CN102621506A - 岩矿石标本磁参数的总场磁力仪4方位测定方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩矿石标本磁参数的总场磁力仪4方位测定方法及其装置，该装置包括总场磁力仪(31、35、37)、标本盒(32)、标本盒座板(33)和支架(34)。我国《地面高精度磁测技术规程》(DZ/T0071-93)中给出的总场磁力仪测量岩矿石标本磁参数方法是以地磁倾角为基准的斜测方法。本发明的测定方法不使用地磁倾角值，可免去地磁倾角估算不准和倾斜板调斜不准所带来的误差；本发明采用接近高斯第一位置的标本位置，标本磁场在测量探头处的强度是高斯第二位置的1.5～2倍，有利于测量较弱磁性的标本。本发明的测定装置附有易于翻转的同心标本盒，标本翻转过程中不会产生距离变化，可以提高磁参数测量的精度。

Description

岩矿石标本磁参数的总场磁力仪4方位测定方法及其装置

技术领域

本发明属于地球物理磁法勘查岩矿石标本磁参数测定领域，特别涉及一种利用总场磁力仪测量岩矿石标本磁参数的4方位测定方法及其装置。

背景技术

岩矿石磁参数测定是地球物理磁法勘查的一项基础工作，使用总场磁力仪测定岩矿石标本磁参数一直采用基于地磁倾角的斜测方法及其装置，岩矿石标本必须在与地磁场倾角一致的斜面上翻转摆放。我国现行行业标准《地面高精度磁测技术规程》(DZ/T0071-93)的附录C中给出了测量磁参数的计算公式：

高斯第一位置：

磁化率：

$\mathrm{\κ}=\frac{{5R}^3}{3T_{0}V}[(\frac{n_1+n_2}{2}-n_0)+(\frac{n_3+n_4}{2}-n_0)+(\frac{n_5+n_6}{2}-n_0)]\×{10}^{-6}\×4\mathrm{\π}\left(\mathrm{SI}\right)$

剩余磁化强度：

$I_r=\frac{{5R}^3}{2V}\sqrt{{(n_1-n_2)}^2+{(n_3-n_4)}^2+{(n_5-n_6)}^2}\×{10}^{-3}(A/m)$

剩磁偏角： $\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{n_1-n_2}{n_3-n_4}\right)$

剩磁倾角： $\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{n_5-n_6}{\sqrt{{(n_1-n_2)}^2+{(n_3-n_4)}^2}}\right)$

n_i(i＝1，2，…，6)为标本盒各盒面方向磁感应强度T的平均值(标本盒围绕T方向每旋转90°读一个数，每个盒面共读取四个数，取平均值)，例如：

$n_6=\frac{{\mathrm{Th}}_{601}+{\mathrm{Th}}_{602}+{\mathrm{Th}}_{603}+{\mathrm{Th}}_{604}}{4}.$

上面各式中，R为标本中心与下探头间的距离；T₀为正常地磁总场；V为标本的体积；n₀为地磁场的读数值，n₁～n₆为标本盒六个面的磁场读数值。

用来测量磁参数的斜测装置如图1所示，包括总场磁力仪探头(11)、用来支撑探头的探头支杆(12)、标本盒(13)、可调倾角的斜板(14)、选择R(标本中心与下探头中心间的距离)及固定标本盒的活动插销(15)、固定和调节倾角的螺杆(16)、可做水平转动的平板(17)以及三脚架(18)。

这种斜测方法要求被测标本的中心轴线以当地地磁倾角(I₀)的斜度，对准总场磁力仪测量探头的中心。因此，该方法必须预先知道标本测定地点的地磁倾角，斜测装置必须准确调节标本板倾角与实地的地磁场倾角相等。由于目前大多数地球物理勘查单位都不具备野外实测地磁倾角的能力，只能依靠查地磁图或理论计算估计地磁倾角，往往与实际地磁倾角值有较大的误差，这种不易控制的地磁倾角误差导致磁参数测定结果存在较大的不确定因素。

发明内容

为了克服现有测量方法和装置存在的缺陷，本发明提出了一种不必考虑地磁倾角、能够提高磁参数测定精度的岩矿石标本磁参数4方位测定方法及其装置。

总场磁力仪测量岩矿石标本磁参数的4方位测定装置如图3所示，该装置包括总场磁力仪(31、35、37)、标本盒(32)、标本盒座板(33)和支架(34)。所述标本盒(32)中装有岩石标本或矿石标本，所述总场磁力仪包括主机(31)、测量探头(35)和日变探头(37)，所述标本盒座板(33)中装有可任意旋转的标本盒(32)，标本盒与标本盒座板中心的距离可以调节。所述总场磁力仪(可使用质子磁力仪、光泵磁力仪、超导磁力仪等)采用双探头的梯度测量或两台单探头磁力仪总场测量方式，测量探头(35)放置于标本盒座板(33)旋转轴中心，日变探头置于标本磁场影响范围之外的正常地磁场中。待测标本装在立方体标本盒(32)内，标本盒的六个盒面分别用数字1～6标记，如图3所示。

岩矿石标本磁参数的总场磁力仪4方位测定方法包括如下步骤：

A)选择平稳的地磁正常场处，采用铅锤将标本盒座板(33)调到竖直，并使标本盒座板面位于垂线和磁北方向组成的平面中，将支架(34)安置牢固，将总场磁力仪的测量探头(35)放置于标本盒座板(33)中心，日变探头(37)置于标本磁场影响范围之外的正常地磁场中，取下标本盒(32)，由总场磁力仪测量出正常地磁总场T₀；

B)将内置有标本的标本盒(32)置于标本盒座板(33)的适当位置，使总场磁力仪的读数明显偏离正常地磁场值T₀，测量标本盒(32)中心与测量探头(35)中心间的距离R；

C)保持标本盒的1号面朝东，旋转标本盒座板，使标本盒(32)中心与总场磁力仪的测量探头(35)中心等高并位于测量探头的磁北方向，然后依次旋转90°，使标本盒分别位于测量探头的下、南、上四个方位，并通过总场磁力仪分别测得标本所处四方位的4个磁场值；旋转标本盒，使其2号面朝东，旋转标本盒座板，再次分别测得标本所处北、下、南、上四方位的4个磁场值，直至总场磁力仪分别测得标本盒的六面分别朝东且标本分别位于北、下、南、上四个方位时的24个磁场值为止，通过T_ij分别记录这24个磁场值；

D)测量标本盒(32)内标本的体积V；

E)将步骤A中测得的T₀，步骤B中测得的R，步骤C中测得的24个磁场值以及步骤D中测得的V分别代入下式，得出标本的磁化率κ、剩余磁化强度M_r、剩磁偏角φ和剩磁倾角θ：

$\mathrm{\κ}=({\mathrm{\κ}}_x+{\mathrm{\κ}}_y+{\mathrm{\κ}}_z)/3=\frac{R^3}{2T_{0}V}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}(T_{i1}+T_{i2}+T_{i3}+T_{i4})\×4\mathrm{\π}\left(\mathrm{SI}\right)$

$M_r=\sqrt{M_{\mathrm{rx}}^2+M_{\mathrm{ry}}^2+M_{\mathrm{rz}}^2}=\frac{{5R}^3}{V}\sqrt{\frac{1}{5}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}(T_{i1}-T_{i3}{)}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2}\×{10}^{-3}(A/m)$

$\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{4{((T_{11}-T_{13})}^2+{(T_{12}-T_{14})}^2+{(T_{61}-T_{63})}^2+{(T_{62}-T_{64})}^2){-(T_{21}-T_{23})}^2-{(T_{22}-T_{24})}^2-{(T_{51}-T_{53})}^2-{(T_{52}-T_{54})}^2}}{\sqrt{4\underset{i=4}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-{(T_{31}-T_{33})}^2-{(T_{32}-T_{34})}^2-{(T_{61}-T_{63})}^2-{(T_{62}-T_{64})}^2}}\right)$

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{4\underset{i=2}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-{(T_{11}-T_{13})}^2-{(T_{12}-T_{14})}^2-{(T_{41}-T_{43})}^2-{(T_{42}-T_{44})}^2}}{\sqrt{3\underset{i=5}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-\underset{i=2}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2-{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-4({(T_{11}-T_{13})}^2-{(T_{12}-T_{14})}^2-{(T_{41}-T_{43})}^2-{(T_{42}-T_{44})}^2)}}\right)$

式中：

κ_x、κ_y、κ_z分别为标本三轴方向的磁化率；

T_ij为标本处于不同状态下，通过总场磁力仪分别测得的标本磁场值；

R为标本盒与测量探头中心之间的距离；

V为标本盒的体积；

T₀为正常地磁总场；

M_rx、M_ry、M_rz分别为标本三轴方向的剩余磁化强度。

本发明的有益效果在于：

本发明的测定方法不使用地磁倾角值，可免去地磁倾角估算不准和倾斜板调斜不准所带来的误差；本发明采用接近高斯第一位置的标本位置，标本磁场在测量探头处的强度是高斯第二位置的1.5～2倍，有利于测量较弱磁性的标本。本发明的测定装置附有易于翻转的同心标本盒，标本翻转过程中不会产生距离变化，可以提高磁参数测量的精度。

附图说明

图1是现有技术的斜测装置结构示意图，其中：11-探头、12-探头支杆、13-标本盒、14-斜板、15-活动插销、16-螺杆、17-标本盒座板、18-三脚架。

图2是本发明使用的标本盒面的标记图。

图3是本发明4方位测定方法中采用的4方位测定标本装置的结构示意图，其中：31-总场磁力仪主机、32-标本盒、33-标本盒座板、34-支架、35-测量探头、36-探头支架、37-日变探头。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的岩矿石标本磁参数的4方位测定方法及其装置做进一步详细的说明。

本发明的4方位测定方法步骤是：

1.选择平稳的地磁正常场，用铅锤线将标本盒座板(33)调到竖直，并使标本盒座板面位于垂线和磁北方向组成的平面上，将支架(34)安置牢固，此时，标本盒座板可在垂线和磁北方向组成的平面内灵活旋转。为了便于记录，标本盒相对于旋转轴的北、下、南、上四个位置，分别用位置号1、2、3、4表示；

2.将总场磁力仪的测量探头(37)放置于标本盒座板(33)中心，日变探头置于标本磁场影响范围之外的正常地磁场中，取下标本盒，由总场磁力仪读出正常地磁总场T₀；

3.将标本装在标本盒内中心，周围使用无磁性充填物塞紧。盒有三个轴，按右手定则令x轴正向指北，y轴正向指东，z轴正向向下，3个轴向的正向盒面分别标以2、4、6，负向盒面分别标以1、3、5。如果标本采集时定了方向，则定向标本方向应与标本盒坐标方向一致。

4.将内置有标本的标本盒置于标本盒座板的适当位置，使总场磁力仪的读数明显偏离正常地磁场值T₀，旋转标本盒座板，使标本盒(32)中心与总场磁力仪的测量探头(35)中心等高且位于测量探头磁北方向，即位置号1，测量标本盒(32)中心与总场磁力仪的测量探头(35)中心间的距离R，磁力仪设置为梯度测量方式，梯度探头间距设置为1m；

5.在位置号1，旋转标本盒，保持标本盒的1号面朝东，使标本盒y轴正向朝北，z轴正向朝下，通过磁力仪测出标本的磁场梯度值，记为T₁₁；保持标本盒与标本盒座板的关系不变，旋转标本盒座板，依次使标本盒位于位置号2、3、4，并通过磁力仪分别测得标本处的磁场梯度值，记为T₁₂、T₁₃、T₁₄；

6.在位置号1，旋转标本盒，保持其2号面朝东，使z轴正向朝北，y轴正向朝下，旋转标本盒座板，分别测得标本处在位置号1、2、3、4时的4个磁场梯度值，分别记为T₂₁、T₂₂、T₂₃、T₂₄；

7.类似重复步骤6，在位置号1，标本盒的3～6面分别朝东且其它2轴正向朝北或朝下，分别测量标本盒位于四个位置号时的4个磁场梯度值。直至24个磁场梯度值全部测出为止(以T_ij分别记录这24个磁场值，下标i＝1～6表示朝东面的盒面号，下标j＝1、2、3、4表示标本盒位置号)；

8.测量标本盒(32)内标本的体积V；

9.将步骤2测得的T₀，步骤4测得的R，步骤5～7测得的24个磁场值以及步骤8测得的V分别代入下式，得出标本的磁化率κ、剩余磁化强度M_r、剩磁偏角φ和剩磁倾角θ：

磁化率：

$\mathrm{\κ}=({\mathrm{\κ}}_x+{\mathrm{\κ}}_y+{\mathrm{\κ}}_z)/3=\frac{R^3}{2T_{0}V}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}(T_{i1}+T_{i2}+T_{i3}+T_{i4})\×4\mathrm{\π}\left(\mathrm{SI}\right)$

剩磁：

$M_r=\sqrt{M_{\mathrm{rx}}^2+M_{\mathrm{ry}}^2+M_{\mathrm{rz}}^2}=\frac{{5R}^3}{V}\sqrt{\frac{1}{5}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}(T_{i1}-T_{i3}{)}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2}\×{10}^{-3}(A/m)$

剩磁偏角：

$\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{4{((T_{11}-T_{13})}^2+{(T_{12}-T_{14})}^2+{(T_{61}-T_{63})}^2+{(T_{62}-T_{64})}^2){-(T_{21}-T_{23})}^2-{(T_{22}-T_{24})}^2-{(T_{51}-T_{53})}^2-{(T_{52}-T_{54})}^2}}{\sqrt{4\underset{i=4}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-{(T_{31}-T_{33})}^2-{(T_{32}-T_{34})}^2-{(T_{61}-T_{63})}^2-{(T_{62}-T_{64})}^2}}\right)$

剩磁倾角：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{4\underset{i=2}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-{(T_{11}-T_{13})}^2-{(T_{12}-T_{14})}^2-{(T_{41}-T_{43})}^2-{(T_{42}-T_{44})}^2}}{\sqrt{3\underset{i=5}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-\underset{i=2}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2-{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-4({(T_{11}-T_{13})}^2-{(T_{12}-T_{14})}^2-{(T_{41}-T_{43})}^2-{(T_{42}-T_{44})}^2)}}\right)$

式中κ_x、κ_y、κ_z分别为标本三轴方向的磁化率；

T_ij为标本处于不同状态下，通过总场磁力仪分别测得的实测磁场值；

R为标本盒与测量探头中心之间的距离；

V为标本盒的体积；

T₀为正常地磁总场；

M_rx、M_ry、M_rz分别为标本三轴方向的剩余磁化强度；

本发明中的总场磁力仪通常可采用质子磁力仪，也可选用光泵磁力仪、超导磁力仪等其它总场磁力仪。

4方位测定标本的其它说明：

1.测试标本的一般要求，应按《地面高精度磁测技术规程》(DZ/T0071-93)的附录C要求处理。

2.本发明的4方位测定方法所使用的标本位置接近于高斯第一位置，标本盒座板面应保持在磁北与铅锤线构成的平面内。

3.应采用如图2所示的标本盒面标记。

以上实施步骤仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，未脱离本发明精神和范围的任何简单修改或者等同替换(例如修改标本盒面编号、替换测量位置朝向、对称的四方位用非对称的二方位替换，等等)，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.岩矿石标本磁参数的总场磁力仪4方位测定装置包括总场磁力仪(31、35、37)、标本盒(32)、标本盒座板(33)和支架(34)。

2.如权利要求1所述标本盒(32)中装有岩石标本或矿石标本，所述总场磁力仪包括主机(31)、测量探头(35)和日变探头(37)，所述标本盒座板(33)中装有可任意旋转的标本盒(32)，标本盒与标本盒座板中心的距离可以调节。

3.如权利要求1所述的岩矿石标本磁参数的总场磁力仪4方位测定装置，其特征在于：所述总场磁力仪(可使用质子磁力仪、光泵磁力仪、超导磁力仪等)采用双探头的梯度测量或两台单探头磁力仪总场测量方式，测量探头(35)放置于标本盒座板(33)旋转轴中心，日变探头置于标本磁场影响范围之外的正常地磁场中。

4.岩矿石标本磁参数的总场磁力仪4方位测定方法包括如下步骤：

A)选择平稳的地磁正常场，将支架(34)安置牢固，采用铅锤将标本盒座板(33)调到竖直，并使标本盒座板面位于垂线和磁北方向组成的平面中，将总场磁力仪的测量探头(35)放置于标本盒座板(33)旋转轴中心，日变探头(37)置于标本磁场影响范围之外的正常地磁场中，测量出正常地磁总场梯度T₀；

B)将内置有标本的标本盒(32)置于标本盒座板(33)的适当位置，使总场磁力仪的读数明显偏离正常地磁场值T₀，测量标本盒(32)中心与测量探头(35)中心间的距离R，旋转标本盒座板，使标本盒(32)中心位于总场磁力仪的磁北方向且与旋转轴中心等高；

C)磁力仪设置为梯度测量方式，探头距离设置为1m，测得标本盒的六面分别朝东且标本盒分别位于北、下、南、上四个位置时的24个磁场梯度值(以Tij分别记录这24个磁场值，下标i＝1～6表示朝东面的盒面号，下标j＝1、2、3、4分别表示标本盒相对于测量探头的方位(1＝北、2＝下、3＝南、4＝上)；

D)测量标本盒(32)内标本的体积V；

E)将步骤A测得的T₀，步骤B测得的R，步骤C测得的24个磁场值以及步骤D测得的V分别代入下式，得出标本的磁化率κ、剩余磁化强度M_r、剩磁偏角φ和剩磁倾角θ：

$\mathrm{\κ}=({\mathrm{\κ}}_x+{\mathrm{\κ}}_y+{\mathrm{\κ}}_z)/3=\frac{R^3}{2T_{0}V}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}(T_{i1}+T_{i2}+T_{i3}+T_{i4})\×4\mathrm{\π}\left(\mathrm{SI}\right)$

$M_r=\sqrt{M_{\mathrm{rx}}^2+M_{\mathrm{ry}}^2+M_{\mathrm{rz}}^2}=\frac{{5R}^3}{V}\sqrt{\frac{1}{5}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}(T_{i1}-T_{i3}{)}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2}\×{10}^{-3}(A/m)$

$\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{4{((T_{11}-T_{13})}^2+{(T_{12}-T_{14})}^2+{(T_{61}-T_{63})}^2+{(T_{62}-T_{64})}^2){-(T_{21}-T_{23})}^2-{(T_{22}-T_{24})}^2-{(T_{51}-T_{53})}^2-{(T_{52}-T_{54})}^2}}{\sqrt{4\underset{i=4}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-{(T_{31}-T_{33})}^2-{(T_{32}-T_{34})}^2-{(T_{61}-T_{63})}^2-{(T_{62}-T_{64})}^2}}\right)$

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{4\underset{i=2}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-{(T_{11}-T_{13})}^2-{(T_{12}-T_{14})}^2-{(T_{41}-T_{43})}^2-{(T_{42}-T_{44})}^2}}{\sqrt{3\underset{i=5}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2+{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-\underset{i=2}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}({(T_{i1}-T_{i3})}^2-{(T_{i2}-T_{i4})}^2)-4({(T_{11}-T_{13})}^2-{(T_{12}-T_{14})}^2-{(T_{41}-T_{43})}^2-{(T_{42}-T_{44})}^2)}}\right)$

式中：

κ_x、κ_y、κ_z分别为标本三轴方向的磁化率；

T_ij为标本处于不同状态下，通过总场磁力仪分别测得的实测磁场值；

R为标本盒与测量探头中心之间的距离；

V为标本盒的体积；

T₀为正常地磁总场；

M_rx、M_ry、M_rz分别为标本三轴方向的剩余磁化强度。

Images