本文研究范围包括磁学领域的三个方面:1)利用岩石磁学方法,确定岩石中含磁铁矿物时是否含有赤铁矿物的方法;2)在古地磁和磁各向异性方面,基于3D打印岩石,研究在压实过程中古地磁倾角的浅化特征;3)研究了考虑退磁效应的磁异常正反演方法。这些研究可分别用于沉积、现代环境和古环境研究,古地理重建,或反演出更加合理的地球物理模型。当岩石、沉积物或土壤中含有两种不同成分的磁性矿物时,若其中一种具有高饱和磁化强度,如磁铁矿,另一种具有低饱和磁化强度,如赤铁矿,岩石的感应磁化强度将由较强的矿物控制。早期研究表明,在磁铁矿与赤铁矿的混合物中,即使磁铁矿含量低于10%,也会掩盖赤铁矿信息。本文利用磁滞回线特性、等温剩余磁化强度和一阶反转曲线特征,对具有广谱粒径的单畴磁铁矿和赤铁矿的合成混合物进行了系统研究。结果表明,通常情况下,赤铁矿质量比例低于90%的混合物,它的磁滞参数和FORC分布与纯磁铁矿没有显著差异;本文研究具有两个重要发现:(1)当混合物中含有70%赤铁矿的时候,能够根据FORC分布的主成分分析结果,可以检测到赤铁矿物的存在,大大提高了赤铁矿物检测到的可能性。(2)当赤铁矿占混合物质量比为30%或更高时,等温剩余磁化强度出现不饱和特征,相对而言,等温剩余磁化强度变化特征在混合物识别中较敏感。可靠的剩余磁化倾角信息,对于古地理恢复和视极移曲线的建立至关重要,并对开展精细的磁异常反演研究具有重要的指导意义。以往古地磁研究发现,同一地质时期形成的沉积岩记录的地磁倾角比火成岩记录的磁倾角要小。为了厘清沉积岩磁倾角变浅机制,研究岩石形变的磁响应特征,本文引入3D打印技术,研究磁化倾角变化与沉积过程之间关系。受构造活动和相关地质活动影响,尤其是压实作用影响,获取原始剩余磁化倾角的难度非常大。引入3D打印技术,可以从新的视角理解磁倾角的变化,研究压实作用对磁倾角浅化的影响。具体实施过程中,在打印时将混合质量比例为0.15 wt%的磁赤铁矿纳米颗粒加入树脂中,打印出高度和直径都为1cm的5组圆柱体,其孔隙度分别为0%、5%、10%、15%和20%。样品被赋予与轴成45°的非磁滞剩磁,进行增量压实,并测量其磁各向异性和磁倾角的变化。结果表明,(1)原始低场磁各向异性显示出弱扁圆形磁化率椭球特征;(2)地磁倾角变化与岩石应变呈非线性关系,并且该变化量小于通过Passive marker模型预测的磁倾角浅化量。这些成果,有助于提出精度更高的磁倾角浅化校正方法。磁法勘探中,由于退磁效应作用,反演所得强磁性体空间分布位置和磁化率与实际磁性体偏差较大。本文研究了考虑退磁影响的反演方法。研究先从正演中考虑退磁的影响开始,设计了各种不同长宽比、不同产状以及不同磁化率的板状磁性体模型,通过模拟计算,详细研究了退磁对磁异常的影响;然后,研究了基于静磁场条件下麦克斯韦方程组的有限体积反演算法。结果表明,高磁化率体退磁作用对观测磁异常的幅值和形态会产生显著影响;考虑退磁的反演方法得到的磁性体磁化率值大于传统反演方法所得磁化率值,更接近真实岩石磁性特征,因此,在强磁性矿反演中应当考虑退磁影响。论文共由七章组成:第一章为绪论;第二章介绍了磁铁矿与赤铁矿磁性特征及其研究方法;第三章研究了基于3D打印岩石样品的磁学响应;第四章、第五章及第六章分别是考虑退磁的正演、反演及其应用研究;第七章是论文的研究工作总结。