地球物理学概论-5-1地磁学综述课件.ppt

1、地球物理学导论地球物理学导论资源学院：苏本玉资源学院：苏本玉 课程目录课程目录绪论绪论第一章第一章 太阳系和地球太阳系和地球第二章第二章 放射性和地球年龄放射性和地球年龄第三章第三章 地震学地震学第四章第四章 重力学重力学第五章第五章 地磁学地磁学第六章第六章 地电学地电学第七章第七章 地热学地热学第五章第五章 地磁学地磁学5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.3 岩石的磁性岩石的磁性5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用5.5 磁法勘探原理磁法勘探原理 第五章第五章 地磁学地磁学5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.3

2、 岩石的磁性岩石的磁性5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用5.5 磁法勘探原理磁法勘探原理 5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.1.1 磁场强度和磁势磁场强度和磁势5.1.2 地磁要素地磁要素5.1.3 地磁图地磁图 5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.1.1 磁场强度和磁势磁场强度和磁势5.1.2 地磁要素地磁要素5.1.3 地磁图地磁图 5.1.1 磁场强度和磁势磁场强度和磁势 r：两个点电荷之间距离。：两个点电荷之间距离。)(40.1200rrrqqFi：为检验正电荷的电荷量。：为检验正电荷的电荷量。0q：源点电荷的电荷量：源点电荷的电荷量iq：单位正电荷所受的力。：单位

3、正电荷所受的力。电场强度电场强度E)(40.1200rrrqqFEi0qiq5.1.1 磁场强度和磁势磁场强度和磁势 03014mmQ QrFr0mQ：为检验正磁荷的磁荷量。：为检验正磁荷的磁荷量。mQ：源点磁荷的磁荷量：源点磁荷的磁荷量r：两个点磁荷：两个点磁荷磁场强度磁场强度H：单位正磁荷所受的力。：单位正磁荷所受的力。30014mmQQrFHr磁感应强度磁感应强度B 0BH241rQBm0QmmQ5.1.1 磁场强度和磁势磁场强度和磁势 rHdrU磁场中某一点的磁场中某一点的磁势磁势等于从无穷远到该点的磁场强度的积分：等于从无穷远到该点的磁场强度的积分：rmrdrrQHdrU204130

4、014mmQQrFHrrQm041（2 2）磁偶极子、磁偶极矩和磁矩）磁偶极子、磁偶极矩和磁矩5.1.1 磁场强度和磁势磁场强度和磁势+-L磁偶极子磁偶极子磁矩磁矩m:磁偶极子的磁矩磁偶极子的磁矩0/mmpmQmQ磁偶极矩磁偶极矩lQpmm5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.1.1 磁场强度和磁势磁场强度和磁势5.1.2 地磁要素地磁要素5.1.3 地磁图地磁图 5.1.2 地磁要素地磁要素、（1）直角坐标系）直角坐标系,x,y,z中。中。总磁场总磁场Bt,在三个坐标轴上的在三个坐标轴上的分量：分量：X,Y,Z。分别称为：分别称为：X：北向分量；：北向分量；Y:东向分量；东向分量；Z：

5、垂直分量。：垂直分量。BtX(北北)zY（东）（东）Z（下）（下）xy5.1.2 地磁要素地磁要素、（2）柱坐标系）柱坐标系,r,z中。中。坐标系内任一点都可以由坐标系内任一点都可以由（r,z）5.1.2 地磁要素地磁要素、（2）柱坐标系）柱坐标系,（r,z）中。）中。BtrXZy5.1.2 地磁要素地磁要素BtHXDZ、（2）柱坐标系）柱坐标系,（r,z）中。）中。总磁场总磁场Bt,H:在水平面上投影，在水平面上投影，水平分量水平分量，H所指的方向称为所指的方向称为磁北磁北。D：H与与X轴之间夹角称为轴之间夹角称为磁偏角磁偏角；Z：垂直分量。：垂直分量。y5.1.2 地磁要素地磁要素、（3）

6、球坐标系）球坐标系,（r,）中。）中。5.1.2 地磁要素地磁要素BtHX(北)ZDIY（东）（东）Z（下）（下）、I称为磁倾角。称为磁倾角。（3）球坐标系）球坐标系,r,中。中。5.1.2 地磁要素地磁要素BtHX(北)ZDIY（东）（东）Z（下）（下）、X Y,Z,H,I,D,Bt 称为地磁要素。称为地磁要素。XY5.1.2 地磁要素地磁要素BtHX(北)ZDIY（东）（东）Z（下）（下）、X Y,Z,H,I,D,Bt 称为地磁要素。称为地磁要素。XYDcosHX DsinHY ItanHZ 222YXH222222ZYXHXBt5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.1.1 磁场强度

7、和磁势磁场强度和磁势5.1.2 地磁要素地磁要素5.1.3 地磁图地磁图 5.1.3 地磁图地磁图 根据地磁测量的结果描绘出相应的各种图件根据地磁测量的结果描绘出相应的各种图件世界地磁场磁偏角等值线世界地磁场磁偏角等值线5.1.3 地磁图地磁图 根据地磁测量的结果描绘出相应的各种图件根据地磁测量的结果描绘出相应的各种图件垂直非偶极子磁场强度垂直非偶极子磁场强度世界地磁场垂直强度等变线图世界地磁场垂直强度等变线图5.1.3 地磁图地磁图 第五章第五章 地磁学地磁学5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.3 岩石的磁性岩石的磁性5.4 古地磁学及应用古地磁学及应

8、用5.5 磁法勘探原理磁法勘探原理 5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 5.2.4 变化磁场变化磁场5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源地磁场：地球周围存在磁场地磁场：地球周围存在磁场按其来源和变化规律不同，按其来源和变化规律不同，可将地磁场分为两部分：可将地磁场分为两部分：sTTTTs：源于固体地球内部的稳定磁场。源于固体地球内部的稳定磁场。T：源于地球外部的变化磁场。源于地球外部的变化磁场。把稳定磁场和变化磁场分解为起源于地球内、外的两部分把稳定磁场

9、和变化磁场分解为起源于地球内、外的两部分:地磁场：地球周围存在磁场地磁场：地球周围存在磁场5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源sisseTTTieT T TsiT:地球内部的稳定磁场地球内部的稳定磁场(99%).seT:地球外部的稳定磁场地球外部的稳定磁场(1%).eT:变化磁场的外源场变化磁场的外源场(2/3).iT:变化磁场的内源场变化磁场的内源场(1/3).5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源 地壳内地壳内的岩石矿物及地质体在基本磁场磁化作用下所的岩石矿物及地质体在基本磁场磁化作用下所产生的磁场，称为产生的磁场，称为地壳磁场地壳磁场，又称为，又称为异常场或磁异常异

10、常场或磁异常.磁异常磁异常:区域异常和局部异常。区域异常和局部异常。区域异常：区域异常：地壳深部岩石地壳深部岩石的磁化所产生的磁场。的磁化所产生的磁场。局部异常：局部异常：地壳浅层岩石地壳浅层岩石的磁化所产生的磁场。的磁化所产生的磁场。5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源起源起源5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 5.2.4 变化磁场变化磁场5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场Pr-r+rLOmQmQrQrQUmm004141)11(40rrQm)(

11、40rrrrQm)cos(420rrrlrrQm204cosrlQmrrrlQm204cos302044cosrrPrrrPP:磁偶极距磁偶极距5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场mNSNSRP3041RRPUm341RRmU2cos41RmU0/mmp(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合2cos41Rmm:磁距磁距0 BtDjH05.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场B:磁感应强度磁感应强度H:磁场强度磁场强度j0:电流密度电流密度D:电位移电位移(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场0H无旋场无旋场U引入标量磁

12、势：引入标量磁势：UHHB0UB00 B02 U(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合2cos41RmUUHHB5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场磁场强度磁场强度 H 三个方向的分量：三个方向的分量：xUHxyUHyzUHzxUBxyUByzUBz磁感应强度磁感应强度 B 三个方向的分量：三个方向的分量：(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场mNSNSRPdxyzRdRddx(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场mNSNSRPdxyzdRdRdysincos(1

13、)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合dRdz5.1.2 地磁要素地磁要素、（3）球坐标系）球坐标系,（r,）中。）中。RU5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场3sin4Rm2cos41RmUxUBxyUByzUBzsinRURU03cos24RmRddxdRdysindRdz(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合BtHX(北)ZDIY（东）（东）Z（下）（下）5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场2cos41RmUtBHI230222cos314RmBBBBzyxt22yxBBH30sin4Rmtan2cot2tanHZIRZRZ3RHRH3RHxZ2RZx

14、H2(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场230222cos314RmBBBBzyxt(1)假设地心偶极轴与地轴重合假设地心偶极轴与地轴重合90赤道：赤道：30tRm4B0极地：极地：30tRm2B5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场（2005）世界地磁场磁偏角等值线）世界地磁场磁偏角等值线（2005）世界地磁场垂直强度等变线图）世界地磁场垂直强度等变线图5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合5.2.2

15、 地心偶极子磁场地心偶极子磁场（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场mNSNSRP0NSrPYZXsinr0Pzxy3rrm41U341rzmymxmzyxkmjmimmzyxkzjyi xr（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场NSrPYZXsinr0Pzxy2cossinsincossin41rmmmzyx341rzmymxmzyx（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场11g11h01g为高斯系数为高斯系数211110103sin

16、)sincos(cosrhggRU（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合23cossinsincossin4141rmmmrrmUzyx11304gRmx11304hRmy01304gRmz5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场任一点任一点P的磁场强度的三个分量：的磁场强度的三个分量：xUHx0RU0cos)sincos(sin)(1111013hggrRyUHy0sin0RU)cossin()(11113hgrR（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合sin)sincos(cos)(21111013hggrRzUHz0rU05.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场

17、如果任一点P在地表（r=R），则磁感应强度的三个分量：cos)sincos(sin111101hggHxcossin1111hgHysin)sincos(cos 2111101hggHz（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场在地表可以测定：Hx，Hy，Hz（2）地心偶极轴与地轴不重合）地心偶极轴与地轴不重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场利用数据处理的方法确定高斯系数11304gRmx11304hRmy01304gRmz01211211220)()(tanghgmmmzyx11110tanghmmxy（2）地心偶极轴与地轴不重合）地

18、心偶极轴与地轴不重合5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场地心磁偶极子地心磁偶极子m极距角极距角0和方位角和方位角020121121130222)()()(4ghgRmmmmzyx20121121103)()()(334ghgRmVmM5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 5.2.4 变化磁场变化磁场5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 说明地球磁场的来源问题：说明地球磁场的来源问题：（1）地球的磁场主要起源于地球的内部；地球的磁场主要起源于地球的内部；（2

19、）地球磁场的另一部分来源于地球外部空间，即地地球磁场的另一部分来源于地球外部空间，即地 球外部电流体系、太阳风、电离层、极光（短时变化）；球外部电流体系、太阳风、电离层、极光（短时变化）；（3）还有一部分来源于磁性地壳产生的磁场。还有一部分来源于磁性地壳产生的磁场。用数学表达式把地球要素的地面分布表示成地球坐标的用数学表达式把地球要素的地面分布表示成地球坐标的函数。即用数学语言（坐标）来表示地磁要素。函数。即用数学语言（坐标）来表示地磁要素。1839年，德国人年，德国人高斯高斯，首次用数学物理方法对地球的，首次用数学物理方法对地球的磁场进行了球谐分析。奠定了地磁学的数理基础。磁场进行了球谐分析

20、。奠定了地磁学的数理基础。1885年，德国人年，德国人施密特施密特，发展了此方法。，发展了此方法。5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 高斯球谐分析：表示全球范围地磁场的分布及其长期变化的一高斯球谐分析：表示全球范围地磁场的分布及其长期变化的一种数学方法。该方法还可区分外源场和内源场。种数学方法。该方法还可区分外源场和内源场。假设：假设：1）地球是均匀磁化球体，球体半径为）地球是均匀磁化球体，球体半径为R；2）地球的磁场是由内部原因和外部原因引起的；）地球的磁场是由内部原因和外部原因引起的；3）近地表不存在磁性物质。）近地表不存在磁性物质。已证明：地球周围空间任一点的磁势已证明：地球周

21、围空间任一点的磁势U满足拉普拉满足拉普拉斯方程：斯方程：02 U0sin1)(sinsin1)(12222222UrUrrUrrr5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 NSrPYZXsinr0Pzxyr地心距测点距离纬度经度地心地心在坐标原点在坐标原点极轴为地球自转轴极轴为地球自转轴0sin1)(sinsin1)(12222222UrUrrUrrr5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 r0U0rUcos)sincos()()sincos()(),(1010mnmnmnnnnmmnmnnPmkmjRrmhmgrRRrU分离变量法求解方程，得方程的解为：分离变量法求解方程，得方程的

22、解为：mngmnhmnjmnk内源常量外源常量高斯待定常量cosPmn：特殊函数：特殊函数5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 cos)sincos()(),(1010mnnnmmnmnnPmhmgrRRrUcos)sincos()()sincos()(),(1010mnmnmnnnnmmnmnnPmkmjRrmhmgrRRrU起源于地球内部的基本磁场的磁势的高斯级数表达式：起源于地球内部的基本磁场的磁势的高斯级数表达式：基本磁场在地球表面的三个分量表达式：基本磁场在地球表面的三个分量表达式：ddPmhmgXmnnnmmnmn)(cos)sincos(),(10)(cossin)cos

23、sin(),(10mnnnmmnmnPmmhmgY)(cos)sincos)(1(),(10mnnnmmnmnPmhmgnZmngmnh磁场磁场磁偏角等磁偏角等5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.2.1 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源5.2.2 地心偶极子磁场地心偶极子磁场5.2.3 地磁场的球谐分析地磁场的球谐分析 5.2.4 变化磁场变化磁场5.2.4 变化磁场变化磁场jdTTT1dT：地球内部场源缓慢变化而导致长期变化场。：地球内部场源缓慢变化而导致长期变化场。2dT：起源于地球外部场源的短期变化场。：起源于地球外部场源的短期变化场。追踪地球内部物质运动的重要线索。追踪地球内部物质

24、运动的重要线索。研究气候、天气变化以及通讯信息。研究气候、天气变化以及通讯信息。5.2.4 变化磁场变化磁场1dT：地球内部场源缓慢变化而导致长期变化场。：地球内部场源缓慢变化而导致长期变化场。天然电磁场天然电磁场感应电磁场感应电磁场5.2.4 变化磁场变化磁场2dT：起源于地球外部场源的短期变化场。：起源于地球外部场源的短期变化场。地球的大气圈可分为地球的大气圈可分为对流层、平流层、中间对流层、平流层、中间层、电离层和逃逸层层、电离层和逃逸层。电离层：大约电离层：大约85公里到公里到500公里公里；这一层里的；这一层里的氧原子和氮原子处于电离状态。氧原子和氮原子处于电离状态。地球高层大气的分

25、子和原子，在地球高层大气的分子和原子，在太阳紫外线、太阳紫外线、射射线和高能粒子线和高能粒子的作用下电离，产生自由电子和正、的作用下电离，产生自由电子和正、负离子，形成等离子体区域即电离层。电离层从宏负离子，形成等离子体区域即电离层。电离层从宏观上呈现中性。观上呈现中性。5.2.4 变化磁场变化磁场电离层电离层太阳风：太阳外层大气连续向外流动并加速到超声速的等太阳风：太阳外层大气连续向外流动并加速到超声速的等离子体流。离子体流。5.2.4 变化磁场变化磁场电离层电离层地磁场的干扰变化地磁场的干扰变化5.2.4 变化磁场变化磁场电离层电离层地磁场的干扰变化地磁场的干扰变化（1）磁暴）磁暴（2）极

26、光）极光（3）地磁脉动）地磁脉动5.2.4 变化磁场变化磁场（1）磁暴：）磁暴：全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈 地磁干扰。地磁干扰。磁暴的特征：磁暴的特征：全球性全球性同时性同时性巨型太阳活动爆炸图巨型太阳活动爆炸图 5.2.4 变化磁场变化磁场（1）磁暴：）磁暴：全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈 地磁干扰。地磁干扰。磁暴的经典理论：磁暴的经典理论：1）太阳粒子流扰动场：粒子流在射向地球的运动过程中与地磁场）太阳粒子流扰动场：粒子流在射向地球的运动过程中与地磁场的作用，产生感应电流，的作用，产生感应电流，感应电流

27、所产生的磁场。感应电流所产生的磁场。2）环电流扰动场：高能太阳风中的部分粒子闯入磁层后，在地）环电流扰动场：高能太阳风中的部分粒子闯入磁层后，在地磁场的作用下发生漂移，产生了一个自东向西的环电流。磁场的作用下发生漂移，产生了一个自东向西的环电流。3）各种类型的磁扰常重叠在一起出现，形成了复杂而强烈的地磁）各种类型的磁扰常重叠在一起出现，形成了复杂而强烈的地磁 扰动。扰动。5.2.4 变化磁场变化磁场（1）磁暴：）磁暴：全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈 地磁干扰。地磁干扰。太阳风的出现又和什么有关？太阳风的出现又和什么有关？太阳黑子：太阳光球上经太阳黑子：

28、太阳光球上经常出没的暗黑斑点。常出没的暗黑斑点。太阳黑子特点：太阳黑子特点：磁场比周围强，磁场比周围强，温度比周围低。温度比周围低。2011-6-9：美国国家航空航天局观测到数年来最强的太阳黑子活动，场面壮观，引发了磁暴和电离层的扰动5.2.4 变化磁场变化磁场（1）磁暴：）磁暴：全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈全球性的地磁现象，全球同时发生的强烈 地磁干扰。地磁干扰。研究的目的：需找磁暴发生的规律，避免磁暴影响。研究的目的：需找磁暴发生的规律，避免磁暴影响。例如：通讯无线电波收到干扰，或中断，野外磁测工例如：通讯无线电波收到干扰，或中断，野外磁测工 作无法进行。作无法进行。5.2.4 变

29、化磁场变化磁场（2）极光）极光 太阳发出的带电粒子进入地球的两极地区。两极的高层大气分太阳发出的带电粒子进入地球的两极地区。两极的高层大气分子，受到太阳风的轰击（电离作用）后会释放能量，发出光芒，子，受到太阳风的轰击（电离作用）后会释放能量，发出光芒，形成极光。形成极光。北极光：阿拉斯加北极光：阿拉斯加 北极光：阿拉斯加湖上空北极光：阿拉斯加湖上空 北极光：阿拉斯加布鲁克斯山脉北极光：阿拉斯加布鲁克斯山脉南极光：澳大利亚戴维斯研究所南极光：澳大利亚戴维斯研究所南极光：澳大利亚凯西研究所（南极光：澳大利亚凯西研究所（2007.3）5.2.4 变化磁场变化磁场（3）地磁脉动）地磁脉动地磁脉动：地磁

30、场的短周期变化，具有不同的周期和振幅。地磁脉动：地磁场的短周期变化，具有不同的周期和振幅。5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.3 岩石的磁性岩石的磁性5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用第五章第五章 地磁学地磁学5.3 岩石的磁性岩石的磁性自然界的物质具有或弱或强的磁性，分为三类：自然界的物质具有或弱或强的磁性，分为三类：1）抗磁性物质；）抗磁性物质；2）顺磁性物质；）顺磁性物质；3）铁磁性物质。）铁磁性物质。物质磁性：任何物质的磁性都是物质磁性：任何物质的磁性都是带电粒子运动带电粒子运动的结果。各类物质的结果。各类物质原子结构不同原子结构不同，表现出不

31、同的宏观磁性。，表现出不同的宏观磁性。磁介质放置在外磁场磁介质放置在外磁场H中发生磁化，磁化强度中发生磁化，磁化强度M和磁场强度和磁场强度H之间的关系：之间的关系：5.3 岩石的磁性岩石的磁性1）顺磁性：物质原子中含有）顺磁性：物质原子中含有非成对电子非成对电子，存在自旋磁矩。，存在自旋磁矩。在外磁场中，在外磁场中，电子自旋磁矩趋向外磁场方向电子自旋磁矩趋向外磁场方向，这种特性叫，这种特性叫顺磁性。顺磁性。2）抗磁性）抗磁性：矿物原子内：矿物原子内电子成对出现电子成对出现，自旋磁矩相互自旋磁矩相互抵消。抵消。在外磁场中，获得与在外磁场中，获得与外磁场方向相反的磁矩外磁场方向相反的磁矩，磁，磁化

32、率是负的。化率是负的。顺磁性元素如：氧、铝等。顺磁性元素如：氧、铝等。顺磁性矿物如：常见的造岩矿物辉石、生云母和角闪石等。顺磁性矿物如：常见的造岩矿物辉石、生云母和角闪石等。弱磁性物质如：氢、铜等。弱磁性物质如：氢、铜等。具有抗磁性的矿物如石英、长石等。具有抗磁性的矿物如石英、长石等。5.3 岩石的磁性岩石的磁性3）铁磁性：含铁元素等的矿物具有特殊内部结构，虽沿磁场方）铁磁性：含铁元素等的矿物具有特殊内部结构，虽沿磁场方向磁化，但当磁场去掉以后却留下一定的向磁化，但当磁场去掉以后却留下一定的剩余磁化强度剩余磁化强度，并且，并且磁化率很高，且和磁化磁场的强度有关。磁化率很高，且和磁化磁场的强度有

33、关。铁、钴、镍及其合金就属于这一类。铁、钴、镍及其合金就属于这一类。磁化率：磁介质放置在外磁场磁化率：磁介质放置在外磁场H中发生磁化，中发生磁化，M和和H之间的关系：之间的关系：HM磁化强度磁化强度磁化率磁化率磁场强度磁场强度5.3 岩石的磁性岩石的磁性rhTBBBhB：被现代磁场磁化后的磁感应强度。：被现代磁场磁化后的磁感应强度。rB：在其当时形成的时，被磁化后的磁感应强度，并保存下来：在其当时形成的时，被磁化后的磁感应强度，并保存下来称为称为 剩余磁感应强度剩余磁感应强度。5.3 岩石的磁性岩石的磁性岩石的剩余磁性岩石的剩余磁性原生剩磁：岩石在形成时获得的剩磁。原生剩磁：岩石在形成时获得的

34、剩磁。次生剩磁：岩石生成以后，在漫长的地质年代中，由于某些原因次生剩磁：岩石生成以后，在漫长的地质年代中，由于某些原因 再被磁化而获得的剩磁。再被磁化而获得的剩磁。由于形成剩余磁性的磁化场、矿物成分、温度及化学反应不由于形成剩余磁性的磁化场、矿物成分、温度及化学反应不同，剩余磁性的类型、特点也不同：同，剩余磁性的类型、特点也不同：注：古地磁的研究对象是原生剩磁。注：古地磁的研究对象是原生剩磁。原生剩磁和此生剩磁有哪些类型？原生剩磁和此生剩磁有哪些类型？其特点分别是什么？（其特点分别是什么？（P205）5.1 地磁场的基本概念地磁场的基本概念5.2 地球基本磁场地球基本磁场5.3 岩石的磁性岩石

35、的磁性5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用第五章第五章 地磁学地磁学5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用剩磁方向剩磁方向大都与古大都与古地磁场方地磁场方向一致向一致.确定岩石的确定岩石的地质时代地质时代.可以对不含化石可以对不含化石的地层进行对比的地层进行对比.岩层所在地岩层所在地质时代以及质时代以及古地磁场的古地磁场的性质和特征性质和特征5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用（1）地磁场的倒转。地磁场的倒转。古地磁研究古地磁研究地磁场在地质时期内发生了地磁场在地质时期内发生了多次的极性反转。多次的极性反转。正常和反转各占正常和反转各占50%左右。左右。有人认为某个时期内可能会引起的生物和气候有

36、人认为某个时期内可能会引起的生物和气候变化，提出了地磁倒转和生物灭绝间的直接因变化，提出了地磁倒转和生物灭绝间的直接因果关系，也观察到了地磁场强度变化和气候变果关系，也观察到了地磁场强度变化和气候变化之间的关系。化之间的关系。5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用（2）古地磁场与大陆漂移。古地磁场与大陆漂移。魏格纳魏格纳世界上的各大陆是聚合在一世界上的各大陆是聚合在一起形成一个起形成一个“联合古陆联合古陆”，这个联合大陆从侏罗纪开始这个联合大陆从侏罗纪开始逐渐分离，最后形成现今的逐渐分离，最后形成现今的地球上的分布。地球上的分布。英国地球物理学者兰康等通过古地磁的研究成英国地球物理学者兰康等通过

37、古地磁的研究成果为大陆偏移学说提供了强有力的证据。果为大陆偏移学说提供了强有力的证据。5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用（3）海底扩张的古地磁证据。海底扩张的古地磁证据。美国学者美国学者赫斯和迪赫斯和迪茨于茨于20世世纪纪60年年提出了海提出了海底扩张假底扩张假说。说。1963年凡茵和马修斯从海底扩张和地磁场年凡茵和马修斯从海底扩张和地磁场极性反转现象对海底条带磁异常作出合理极性反转现象对海底条带磁异常作出合理的解释。的解释。海底扩张学说提供了强有力的证据。海底扩张学说提供了强有力的证据。5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用（4）应用地磁场确定地质年代。应用地磁场确定地质年代。不同时期变化的

38、特征是不同的，若两个地区长期变化不同时期变化的特征是不同的，若两个地区长期变化的图形（指偏角和倾角）是一致的，说明岩石时代是的图形（指偏角和倾角）是一致的，说明岩石时代是相同的。相同的。1 1）利用地磁场的长期变化进行地层对比）利用地磁场的长期变化进行地层对比5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用（4）应用地磁场确定地质年代。应用地磁场确定地质年代。2 2）研究地质构造研究地质构造已经获得了原生剩磁的岩石，如果后来发生了构造运动，从改已经获得了原生剩磁的岩石，如果后来发生了构造运动，从改变了它们生成时期的相对位置，就可反推和验证构造运动发生变了它们生成时期的相对位置，就可反推和验证构造运动发生的方式和方向。进而可确定构造运动发生的大致年代。的方式和方向。进而可确定构造运动发生的大致年代。5.4 古地磁学及应用古地磁学及应用（4）应用地磁场确定地质年代。应用地磁场确定地质年代。3 3）预测矿产分布预测矿产分布利用岩石的古地磁倾角，不仅可用来研究古地理、古气候和利用岩石的古地磁倾角，不仅可用来研究古地理、古气候和古植物群体的分布，还可根据古地理和古气候资料来预测沉古植物群体的分布，还可根据古地理和古气候资料来预测沉积矿产形成的可能时间与空间分布。积矿产形成的可能时间与空间分布。