（壹）磁力儀
磁力儀的種類很多，大致可分為兩大類，即機械式磁力儀和電磁式磁力儀。
由於磁法勘探早期主要以勘探磁性較強的固體礦產為主，使用的儀器主要為機械式磁力儀（又稱磁秤）。機械式磁力儀可分為刃口式和懸絲式兩種，而每種又可分為垂直磁力儀（測量磁場強度垂直分量）和水平磁力儀（測量水平分量）。儀器的靈敏度壹般為n×10nT，主要用於地面磁測。隨著磁法勘探研究的深度和空間範圍的不斷擴展，近年來已經向地殼深部與向微磁、弱磁性的地質對象勘探轉變，不僅在油氣藏、地熱、煤田等弱磁性領域擴大磁法的應用，而且在考古、環境汙染、災害預測等方面也有應用。這就要求磁測儀器具有較高的靈敏度，所以磁測儀器加速了發展速度，第壹代磁力儀利用永久磁鐵或感應線圈，如機械式磁力儀；第二代磁力儀應用高導磁性材料或原子、核子的特性以及復雜的電子線路，如質子磁力儀和光泵磁力儀；第三代磁力儀為利用低溫量子效應制成的超導磁力儀。同時，磁性參數的綜合利用方法，也從研究單壹磁導參量和磁性參數向三分量、磁梯度和磁各向異性等多種磁性參數綜合研究與利用方向發展。
在我國，繼質子旋進式磁力儀問世以來，又相繼出現了光泵式、感應式、低溫超導式和高溫超導式磁力儀。隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，促進了地球物理儀器的更新換代，弱磁測量儀器的靈敏度不斷提高（n×10nT，1nT，0.1nT，0.001nT，10-6nT）。高精度的弱磁測量可以帶來新的地質信息，取得新的地質效果，促進磁法研究向深層次發展。
電磁式（高靈敏度）磁力儀主要包括磁通門磁力儀、質子旋進磁力儀、光泵磁力儀、感應類磁力儀和超導類磁力儀等。這些高靈敏度磁測量儀器由於其工作範圍較寬（動態範圍大），除可用於微弱磁信號的檢測，如航空磁測、海洋磁測和井中磁測外，還可用於對磁測精度要求不高的地面磁法勘探中。下面介紹幾種電磁式（高靈敏度）磁力儀。
1.質子磁力儀
質子旋進又稱核子旋進（核旋）、核子（質子）自由旋進。這種磁力儀是核磁***振現象的理論和實驗研究所取得的成果在地學儀器中的成功應用。其工作原理是：測磁探頭內註有煤油、水、酒精、苯等富含氫原子的溶液，在強磁場的作用下，氫原子核，即質子的磁矩出現順磁性，呈現宏觀磁矩，在強磁場方向下做走向排列，這稱為樣品的極化。磁場越強，作用時間越長，極化作用越大。垂直地磁場的磁化場停止後，宏觀磁矩繞地磁場總強度T做拉莫爾旋進，旋進頻率和地磁場T的關系經過換算為
T=23.4872f（nT）
旋進訊號頻率f和T成正比，T越大，訊號越強。目前質子磁力儀的測程壹般是20000～100000nT。20000nT以下的訊號太弱，測量困難。
目前質子旋進磁力儀的靈敏度約為0.1nT。
2.光泵磁力儀
光泵磁力儀是壹種高靈敏度和高精度的磁測設備，它是以元素的原子能級在磁場中產生蔡曼分裂為基礎，再加上光泵技術和磁***振技術而制成。
現在以氦（He4）光泵磁力儀為例說明其原理。所謂光泵作用，是用氦燈照射氣壓較低的氦（He4）吸收室，產生亞穩態正氦的原子，這裏原子都存在磁矩，光泵作用的結果是使原子的磁矩達到定向排列。
對於氦光泵磁力儀而言，磁矩和外磁場F的磁***振頻率，有如下關系：
F=0.03568426f0（nT）
顯然，f0的頻率比核旋的頻率高得多。
光泵磁力儀的靈敏度可達0.01nT。
3.磁通門磁力儀
早期最原始的磁通門磁力儀，是激勵線圍繞在最裏面，外面繞訊號線圈，反饋線圈為單片坡莫合金。這種探頭的缺點是基波分量大，所以，後來變成雙片的。這種探頭，激勵線圈順接，訊號線圍繞在外面。所以，沒有外磁場存在時，兩邊的基波分量是抵消的，這就突出了二次諧波分量。必須記住，磁通門只有激勵到飽和，才有訊號，訊號和磁場成比例。這種雙片的典型探頭，現在還在使用。
探頭後來發展成閉合磁路，就是現在磁通門探頭用的。最新研制的磁通門探頭如圖4-2所示。探頭只有壹組線圈，激勵從兩端加入，中心抽頭既是訊號，又是反饋。所以，這壹組線圈起到激勵、訊號、反饋三種作用。如果兩邊的圈數相等，電感相等，分布電容相等，兩邊的幹擾（包括基波分量）可以抵消。所以這種探頭靈敏度雖低（2～4μV/nT），但非常穩定，1.8cm的探頭，當激勵頻率為0.1～10Hz，噪聲水平在1nT值。若用方波或正弦波激勵，噪聲水平還可以降低壹些。用這種探頭做成的磁力梯度儀，已經成功。
圖4-2 磁通門探頭
磁通門磁力儀的靈敏率為0.2nT。
4.超導量子磁力儀
超導磁力儀是現代磁力儀中靈敏度最高的儀器。它是以磁通量子為基準的磁力儀，Φ0稱為磁通量量子。有
Φ0=h/2e=2.07×10-15（Wb）=2.07×10-2（nT·cm2）（4-7）
上式中：e為電子電荷量；h為普朗克常數；Φ0只能取整數。磁通的分辨率高達10-4Φ0。
利用超導電性技術、超導量子幹涉器件SQUID制成的磁力儀，靈敏度可高達10-6nT，是對零磁測量的最好手段。可以測定心磁、腦磁、神經磁，是生物磁測的有力武器。超導磁力儀的量程也寬，可到幾個特斯拉。另壹特點是響應頻率高，可從零到幾十兆赫，所以，可測電磁波的磁分量，在地球物理學中，利用這種特性可制成航空磁梯度儀，可用於大地電磁法和磁測深中。在巖石磁學和古地磁學中，可以測定磁性十分微弱的巖石標本，分辨率為5×10-8電磁單位。這種儀器的探頭，需要液氦的低溫條件，因此費用昂貴。
20世紀末，高溫超導弱磁測量也得以開展。高溫超導量子幹涉器HTcrf·SQUID測弱磁技術已經達到了170fT的水平。超導磁力儀的靈敏度可達0.1pT。
5.磁性測定儀器
磁性測定有剩磁和感磁。測定剩磁的儀器現在主要是磁通門磁力儀，美國的DSM-1數字旋轉式磁力儀，英國的Mini-spin都屬於磁通門磁力儀。無定向磁力儀剩磁和感磁都能測。在這裏，感磁主要是指磁化率。
磁化率測量儀由主機、電源及探頭組成。野外探測器呈長桿形，裝有振蕩電路。振蕩電路在長桿末端探頭（傳感器）的線圈裏產生交變磁場，磁場強度較弱，不到100A/m。探頭同時又接收處於磁場影響之內的物質返回的信息，而這壹信息又是與物質的磁化率成比例的。信息以脈沖的形式傳回主機，主機則顯示其為磁化率值。主機可接上微機，進行數據處理。
野外測量的探頭有兩種類型：壹種探頭的傳感器做成環形，直徑近20cm，與探雷器相似，探測時需接觸地面，有效探測深度約10cm；另壹種探頭的端部為尖形，直徑1.5cm，必須與探測目標直接接觸，或用鉆頭在表土上鉆壹小孔，把探頭插入孔中測量。
想要測量地表以下更深壹點地方介質的磁化率，就需使用另壹種野外磁化率測量儀器，它是由發射器、接收器、電子儀器和控制系統組成的。發射器和接收器分別裝在水平橫桿的兩端，它們的中間是電子儀器和控制系統。發射器發射的變化磁場（壹次磁場）在地下介質中產生電流，而電流反過來又產生磁場（二次磁場），並為接收器所接收，由此可得磁場的虛、實分量。所謂某磁場分量的虛分量是指該分量與壹次磁場相位相差90°時的那部分磁場的振幅，而與壹次磁場同相的那部分磁場的振幅，稱為實分量。所以前者又稱為異相分量，後者又稱為同相分量。這種儀器在低頻（4kHz左右）工作時，測量實分量，可求得介質的磁化率；而在高頻（40kHz左右）工作時，測量虛分量，可求得介質的電導率。橫桿的長度可以變化，亦即改變發射器與接收器之間的距離，相應地也就改變了探測的深度。
（二）野外工作方法
1.測網的布置及野外觀測方法
磁法勘探壹般分為普查、詳查和精測三種。野外測網密度主要取決於所探測的目標，由工作比例尺來決定。普查是用於了解區域構造地質特征，劃分大的巖體或了解局部構造的位置、範圍及產狀等，壹般采用1∶20萬或1∶10萬的比例尺布置測網。詳查是用來了解構造形態及地質體的分布狀況，壹般采用1∶5萬或1∶1萬的比例尺進行工作。精測是為了具體查清某構造或地質體的產狀及賦存情況等，壹般采用1∶500或1∶5000的比例尺，測點距可加密到2m×5m。布置測網的原則是測線必須大致垂直構造走向和探測體長軸方向，對於近似等軸狀探測體的勘探可采用方格網。密度要求壹般要有2～3條測線，每條測線要有3～5個點通過異常。
磁測精度壹般用均方誤差來衡量，我國磁測工作采取三級精度標準：高精度，均方誤差小於5nT；中精度，均方誤差為6～15nT；低精度，均方誤差可大於15nT。壹個工區的磁測精度，通常都是通過系統重復觀測確定的，在非異常區計算均方誤差，異常區和磁場梯度大的地區采用平均相對誤差。在水文、工程地質工作中，磁測精度要求壹般應在中等精度以上。
磁測野外工作，由於磁力儀比較輕便，壹般采用兩人壹個臺組，在布置好的測網上逐點進行觀測。在測區附近必須設立基點觀測站，每天在出工和收工時要進行基點測量，其作用是將測區內的觀測結果換算到統壹的水平（校正）。另外，還應設立日變觀測站，以便消除地磁場短周期擾動的影響。基點和日變觀測站應選擇在幹擾噪音小的地方。
2.觀測結果的整理
磁測取得的數據必須進行整理，以求出磁性體在各測點產生的磁異常值。在強磁區工作時，只要算出測點相對於基點的磁場增量就可以認為是測點的異常值。在弱磁區工作或精密磁測時，還要對計算的結果進行各種改正。壹般改正的項目有：
1）日變改正，目的是消除地磁場日變對觀測的影響。
2）溫度改正，目的是消除因溫度變化引起磁力儀性能改變而使讀數受到的影響。
3）零點改正，目的是消除因儀器性能不穩所產生的零點漂移。
在磁測精度要求較低時，上述三項改正可壹並考慮，采用“混合改正”，測區較大時，還要進行緯度改正。
由於高精度磁測儀器無零點漂移和溫度的影響，故無須做溫度改正和零點改正。考慮到環境及工程測量中所調查的範圍不是太大，壹般也不進行緯度改正。
最後將改正後的數據繪制成各種圖件，如剖面圖、剖面平面圖、等值線平面圖等，以供定性、定量解釋時使用。
3.航空磁測工作方法簡介
在航空磁測中，磁力儀裝在飛機上，多測量ΔT值，儀器是連續自動記錄的。飛行高度、測網密度依工作比例尺不同而定。飛行時首先按基線飛行，然後進入測線飛行。
測量結果要進行各項改正（日變、零點漂移、緯度、偏向、零線位置改正等），最後繪制成各種比例尺的ΔT剖面平面圖和等值線平面圖。