地磁异常 地磁异常是指地球表面局部区域的地磁场强度、方向或磁偏角与周边正常背景场或理论模型预测值之间存在显著、系统性偏差的现象。它不是仪器误差或短期扰动，而是由地壳浅部具有强磁性的岩石或矿体引起的。 步骤1：概念基础与正常场的定义 要理解“异常”，首先需明确“正常”是什么。地球主磁场（地核磁场）是行星尺度的，源于地核外液态铁的对流运动（发电机过程），其空间变化平缓。科学家通过全球地磁台站数据建立数学模型（如国际地磁参考场，IGRF），来描述这个主磁场的理论分布，即“正常场”或“背景场”。正常场在地表的表现是，强度从磁极到磁赤道逐渐减弱，磁倾角、磁偏角有规律地变化。 步骤2：异常的产生根源——地壳磁性 地壳并非均质。它含有铁磁性矿物（如磁铁矿、磁赤铁矿、钛磁铁矿）和亚铁磁性矿物。这些矿物在岩石形成时（如火成岩从岩浆冷却经过居里温度点，或特定地质过程中）会被当时的地磁场磁化，获得“剩余磁化强度”。它们自身在外场作用下也会产生“感应磁化强度”。当地下存在这些磁性体（如铁矿床、基性-超基性岩体、古老结晶基底）时，它们就构成了一个附加的磁性源。这个局部磁性源在其周围空间（包括地表）产生一个附加磁场，叠加在行星尺度的正常场上。 步骤3：异常的表现与测量 当我们用磁力仪（如质子旋进磁力仪、光泵磁力仪）在地表或空中（航空磁测）、海上（海洋磁测）进行测量时，测得的总磁场强度（T）是“正常场（Tn）”与“异常场（Ta）”的矢量和。通常，我们测量的是总磁场模量的标量异常 ΔT = |T| - |Tn|。在磁异常平缓地区，ΔT ≈ Ta 在总场方向上的投影。结果表现为在正常场背景上出现的局部升高（正异常）或降低（负异常）的封闭等值线或条带。异常的形态、幅值、梯度取决于磁性体的磁化强度、大小、形状、埋深和产状。 步骤4：地磁异常的分类 根据空间尺度和地质含义，主要分为两类： 区域磁异常 ：范围数十至数百公里，幅值较大，变化相对宽缓。通常反映前寒武纪结晶基底（地盾）、大型岩浆岩基或深部构造的磁性特征。它们是研究地壳结构、划分大地构造单元的重要依据。 局部磁异常 ：范围较小，从几米到几公里，幅值变化梯度大。通常与具体的矿床（如矽卡岩型铁矿、岩浆型钒钛磁铁矿）、岩脉、断层、火山机构或考古遗迹（如古窑、夯土墙）有关。是矿产勘查和工程地质调查的直接目标。 步骤5：数据处理与解释的关键步骤 原始测量数据（ΔT）不能直接用于地质解释，必须经过一系列处理： 日变校正 ：消除地磁日变等外源场短周期扰动的影响。 正常场校正 ：减去IGRF计算的理论正常场，得到“磁异常（ΔT）”。 化极处理 ：在高纬度地区，倾斜磁化会使异常形态复杂、偏离场源正上方。化极是将斜磁化异常转换为相当于在地磁北极处垂直磁化的异常，使异常形态更简单、中心与场源对应更好。 延拓与求导 ：向上延拓可以压制浅部干扰，突出深部区域异常；向下延拓可以放大浅部细节，但会放大噪声。垂向导数能清晰勾画场源边界。 反演 ：基于异常数据，通过数学物理模型（如简单几何体或复杂三维体），反推地下磁性体的几何参数（顶深、厚度、倾向、倾角）和磁化强度。这是定量的地质解释核心。 步骤6：科学应用与意义 地磁异常是探测不可见地下世界的关键“探针”： 矿产勘查 ：直接寻找磁性矿体（如铁矿），或间接寻找与磁性岩石伴生的矿产（如铜、镍、金）。 地质填图与构造研究 ：圈定隐伏岩体、断裂带，研究基底构造、造山带结构，识别蛇绿岩套（与古大洋地壳相关）。 海洋与极地研究 ：海底磁异常条带是海底扩张和地磁反转最直接的证据，用于计算海底年龄和扩张速率。航空磁测是极区冰盖下地质调查的主要手段。 考古与环境调查 ：探测埋藏的古代文化遗存，或调查废弃钢铁设施、未爆弹药等环境污染源。 行星科学 ：通过卫星磁测研究月球、火星等天体的壳层磁场，揭示其早期内部结构和演化历史。