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磁法勘探的基本原理及应用磁法勘探的概述磁法勘探是一种非破坏性地球物理勘探方法，通过测量地球磁场的变化来获取地下结构信息。
它基于地球的地磁场以及地下的磁性物质的相互作用，可以在地下发现磁性物质的存在、分布和性质。
磁法勘探的基本原理磁法勘探利用地球磁场和地下磁性物质之间的相互作用来获取地下情况。
磁法勘探的基本原理如下：1.地球磁场：地球本身具有一个磁场，也称为地球磁场。
地球磁场是由地球内部液体外核的流动所产生的，它在地表形成一个相对稳定的磁场。
2.地下磁性物质：地下存在各种不同类型的磁性物质，如矿石、岩石、土壤、岩层或地下水。
3.磁场异常：地下磁性物质与地球磁场相互作用会导致磁场异常。
当地下磁性物质的磁性与地球磁场不同或存在不均匀分布时，就会产生磁场异常。
4.磁场测量：磁法勘探使用磁力仪器来测量地磁场的强度和方向变化。
测量点位于地表或以人工井筒方式进入地下。
5.数据处理和解释：通过对测量数据的处理和解释，可以获得地下磁性物质的位置、形状、大小、磁性强度等信息。
这些信息可用于地质勘探、矿产资源评估、地下水资源管理等领域。
磁法勘探的应用领域磁法勘探在地质和工程勘探中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：•矿产勘探：磁法勘探可以用于寻找矿藏、判断矿石的性质和储量。
根据地下磁性物质的反应，可以识别出具有磁性的矿石，如铁矿、钴矿等。
•水资源管理：磁法勘探可以用于寻找地下水的分布和储量。
地下水和地下磁性物质之间存在一定的关系，通过对磁场异常的测量和分析，可以确定地下水的位置和深度，从而实现对地下水资源的科学利用。
•地下工程：磁法勘探可以用于地下隧道、地铁、坑道等地下工程的勘察和地质状况评估。
通过磁法勘探，可以探测出地下磁性物质的存在，并评估其对工程建设的影响。
•环境地质：磁法勘探可以用于环境地质调查和污染物监测。
地下沉积物中的磁性物质与环境污染物之间存在一定的关系，通过对磁性物质的测量和分析，可以识别出地下污染物的位置和分布情况。
磁法在海洋地球物理勘探中的应用地球物理勘探是一种通过对地球内部物理性质进行观测和研究，以获取地下信息的科学方法。
在海洋地球物理勘探中，磁法是一种常用的方法。
本文将重点介绍磁法在海洋地球物理勘探中的应用。
一、磁法原理和方法磁法是利用地球的磁场和地下物质的磁性差异进行勘探的方法。
地球的磁场是由地下的大地构造和地壳内磁性物质的分布所决定的。
磁法勘探主要依靠测量地磁场的参数，如地磁强度和地磁倾角等，来推断地下物质的磁性性质和空间分布。
在海洋地球物理勘探中，常用的磁法测量设备是磁力计。
磁力计是一种用于测量磁场强度和倾角的仪器，通常由磁棒和指示装置组成。
磁法测量过程中，磁力计会通过船载设备或者浮标悬挂在海面上，沿着不同的航线进行测量，获取一系列地磁数据。
二、磁法在海洋地球物理勘探中的应用1. 海底地壳磁性差异的分析海洋地球物理勘探中的一项重要任务是研究海底地壳的形成和演化过程。
通过测量海底地壳的磁性差异，可以推断出地壳的岩性和构造。
磁性差异主要由海底火山活动和板块运动等地质过程所引起，这些过程会导致磁铁矿物的形成和沉积，从而改变地下岩层的磁性特征。
2. 海底断层和构造的研究海底断层是海洋地壳中的一种常见地质现象，它是海洋地壳板块运动的结果。
通过对海底断层的磁性差异进行测量和解释，可以研究板块运动和地震活动的机制。
磁法勘探能够提供关于海底断层的位置、走向、位移等信息，对研究地震和地壳运动具有重要意义。
3. 海底矿产资源的勘探海洋地球物理勘探中的另一个主要任务是寻找海底的矿产资源。
一些富含磁性矿物的矿床，如铁矿石和锰结壳等，常常通过磁法方法进行勘探。
通过测量海底的磁性异常情况，可以推测出矿床的类型、规模和分布范围，为矿产资源的开发提供依据。
4. 海洋地磁场变化的研究地球的磁场是一个动态的系统，它会随着时间和空间的变化而产生变化。
海洋地球物理勘探中的磁法方法，还可以用于研究海洋地磁场的变化规律和机制。
通过长期观测和分析磁场数据，可以了解海洋地磁场的季节性和年际性变化，以及地磁活动与太阳活动的关联。
磁法在矿产资源开发中的应用在现代矿产资源开发中，科学技术的不断进步为勘探和开采提供了更多的手段和方法。
其中，磁法作为一种非常重要的地球物理勘探工具，在矿产资源开发中发挥了重要的作用。
本文将介绍磁法的基本原理和其在矿产资源开发中的应用。
一、磁法的基本原理磁法是利用地球的磁场和地下物质的磁特性进行勘探的一种方法。
地球磁场的存在是由于地球内部存在磁性物质，例如磁铁矿等。
当进行磁法勘探时，可以通过测量地表上的地磁场强度和方向变化来推断地下存在的物质分布情况。
根据地下物质的磁性特性，可以确定其类型和性质。
二、磁法在矿产资源勘探中的应用1. 铁矿矿床勘探磁法在铁矿矿床勘探中起着至关重要的作用。
由于铁矿矿床通常富含磁铁矿，这些磁性物质会在地磁场中产生异常，通过测量这些异常可以确定矿床的存在和分布情况。
磁法还可以辅助勘探人员评估矿床的规模、形态和品位，为后续的开采工作提供重要信息。
2. 磁性金属矿床勘探磁性金属矿床如铁、铜、镍等在磁场中会表现出较强的磁性。
因此，磁法非常适用于这类矿床的勘探。
通过测量地磁场的变化，可以推断磁性金属矿床的存在和分布情况。
磁法还可以帮助勘探人员确定矿床的深度和规模，为开采提供指导。
3. 非磁性矿床勘探磁法不仅在磁性矿床勘探中适用，对于非磁性矿床的勘探也有一定的应用价值。
例如，某些矿床中含有与矿化有关的矿物或化学元素，这些矿化对地磁场也会产生一定影响。
通过测量地磁场的变化，可以推断非磁性矿床的可能存在和分布情况，为矿产资源勘探提供重要信息。
4. 矿床开采中的应用除了在矿床勘探中的应用，磁法在矿床开采中也发挥着重要作用。
在开采前，磁法可以用于详细评估矿床的规模和形态，确定开采的合理方案。
同时，在开采过程中，通过监测地下矿石的磁性变化，可以判断开采工作的进展情况，并对矿床的剩余资源进行评估。
三、磁法在矿产资源开发中的意义和挑战磁法作为一种重要的地球物理勘探方法，为矿产资源开发提供了可靠的技术手段。
磁场在地下隐患探测中的应用随着现代城市建设和土地利用的不断扩大，地下隐患的探测成为一项重要的技术需求。
在地下隐患的探测领域，磁场作为一种非侵入性、非破坏性的探测方法，正逐渐引起人们的关注和重视。
本文将详细介绍磁场在地下隐患探测中的应用，包括原理、设备与技术优势，并结合实际案例进行说明。
一、磁场探测原理磁场探测原理基于地下物质的磁性差异。
地球磁场对地下物质产生一定的影响，通过测量地下磁场强度的变化，可以分析地下物质的特征与分布。
磁场探测主要利用两个参数来描述地下磁场变化，一个是磁场的总强度，另一个是磁场的方向。
通过测量这两个参数的变化，可以获取地下物质的分布情况，并进一步判断是否存在地下隐患。
二、磁场探测设备与技术优势磁场探测设备包括磁力仪、磁场计和数据处理系统等。
其中，磁力仪用于测量地下磁场的总强度，磁场计则用于测量地下磁场的方向。
数据处理系统则负责对测量数据进行分析、处理和可视化展示。
磁场探测的技术优势主要体现在以下几个方面：1. 非侵入性：磁场探测不需要对地表进行任何开挖或钻孔，对地下环境没有破坏，可以在不影响周围建筑物和设施的情况下进行操作。
2. 高效性：磁场探测设备使用简单，操作方便快捷。
相比于传统的地质勘探方法，磁场探测可以节省时间和人力成本。
3. 广泛适用性：磁场探测适用于不同类型的隐患探测，包括地下水资源勘探、地下管线探测、地下洞穴和裂隙等的发现等。
在城市建设、道路规划以及自然灾害预警等方面都具有重要的应用价值。
三、磁场在地下隐患探测中的应用案例1. 地下水资源勘探：磁场探测可以用于地下水资源的勘探与评估。
通过对地下磁场的测量，可以获得地下水含量和分布的信息，为水源选址和管理提供科学依据。
2. 地下管线探测：在城市建设中，地下管线的位置和走向是一项重要的信息。
磁场探测可以通过测量地下磁场的变化，快速准确地确定地下管线的位置，并提供管线深度和材质等相关信息。
3. 地下洞穴与裂隙发现：地下洞穴和裂隙的存在可能会给城市建设和地质灾害预警带来一定的风险。
磁法部分§2.1 岩（矿）石的磁性位于地壳中的岩矿体，在形成时，由于受地球磁场的磁化而表现出不同的磁性，由于这种磁性差异在地表反映出一定的磁异常，通过对岩石磁性的研究，可以掌握岩石磁化的原理，了解岩（矿）石的磁性特征及影响因素，从而解决对应的地质问题。
一、物质的磁性由现代电磁学理论可知，任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。
由于物质的原子结构不同，所呈现的宏观磁性也不同。
根据物性的不同，世间所有的物质可按其磁化率的不同，划分为三大类，即：抗磁性、顺磁性和铁磁性，这三类物质的磁性随温度变化与受外磁场磁化作用等方面都有明显不同。
1、抗磁性物质抗磁性物质的磁化率κ与温度无关。
在外磁场H 的作用下，这类物质的磁化率表现为负值，且数量很小。
这是因为抗磁性物质没有固定的原子磁矩，在受到外磁场作用后，原子磁矩将沿外磁场方向旋进，进而产生附加磁矩，方向与外磁场相反，形成抗磁性，其磁化率κ'可用下式计算：∑=-='z i i e r m Ne 12206μκ式中0μ为真空中磁导率；N 为单位体积内的原子数：e 为元电荷；e m 为电子静质量；Z 为每个原子的电子数；r 2i 为电子轨道半径平方的平均值。
抗磁性磁化率是无量纲的负值。
磁化率多为-10-5SI(κ)。
2、顺磁性物质原子的电子壳层中，含有非成对的电子，其自旋磁矩未被抵消，此时原子具有固定磁矩，在外部均匀磁场强度H 的作用下，将使原子磁矩沿H 方向整齐排列，这种特性叫顺磁性。
在不存在外磁场时，整个磁介质的各个原子磁矩的取向是杂乱无章的，宏观上不显磁性。
在外磁场的作用下，原子磁矩在外磁场方向的作用下定向排列，物体发生磁化，即产生顺磁效应。
顺磁性物质的磁化率κ''可用下式表示TC KT N a==''320μμκ 式中N 为单位体积内含有非成对电子的原子数，μa 为每个顺磁物质的原子磁矩，K 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，C 为居里常数。
实验9-3 γ射线的吸收与物质吸收系数的测定
测量物质对γ射线的吸收规律，不仅有助于了解γ射线与物质的相互作用机理，而且，作为一种重要的实验方法，在许多科学领域都发挥着巨大的作用。
例如，为了有效地屏蔽γ辐射，需要根据物质对γ射线的吸收规律来选择合适的材料及厚度，反之，利用物质对γ射线的吸收规律可以进行探伤及测厚等。
【实验目的】
1、进一步认识γ射线与物质相互作用的规律。
2、测量不同能量的窄束γ射线在不同物质中的吸收系数。
【实验原理】
γ射线与物质发生作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。
对于低能γ射线，与物质的作用以光电效应为主，如果γ射线能量接近1MeV ，康普顿效应将占主导地位，而当γ射线能量超过1.02MeV 时，就有可能产生电子对效应。
准直成平行束的γ射线，通常称为窄束γ射线。
单能的窄束γ射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。
γ射线强度的衰减服从指数规律，即
x x N e I e I I r μσ--==00 （9-3-1）
其中I 0和I 分别是穿过吸收物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过吸收物质的厚度（单位为㎝），σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中原子数，μ是吸收物质的线性吸收系数（N r σμ=，单位为㎝-1）。
显然μ的大小反映了吸收物质吸收γ射线能力的大小。
需要注意的是，由于γ射线与吸收物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而变化，所以线性吸收系数μ是吸收物质的原子序数Z 和γ射线能量γE 的函数。
考虑到σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，那么线性吸收系数μ就可以表示为
p c ph μμμμ++= （9-3-2）
式中ph μ、c μ、p μ分别为光电、康普顿、电了对效应的线性吸收系数，且
⎪⎩
⎪⎨⎧∝∝∝25
Z Z Z p c ph μμμ （9-3-3）
从中可以看出线性吸收系数μ与吸收物质的原子序数Z 之间的复杂关系。
对于线性吸收系数μ与γ射线能量γE 之间的关系也比较复杂，并且随吸收物质的不同
而存在显著差别。
图9-3-1给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收系数μ与γ射线能量γE 之间的关系曲线。
图9-3-1 铅、锡、铜、铝对γ射线的吸收系数和能量的关系
实际工作中常用质量吸收系数m μ表示物质对γ射线的线性吸收系数μ，m μ与μ的关系为
ρμμ=
m （9-3-4） 其中ρ是吸收物质的密度（单位为3cm g ）。
用m μ表示的γ射线强度的指数衰减规律为
m m x e I I μ-=0 （9-3-5）
式中的ρx x m =为吸收物质的质量厚度，单位为2
/cm g 。
因为 ()p c ph A r m A
N N σσσρσρμμ++=== （9-3-6） 其中N A 是阿佛加德罗常数，A 是原子量数。
所以质量吸收系数与吸收物质的密度及物理状态无关，在实际应用上也就更为方便。
在相同实验条件下，由于某一时刻的计数率n 总是与该时刻的γ射线强度I 成正比，所以（9-3-5）式也可以表示为
m m x e n n μ-=0 （9-3-7）
对两边同时取对数，得
m m x n n μ-=0ln ln （9-3-8）
显然，n ln 与m x 具有线性关系，如图9-3-2所示。
图9-3-2 n ln —m x 曲线
有时，物质对γ射线的吸收能力也用“半吸收厚度”表示，它是指使入射的γ射线强度减弱到一半时的吸收物质厚度，记作2/1d ，在量值上为
μ2
ln 2/1=d （9-3-9）
显然，2/1d 也是吸收物质的原子序数Z 和γ射线能量γE 的函数。
利用半吸收厚度，可以粗略估计γ射线的能量。
【实验装置与器材】
实验装置如图9-3-3所示，包括137Cs 和60Co γ放射源、NaI （Tl ）闪烁探测器、多道脉冲幅度分析器（含多道分析软件，其操作方法请阅读仪器使用说明书）、计算机，以及多个铅吸收片和铝吸收片等。
图9-3-3 γ射线的吸收测量装置
由于实验中采用NaI （Tl ）闪烁探测器，配合多道脉冲幅度分析器进行测量，在计算机上显示的是γ射线的全能谱，考虑到本底、计数统计涨落及光标定位不准的影响，所以无法直接准确得到某一能量γ射线在某一时刻的计数率，比较好的解决办法是，在相同实验条件下（放射源与探测器的位置不变，探测器工作电压和放大倍数不变，并保证相同的测量时间），首先获得不同吸收厚度下的γ射线全能谱，然后计算所选光电峰的净面积A （多道分析软件中包含此功能），以此替代前述公式中的n 或I 。
净面积的计算方法有三种，分别是TPA 算法、Covell 算法和Wasson 算法，如图9-3-4所示。
这些算法中，TPA 算法比较简单，准确度也较高，因此在手工计算时，建议采用这种算法，具体做法请阅读相关资料。
图9-3-4 净面积算法示意图
【实验内容】
1、阅读仪器使用说明，掌握仪器及多道分析软件的使用方法。
2、仪器开机并调整好工作电压（700~750V ）和放大倍数后，预热30分钟左右。
3、在多道分析软件中调整预置时间为600s 。
4、用一组铝吸收片测量对137Cs 的γ射线（取0.662MeV 光电峰）的吸收曲线，并用最小二法原理拟合求质量吸收系数。
根据铝的密度（3/7.2cm g =ρ）求线性吸收系数，与理论值（0.194㎝-1）比较，求相对不确定度。
计算半吸收厚度。
5、用一组铅吸收片测量对137Cs 的γ射线（取0.662MeV 光电峰）的吸收曲线，并用最小二法原理拟合求质量吸收系数。
根据铅的密度（3/34.11cm g =ρ）求线性吸收系数，与理论值（1.213㎝-1）比较，求相对不确定度。
计算半吸收厚度。
6、用一组铝吸收片测量对60Co 的γ射线（取1.17MeV 或1.33MeV 光电峰）吸收曲线，并用最小二法原理拟合求线性吸收系数、质量吸收系数和半吸收厚度。
【注意事项】
1、当工作指示灯亮时，切勿关闭仪器。
2、领用和归还放射源必须作好登记。
【思考题】
1、如何用本实验的方法测量一定材料的厚度？
2、闪烁体前有一厚度约200 μm 的铝质密封窗，试分析其对测量结果有何影响？
3、实验中，是否可以用全谱总计数率代替光电峰的净面积？为什么？
4、根据实验结果，谈谈在辐射的屏蔽防护方面应如何选择材料。
5、根据实验结果分析物质对γ射线的吸收系数与哪些因素有关？
【参考资料】
1、褚圣鳞，原子物理学， 高等教育出版社，1979
2、复旦大学等，原子核物理实验方法（下册），原子能出版社，1982
3、吴泳华等，近代物理实验，安徽教育出版社，1987
4、北京大学等，核物理实验，原子能出版社，1984。
