1、用質子磁力儀測定巖( 礦) 石標本幾個問題樊金生，張云明，郭文波，王曉燕( 西北有色地質勘查局 物化探總隊，陜西 西安710068)摘 要:在前人研究的基礎上，針對用質子磁力儀進行巖( 礦) 石標本磁性參數測定和計算過程中遇到的測定位置含糊不清、t0 取值單位不正確、標本面的編號混亂以及出現負磁化率等問題，從最初對磁秤法測定磁參數高斯位置的 定義和公式推導過程入手，從原理上分析了質子磁力儀與磁秤法測定磁參數的不同之處，對質子磁力儀標本測定 時的高斯第一位置和高斯第二位置、標本面的編號、測定順序、地磁場的取值單位等進行明確說明，同時對視磁化 率出現負值的原因進行分析，并提出了相應的改進措施，對今

2、后用質子磁力儀進行巖( 礦) 石標本磁性參數測定和 計算有一定的幫助。關鍵詞:質子磁力儀; 標本磁性測定; 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文獻標識碼: a文章編號: 1000 8918(2012)02 0250 03用質子磁力儀測定巖( 礦) 石標本的磁性，前人已作過不少研究和試驗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、準確的特 點。但由于其測量的是磁場總強度 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范( dz / t0071-93) 4中沒有明確，其中所規定的方法和計算 公式是從早期的磁秤法移植過來的，對測定位置、計 算磁化率時地磁場的單位說明都存在含糊不清之 處，導致實際生產中標本磁參數測定、計算常出現錯 誤。筆者根據前人對磁參數測定方法的經驗和研 究，結合生產中遇到的問題，就質子磁力儀進行巖石 標本磁性測定中容易出現的幾個問題和解決的具體 方法進行探討，便于今后正確進行磁參數測定、計 算。( 3) 雖然一般教科書和規范中均給出了磁參計算公式，但由于 cgsm 制與 si 制的差異和習慣在計算過程中，地磁場場強度的單位常發生錯誤，致計算結果出現錯

4、誤數值。( 4) 視磁化率計算值常出現較多的負值，與 礦石磁性一般規律不符。問題的探討22 1關于高斯第一位置和高斯第二位置由于觀測點與標本相對位置不同，磁參數計公式也不同，因此，搞清高斯第一位置和高斯第二位置對磁參數標本測定非常重要5。什么是高斯一位置和高斯第二位置，根據標本和磁系的位置系，把測定標本磁軸延長線上一點的磁場的位置叫第一位置，把測定標本磁軸中垂線上一點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本放在磁系的正 方，使標本中心與磁系中心在同一鉛垂線上，而高 第二位置則是把標本放在儀器的側面，保持標本 心與磁系中心在同一水平面內。而質子磁力儀

5、測 的是磁場總強度 t，不再只是垂直分量 z0 ，存在地 場 t0 方向的影響，測定時，磁參數標本的擺放位 也不應該像磁秤法那樣簡單，質子式磁力儀測定 必須根據地磁場 t0 方向與垂直場 z0 的不同，重 考慮標本放置位置。實際上這不是一個很復雜的幾個重要的問題用質子磁力儀測定巖礦石標本磁性，常存在以 下幾個問題。( 1) 用質子磁力儀進行標本磁性測定時，由于 觀測參數不再是垂直分量，而是總場，高斯第一或第 二位置標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，所用計算公式張冠李戴。( 2) 測定定向標本時，定向標本的采集、方向、標本面標注不正確，導致錯誤的結果。1題，只要把現

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的盒面，如圖 2 右。關于標本面的編號順序文獻4中規定，標本盒面的編號“按左螺旋系 統規定 x 軸向東，y 軸向北，2 軸向下，在 3 個軸向的 正向盒面分別標以 2、4、6; 在 3 個盒的負面上分別標 以 1、3、5，當將這標本盒置于上述標本架傾斜面上，z 軸與地磁場 t 方向一致”; “對于定向標本，應使其2 2東、北、下方向分別與標本盒 x、y、z 軸正方向一致”，記錄號“按向上盒面的號碼”。應注意的是，這些與過去教科書中和習慣是不

7、一樣的，一是坐標系統不 一致，二是標本盒面標號不同。這樣，計算定向標本 的磁偏角、磁傾角的公式也是不一樣的。因此，如果 采用文獻4中的計算公式，則必須按上述規定來 做，就是: 東方向為 x 軸，北方向為 y 軸，垂直方向為 z 軸; 標本盒面順序東面為 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 地磁場進入面( 見圖 2) 。圖 1 文獻4中的圖 c1文獻4中指出: “用 csc-61 磁秤腳架作支撐， 其上置兩塊活動的( 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，使交角與當地磁 傾角相等，并使傾向朝北，置于下探頭北側”; “

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，使標本架上傾斜板面垂直于地磁場 t0 的磁 力線，并使標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 板面的傾角應與當地地磁傾角 i0 一致，這又與“采 用第二位置測定，使標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

9、本的傾斜板面的傾角與當地地磁傾角 i0 一致還是垂直于地磁場 t0 的磁力線，對定向標本計 算磁偏角和磁傾角也是不同的，也會導致錯誤的計 算結果。因此，高斯第一、第二位置應強調說明。高斯第一位置應是，標本置于下探頭北側，使放 置標本的斜板面與水平面交角和當地磁傾角相等， 探頭中心與標本盒中心連線平行，傾向朝北，記錄面 為地磁場方向的盒面號，如圖 2 左。高斯第二位置應是，標本盒位于探頭筒的正東( 西) 面，使標本架上傾斜板面平行于地磁場 t0 的磁圖 3 標本面編號順序2 3關于磁標本計算公式中地磁場的取值文獻4給出了計算高斯第一位置時磁化率的 公式5r3 1 n + n= 3t ·

10、 v ( n ) + 10 6 ×4 si12020n3 + n4( n ) + () n5 + n6， n0022式中，r 為標本中心到探頭中心距離; v 為標本體積;t0 為當地總磁場值。這個公式是在 cgsm 單位制下推導轉化過來的。n0 n6 是觀測的磁感應強度，它們在 cgsm 單 位制中，應為高斯( gs) ，t0 在 cgsm 單位應是奧斯 特( 1 = 10 5 o) ，這樣計算出的磁化率應為 cgsm 制的量綱。按習慣，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

11、系數中本來有一個 1 /2系數，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，假設本地磁場為 50 000 nt，則應用 0 5 o) ，n0 n6 單位取納特( nt) ，計算出來的視 磁化率單位就是 10 6 × 4 ( si) 。這樣的好處是計 算數值與原來 cgsm 單位制是一致的，便于對磁性 強弱的判斷習慣。對高斯第二位置來

12、說也是一樣 的。如果不明白公式的來歷，常會認為兩者取同一 單位，結果計算值很小; 若再除以 10 6 × 4，以為就 化為公式中要求的單位( 10 6 × 4 si) 了。實際上 這兩種結果都是不對的，文獻4中是一個特定公 式，要用上述正確單位值進行計算。簡單推算對于非定向標本兩者是等效的。在文7中，甚至規定不管是定向非定向標本，都可采 水平放置的方式，并有相應的計算公式，可參照所 方法進行磁參數測定，這里不再贅述。3結語巖礦磁參數測定工作是磁法勘探中重要的一個環節，看起來并不十分復雜，但要獲得合理、可靠測定數據，并不容易。要做好此項工作，應注意如 幾點。( 1) 正確確定

13、質子磁力儀標本測定的高斯第關于視磁化率出現的負值巖礦石的視磁化率除抗磁性物質為負外( 但值 很小，絕對值一般小于 50 × 10 6 si，大部分應為正 值。實際測定中常會出現負值。分析原因，一是標 本磁性太弱，標本產生的磁場不能引起大于 ± 1 nt 的變化，觀測值已不可靠，用第一位置測定時讀數不 滿足 ( n1 + n2 ) /2，( n3 + n4 ) /2，( n5 + n6 ) /2 n02 4位置和高斯第二位置，選擇相應的公式進行計算。( 2) 對磁性定向標本的的測定，應正確標定本面的編號。( 3) 按規范4中的公式計算磁參數是，地磁t0 的單位為奧斯特。( 4

14、) 對視磁化率出現負值改進措施: 一是測 時讀數一定要滿足第一、二位置的條件，二是標本或用第二位置測定時讀數不滿足( n1+ n2 ) /2，( n3+ n4 ) /2，( n5 + n6 ) /2 n0 的條件; 二是標本離探頭中心距離太小，已不滿足公式推導時把標本看作 是磁偶極子的條件( r l ) ，還存在由于標本離探 頭太近，探頭的激勵磁場對標本的磁化等問題; 三是 標本盒方向和位置放置不準確，特別是在地磁傾角 較大地區，標本盒往往難于與傾斜板面貼緊，造成相 對方向兩個次方向不一致。因此，除在測定過程中 要選擇合適的測定位置、合適的標本與探頭的距離、 標本中心與盒中心嚴格一致、準確穩定

15、地放置標本 外，測定過程中，在滿足觀測數據可靠的前提下，標 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 響。要隨時注意觀測值是否合理、滿足相應位置的 條件，分析找出原因，及時進行重新測量，排除不合 理的數據。此外，在非定向標本測定時，不要考慮標 本與地磁場傾角的關系，直接放到水平板上進行觀 測 ，這樣的好處是使標本容易準確、穩定放置，可以探頭中心距離滿足公式推導時把標本看作是磁偶極子的條件( rl) ，同時要避免探頭的激勵磁場對本的磁化的影響; 三是標本中心盡量與標本盒中一致，且標本盒中心始終保持在探頭中心的中軸線( t0 方向) 上。

16、參考文獻:1李才明，李軍，周拓宇 用質子磁力儀測定巖( 礦) 石標本磁數時應注意的問題j 礦物巖石，2004，24( 1) : 105 107陳可明 用 chr-2 型核子旋進式磁力儀測定磁參數的方j 物探與化探，1983，6( 2) : 98 104 23 成正國 用 mp-4 高精度質子磁力儀測定巖( 礦) 石標本磁j 物探與化探，1992，16( 2) : 150 15245dz / t 007193 地面高精度磁測規范s長春地質學院磁法教研室 磁法勘探m 北京: 地質出版社1979: 113 1206管志寧 地磁場與磁力勘探m 北京: 地質出版社，2005: 7 82sy / t 57

17、712004 地面磁法勘探技術規程s7some problems concerning the measurement of the magneticproperties 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，

18、xian 710068，china)tem forward and inversionof arbitrary shape loop source in layered 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

19、 university，changchun 130026，china; 3 exploration department of changqing oil field，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

20、the em field and add them up，we can get the em field of the arbi- trary shape loop 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 w

21、ith each piece satisfying the condition of horizontal electric dipole，and then numerical 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

22、 precisionkey words: tem field; arbitrary shape loop source; forward and inversion; loop division; horizontal electric dipoles作者簡介: 李建平( 1980 ) ，男，講師，2008 年畢業于吉林大學地球探測與信息技術專業，博士學位，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

23、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 de