研究的基础性工作。根据所用测定场地的不同,岩矿石磁性参数测定分为野外现场测定和实验室内测定两大类。在勘探地球物理中,必须通过实验测定的磁性参数是总磁化强度、剩余磁化强度及磁化率。
1.岩石磁性的实验室测定
在实验室内可以测定岩石磁化率、剩余磁化强度、饱和磁化强度、矫顽磁力、居里点和磁化强度的稳定性等参数。根据所依据的测量原理,可以将实验室内的岩石磁性测量方法分为磁法测量和感应法测量两大类。
(1)磁法测量:磁法测量所使用的仪器可以是专用的无定向磁力仪,也可以是用于野外生产的常规磁力仪。其测量原理是根据实际所观测到的磁场值,利用磁偶极子的场强公式计算标本的磁化率。根据标本相对于探头的位置,可以将测量方法分为三种:①高斯第一位置法;②高斯第二位置法;③无定向位置法。
在高斯第一位置法中,探头的轴线与标本的中心线相重合,其位置在标本的正上方或正下方;在高斯第二位置法中,探头的轴线与标本的磁轴相垂直;在无定向位置法中,探头与标本之间在位置上没有对应关系。
根据磁场理论,磁偶极矩为p的磁偶极子在空间中产生的磁场为
岩石物理学基础
设标本的体积为V,则
p=(κH+Mr)V (4-6-2)
利用这两个公式可以根据观测数据计算出标本的磁化率和剩余磁化强度。
(2)感应测量法:磁法直接测量标本产生的磁场。与此相反,感应法测量标本的感应电动势。根据电磁感应理论,当通有电流的线圈中放入了磁性体后,线圈中要产生附加的感应电动势。同理,当岩石标本相对于通电线圈的位置发生变化时,线圈中的感应电动势也要发生变化。在得到了感应电动势的变化以后,可以根据电磁感应理论中的有关公式计算出剩余磁化强度和磁化率。
感应法测量的专用仪器称为旋转磁力仪。
(3)退磁:为了测量剩余磁化强度的大小及方向,需要对岩石标本进行退磁处理,以消除掉现代磁场对标本磁性的影响。同时,退磁处理还可以消除一些其他因素的影响。
退磁处理的理论基础是电磁感应理论和温度对磁性的影响理论。
2.岩石磁性的野外测定
实验室内所测定的标本是处于非自然状态下的岩石样品。因此,在实验室内所得到的岩石磁性参数值与其在自然状态下的参数值会有一定的差别。为了得到岩石在自然状态下的磁性参数,可以采用地面、航空或井中磁测的有关方法技术。在野外观测数据的基础之上,通过利用现代地球物理反演方法,可以计算出地下磁性体的总磁化强度和磁化率。
利用磁化率测井,可以在钻孔中直接测出岩层的磁化率。目前,磁化率测井都是根据电磁感应原理进行的。在磁化率测井仪中,作为探头的灵敏元件一般是一个螺线管或扇形线圈。根据电磁感应原理,自感为L的线圈所储存的磁能为
岩石物理学基础
式中:I为线圈中的电流强度。在线圈外部,空间中任一点处的磁能密度为
岩石物理学基础
对这个公式进行积分,得到
岩石物理学基础
式中积分域V包括线圈内外的全空间。
当探头由不导磁的岩层(μ=1)进入到磁性岩层中时,其自感的改变量为
岩石物理学基础
根据这个公式并假设探头所产生的磁场与磁偶极子的场等效,可以根据测量数据计算出岩层的磁化率。