地磁场，地磁元素，地磁，地磁场随空间和时间变化。
很久以前，指南针在世界各地被广泛使用，人们逐渐了解到无论你在哪里，磁针都指向北极和南极，因此人们意识到地球是一个大磁铁。到17世纪，人们已经通过理论和实验方法证明了地球是一个大磁体，并计算出其磁场类似于地球内部有一个磁偶极子，北极在北端，北极在南端（图2-4）。磁力线从南端的北极发出，在北端的南极汇聚。随着科学的发展，人们发现地球的南极位于北纬72°，西经65，438+002°，北极位于南纬68°。地磁轴与地球自转轴不重合，交角为65，438+065，438+0.44’。
2.地磁元素
研究地磁场的分布特征，首先要定量表示地磁场强度在空间任意一点的大小和方向。设一点的地磁总强度为T .为了确定其方位，习惯上以该点的地理子午线为参考方向，一般用T在直角坐标系中的分量和方向角来表示其大小和方向。
图2-4斜中心偶极子场示意图
图2-5地磁要素
选择以观测点为坐标原点的直角坐标系，X轴指向地理北极，Y轴指向东方，Z轴垂直向下（图2-5）。T在Z轴上的分量是垂直分量Z，向下为正，向上为负。XOY平面上t的分量为水平分量，用H表示，其方向为磁北；T与水平面的夹角为磁倾角，用I表示。当T向下倾斜时，I角为正，当T向上倾斜时，I为负。该方向的延伸方向为磁子午线，磁子午线与地理子午线在该点的平面角称为赤纬，用D表示，磁子午线偏向地理子午线以东，D为正，反之亦然。水平分量H在X轴和Y轴上的分量分别称为北行分量和东行分量，分别用X和Y表示。t、Z、H、I、D、X、Y都是表示某一点地磁场强度大小和方向特征的物理量，称为地磁要素。其中，T、H、Z和I都与径向直接相关，径向是球面上一点的特征方向，是地磁场的固有物理量。d、X、Y是确定H在所选坐标系中的方位和大小的必要参考量，是地磁场的相对参考量。上述七种地磁元素之间的关系如下:
普通地球物理勘探
要描述地磁场的特征，需要知道三个独立的元素，如X、Y、Z或H、D、I或T、D、I，其他元素可以通过方程（2-5）得到。
3.地磁图
为了表达地磁场的地理分布特征，根据地磁测量的数据，可以根据测量点的经纬度坐标将获得的地磁元素值在地理地图上连接成平滑的等值线，并编制每个元素的等值线图。这种地图被称为地磁图。通常编制总强度T、水平分量H、垂直分量Z、磁偏角和磁倾角的等值线图，并分为世界地磁图或国家地磁图。
中国全国各地都有磁性地图。由于地磁要素随时间变化缓慢，因此有必要编制各要素年变率等值线图进行年变修正。地磁图一般每五年或十年更换一次新地图。由于编制的数据不是同时测量的，有一个时间过程，因此必须在时间上进行归一化，即数据归一化到某一年的1月1日或7月1日，并附上Z和I等值线。
图2-6等倾线图
（1980，以度为单位）
从图2-6可以看出，地磁倾角的等倾线与纬度线大致平行，零倾角线在地理赤道附近，称为磁赤道。由此向北，磁倾角向下（正），北极附近有一点I = 90，称为北磁极。从磁赤道向南，磁倾角为负，倾角逐渐增大。在南端，有一个南极。南北磁极随时间缓慢变化。它们在地球表面也不是对称的。总强度图的轮廓线在两极之间也近似平行。其强度在赤道附近约为（3 ~ 4）×104 nt，向两极逐渐增强，南北极总强度增至约（6 ~ 7）×104 nt。从图2-7可以看出，垂直烈度等值线基本平行于纬度方向，南北梯度最大。在赤道附近强度为零，向两极逐渐增强，在两极强度增加到（6 ~ 7）×104 nt。因为在极地，T=Z，强度也是相当的。z值在北半球为正，在南半球为负。水平烈度等值线大致平行于纬度线。强度在赤道附近达到最大值，约为（3 ~ 4）×104 nt，并向两极逐渐减弱，在两极处场值为零。除两极外，强度方向都是向北的。
图2-7垂直强度等值线图
（1980，单位:1000nT）
在上面的磁图中，我们可以看到强度图并不完全平行于纬度，这是由几个大陆尺度的非偶极磁场叠加造成的。
4.地磁场的空间变化
上面已经描述了地磁场在全球水平方向上的分布。在我国广大地区，I、T、Z、H等值线图几乎沿磁纬度线均匀分布，最大梯度方向为磁子午线方向。T和Z向北的变化率为:T约为26 ~ 27 nt/km，Z约为20 ~ 21nt/km；H向北的变化为负，约为-3 ~-4 nt/km。场强随着高度的增加而减小:t =-20 ~-26 nt/km，z =-20 ~-23 nt/km。h =-13 ~-15nt/km以上的变化称为地磁场的正常水平梯度和正常垂直梯度。
5.地磁场随时间的变化
（1）地磁场的组成
地球的偶极场（To）和大陆磁场（Tm）构成了地球的基本磁场。由于地壳岩石磁性的差异和不均匀分布，地壳磁场分布在一个很小的区域内，通常为数百平方公里。几平方公里范围内的磁场称为局部磁场Ta。它是磁法勘探研究的主要对象。这些都是球中平静的磁场。另一种是来自球体外部的磁场Te，包括电离层或宇宙射线等外太空磁场。
②地磁场的长期变化
基本地磁场在很长一段时间内随时间缓慢变化，并以数百年的周期有规律地变化。对于小规模的磁法勘探，这种变化可以忽略不计。
③地磁场的短期变化
它来源于外部磁场引起的短期变化，可分为两类:一类是连续的、有规律的、周期性的变化；另一类是偶然、突然和急剧的短期变化。前者是一种平静的变化，这可能与空间中的电离层有关，其特征是以一个太阳日为周期变化，称为周日变化。如图2-8所示，日变化范围一般在10至100 nt之间，夜间曲线平静，白天变化，中午有明显的负值。在不同的季节里，夏季炎热，冬季平淡，春秋介于两者之间。日变对磁法勘探的影响很大，应进行校正，日变应进行校正。后者是磁扰和磁暴。磁场的突然和不规则变化被称为磁扰动，磁扰动形状复杂且变化迅速。强烈的磁扰动被称为磁暴，这是一种全球性效应，持续数小时或数天。按强度可分为中等强度、中等强度和强烈强度三个等级。中等风暴可达数百纳特，磁暴的成因与太阳粒子流有关。
图2-8 Z不同季节的日变化曲线