粘滞剩磁法确定主应力方向

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地球是一个巨大的磁体。地球内部及其周围空间中客观存在着地磁场。地磁场又分为两个时期来描述，即现代地磁场、地质时期地磁场，其中地质时期地磁场称为古地磁场。

为了便于地磁场及古地磁场的研究，首先建立与地球地理位置相关的三维直角坐标系（见图1-21）。

图1-21 地磁场及地磁场分量与地理坐标的关系

水平X轴指向地理正北，水平Y轴指向正东，Z轴垂直向下。某点的地磁场强度F可在上述坐标系中分解为三个轴向分量X、Y、Z和水平面的分量H（即磁子午线），H与X之间的夹角D称为磁偏角，F与H之间的夹角I称为磁倾角。

F、H、X、Y、Z、D、I称为地磁要素，它们可以具体描述地磁场特征。地磁要素之间存在着如下关系：

油气藏现今地应力场评价方法及应用

地磁七要素中可用三个参数描述某一点具体的地磁场特征，如使用磁偏角D，磁倾角I，磁化强度F等。

岩石中往往含有铁磁性矿物，因而岩石剩余磁特征及其变化基本上严守着铁磁学的一般规律。在成岩作用过程中由于受客观存在的地磁场的作用，岩石记录了其形成时的地磁特征。不同类型的岩石记录地磁特征的机制是不同的。

当岩石形成时或形成较短的一段时间后，岩石中的磁性矿物的分布方向将指向与当时、当地的地球磁场相同的方向。在以后的地质时期，岩石中的原生剩磁可能全部或部分被年代较轻的、方向明显和原生磁化强度不一致的磁化强度所代替。因此，特定岩心上的天然剩磁也许是不同形成时期、不同方向磁化分量的组合。标准的古地磁测量是分离出天然剩余磁中的不同分量，并由此分离出地层磁化强度的特征，再与当时、当地岩石的已知方向进行对比。粘滞剩磁测量方法是分离出近代获得的天然剩余磁分量。

如果含有磁性矿物的岩石在稳定的磁场中放置足够的时间，不管它原有的磁化强度如何，所有的磁性矿物最终将被磁化成外界的磁场方向，对于具有相同磁性颗粒的岩样，岩样获得重新磁化的时间和团块的衰减期相关，衰减期和放射性物质的衰减期相似。

从7.3万年以来，地球的磁场获得了稳定的方向，此时的平均磁北极和地理北极一致。岩石中一部分磁性矿物的衰减期小于7.3万年，这些颗粒的磁化强度将重新定向于稳定的地球磁场方向，这就是说岩石中获得了粘滞剩磁。为了准确的测量粘滞剩磁的方向，使用分段退磁的方法，岩样依次被加热并冷却（在零磁场中）并测量每一步的剩余磁化强度。在地层中的每一点，真正的粘滞剩磁的磁偏角（磁矢量的水平分量）和正北方向一致，粘滞剩磁的磁倾角（磁矢量的垂直分量）和该地点的纬度相关。

对于地心轴极磁场，纬度和磁倾角有以下简单的关系：即tanI=2tanL，这里I是粘滞剩磁的磁倾角，L是当地的纬度。因此，如果测点的纬度已知，我们可以根据近似地心轴磁极的磁倾角值选择相关温度（350℃以下）磁矢量分量，此分量的方向和地理正北方向一致，就可以确定出岩心的方向。标准的粘滞剩磁定向过程是以一定温度（一般为40℃或50℃）为步长在100～300℃之间进行分段热退磁。将退磁数据画在正交矢量投影图上，即能够确定水平（磁偏角）和垂直（磁倾角）的磁分量，在此图上可以根据磁倾角确定粘滞剩磁分量

粘滞剩磁定向的最小容许准则是：五块样品中至少有三块样品的粘滞剩磁磁偏角相近，并且磁倾角对于当地的纬度来说是可以接受的。采用粘滞剩磁定向法仅需要的岩心资料是测点的纬度、岩心向上的方向以及井斜角和井斜方位角。井壁附近的温度可能高于100℃，故在分析过程中不使用低于100℃的温度段，因为当岩心取至地面放凉后，这部分磁化强度以热剩磁的方式获得。同时也不选择高于300℃的温度段，因为高于300℃的剩磁段中仅有一小部分粘滞剩磁分量可能受更老的天然剩磁分量的强烈影响。

上述表明粘滞剩磁定向技术比标准的古地磁定向技术有很多优点。首先是天然剩磁与时间相关性少，而且7.3万年前的构造变形可以忽略，取自复杂构造带的岩心也能够定向。唯一的要求是岩样中包含容易获得粘滞剩磁的磁矿物类型/颗粒尺寸（如磁性金属矿物）。

利用岩心样品测定磁性矿物中记录其形成时的粘滞剩磁磁特征，确定岩石中最大主应力方向与粘滞剩磁方向的关系。从而得到水平最大主应力与地理北的夹角方向。

川孝560井粘滞剩磁统计结果表明，水平最大主应力方位（近磁期）为95°左右（图1-22）与波速各向异性法测定结果仅相差11°左右。因此各种方法互为补充，综合考虑。

图1-22 川孝560井粘滞剩磁统计结果

（5 35/67，4810.97m）

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