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[摘 要]地下岩、矿石的导电性，它们二者都是非常重要的物性参数。在磁化率概念的基础上，介绍沉积岩、岩浆岩和变质岩的电阻率和磁化率值的一些分布概况及其对大地电磁响应的影响计算。
[关键词]电阻率 磁化率 MT
中图分类号：P631.3+22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0032-02
1 前言
1.1 岩、矿石的电阻率和磁化率
地下介质电性的描述通常用电导率、磁导率或介电常数等物性参数来表示。地表浅层环境的温度和压力都不高，岩石中都含有一定的孔隙度，并或多或少由地下水充填。因此，浅部岩石的电阻率主要决定于岩石的孔隙度和含水度，岩石的矿物组分和温度变化只是次要的影响因素。表2-1中列出了地表常见岩石的电阻率值范围（为某一地区的测量结果，具体数值仅供参考）。从中可以看出，干燥岩石的电阻率比天然潮湿岩石的电阻率要高的多，前者一般在105～106欧姆米以上，天然潮湿的沉积页岩、砂岩的电阻率一般为10～103欧姆米。
花岗岩、玄武岩等火成岩类的电阻率一般为 104～105欧姆米，角岩、片麻岩等常见的变质岩电阻率约为103～104欧姆米。这些现象都可以用沉积页岩、砂岩具有较高而花岗岩玄武岩等火成岩具有较低的孔隙度和含水度来解释。实验证明，即使岩石中孔隙水的含量只有千分之几，它都可能对岩石的电阻率起支配作用。
矿物按其磁性的不同可分为3类：（1）反磁性矿物，如石英、磷灰石、闪锌矿、方铅矿等。磁化率为恒量，负值，且较小。（2）顺磁性矿物，大多数纯净矿物都属于此类。磁化率为恒量，正值，也比较小。（3）铁磁性矿物，如磁铁矿等含铁、钴、镍元素的矿物。磁化率不是恒量，为正值，且相当大。也可认为这是顺磁性矿物中的一种特殊类型。
岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质作用过程的影响。一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。
岩浆岩的磁性取决于岩石中铁磁性矿物的含量。结构构造相同的岩石，铁磁性矿物含量愈高，磁化率值愈大。铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度，按酸性、中性、基性、超基性的顺序逐渐变大。铁磁性侵入岩的特点是q值一般小于1。由接触交代作用而形成的岩石，q值可达1～3，甚至更大。沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的含量决定的。分布最广的沉积岩造岩矿物，如石英、方解石、长石、石膏等，为反磁性或弱顺磁性矿物。菱铁矿、钛铁矿、黑云母等矿物之纯净者是顺磁性矿物；含铁磁性矿物杂质者具有强顺磁性。沉积岩的磁化率和天然剩余磁化强度值都比较小。变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的。原岩为沉积岩的变质岩，磁性一般比较弱；原岩为岩浆岩的变质岩在变质作用相同时，其磁性一般比原岩为沉积岩的变质岩强。大理岩和结晶灰岩为反磁性变质岩。岩石变质后，磁性也发生变化。蛇纹石化的岩石磁性比原岩强；云英岩化、粘土化、绢云母化和绿泥石化的岩石，磁性比原岩减弱。
一般沉积岩和变质岩的磁化率相比于岩浆岩的磁化率要低很多，其相对磁导率一般在1.0005～1.003之间，而岩浆岩或接近岩浆岩剥蚀地区的变质岩的磁导率则在1.0045～1.015之间，具有较高的磁性。根据托尔福德（W.M.Telford）等人的研究，磁铁矿的相对磁导率平均值为rμ=7SI。如果在沉积岩中含磁铁矿体积百分含量超过1/1000，其rμ将>1.01。在一些特殊的情况下，变质岩因所含的磁性物质的增多其rμ也会>1.01。根据朴化荣等的研究显示，岩石的磁导率随磁铁矿含量的增加而增大，图 2-2 中表示当辉长岩和玄武岩中的磁性体含量超过百分之一时，它们的rμ≈>1.1～1.2。
2. MT测深原理
在探测地下信息的某个观测点上，测量由天然场源或不相关的人工场源产生的电场和磁场的水平分量。容易证明，电场强度与磁场强度之比，是具有电性阻抗单位的一个量，并且在一定条件下，这个阻抗是介质电性的函数。通过在一系列频点上确定阻抗得到的阻抗频谱
它提供了地球内部导电率随深度变化的信息。在地球电性与各向同性的条件下，Eα和Hβ是互相垂直的。因为趋肤效应，在较低频段，场的穿透深度增大，因而可以在单个测点上，用大地电磁法进行测深。
由于视电阻率是频率的函数，因为视电阻率是给定频率下电磁场影响所能涉及范围内岩石电性的综合反映，而不同频率时电磁场影响的范围不同，所以视电阻率的值自然也就随频率而变化。根据趋肤效应可知，高频成分主要集中在地电断面的上部，所以与其相应的视电阻率主要是反映深部的地电断面性质。这样，测量和计算出适当频率范围内不同频率上的视电阻率值，构成视电阻率-周期曲线，就可获得沿深度上电性分布的信息，达到测深的目的。
3. MT 响应的计算
在笛卡尔坐标系（Cartesian coordinates system）中，对于一个二维地质构造体，以y轴为构造走向，x轴为倾向，z轴垂直向下，此时沿y轴方向的物性参数（μ、σ等）是稳定的，而沿x和z方向的物性参数是变化的。在给定地电断面的情况下，有如下公式：
式中，k 為传播常数且，H 是磁场强度，E 为电场强度，ω是圆频率，μ为磁导率且其值不恒等于自由空间中的磁导率值，通过求解上述方程组可获得电磁场的分布，再利用如下公式来计算视电阻率。
4.小结
这里首先介绍了磁导率和电阻率等物性参数在地球物理中的相关概念，接着列举了一些岩矿石中常见的电阻率和磁化率的数值，并对大地电磁测深中的一些基本概念进行了概括地描述。根据分析表明，尽管在一般的MT 测量中我们将相对磁导率看成是可以忽略的一个参数量，但是在岩浆岩大量分布的区域或磁性物质富含的沉积岩或变质岩等其它地区，我们还是非常有必要考虑磁化率的增大对观测数据所产生的影响问题。
参考文献
[1] 朴化荣，电磁测深法原理，地质出版社，1990.
[2] 徐建华，层状媒质中的电磁场与电磁波，石油工业出版社，1997.
[3] 李金铭，地电场与电法勘探[M].北京：地质山版社，2005.
[4] 傅良魁，法勘探教程[M].北京：地质出版社，1983.
[关键词]电阻率 磁化率 MT
中图分类号：P631.3+22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0032-02
1 前言
1.1 岩、矿石的电阻率和磁化率
地下介质电性的描述通常用电导率、磁导率或介电常数等物性参数来表示。地表浅层环境的温度和压力都不高，岩石中都含有一定的孔隙度，并或多或少由地下水充填。因此，浅部岩石的电阻率主要决定于岩石的孔隙度和含水度，岩石的矿物组分和温度变化只是次要的影响因素。表2-1中列出了地表常见岩石的电阻率值范围（为某一地区的测量结果，具体数值仅供参考）。从中可以看出，干燥岩石的电阻率比天然潮湿岩石的电阻率要高的多，前者一般在105～106欧姆米以上，天然潮湿的沉积页岩、砂岩的电阻率一般为10～103欧姆米。
花岗岩、玄武岩等火成岩类的电阻率一般为 104～105欧姆米，角岩、片麻岩等常见的变质岩电阻率约为103～104欧姆米。这些现象都可以用沉积页岩、砂岩具有较高而花岗岩玄武岩等火成岩具有较低的孔隙度和含水度来解释。实验证明，即使岩石中孔隙水的含量只有千分之几，它都可能对岩石的电阻率起支配作用。
矿物按其磁性的不同可分为3类：（1）反磁性矿物，如石英、磷灰石、闪锌矿、方铅矿等。磁化率为恒量，负值，且较小。（2）顺磁性矿物，大多数纯净矿物都属于此类。磁化率为恒量，正值，也比较小。（3）铁磁性矿物，如磁铁矿等含铁、钴、镍元素的矿物。磁化率不是恒量，为正值，且相当大。也可认为这是顺磁性矿物中的一种特殊类型。
岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质作用过程的影响。一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。
岩浆岩的磁性取决于岩石中铁磁性矿物的含量。结构构造相同的岩石，铁磁性矿物含量愈高，磁化率值愈大。铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度，按酸性、中性、基性、超基性的顺序逐渐变大。铁磁性侵入岩的特点是q值一般小于1。由接触交代作用而形成的岩石，q值可达1～3，甚至更大。沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的含量决定的。分布最广的沉积岩造岩矿物，如石英、方解石、长石、石膏等，为反磁性或弱顺磁性矿物。菱铁矿、钛铁矿、黑云母等矿物之纯净者是顺磁性矿物；含铁磁性矿物杂质者具有强顺磁性。沉积岩的磁化率和天然剩余磁化强度值都比较小。变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的。原岩为沉积岩的变质岩，磁性一般比较弱；原岩为岩浆岩的变质岩在变质作用相同时，其磁性一般比原岩为沉积岩的变质岩强。大理岩和结晶灰岩为反磁性变质岩。岩石变质后，磁性也发生变化。蛇纹石化的岩石磁性比原岩强；云英岩化、粘土化、绢云母化和绿泥石化的岩石，磁性比原岩减弱。
一般沉积岩和变质岩的磁化率相比于岩浆岩的磁化率要低很多，其相对磁导率一般在1.0005～1.003之间，而岩浆岩或接近岩浆岩剥蚀地区的变质岩的磁导率则在1.0045～1.015之间，具有较高的磁性。根据托尔福德（W.M.Telford）等人的研究，磁铁矿的相对磁导率平均值为rμ=7SI。如果在沉积岩中含磁铁矿体积百分含量超过1/1000，其rμ将>1.01。在一些特殊的情况下，变质岩因所含的磁性物质的增多其rμ也会>1.01。根据朴化荣等的研究显示，岩石的磁导率随磁铁矿含量的增加而增大，图 2-2 中表示当辉长岩和玄武岩中的磁性体含量超过百分之一时，它们的rμ≈>1.1～1.2。
2. MT测深原理
在探测地下信息的某个观测点上，测量由天然场源或不相关的人工场源产生的电场和磁场的水平分量。容易证明，电场强度与磁场强度之比，是具有电性阻抗单位的一个量，并且在一定条件下，这个阻抗是介质电性的函数。通过在一系列频点上确定阻抗得到的阻抗频谱
它提供了地球内部导电率随深度变化的信息。在地球电性与各向同性的条件下，Eα和Hβ是互相垂直的。因为趋肤效应，在较低频段，场的穿透深度增大，因而可以在单个测点上，用大地电磁法进行测深。
由于视电阻率是频率的函数，因为视电阻率是给定频率下电磁场影响所能涉及范围内岩石电性的综合反映，而不同频率时电磁场影响的范围不同，所以视电阻率的值自然也就随频率而变化。根据趋肤效应可知，高频成分主要集中在地电断面的上部，所以与其相应的视电阻率主要是反映深部的地电断面性质。这样，测量和计算出适当频率范围内不同频率上的视电阻率值，构成视电阻率-周期曲线，就可获得沿深度上电性分布的信息，达到测深的目的。
3. MT 响应的计算
在笛卡尔坐标系（Cartesian coordinates system）中，对于一个二维地质构造体，以y轴为构造走向，x轴为倾向，z轴垂直向下，此时沿y轴方向的物性参数（μ、σ等）是稳定的，而沿x和z方向的物性参数是变化的。在给定地电断面的情况下，有如下公式：
式中，k 為传播常数且，H 是磁场强度，E 为电场强度，ω是圆频率，μ为磁导率且其值不恒等于自由空间中的磁导率值，通过求解上述方程组可获得电磁场的分布，再利用如下公式来计算视电阻率。
4.小结
这里首先介绍了磁导率和电阻率等物性参数在地球物理中的相关概念，接着列举了一些岩矿石中常见的电阻率和磁化率的数值，并对大地电磁测深中的一些基本概念进行了概括地描述。根据分析表明，尽管在一般的MT 测量中我们将相对磁导率看成是可以忽略的一个参数量，但是在岩浆岩大量分布的区域或磁性物质富含的沉积岩或变质岩等其它地区，我们还是非常有必要考虑磁化率的增大对观测数据所产生的影响问题。
参考文献
[1] 朴化荣，电磁测深法原理，地质出版社，1990.
[2] 徐建华，层状媒质中的电磁场与电磁波，石油工业出版社，1997.
[3] 李金铭，地电场与电法勘探[M].北京：地质山版社，2005.
[4] 傅良魁，法勘探教程[M].北京：地质出版社，1983.