肖 鋒，杜曉娟

(吉林大學(xué) 地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026)

便攜式磁化率儀SM-30在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的新應(yīng)用

肖 鋒，杜曉娟

(吉林大學(xué) 地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026)

文中對(duì)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(chǎn)教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行了磁化率填圖，并與磁異常等值線圖進(jìn)行了對(duì)比。由于反映的場(chǎng)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(zhì)填圖和深部磁異常解釋。

磁化率儀；磁化率；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；應(yīng)用

在物探教學(xué)中，物探儀器的工作原理、使用方法是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容。隨著物探儀器的不斷更新?lián)Q代，對(duì)教學(xué)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(xué)活動(dòng)中充分開(kāi)發(fā)和利用它們的功能；需要教師將先進(jìn)的儀器和設(shè)備介紹給學(xué)生，不斷更新學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，提高學(xué)生的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；師生在教學(xué)活動(dòng)中可以通過(guò)一些創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，獲得一些新的認(rèn)識(shí)。

磁法勘探中的磁化率是一個(gè)重要的巖石物性參數(shù)，是表征物質(zhì)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(chǎng)等[2-3]。利用磁化率與這些因素的關(guān)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?chē)判詫拥暮穸群蜕疃萚7-8]，測(cè)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(wú)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(wú)法在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量的磁化率快速測(cè)量，在一定程度上制約了該儀器的應(yīng)用。2011年，吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院購(gòu)進(jìn)6臺(tái)捷克產(chǎn)的便攜式巖礦石磁化率儀SM-30，次年新增一節(jié)2學(xué)時(shí)的磁化率儀的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)課，主要講授SM-30的工作原理及操作方法。2013年，結(jié)合學(xué)院在遼寧省興城市的磁法勘探生產(chǎn)教學(xué)實(shí)習(xí)，我們提出一種新思路：利用SM-30在工區(qū)每條測(cè)線的每個(gè)測(cè)點(diǎn)上快速測(cè)量，勾畫(huà)出磁化率值線圖，用來(lái)輔助地質(zhì)填圖與磁異常解釋。

1 SM-30的工作原理

SM-30的測(cè)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(cè)試結(jié)果。SM-30包含了一個(gè)振蕩器，它與直徑50 mm感應(yīng)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(cè)量?jī)纱握袷幤鞯念l率：第一次，將磁化率儀靠近巖石，稱(chēng)為感應(yīng)過(guò)程；第二次，將磁化率儀遠(yuǎn)離巖石，即在自由空氣中測(cè)量，稱(chēng)為補(bǔ)償過(guò)程。兩次測(cè)量的結(jié)果通過(guò)內(nèi)部程序相減，并轉(zhuǎn)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(cè)試原理適用于工作模式1，適合于室內(nèi)溫度穩(wěn)定或巖石磁化率較大的情況。

對(duì)于弱磁性的巖石來(lái)說(shuō)，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(chǔ)上，需要在空氣中多進(jìn)行一次測(cè)量，目的是獲得在測(cè)試過(guò)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(cè)試結(jié)果。所以，利用帶溫度漂移校正的測(cè)量方式總共需要三次測(cè)量，這種工作模式稱(chēng)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(zhǔn)確。

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

2 SM-30應(yīng)用于興城夾山工區(qū)的測(cè)試方法

興城市夾山工區(qū)總共布設(shè)了11條測(cè)線，線距40 m，點(diǎn)距20 m，每條測(cè)線21個(gè)測(cè)點(diǎn)。由于植被覆蓋的關(guān)系，前兩條測(cè)線并未與其余測(cè)線對(duì)齊。工區(qū)的地形起伏及測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示。

對(duì)于測(cè)線上每個(gè)測(cè)點(diǎn)的磁化率測(cè)量，SM-30直接放置于地表測(cè)量。相對(duì)于帶探桿的CZM-3型磁力儀來(lái)說(shuō)，它在地面不留下任何痕跡，完全是無(wú)損測(cè)量，并且磁化率儀的感應(yīng)線圈直徑很小，放置的位置不同，測(cè)量的結(jié)果差異較大，因此，無(wú)法嚴(yán)格按“一同三不同”的原則做檢查測(cè)量，故工區(qū)內(nèi)的測(cè)點(diǎn)只做1次磁化率測(cè)試。

3 磁化率測(cè)試結(jié)果的分析

根據(jù)已有的地質(zhì)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(zhǎng)城系地層。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)各項(xiàng)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(gè)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(dá)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(fù)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(qiáng)度的磁性地質(zhì)體的磁異常的綜合響應(yīng)。

磁化率測(cè)試的結(jié)果如圖3所示。整體上磁化率有沿測(cè)線方向(NE向)展布的趨勢(shì)。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(lèi)型有關(guān)。由于SM-30的探測(cè)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(cè)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(cè)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(jìn)一步反演深部的磁化率。事實(shí)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(cè)區(qū)西南部山溝里的含鐵石英細(xì)砂巖露頭對(duì)應(yīng)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(jié)束語(yǔ)

充分開(kāi)發(fā)利用SM-30的功能，使之不僅服務(wù)于室內(nèi)教學(xué)活動(dòng)，也能服務(wù)于野外生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，最大程度發(fā)揮其便攜、快速測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。興城磁法勘探生產(chǎn)教學(xué)實(shí)習(xí)的嘗試表明，在進(jìn)行磁異常測(cè)量的過(guò)程中，同時(shí)進(jìn)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(zhì)填圖的作用，還對(duì)深部的磁異常解釋大有裨益。

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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(xué)和科研工作。

G642.44

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.042