东大别山构造带六安—英山地磁剖面观测与地震研究

本文以东大别构造带内六安—英山地磁剖面磁异常数据为基础,结合研究区域地质学和地震学研究成果,反演给出研究区域居里面埋深及地下介质磁性结构模型.通过对磁异常变化特征曲线、介质磁性结构模型分析发现:东大别构造带北部磁异常较强且波动较大、地下磁性结构特征相对复杂,北淮阳地区磁异常较弱、地下介质结构成叠瓦状形态分布,合肥盆地磁异常曲线变化平缓、埋深较深,为连续均匀的磁性基底,结果较好地反应了合肥盆地、北淮阳、东大别构造带北部之间的差异;"霍山地震窗"地壳下方6～12km处存在显著地磁性差异,结合东大别构造带内70年代以来地震和历史强震,对"霍山地震窗"地震活动性与地下构造、场源关系进行了研究,初步探讨了其动力学成因.     

对廖家湾地球物理异常的新认识

为查明黄沙坪-廖家湾矿集区深部地球物理异常与成矿的关系,以及地下精细结构,本文采用人工地震、AMT、高精度磁测、综合物性研究等探测技术,结合该区的地质资料和前人的物性成果,通过磁、电、震联合反演,探讨了廖家湾成矿地球物理异常的深部地质成因;采用深、浅不同深度的地震反演速度剖面所提供的相对精细、精确的地下介质几何结构与速度变化特征,约束磁性与电性异常的解释,获得了较好的磁-震、电-震的一致性.研究表明:高磁性的矽卡岩与地面和航空磁异常密切相关,成矿地球物理异常与区内多金属矿(化)关系密切,是由深部隐伏钨锡矿(化)矽卡岩体引起.     

北天山地震带的航磁异常与深部构造

通过分析天山和邻近地区的航磁资料，划分出了４个较大的具有不同基底性质和深部构造特征的磁异常区。天山地区的地震大多数都发生在基底隆起或坳陷的附近，在深部磁场图像中，它们则位于天山高磁性块体与周围弱磁性区域之间，那里不仅是正负磁异常的转换带，而且是明显的大地构造边界。介质的磁性与其它地球物理资料一样，也是反映地震活动区域深部构造的一个重要标志。     

地下煤层自燃区岩石磁性增强特征及机理研究——以内蒙古乌达和宁夏汝萁沟煤矿为例

采用室内加温实验和岩矿测试分析手段,对地下煤层自燃区采集的岩石标本,测定其在不同温度条件下岩石磁性、含铁氧化物含量及其结构的变化情况,分析其特征和变化规律,探讨温度变化引起岩石磁性变化的机理.实验研究表明,温度变化可引起岩石磁性变化,通常在加温过程中多数岩石样品在低于400℃时其磁性较弱且没有明显的变化,继续升温达到含铁氧化物居里点温度前磁性增加,高于居里点温度后磁性消失;再由居里点温度或以上降温过程中磁性显著增强,并在常温下获得较岩石加温前更强磁性,但磁性变化较大.磁性变化主要与岩石中的黄铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等含铁氧化物含量及其结构变化有关,岩石样品加热至700℃再冷却到常温以后,其铁磁性矿物含量明显增加;矿物结构有所变化,加温前一般为不规则微粒状、短脉状,加温后多为规则微粒状,且颗粒大小比加温前略有减小,一般为10~150 μm,大多属于多畴(MD)结构,部分膺单畴(PSD)结构.磁性增强的主要原因是含有少量含铁矿物的岩石在温度升高时产生了新的铁磁性矿物(如磁铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿等).上述研究成果对解释煤层自燃区磁异常的成因具有重要意义.     

苏北盆地兴化1#钻孔沉积物的岩石磁学特征

对苏北盆地兴化1#钻孔岩心沉积物进行了质量磁化率、频率磁化率、变化曲线、等温剩磁和磁滞回线等参数的测试分析,结果表明,粘土质沉积物中的主要载磁矿物为磁铁矿和赤铁矿;砂质沉积物中的磁性矿物除了磁铁矿和赤铁矿外,还含有少量的磁赤铁矿和针铁矿.针铁矿普遍存在于钻孔下部的样品中.整个钻孔沉积物中的磁性矿物颗粒都是介于单畴和多畴之间的准单畴颗粒,但粘土质沉积物中的磁性矿物颗粒更趋近于单畴颗粒,而砂质沉积物中的磁性矿物颗粒更趋近于多畴.根据不同的磁性矿物组合特征,选择合理的温度和磁场强度区间对古地磁退磁结果进行分析,得到沉积物可靠的特征剩磁方向,为古地磁年代学提供依据.     

甘肃敦煌—阿克塞地区岩(矿)石磁化率特征分析及应用

各类岩(矿)石的磁性差异是进行航磁资料地质解释的物理基础.为全面、系统了解甘肃敦煌—阿克塞地区岩(矿)石的磁性特征,2015—2017年在该区开展了系统的岩(矿)石的磁化率调查工作,实测物性点320处,获得有效磁化率数据10154个.对实测资料进行了详细的分类统计,分析总结了区内沉积岩、侵入岩、火山岩、变质岩、矿石及围岩等各类岩矿(石)的磁性特征,沉积岩一般呈弱或无磁性;火山岩具有中等-强磁性,可引起一定走向的磁异常;基性-超基性岩多具有强磁性,可以引起一定强度、尖锋状或带状的磁异常;中、酸性侵入岩和变质岩磁化率变化范围较大,弱磁性的一般在磁场上无异常显示,中等-强磁性的一般在磁场上表现为带状或团块状异常区;磁铁矿、磁黄铁矿等磁性矿物含量的增多,不同类型矿石磁化率由中等磁性逐渐变为极强磁性.在此基础上将实测磁化率应用于磁性地层、侵入岩圈定,探讨了磁化率与矿产之间的联系.研究结果为该地区高精度航磁资料解释提供了基础资料和参考依据.     

龙门山和相邻地域航磁场特征与汶川大地震

本文应用化极、水平及垂向导数、向上延拓、视磁化强度填图及磁性界面反演等方法处理了龙门山及相邻地域最新的航空磁测数据,分析了龙门山及相邻地域的航磁异常展布特征.研究结果表明:1)龙门山造山带与其东、西两侧可划分为三个磁异常区:松潘—甘孜磁异常区、龙门山负磁异常带、四川盆地磁异常区;三个区、带的地壳介质磁性结构存在明显差异.2)根据该区航空磁异常场的分布特征分别研究了,松潘—甘孜地块、龙门山造山带和四川地块的磁场特征.3)除识别前人识别的断层外,还推断鲜水河ES延伸甘洛—雷波北断裂作为四川盆地与滇西的界带.4)航空磁异常,磁性体上、下界面及磁源体深度的空间分布特征与汶川MS8.0大地震及芦山地震发生相关.     

中国及邻近地区CHAMP卫星磁异常的分布特征

本文利用CHAMP卫星磁测资料建立的新一代高阶地磁场模型POMME-4.2S,计算中国及邻区400 km高度的卫星磁异常及其垂直梯度,给出7个磁场分量的分布图,比较了截断水平对磁异常分布的影响,初步分析了磁异常与岩石圈构造的关系.主要结果表明,在四川盆地、塔里木盆地和松辽盆地等主要磁异常区,ΔZ异常中心的南北两边出现ΔX的异常中心,东西两边出现ΔY的异常中心.在球谐模型为90阶时,磁异常分布的基本形态已经确定,更高的模型阶数对磁异常只有微小调整.在磁异常较强的地区,磁异常及其垂直梯度同步变化.卫星磁异常与地形变化、断裂带分布、莫霍面深度和岩石圈厚度没有直接的对应关系,而与居里等温面深度、磁性层厚度有明显的相关性.居里等温面深、磁性层较厚的地区显示正磁异常,居里等温面浅、磁性层较薄的地区显示负磁异常.     

青藏高原及邻区的地壳磁异常特征与区域构造

研究青藏高原及邻近地区地壳磁异常场分布特征,对认识该区岩石圈结构和演化以及区域地球动力学过程有重要意义.本文根据地面、航空、海洋和卫星磁测资料构建的最新一代高阶地磁场模型NGDC-EMM-720-V3,分析青藏高原及邻区地壳磁异常及其垂直梯度的展布规律、磁异常衰减特征、不同波长带对磁异常的贡献和磁异常与岩石圈区域构造的关系.结果显示,青藏高原正负磁异常都较弱,周边地区磁异常强,其分界与高原区域构造的边界基本吻合.磁异常在青藏高原中西部呈近东西走向,西南部和东部形成弧形状,东南部为近南北走向,与构造走向基本一致.东、西构造结地区形成强的负异常焦点.青藏高原内部各新生代地块的磁异常无明显差异,磁异常与地壳厚度没有直接对应关系.在青藏高原弱磁异常背景上,拉萨地块、祁连地块、柴达木地块和川滇菱形地块叠加有相对较强的地壳浅部的短波长磁场.喜马拉雅分布着东西向强负磁异常带,主要由地壳深部和中部的中长波长带产生.四川盆地和塔里木盆地的磁性构造层稳定.高原南部不同高度处的磁异常变化较大,揭示出从地壳深部到浅层地表的磁性构造发生过剧烈变化.     

加热环境对人工合成磁赤铁矿热磁行为的影响

热磁测量,包括高温磁化率和高温磁化强度测量,是根据热磁曲线转折点的温度(居里点、尼尔点或相变点)鉴定样品中磁性矿物种类的有效方法.本文选取两个人工合成磁赤铁矿样品,利用四种热磁测量仪器分析不同的条件下测得的热磁曲线.依据样品与空气接触程度,将测量环境设为开放、封闭、封闭(通入氩气或氮气)三类.结果表明:热磁测量环境的开放程度对居里点和曲线可逆程度产生极大的影响.封闭环境下测得的居里点较开放环境下的低,分别对应磁铁矿和磁赤铁矿;开放系统的热磁曲线不可逆程度高于封闭系统.造成这些差异的原因是氧化还原条件的不同.本文的磁赤铁矿样品在封闭的条件下,加热至250 ℃左右开始转化为磁铁矿,因此无法通过居里点被正确识别;在开放的氧化环境下,加热的最终产物为赤铁矿,能够测得正确的居里点.本实验结果启发人们:在不同的加热环境下,磁性矿物可能表现出不同的热磁行为,根据单一的热磁曲线,很容易对样品中磁性矿物的种类造成误判.全面对比不同条件下的测量结果,才能够得出更为准确的结果.     

Small-scale magnetic buoyancy and magnetic pumping effects in a turbulent convection

We determine the nonlinear drift velocities of the mean magnetic field and nonlinear turbulent magnetic diffusion in a turbulent convection. We show that the nonlinear drift velocities are caused by three kinds of the inhomogeneities; i.e., inhomogeneous turbulence, the nonuniform fluid density and the nonuniform turbulent heat flux. The inhomogeneous turbulence results in the well-known turbulent diamagnetic and paramagnetic velocities. The nonlinear drift velocities of the mean magnetic field cause the small-scale magnetic buoyancy and magnetic pumping effects in the turbulent convection. These phenomena are different from the large-scale magnetic buoyancy and magnetic pumping effects which are due to the effect of the mean magnetic field on the large-scale density stratified fluid flow. The small-scale magnetic buoyancy and magnetic pumping can be stronger than these large-scale effects when the mean magnetic field is smaller than the equipartition field. We discuss the small-scale magnetic buoyancy and magnetic pumping effects in the context of the solar and stellar turbulent convection. We demonstrate also that the nonlinear turbulent magnetic diffusion in the turbulent convection is anisotropic even for a weak mean magnetic field. In particular, it is enhanced in the radial direction. The magnetic fluctuations due to the small-scale dynamo increase the turbulent magnetic diffusion of the toroidal component of the mean magnetic field, while they do not affect the turbulent magnetic diffusion of the poloidal field.     

低轨磁测卫星干扰磁场标定方法研究

为了提高空间磁场探测精度,磁测卫星一般将磁强计安装在长伸杆的顶端,同时通过整星磁洁净控制,来减小磁强计安装位置的磁场干扰量.针对低轨磁测卫星的特点,提出零磁场环境下卫星极弱干扰磁场的高精度测量方法,模拟在轨地磁场环境下卫星感应磁场的标定方法,以及磁力矩器剩磁不确定量的处理方法.通过以上方法对卫星本体产生的干扰磁场实施严格的标定和数据修正,可有效减小其影响,极大提升空间磁场探测精度.该方法已应用于电磁监测卫星,将整星的磁场干扰不确定量降低一个量级,达到优于0.3 nT的水平.     

一种磁张量探测系统载体的磁张量补偿方法

针对磁张量系统载体产生的磁张量值对系统测量精度产生很大影响的问题,以及现有磁补偿模型存在非线性、分体式和参数多的问题,提出一种磁张量系统载体的一体化线性磁张量补偿方法.分析了载体硬磁材料产生固有磁张量值和软磁材料产生感应磁张量值的微观机理,并推导了相应的数学表达式,结合固有磁场影响和感应磁场影响建立了载体磁张量补偿模型.模型中含有20个载体磁张量补偿系数,对模型求解得到补偿系数,结合三分量磁场测量值即可达到对载体磁张量的补偿.实测实验表明,磁张量补偿方法计算得到的载体磁张量值与载体实际产生的磁张量值仅差32nT/m,可以有效完成对磁张量系统的载体磁张量补偿.     

海浪引起的地磁场波动的观测与初步分析

近岸海浪是影响近岸水域环境状态的重要环节.海洋近岸波的波动性质和变化规律的研究对于海岸防护、近岸航运、军事活动等具有重要意义.感应磁场波动可为探测海洋近岸波的非线性过程提供一种有效手段.本文首次对海洋近岸波引起的感应磁场进行了频谱指数分析,获得了能量注入和耗散过程对应的谱段.2016年5月15日—6月30日在昌黎海岸(东经119.3,北纬39.7°)利用KDM-2型磁通门磁力仪对海洋近岸波引起的磁场变化进行了测量,数据分辨率为0.01 nT/(HZ)~(1/2),时间采样率为1 Hz和128 Hz.观测数据显示,在距海岸线2 m远处,清晰地观测到了海洋近岸波引起的磁场波动,在0.001~10.0 Hz频段的波动最大振幅约为1 nT.波动的小波频谱呈现出多次谐波结构,符合海洋近岸波的谐波特征.傅里叶频谱显示不同频段谱的斜率不同,反映了海洋近岸波发展与耗散的非线性物理过程,进一步开展长期观测和统计分析有助于深入了解海洋中的电动力学过程.     

Application of Hilbert‐like transforms for enhanced processing of full tensor magnetic gradient data

Commonly, geomagnetic prospection is performed via scalar magnetometers that measure values of the total magnetic intensity. Recent developments of superconducting quantum interference devices have led to their integration in full tensor magnetic gradiometry systems consisting of planar‐type first‐order gradiometers and magnetometers fabricated in thin‐film technology. With these systems measuring directly the magnetic gradient tensor and field vector, a significantly higher magnetic and spatial resolution of the magnetic maps is yield than those produced via conventional magnetometers. In order to preserve the high data quality in this work, we develop a workflow containing all the necessary steps for generating the gradient tensor and field vector quantities from the raw measurement data up to their integration into high­resolution, low­noise, and artefactless two‐dimensional maps of the magnetic field vector. The gradient tensor components are processed by superposition of the balanced gradiometer signals and rotation into an Earth‐centred Earth‐fixed coordinate frame. As the magnetometers have sensitivity lower than that of gradiometers and the total magnetic intensity is not directly recorded, we employ Hilbert‐like transforms, e.g., integration of the gradient tensor components or the conversion of the total magnetic intensity derived by calibrated magnetometer readings to obtain these values. This can lead to a better interpretation of the measured magnetic anomalies of the Earth's magnetic field that is possible from scalar total magnetic intensity measurements. Our conclusions are drawn from the application of these algorithms on a survey acquired in South Africa containing full tensor magnetic gradiometry data.     

A note on magnetic modelling with remanence

The general problem of magnetic modelling involves accounting for the effect of both remanent magnetization and the application of an external magnetic field. However, as far as the disturbing field of a magnetic body in a magnetic environment is concerned, there is an equivalence between the effects of these two causations that allows the remanence to be represented in terms of an equivalent primary magnetic H field. Moreover, due to the linearity of the magnetic field in terms of its causations, the general modelling problem involving an applied magnetic field in the presence of remanence can be simply and more efficiently dealt with in terms of an equivalent primary field acting in the absence of any remanent magnetization.     

基于两点磁梯度张量的磁性目标在线定位方法

利用磁梯度张量反演磁性目标参数的方法广泛应用于是磁性目标定位,本文提出了一种通过测量两点磁梯度张量对磁性目标进行在线定位的方法.首先利用磁矩指向相同的原则从张量方程的解中得到目标方向,其次利用参数之间的线性关系解算出目标距离,最后利用两点磁感应强度之差,结合Levenberg-Marquardt优化算法对距离做进一步修正.基于所设计的两点张量测量阵列的仿真实验表明:(1)在相同条件下,本文方法定位成功率为64.24%,而2015年吕俊伟改进的STAR方法为59.85%;(2)仪器测量噪声强度达到某一阈值时,一定区域内定位成功率随噪声强度的增加迅速下降;(3)优化算法迭代次数上限取10次即可;(4)其他条件不变时,随着基线长度的增加,定位成功率先升高后降低.     

南海西南次海盆深海地磁观测潜标的数据分析

地磁场磁力线切割海水和电磁感应两种方式的共同作用影响着海水介质中变化地磁场的时空特征.虽然近些年的野外实践、数值模拟和理论研究都表明,海面和深海海底的变化磁场存在差异,但极少有实测数据揭示在海水介质不同深度位置地磁场的时空特征.本文主要介绍在南海西南次海盆4366 m深度处布放和回收了一个4000 m长深海地磁观测潜标的科学实验;重点分析垂直方向不同水深位置上地磁场观测记录中总强度的变化幅度及相位的时空特征.并通过建立地磁场太阳静日变化模型,将观测结果与南海周缘的三个地磁台站观测记录进行对比分析.研究结果表明,地磁场总强度在深海水体的不同深度存在着显著差别.在地磁扰动较小或平静期间,深海潜标处的日变形态与同纬度邻近台站的观测结果较为一致;而在地磁扰动期间,由于所处位置处地下电性介质的差异会对感应磁场产生不同的影响,观测到的总强度在幅度和相位变化中也出现相应的不同.本文的分析结果不仅为海水介质不同深度地磁场时空特征的研究提供了科学实验依据,也为海洋磁测中地磁日变观测站的布设提供建议.     

海洋地磁场的垂直空间变化分析

将海洋磁力测量数据归算到统一的基准面上可以提高测量和成图的精度.由于归算方法本身存在误差,并不是所有的测量数据都必须归算到统一的基准面上.本文首先理论分析地磁异常的垂直空间变化,然后采用曲面向上延拓技术,利用两个典型海洋磁场数据分析海洋地磁异常的垂直空间变化,研究了海洋地磁异常随高度变化的规律.最后得出海洋磁力测量数据进行归算的阈值条件.     

The emergence of braided magnetic fields

We study the emergence of braided magnetic fields from the top of the solar interior through to the corona. It is widely believed that emerging regions smaller than active regions are formed in the upper convection zone near the photosphere. Here, bundles of braided, rather than twisted, magnetic field can be formed, which then rise upward to emerge into the atmosphere. To test this theory, we investigate the behaviour of braided magnetic fields as they emerge into the solar atmosphere. We compare and contrast our models to previous studies of twisted flux tube emergence and discuss results that can be tested observationally. Although this is just an initial study, our results suggest that the underlying magnetic field structure of small emerging regions need not be twisted and that braided field, formed in the convection zone, could suffice.