便攜式磁化率儀SM-30在實驗教學中的新應用

肖 鋒，杜曉娟

(吉林大學 地球探測科學與技術學院，長春 130026)

便攜式磁化率儀SM-30在實驗教學中的新應用

肖 鋒，杜曉娟

(吉林大學 地球探測科學與技術學院，長春 130026)

文中對比了磁化率儀SM-30的不同工作模式，利用它在興城磁法勘探生產教學活動中進行了磁化率填圖，并與磁異常等值線圖進行了對比。由于反映的場源深度不同，磁化率異常與磁異常并不一致，但磁化率異常反映了淺部的含鐵石英砂巖的分布，可以輔助地質填圖和深部磁異常解釋。

磁化率儀；磁化率；實驗教學；應用

在物探教學中，物探儀器的工作原理、使用方法是實驗教學的重要內容。隨著物探儀器的不斷更新?lián)Q代，對教學提出了更高的要求。不但要求教師掌握新儀器的工作原理，而且需要在教學活動中充分開發(fā)和利用它們的功能；需要教師將先進的儀器和設備介紹給學生，不斷更新學生的知識儲備，提高學生的市場競爭力；師生在教學活動中可以通過一些創(chuàng)新性的實驗，獲得一些新的認識。

磁法勘探中的磁化率是一個重要的巖石物性參數(shù)，是表征物質被磁化難易程度的物理量[1]。影響巖石磁化率大小的因素包括礦物成分、粒度、溫度、頻率、外磁場等[2-3]。利用磁化率與這些因素的關系，可以區(qū)分不同的巖性[4]，圈定煤田火燒區(qū)[5]，快速定位鉆孔巖心中的含銅磁鐵礦[6]，確定井孔周圍磁性層的厚度和深度[7-8]，測定礦層厚度和品位[9]，以及研究古氣候等[10-12]。傳統(tǒng)的磁化率儀(WCWL-63型無定向磁力儀、HKB-1型卡帕橋磁化率儀等)受大小和重量的限制，無法在野外現(xiàn)場進行大量的磁化率快速測量，在一定程度上制約了該儀器的應用。2011年，吉林大學地球探測科學與技術學院購進6臺捷克產的便攜式巖礦石磁化率儀SM-30，次年新增一節(jié)2學時的磁化率儀的認識實驗課，主要講授SM-30的工作原理及操作方法。2013年，結合學院在遼寧省興城市的磁法勘探生產教學實習，我們提出一種新思路：利用SM-30在工區(qū)每條測線的每個測點上快速測量，勾畫出磁化率值線圖，用來輔助地質填圖與磁異常解釋。

1 SM-30的工作原理

SM-30的測程為1 SI，分辨率為1×10-7SI，具有六種工作模式，從液晶面板可直接讀出磁化率測試結果。SM-30包含了一個振蕩器，它與直徑50 mm感應線圈相連。振蕩器的頻率取決于儀器到巖石的距離，而頻率的變化量與巖石的磁化率成正比。為了獲得頻率的變化量，至少需要測量兩次振蕩器的頻率：第一次，將磁化率儀靠近巖石，稱為感應過程；第二次，將磁化率儀遠離巖石，即在自由空氣中測量，稱為補償過程。兩次測量的結果通過內部程序相減，并轉化成巖石的磁化率參數(shù)直接顯示在儀器面板上。這種基本的測試原理適用于工作模式1，適合于室內溫度穩(wěn)定或巖石磁化率較大的情況。

對于弱磁性的巖石來說，磁化率儀的溫度漂移可能比巖石的磁化率還大。因此，在模式1的基礎上，需要在空氣中多進行一次測量，目的是獲得在測試過程中磁化率儀的溫度漂移值，并利用它修正前面巖石磁化率的測試結果。所以，利用帶溫度漂移校正的測量方式總共需要三次測量，這種工作模式稱為模式2。在野外溫度變化大或巖石磁化率弱的條件下，模式2更準確。

另外一種可進行溫度漂移校正的測量方式為模式3，其過程是先在空氣中進行一次初始測量；然后，將磁化率儀靠近巖石作第二次測量；第三次(最后一次)測量是將磁化率儀放回第一次測量的位置，再進行溫度漂移補償。但在野外實際操作過程中，很難保證第一次測量和第三次測量的位置完全相同。因此，與模式3相比，模式2因測量位置不同而引入的誤差更小，可操作性更強。

2 SM-30應用于興城夾山工區(qū)的測試方法

興城市夾山工區(qū)總共布設了11條測線，線距40 m，點距20 m，每條測線21個測點。由于植被覆蓋的關系，前兩條測線并未與其余測線對齊。工區(qū)的地形起伏及測點分布如圖1所示。

對于測線上每個測點的磁化率測量，SM-30直接放置于地表測量。相對于帶探桿的CZM-3型磁力儀來說，它在地面不留下任何痕跡，完全是無損測量，并且磁化率儀的感應線圈直徑很小，放置的位置不同，測量的結果差異較大，因此，無法嚴格按“一同三不同”的原則做檢查測量，故工區(qū)內的測點只做1次磁化率測試。

3 磁化率測試結果的分析

根據(jù)已有的地質資料，該工區(qū)的磁性基底為太古代混合巖化的花崗巖，上覆角度不整合的中元古代長城系地層。受構造運動的影響，夾山工區(qū)串嶺溝組和常州溝組地層以60°左右傾角出露地表。夾山工區(qū)的地磁總場數(shù)據(jù)經過各項改正后，得到ΔT磁異常數(shù)據(jù)。圖2為ΔT磁異常圖，大致可以分為三個異常區(qū)。圖2左下角為高磁異常區(qū)，等值線密集，近SN走向，磁異常最大值達1 300 nT；中間近NNW走向的中磁異常區(qū)，最大值僅221 nT；右上角的負磁異常區(qū)，等值線非常寬緩，最小值僅-164 nT。ΔT磁異常反映了從地表到磁性基底之間的磁性差異，是不同埋深、不同形狀、不同磁化強度的磁性地質體的磁異常的綜合響應。

磁化率測試的結果如圖3所示。整體上磁化率有沿測線方向(NE向)展布的趨勢。磁化率的最大值為1.58×10-3SI。磁化率的分布直接與該區(qū)域地表出露的巖石類型有關。由于SM-30的探測深度僅有0.2 m，決定了它只能反映淺層的巖石磁化率特征。受限于SM-30的探測深度和范圍，圖3的磁化率與圖2的磁異常分布特征并不吻合。但可以根據(jù)SM-30直接測量的磁化率參數(shù)，正演出淺部磁性體的磁異常，再利用“剝皮法”，進一步反演深部的磁化率。事實上，圖3與圖1中在“V”型山脊大量出露的含鐵石英巖脈以及測區(qū)西南部山溝里的含鐵石英細砂巖露頭對應得非常好。

圖2 夾山工區(qū)磁異常圖(等值線間隔50 nT)

圖3 夾山工區(qū)磁化率等值線圖(等值線間隔0.1×10-3 SI)

4 結束語

充分開發(fā)利用SM-30的功能，使之不僅服務于室內教學活動，也能服務于野外生產實踐教學活動，最大程度發(fā)揮其便攜、快速測量的優(yōu)勢。興城磁法勘探生產教學實習的嘗試表明，在進行磁異常測量的過程中，同時進行磁化率快速掃面或磁化率填圖，不僅有助于了解淺部的巖石磁化率分布特征，可以起到輔助地質填圖的作用，還對深部的磁異常解釋大有裨益。

[1] 焦新華，吳燕岡.重力與磁法勘探[M]. 北京：地質出版社，2009.

[2] 王建，劉澤純，姜文英，等.磁化率與粒度、礦物的關系及古環(huán)境意義[J]. 地理學報，1996，51(2)：155-163.

[3] 劉青松，鄧成龍.磁化率及其環(huán)境意義[J]. 地球物理學報，2009，52(4)：1041-1048.

[4] 張玄杰，范子梁，鄭廣如，等.新疆西天山地區(qū)巖礦石磁化率特征及應用[J]. 物探與化探，2013，37(1)：67-72.

[5] 朱曉穎，于長春，熊盛青，等.磁法在煤火探測中的應用[J]. 物探與化探，2007，31(2)：115-119.

[6] 鄧宇濤，方維萱，郭茂華，等.磁化率參數(shù)在東川鐵銅礦勘查中的方法試驗與研究[J]. 地質找礦論叢，2010，25(2)：157-162.

[7] 徐永生，朱瑞欣.磁化率測井應用的初步效果[J]. 地質與勘探，1984(5)：53-57.

[8] 劉天成.磁化率測井在淮北磁鐵礦普查勘探中的應用[J]. 物探與化探，1980(2)：35-41.

[9] 孔慶財.磁化率儀在生產礦山的應用[J]. 礦產與地質，2002，16(1)：58-60.

[10] 方大鈞，葉德泉.中國松遼盆地白堊紀巖石磁化率、剩磁強度與古氣候意義[J]. 地球物理學報，1989，32(1)：111-114.

[11] 張玉芬，李長安，陳國金，等.江漢平原湖區(qū)周老鎮(zhèn)鉆孔磁化率和有機碳穩(wěn)定同位素特征及其古氣候意義[J]. 地球科學—中國地質大學學報，2005，30(1)：114-120.

[12] 呂厚遠，韓家懋，吳乃琴，等.中國現(xiàn)代土壤磁化率分析及其古氣候意義[J]. 中國科學：B輯，1994，24(12)：1290-1297.

New Application of Portable Magnetic Susceptibility Meter SM-30 in Experiment Teaching

XIAO Feng, DU Xiaojuan

(College of Earth Exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China)

This paper compared different work modes of magnetic susceptibility meter SM-30, and applied it in production practice teaching of magnetic prospecting in Xingcheng. Compared susceptibility contour map with magnetic anomaly contour map, there are differences between them. These are due to the different depth they reflect separately. While the susceptibility anomaly agreed with the distribution of the ferrous quartz sandstone well and it will be helpful to aid geological mapping and magnetic anomaly exploration of deep stratum.

magnetic susceptibility meter; susceptibility; experiment teaching; application

2014-01-10；修改日期: 2014-04-03

肖 鋒(1977-)，男，博士，講師，主要從事固體地球物理教學和科研工作。

G642.44

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.042