CN202025076U - 总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置，其包括总场磁力仪、内置有标本的标本盒、平板和平板架，总场磁力仪包括探头和探头支架，将总场磁力仪测得参数代入下式，得到标本磁参数-磁化率K和剩余磁化强度Mr：

我国《地面高精度磁测技术规程》附录C中给出了总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的装置是斜测装置。本实用新型将斜测改为平测，该装置不仅可以免去斜测因调斜不准产生的误差，而且，岩矿石标本在斜面上不断翻转震动会产生倾斜位移，带来距离偏差的最大误差。该平测装置简单牢靠，可提高岩、矿石标本磁参数测量的精度。

Description

总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置

技术领域

本实用新型属于地球物理磁法勘查岩、矿石标本磁参数领域，特别涉及一种利用总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置。

背景技术

自从我国的地面磁测仪器由自由质子磁力仪替代传统机械磁称后，地面磁法勘查的精度得到大幅度的提高。因为质子磁力仪测量的是地磁总场(T)的值，所以用它测定岩(矿石)标本磁参数的装置与计算公式也做了相应的改变，在名为《地面高精度磁测技术规范》的附录C中给出了测量磁参数的计算公式：

高斯第二位置：

磁化率： $K=\frac{{10r}^3}{{3T}_0}\·\frac{1}{V}[(n_0-\frac{n_1+n_2}{2})+(n_0-\frac{n_3+n_4}{2})+(n_0-\frac{n_5+n_6}{2})]\·{10}^{-6}\×4\mathrm{\π}\·\mathrm{SI}$

剩余磁化率： $I_r={5r}^3\·\frac{1}{V}\·\sqrt{{(n_2-n_1)}^2+{(n_4-n_3)}^2+{(n_6-n_5)}^2}\·{10}^{-3}A/m$

磁偏角： $\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\frac{n_2-n_1}{n_4-n_3}$

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

每个轴正、负方向读取四个数(标本盒沿T方向每旋转90°读一个数)，即取平均值，例如：

上面各式中，r为标本中心与下面探头间的距离；T₀为正常地磁总场；V为标本盒的体积；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。

这种斜测装置要求被测标本的中心轴线，以当地地磁倾角(I₀)的斜度，对准总场磁力仪探头的中心。据此，该装置要有调节标本板倾斜的机构和达到当地磁倾角的测角器，为了防止标本在斜面上的下滑，还要有能调节距离的防滑挡板，这些装置要严格采用无磁材料，防止磁性干扰。由于结构较为复杂，加之在斜面上翻动标本测试，易于使装置产生移动。而磁场强度与距离有三次方的反比关系，即使微小的位移也使测定欠准。

实用新型内容

为了克服现有测量装置存在的缺陷，本实用新型的目的在于提出一种能够提高磁参数测定精度的岩、矿石标本磁参数的平测装置。

一种总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置，该装置包括总场磁力仪、标本盒、平板和平板架，所述标本盒中装有岩石标本或矿石标本，所述总场磁力仪包括上探头、下探头和探头支架，其特征在于：所述平板通过平板架进行支撑并置于平稳的正常地磁场中，并使位于平板上的与平板长轴相垂直的垂线对准磁北，所述总场磁力仪放置于平板长轴的一侧，所述平板上设有滑槽，将内置有标本的标本盒放在平板的滑槽上进行滑动，保持所述总场磁力仪的下探头中心与标本盒中心等高。

其中，所述总场磁力仪放置于平板长轴中线的西侧或东侧，且与平板之间留有1-2mm的间距。

其中，所述标本装在立方体标本盒内，且标本盒的六个盒面分别用数字1-6标记。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的平测装置不但省掉了现有技术中斜测装置的复杂结构，还免去了不同纬度地区的调斜过程与调斜不准所带来的误差，由于标本盒在倾斜面上几十次的翻转震动，易于使标本中心与下探头中心间的距离有所改变，造成大的误差出现；平测装置的整体结构简单、牢靠，易于翻转标本盒，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是现有技术中斜测标本装置的结构示意图，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-平板，18-三脚架；

图2是本实用新型平测标本装置的结构示意图，其中21-总场磁力仪，22-标本盒，23-平板，24-平板架，25-下探头，26-探头支架，27-上探头；

图3是标本盒面的标记图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的岩、矿石标本磁参数的平测装置做进一步详细的说明。

本实用新型的平测方法是将正常地磁总场(T₀)由磁倾角(I)分解为垂直分量磁场(Z₀)和水平分量磁场(H₀)，即

Z₀＝T₀sinI                                (1)

H₀＝T₀cosI                                (2)

垂直分量磁场Z₀和水平分量磁场H₀同时作用于标本。

标本产生的感磁和原有的剩磁，被位于高斯第二位置的总场磁力仪(本实用新型中的总场磁力仪可采用质子磁力仪、光泵磁力仪或超导磁力仪等)测量到，称为总磁场异常ΔT，有

ΔT＝ΔZsinI+ΔHcosI                        (3)

式中ΔZ和ΔH分别为Z₀和H₀作用下标本产生的垂直磁场和水平磁场异常。

将标本装立于一个立方体的标本盒内，盒有三个轴，按左手定则令x轴正向指东，y轴正向指北，z轴正向向下，如果标本采集时定了方向，则定向标本方向应与y轴正向一致。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。将标本盒平置于标本架上，x轴正向指东(即标本盒上与x轴指向相同的盒面标记为2)，y轴正向指北(即标本盒上与y轴指向相同的盒面标记为4)，z轴正向指下(即标本盒上与z轴指向相同的盒面标记为6)，此时，在垂直分量磁场Z₀和水平分量磁场H₀的作用下，标本产生的垂直磁场ΔZ和水平磁场ΔH分别为：

$\mathrm{\ΔZ}=\frac{m_z}{R^3}=\frac{(K_z{Z}_0+M_{\mathrm{rz}})V}{R^3}---\left(4\right)$

$\mathrm{\Δ}{H}_y=\frac{m_y}{R^3}=\frac{(K_y{H}_0+M_{\mathrm{ry}})V}{R^3}---\left(5\right)$

将标本逆时针水平旋转90°，标本产生的垂直磁场ΔZ同式(4)，产生的水平磁场ΔH_x为：

$\mathrm{\Δ}{H}_x=\frac{m_x}{R^3}=\frac{(K_x{H}_0+M_{\mathrm{rx}})V}{R^2}---\left(6\right)$

上面三式中，m_z、m_y、m_x；K_z、K_y、K_x和M_rz、M_ry、M_rx分别为标本三轴方向的磁矩、磁化率和剩余磁化强度，K_zZ₀为z轴方向的感应磁化强度，V为标本的体积，R为标本与总场磁力仪探头中心之间的距离。

通过标本上、下倒置与水平旋转180°，可得感应磁化强度与剩余磁化强度方向相同或相反的情况，即(4)、(5)、(6)式中的加号改为减号，然后将上面的(4)～(6)式与加号改为减号的(4)～(6)式相加即求得标本的磁化率K，将上面的(4)～(6)式与加号改为减号的(4)～(6)式相减即求得剩余磁化强度Mr。由此，本实用新型的磁参数是通过上式之间的加减运算求得的。

$K=(K_x+K_y+K_z)/3=\frac{R^3}{T_{0}V}(T_0-\frac{1}{24}\underset{1}{\overset{24}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{ij}})\·{10}^{-6}\×4\mathrm{\π}\·\mathrm{SI}---\left(7\right)$

$M_r=\sqrt{M_{\mathrm{rx}}^2+M_{\mathrm{ry}}^2+M_{\mathrm{rz}}^2}\·{10}^{-3}A/m---\left(8\right)$

如图2所示，本实用新型的平测装置包括总场磁力仪21、标本盒22、平板23和平板架24。总场磁力仪21包括上探头27、下探头25和探头支架26，上、下探头之间以及下探头与地面之间分别通过探头支架26进行连接支撑。立方体标本盒22中装有岩石标本或矿石标本，标本盒22的六个盒面上分别用数字1-6进行标记。平板23通过平板架24进行支撑并置于平稳的正常地磁场中，并使位于平板上的与平板长轴相垂直的垂线对准磁北，总场磁力仪21放置于平板23长轴中线的西侧或东侧，且与平板之间留有1-2mm的间距，平板23上设有滑槽，将内置有标本的立方体标本盒22放在平板23的滑槽上进行滑动，要保持总场磁力仪的下探头25中心与标本盒22中心等高。

本实用新型的平测装置解决了地磁总强度T₀在磁化作用下，由高斯第二位置计算标本磁参数的方法后形成的，下面对具体标本磁参数的平测方法进行说明，该方法适用于全球，不受地域或环境的限制。其具体步骤如下：

A)选择平稳的地磁正常场，将平板架安置牢固，采用罗盘将平板调平，并使位于平板上的与平板长轴相垂直的垂线对准磁北，将总场磁力仪安放在平板长轴的中线的西侧或东侧，总场磁力仪与平板间距为1-2mm，令总场磁力仪的下探头中心与标本盒中心等高，以构成高斯第二位置进行测量。

B)由总场磁力仪读出正常地磁总场T₀，将内置有标本的立方体标本盒置于平板的滑槽内，滑动标本盒，使总场磁力仪的读书明显偏离正常地磁场值T₀，测量标本盒中心与总场磁力仪的下探头中心间的距离R。

C)保持标本盒的一面朝上，水平旋转标本盒，依次使标本盒的四个侧面朝南，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；上下倒置标本盒，使其另一面朝上，再次通过总场磁力仪分别测得标本所处四方位的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上且四个侧面依次朝南时的24个磁场值为止，通过T_ij分别记录这24个磁场值，十位数i为标本盒朝上面的标记数，个位数j为标本盒南侧面的标记数，六个面分别用数字1-6标识；例如：实测标本磁场T64，使标本盒的上顶面为6，南侧面为4，如图3所示，如果想继续实测标本磁场T61，则上顶面不变、水平旋转标本盒使其南侧面为1，即可测得。

D)通过测量标本盒的长、宽、高来求得标本盒的体积V。

E)将步骤A中测得的T₀，步骤B中测得的R，步骤D中测得的V以及步骤C中测得的24个磁场值分别代入下式得出矿石标本的磁化率K和剩余磁化强度Mr：

通过下式(1)得出磁化率K：

$K=(K_x+K_y+K_z)/3=\frac{R^3}{T_{0}V}(T_0-\frac{1}{24}\underset{1}{\overset{24}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{ij}})\·{10}^{-6}\×4\mathrm{\π}\·\mathrm{SI}---\left(7\right)$

式中K_z、K_y、K_x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；

i为标本盒的顶面，其取值范围为1-6；j为标本盒的南侧面，其取值范围为1-6，其取值范围为个位数i中的四个数值；

R为标本盒与下探头中心之间的垂直距离；V为标本盒的体积；T₀为正常地磁总场；

通过下式(2)得出剩余磁化强度Mr：

$M_r=\sqrt{M_{\mathrm{rx}}^2+M_{\mathrm{ry}}^2+M_{\mathrm{rz}}^2}\·{10}^{-3}A/m---\left(8\right)$

其中：

$M_{\mathrm{rx}}=\frac{R^3}{8(\sin I+\cos I)}[(T_{13}+T_{14}+T_{15}+T_{16}+T_{31}+T_{41}+T_{51}+T_{61})-$ (9)

$(T_{23}+T_{24}+T_{25}+T_{26}+T_{32}+T_{42}+T_{52}+T_{62})]$

$M_{\mathrm{ry}}=\frac{R^3}{8(\sin I+\cos I)}[(T_{31}+T_{32}+T_{35}+T_{36}+T_{13}+T_{23}+T_{53}+T_{63})-$ (10)

$(T_{41}+T_{42}+T_{45}+T_{46}+T_{14}+T_{24}+T_{54}+T_{64})]$

$M_{\mathrm{rz}}=\frac{R^3}{8(\sin I+\cos I)}[(T_{51}+T_{52}+T_{53}+T_{54}+T_{15}+T_{25}+T_{35}+T_{45})-$ (11)

$(T_{61}+T_{62}+T_{63}+T_{64}+T_{16}+T_{26}+T_{36}+T_{46})]$

式中M_rz、M_ry、M_rx分别为标本三轴方向的剩余磁化强度；

I为正常地磁倾角；

T₁₃、T₁₄、T₁₅、T₁₆分别为标本盒的顶面为1、其南面分别为3、4、5、6时，总场磁力仪所测得的四个实测磁场值；

T₂₃、T₂₄、T₂₅、T₂₆分别为标本盒的顶面为2、其南面分别为3、4、5、6时，总场磁力仪所测得的四个实测磁场值；

T₃₁、T₃₂、T₃₅、T₃₆分别为标本盒的顶面为3、其南面分别为1、2、5、6时，总场磁力仪所测得的四个实测磁场值；

T₄₁、T₄₂、T₄₅、T₄₆分别为标本盒的顶面为4、其南面分别为1、2、5、6时，总场磁力仪所测得的四个实测磁场值；

T₅₁、T₅₂、T₅₃、T₅₄分别为标本盒的顶面为5、其南面分别为1、2、3、4时，总场磁力仪所测得的四个实测磁场值；

T₆₁、T₆₂、T₆₃、T₆₄分别为标本盒的顶面为6、其南面分别为1、2、3、4时，总场磁力仪所测得的四个实测磁场值。

F)将步骤E中所得M_rx、M_ry、M_rz代入下式中得到定向标本的剩余磁化强度矢量的磁偏角ф与磁倾角I₀：

$\mathrm{\φ}={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{M_{\mathrm{rx}}}{M_{\mathrm{ry}}}---\left(12\right)$

$I_0={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{M_{\mathrm{rz}}}{\sqrt{M_{\mathrm{rx}}^2+M_{\mathrm{ry}}^2}}---\left(13\right).$

总场磁力仪21上连接有一计算机，步骤E和步骤F中的各公式通过计算机进行运算，从而得到标本的磁化率K、剩余磁化强度Mr以及剩余磁化强度矢量的磁偏角ф与磁倾角I₀。步骤A中测得的T₀和步骤C中测得的24个磁场值通过总场磁力仪传给计算机，步骤B中测得的R和步骤D中测得的V人为输入到计算机中。

本实用新型中的总场磁力仪应用于平测方法及平测装置中时，通常采用质子磁力仪，也可根据需要选用光泵磁力仪或超导磁力仪等其它总场磁力仪。

平测标本中的注意事项：

(一)测试标本的一般要求，应按“地面高精度磁测技术教程”附录要求处理。

(二)本实用新型的平测标本装置，是北向高斯第二位置的测定装置。如图2所示，总场磁力仪与标本平板之间应有很小的距离，避免标本翻动对总场磁力仪带来的震动干扰。

(三)采用如图3所示的标本盒面标记。

(四)为了避免总场磁力仪测磁时强磁场(n×10⁴A/m)极化对标本磁化的剩余影响，应加长总场磁力仪采样时间进行磁场数据的采集。

(五)避免负磁化率出现的方法：

1)选择质地均匀的岩石或矿石制作标本，标本形状要求规则，尽量避免磁性不均匀和形状不规则而造成标本上下颠倒、剩磁不能抵消、产生磁化率负值出现的弊端；

2)保持标本与探头之间的距离足够远，使标本为偶极子磁场。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置，该装置包括总场磁力仪(21)、标本盒(22)、平板(23)和平板架(24)，所述标本盒(22)中装有岩石标本或矿石标本，所述总场磁力仪(21)包括上探头(27)、下探头(25)和探头支架(26)，其特征在于：所述平板(23)通过平板架(24)进行支撑并置于平稳的正常地磁场中，并使位于平板上的与平板长轴相垂直的垂线对准磁北，所述总场磁力仪(21)放置于平板(23)长轴的一侧，所述平板(23)上设有滑槽，将内置有标本的标本盒(22)放在平板(23)的滑槽上进行滑动，保持所述总场磁力仪的下探头(25)中心与标本盒(22)中心等高。

2.如权利要求1所述的总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置，其特征在于：所述总场磁力仪(21)放置于平板长轴中线的西侧或东侧，且与平板之间留有1-2mm的间距。

3.如权利要求1或2所述的总场磁力仪测量岩、矿石标本磁参数的平测装置，其特征在于：所述标本装在立方体标本盒(22)内，且标本盒(22)的六个盒面分别用数字1-6标记。

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