磁異常，也稱為“地磁異常”或“磁力異常”，是指地球磁場在局部區域因巖石內化學或磁性變化而產生的改變。這種現象主要由地殼內磁性不同的巖石在地磁場作用下產生的附加磁場引起。磁異常的研究對于探測地下結構和理解地球內部過程具有重要意義。在海洋板塊上，磁異常的帶狀分布是支持海底擴張理論的關鍵證據。磁異常的尺度可以有不同的大小，但尺度的大小并不直接代表異常的強度。此外，磁異常還可能對空間環境造成擾動，影響航天器的正常運行。
簡介
磁異常即“地磁異常”，又稱“磁力異常”。地磁場的理論分布是有變化的。一般把地磁異常按面積大小分為大陸性異常、區域性異常和局部異常。磁異常的測量對于地球物理學研究和資源鉆探具有重要意義，它可以揭示被覆蓋材料所遮蔽的地下結構。
磁異常主要是由地殼內磁性不同的巖石受地磁場磁化而產生的附加磁場。一般把地磁異常按面積大小分為大陸性異常、區域性異常和局部異常。磁異常的特征主要決定于磁性體的形狀、走向、埋深、傾斜及延深、磁化強度特別是磁化方向，上述因素對磁性異常特征的影響不是孤立的，而是相互聯系的。
測量磁異常
磁異常通常是在磁場中的一小部分，整個磁場的范圍在25,000至65,000毫微特斯拉（nT）。為了測量這些微小的變化，磁強計的靈敏度需要達到10nT或更小。目前主要有三種類型的磁強計用于測量磁異常：
- **磁通量閘磁力計（Fluxgate 磁力儀）**：最初是在第二次世界大戰期間為偵測潛水艇而開發的。它的測量元件是在特定坐標軸上的感應器，具有指向性。在陸地上，它通常是垂直向著地面；在飛機、船舶和人造衛星上則需要定向，因此軸是指向磁場的方向。它能夠連續測量磁場，但顯示的數值會隨時間漂移，需要通過反復測量同一地點來修正。
- **質子進動磁強計（Proton 歲差 Magnetometer）**：這種磁強計測量磁場的強度，但不指出方向。每次測量需要一秒鐘或更長時間，適用于大多數地面測量，除了鉆探和高分辨率梯度調查。
- **光泵磁力儀（Optically Pumped Magnetometer）**：使用堿性氣體（如和），具有高采樣速率和0.001nT或更高的靈敏度。這種磁強計價格昂貴，通常用于人造衛星和航空磁測。
科幻中的磁異常
磁異常不僅在科學研究中有所應用，也成為了科幻作品中的元素。例如，在亞瑟·克拉克的《磐石》系列《太空奧德賽》中，人類在月球附近的第谷坑發現了一個不自然的強磁場，稱之為第谷磁異常-1（Tycho Magnetic Anomaly 1，TMA-1），這成為了人類尋找外星文明的線索。
磁異常的形狀
在等值線圖上看，一種是狹長異常，（帶狀分布）即等值線呈長條狀或長橢圓狀的封閉圈。另一種是等軸異常，即等值線呈圓形，似圓形的封閉圈。
二者的劃分視異常值等于1/2極大值的那條等值線，其長軸和短軸之比大于或等于3時就是狹長異常（也稱二度異常）反之為等軸異常（也稱三度異常）。
磁異常的走向
在平面等值線圖上，其等值線長軸的方向即為它的走向。在剖面平面圖上曲線主峰值在測線上的投影位置連線的方向即為它的走向。狹長異常（二度異常）有明顯的走向，而等軸異常（三度異常）無明顯的走向。對磁異常的走向的描述一般是指走向展布的方向，如異常走向近東西向。或者用方位角表示，如：異常走向100°。
磁異常的長度、寬度
一般采用等值線平面圖上零值線以上的第一條起始等值線來劃分，也有用異常值1/2極大值的那條等值線來劃分的，其單位一般為米或者千米，在實際描述中一定要注意說明采用的哪條等值線來劃分的。如：以××nT等值線衡量，異常長××米，寬××米。
磁異常的分布范圍
一般采用測網點線號來描述分布范圍，如：異常分布（位于）××線××點—××線××點。注意一定要說明異常中心位置，中心位置一般系指異常極大值點的位置。
磁異常的強度
異常的強度指異常的正負極大值和一般強度。根據異常的強弱區分判斷引起異常的地質因素，一般來說，磁鐵礦引起的異常強度高，而巖體引起的異常相對弱，依據這一特點來區分異常的性質。
磁異常的形態
（1）異常形態是指曲線是否規則，是否圓滑。是單一磁性體引起，還是由多個磁性體迭加引起。
（2）磁性體具有一定的埋深時異常曲線規則、圓滑、寬緩。磁性體出露地表或埋深較小時異常曲線尖陡、不規則、呈劇烈跳躍。
（3）單一磁性體引起的異常只有一個異常峰值。由多個磁性體迭加引起的異常有多個異常峰值。
磁異常的梯度
磁異常的梯度分水平梯度和垂直梯度。它是磁異常的一個重要特征，水平梯度指異常沿走向和垂直走向兩個方向上的變化規律，也是指磁異常變化最快的地方，在有正負異常相伴生的情況下，這個變化最快的地方（磁異常的梯度帶），一般處在極大值和極小值之間。
垂直梯度指異常沿垂直方向上的變化規律。用上延或下延一定距離后的異常與實測異常作比較。
異常梯度的描述，在平面等值線圖上看，等值線密集的部位其梯度變化大，等值線稀疏的部位梯度變化小。在剖面圖上，異常曲線的陡緩反映出它的梯度變化，陡的一側梯度變化大，緩的一側梯度變化小。
在實際描述時，將梯度變化大的稱為梯度變化陡，梯度變化小的稱為梯度變化緩。異常梯度變化的描述，一般采用對比的方法，如：異常的梯度變化北側較陡，南側較緩，或異常曲線南緩北陡。最好經過計算有量的概念，即梯度變化××nT/米。計算方法：兩點間異常差值除以兩點間距離。
正負異常的分布規律
不論是垂直磁化還是斜磁化，因磁性體的延深不同，在其正磁異常的兩側或者一側，均有相伴生的負磁異常。在實際工作中怎樣確定正負異常的伴生關系呢。這主要是看它們兩者之間的變化是否連續，兩者的規模和強度是否相輝映，正負異常既然是伴生的就不能把它們機械地分割開來，而應該作為一個整體來研究。
特別注意，正負異常的強度與正常場的選擇有直接關系，正常場選的過低則異常可能全為正值，負值不明顯。如果正常場選的太高，正異常分布在大片的負磁場中，正值變小，負值增大。我們在分析研究異常時，要正負異常一起看，不能只注意正值異常，而忽視負值異常。
物性資料的分析研究
物性資料是分析研究磁異常的基礎，特別要強調的是對復雜磁異常的定性解釋，如果沒有物性資料是很難進行的，因此在實際工作中，一定要注意收集物性參數。要詳細掌握工作區各種巖性的物性資料，認真分析磁異常對應的地質體是否具有磁性，其磁性能否引起實測異常，借以判斷引起磁異常的原因。
進階讀物
為了深入了解磁異常的相關知識，以下是一些推薦的專業讀物：
- Constable, Catherine G.; Constable, Steven C. "Satellite Magnetic Field Measurements: Applications in Studying the Deep 地球" In The state of the planet: frontiers and challenges in geophysics, edited by Sparks, Robert Stephen John; Hawkesworth, Christopher John. Washington, DC: American Geophysical Union, 2004.
- Hinze, William J.; von Frese, Ralph R.B.; Saad, Afif H. "Gravity and magnetic exploration: principles, practices, and applications." Cambridge: Cambridge University Press, 2013.
- Hinze, R. A. Langel, W. J. "The magnetic field of the 地球's lithosphere: the satellite 透視" Cambridge, U.K.: Cambridge University Press, 2011.
- Kearey, Philip; Brooks, Michael; Hill, Ian. "Magnetic 測量學" In An Introduction to Geophysical Exploration. John Wiley & Sons.
- Maus, S.; Barckhausen, U.; Berkenbosch, H.; Bournas, N.; Brozena, J.; Childers, V.; Dostaler, F.; Fairhead, J. D.; Finn, C.; et al. "EMAG2: A 2-arc min 分辨率 地球 Magnetic Anomaly Grid compiled from satellite, airborne, and marine magnetic measurements." Geochemistry, Geophysics, Geosystems, August 2009, 10 (8). doi:10.1029/2009GC002471.
參考資料 >