便携式磁化率仪SM-30在实验教学中的新应用

肖 锋，杜晓娟

(吉林大学 地球探测科学与技术学院，长春 130026)

便携式磁化率仪SM-30在实验教学中的新应用

肖 锋，杜晓娟

(吉林大学 地球探测科学与技术学院，长春 130026)

文中对比了磁化率仪SM-30的不同工作模式，利用它在兴城磁法勘探生产教学活动中进行了磁化率填图，并与磁异常等值线图进行了对比。由于反映的场源深度不同，磁化率异常与磁异常并不一致，但磁化率异常反映了浅部的含铁石英砂岩的分布，可以辅助地质填图和深部磁异常解释。

磁化率仪；磁化率；实验教学；应用

在物探教学中，物探仪器的工作原理、使用方法是实验教学的重要内容。随着物探仪器的不断更新换代，对教学提出了更高的要求。不但要求教师掌握新仪器的工作原理，而且需要在教学活动中充分开发和利用它们的功能；需要教师将先进的仪器和设备介绍给学生，不断更新学生的知识储备，提高学生的市场竞争力；师生在教学活动中可以通过一些创新性的实验，获得一些新的认识。

磁法勘探中的磁化率是一个重要的岩石物性参数，是表征物质被磁化难易程度的物理量[1]。影响岩石磁化率大小的因素包括矿物成分、粒度、温度、频率、外磁场等[2-3]。利用磁化率与这些因素的关系，可以区分不同的岩性[4]，圈定煤田火烧区[5]，快速定位钻孔岩心中的含铜磁铁矿[6]，确定井孔周围磁性层的厚度和深度[7-8]，测定矿层厚度和品位[9]，以及研究古气候等[10-12]。传统的磁化率仪(WCWL-63型无定向磁力仪、HKB-1型卡帕桥磁化率仪等)受大小和重量的限制，无法在野外现场进行大量的磁化率快速测量，在一定程度上制约了该仪器的应用。2011年，吉林大学地球探测科学与技术学院购进6台捷克产的便携式岩矿石磁化率仪SM-30，次年新增一节2学时的磁化率仪的认识实验课，主要讲授SM-30的工作原理及操作方法。2013年，结合学院在辽宁省兴城市的磁法勘探生产教学实习，我们提出一种新思路：利用SM-30在工区每条测线的每个测点上快速测量，勾画出磁化率值线图，用来辅助地质填图与磁异常解释。

1 SM-30的工作原理

SM-30的测程为1 SI，分辨率为1×10-7SI，具有六种工作模式，从液晶面板可直接读出磁化率测试结果。SM-30包含了一个振荡器，它与直径50 mm感应线圈相连。振荡器的频率取决于仪器到岩石的距离，而频率的变化量与岩石的磁化率成正比。为了获得频率的变化量，至少需要测量两次振荡器的频率：第一次，将磁化率仪靠近岩石，称为感应过程；第二次，将磁化率仪远离岩石，即在自由空气中测量，称为补偿过程。两次测量的结果通过内部程序相减，并转化成岩石的磁化率参数直接显示在仪器面板上。这种基本的测试原理适用于工作模式1，适合于室内温度稳定或岩石磁化率较大的情况。

对于弱磁性的岩石来说，磁化率仪的温度漂移可能比岩石的磁化率还大。因此，在模式1的基础上，需要在空气中多进行一次测量，目的是获得在测试过程中磁化率仪的温度漂移值，并利用它修正前面岩石磁化率的测试结果。所以，利用带温度漂移校正的测量方式总共需要三次测量，这种工作模式称为模式2。在野外温度变化大或岩石磁化率弱的条件下，模式2更准确。

另外一种可进行温度漂移校正的测量方式为模式3，其过程是先在空气中进行一次初始测量；然后，将磁化率仪靠近岩石作第二次测量；第三次(最后一次)测量是将磁化率仪放回第一次测量的位置，再进行温度漂移补偿。但在野外实际操作过程中，很难保证第一次测量和第三次测量的位置完全相同。因此，与模式3相比，模式2因测量位置不同而引入的误差更小，可操作性更强。

2 SM-30应用于兴城夹山工区的测试方法

兴城市夹山工区总共布设了11条测线，线距40 m，点距20 m，每条测线21个测点。由于植被覆盖的关系，前两条测线并未与其余测线对齐。工区的地形起伏及测点分布如图1所示。

对于测线上每个测点的磁化率测量，SM-30直接放置于地表测量。相对于带探杆的CZM-3型磁力仪来说，它在地面不留下任何痕迹，完全是无损测量，并且磁化率仪的感应线圈直径很小，放置的位置不同，测量的结果差异较大，因此，无法严格按“一同三不同”的原则做检查测量，故工区内的测点只做1次磁化率测试。

3 磁化率测试结果的分析

根据已有的地质资料，该工区的磁性基底为太古代混合岩化的花岗岩，上覆角度不整合的中元古代长城系地层。受构造运动的影响，夹山工区串岭沟组和常州沟组地层以60°左右倾角出露地表。夹山工区的地磁总场数据经过各项改正后，得到ΔT磁异常数据。图2为ΔT磁异常图，大致可以分为三个异常区。图2左下角为高磁异常区，等值线密集，近SN走向，磁异常最大值达1 300 nT；中间近NNW走向的中磁异常区，最大值仅221 nT；右上角的负磁异常区，等值线非常宽缓，最小值仅-164 nT。ΔT磁异常反映了从地表到磁性基底之间的磁性差异，是不同埋深、不同形状、不同磁化强度的磁性地质体的磁异常的综合响应。

磁化率测试的结果如图3所示。整体上磁化率有沿测线方向(NE向)展布的趋势。磁化率的最大值为1.58×10-3SI。磁化率的分布直接与该区域地表出露的岩石类型有关。由于SM-30的探测深度仅有0.2 m，决定了它只能反映浅层的岩石磁化率特征。受限于SM-30的探测深度和范围，图3的磁化率与图2的磁异常分布特征并不吻合。但可以根据SM-30直接测量的磁化率参数，正演出浅部磁性体的磁异常，再利用“剥皮法”，进一步反演深部的磁化率。事实上，图3与图1中在“V”型山脊大量出露的含铁石英岩脉以及测区西南部山沟里的含铁石英细砂岩露头对应得非常好。

图2 夹山工区磁异常图(等值线间隔50 nT)

图3 夹山工区磁化率等值线图(等值线间隔0.1×10-3 SI)

4 结束语

充分开发利用SM-30的功能，使之不仅服务于室内教学活动，也能服务于野外生产实践教学活动，最大程度发挥其便携、快速测量的优势。兴城磁法勘探生产教学实习的尝试表明，在进行磁异常测量的过程中，同时进行磁化率快速扫面或磁化率填图，不仅有助于了解浅部的岩石磁化率分布特征，可以起到辅助地质填图的作用，还对深部的磁异常解释大有裨益。

[1] 焦新华，吴燕冈.重力与磁法勘探[M]. 北京：地质出版社，2009.

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[3] 刘青松，邓成龙.磁化率及其环境意义[J]. 地球物理学报，2009，52(4)：1041-1048.

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[11] 张玉芬，李长安，陈国金，等.江汉平原湖区周老镇钻孔磁化率和有机碳稳定同位素特征及其古气候意义[J]. 地球科学—中国地质大学学报，2005，30(1)：114-120.

[12] 吕厚远，韩家懋，吴乃琴，等.中国现代土壤磁化率分析及其古气候意义[J]. 中国科学：B辑，1994，24(12)：1290-1297.

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 锋(1977-)，男，博士，讲师，主要从事固体地球物理教学和科研工作。

G642.44

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.042