当然可以,完全没有问题
自然界的岩石和矿石具有不同磁性,可以产生各不相同的磁场,它使地球磁场在局部地区发生变化,出现地磁异常。利用磁力仪发现和研究这些磁异常,进而可以寻找磁性矿体和研究地质构造。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一,它主要用来寻找和勘探有关矿产(如铁矿、铅锌矿、铜矿等)、进行地质填图等。
工作原理
质子磁力仪(proton precession magnetometer),它利用静态激发质子在地磁场内的拉莫尔进动效应测量磁场。但它功耗大,只能进行间断测量,灵敏度不高。
拉莫尔旋进
当没有外界磁场作用于含氢液体时,其中质子磁矩无规则的任意指向,不显现宏观磁矩。若垂直于地磁场T的方向,加一强人工磁场Ho,则样品中的质子磁矩,将按Ho方向排列起来,此过程称为极化。然后切断磁场Ho ,则地磁场对质子有μp×T的力矩作用,试图将质子拉回到地磁场方向,由于质子自旋,因而在力矩作用下,质子磁矩μp将绕着地磁场T的方向作旋进运动,叫做拉莫尔旋进。
静态极化法
在圆柱形有机玻璃容器内,装满富含氢的工作物质,容器置于线圈之中。线圈通以电流,使其内产生极化磁场Ho ,其方向沿线圈轴向,大致垂直于地磁场T。沿着合成磁场(Ho+T)的方向(可以认为Ho 的方向就是合成磁场的方向),在工作物质内产生一宏观磁矩M(M是随时间逐渐增强的,要经过一段时间才能达到饱和值)。沿Ho方向建立起磁矩M后,迅速切断外磁场,在切断时间内,使M的方向和大小来不及发生明显的变化,结果质子磁化强度矢量开始绕地磁场T旋进。 一般极化线圈同时作为接收线圈, 并线圈调谐在旋进频率f上。
质子旋进信号的衰减
质子磁矩的旋进,将在接收线圈中产生感应电压信号
应用范围
1) 矿产勘察,根据矿石中有用矿物质具有磁性或有磁性矿物与之共生的特点,进行直接找矿,或根据矿体在成因 或空间上与某些磁性地质体构造有关的特点,进行间接找矿。这些矿包括铁矿、铅锌矿、铜矿等 。
2) 配合矿区勘探,研究矿体的埋深、产状和连续性,研究矿体的形状、大小,估计矿床规模 ? 石油、天然气勘察,研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题
3) 地震前兆监测,火山观测以及其它环境及灾害地质工作
4) 配合基础地质调查,进行地质填图
5) 对铁桶、铁罐等铁制品埋藏物定位
6) 探测与磁性相关的地质构造
7) 铁制军火侦测
8) 断层定位
9) 工程勘察
10) 管线探测
11) 环境勘探
12) 考古
13) 水文
质子磁力仪于20世纪50年代中期问世,在航空、海洋及地面等领域均得到了应用。它具有灵敏度、准确度高的特点,可测量地磁场总强度T的绝对值(或相对值)、梯度值。
1.质子(核子)的旋进
质子磁力仪使用的工作物质(探头中)有蒸馏水、酒精、煤油、苯等富含氢的液体。水(H2O)在宏观上看它是逆磁性物质,但其各个组成部分,磁性不同。水分子中的氧原子核不具磁性,它的电子自旋磁矩都成对地互相抵消了,而电子的运动轨道又由于水分子间的相互作用被“封固”。当外界磁场作用时,因电磁感应作用,各轨道电子的速度略有改变,因而显示出水的逆磁性。此处,水分子中的氢原子核(质子),由自旋产生的磁矩,将在外加磁场的影响下,逐渐地转到外磁场方向。这就是逆磁性介质中的“核子顺磁性”。
当没有外界磁场作用于含氢液体时,其中质子磁矩无规则地任意指向,不显现宏观磁矩。若垂直地磁场T的方向,加一个强人工磁场H0,则样品中的质子磁矩,将按H0方向排列起来,如图3-3-2(a)所示,此过程称为极化。然后,切断磁场H0,则地磁场对质子有μp×T的力矩作用,试图将质子拉回到地磁场方向。由于质子自旋,因而在力矩作用下,质子磁矩μp将绕着地磁场T的方向作旋进运动(叫做拉莫尔旋进),如图3-3-2(b)所示。它好像是地面上倾斜旋转着的陀螺,在重力作用下并不立刻倒下,而绕着铅垂方向作旋进运动的情景一样。
图3-3-1 ENV1质子磁力仪
图3-3-2 质子旋进示意图
2.测量原理
理论物理分析研究表明,氢质子旋进的角速度ω与磁场T的大小成正比,其关系为
地球物理勘探概论
式中:γp为质子的自旋磁矩与角动量之比,叫做质子磁旋比(或回旋磁化率),它是一个常数。根据我国国家标准局1982年颁布的质子磁旋比数值是:
γp=(2.6751987±0.0000075)×108T-1s-1
又因ω=2πf,则有:
地球物理勘探概论
由式可见,只要能准确测量出质子旋进频率f,乘以常数,就是地磁场T的值。
3.质子旋进信号
从上述讨论得知,测定地磁场T的量值,须使质子作自由旋进运动。为此要将质子磁矩极化,使之偏离T的方向一个角度。
通常采用的极化方法是:在圆柱有机玻璃容器内,装满富含氢的工作物质(如水等),容器置于线圈之中。线圈通以电流,使其内产生的极化(磁化)磁场H0,其方向沿线圈轴线,大致垂直于地磁场T。切断电流后,极化线圈亦作为接收线圈,并调谐在旋进频率f上。质子磁矩的旋进,将在接收线圈中产生感应电压信号。
在接收线圈内,感应信号的电压为
地球物理勘探概论
式中:C为与线圈截面积、匝数及容器的充填因子有关的系数,对于一定的探头装置C是一个常数;κp为质子(核子)磁化率;H0为极化磁场的强度;θ为线圈轴线与T之夹角;t1为切断极化场时刻起算的时间;1/T2′为衰减常数。
分析式(3-3-3)可得:
(1)感应信号的幅度与κpH0成正比。κpH0是在极化磁场作用下质子的磁化强度。为了获得强旋进信号,一方面要选用单位体积内质子数目多的工作物质;另一方面使用大极化电流,产生强极化磁场,这也就提高了功率消耗。
(2)信号幅度与质子旋进角频率ω=γpT成正比。若地磁场弱(T值小),则旋进角频率ω低,信号幅度也就小。目前,质子磁力仪的测程一般是20000~100000nT,相当于旋进频率由851.52Hz~4257.60Hz。此频率范围对于地面、海洋及航空磁测来说,一般是足够的。
(3)信号幅度亦与sin2θ有关。线圈轴线与T的夹角θ在0~90°变化,其大小会影响旋进信号的振幅,而与旋进频率无关。当
,信号幅度只降低到最大幅度的一半;因此对探头定向只要求大致与T相垂直。θ接近于零度,是探头的工作盲区。
(4)旋进信号是按指数函数规律衰减的正弦信号,见图3-3-3。其频率为ω=γpT,衰减常数为
,它持续约几秒钟。感应信号的衰减,与探头所处的磁场梯度有关,梯度越大,衰减愈快。可以精确地测定旋进频率(即测定地磁场值),所允许存在的地磁场最大梯度,叫做仪器的梯度容限。
图3-3-3 质子旋进信号的衰减
质子磁力仪(proton precession magnetometer),它利用静态激发质子在地磁场内的拉莫尔进动效应测量磁场。但它功耗大,只能进行间断测量,灵敏度不高。
在圆柱形有机玻璃容器内,装满富含氢的工作物质,容器置于线圈之中。线圈通以电流,使其内产生极化磁场Ho ,其方向沿线圈轴向,大致垂直于地磁场T。沿着合成磁场(Ho+T)的方向(可以认为Ho 的方向就是合成磁场的方向),在工作物质内产生一宏观磁矩M(M是随时间逐渐增强的,要经过一段时间才能达到饱和值)。沿Ho方向建立起磁矩M后,迅速切断外磁场,在切断时间内,使M的方向和大小来不及发生明显的变化,结果质子磁化强度矢量开始绕地磁场T旋进。 一般极化线圈同时作为接收线圈, 并线圈调谐在旋进频率f上。
质子磁矩的旋进,将在接收线圈中产生感应电压信号,如右图所示。
质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等3种类型。根据查询第二代磁力仪的相关信息得知,多选题(4分)第二代磁力仪有质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等3种类型。第二代磁力仪,是根据核磁共振特征,利用高磁导率软磁合金,以及复杂的电子线路制作的,如质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等。
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