Магниторазведка
Магнитометрическая, или магнитная, разведка (сокращенно магниторазведка) - это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли.
Магниторазведка является наиболее эффективным методом поисков и разведки железорудных месторождений. Она широко применяется и при геологическом картировании, структурных исследованиях, поисках полезных ископаемых, изучении геологической среды. Магнитные методы применяются не только для разведки, но и для глобальных исследований геомагнетизма и палеомагнетизма. Глубинность магниторазведки не превышает 50 км.
Физические основы магниторазведки
Магнетизм — особая форма материальных взаимодействий, возникающих между движущимися электрически заряженными частицами, в том числе различными электрическими токами.
Обладающий отрицательным электрическим зарядом электрон в результате вращения по орбите вокруг атомного ядра создает орбитальный магнитный момент. Электрон вращается также вокруг своей оси и создает собственный магнитный момент, называемый спиновым. Спином, а также спиновым магнитным моментом, обладают все микрочастицы, в том числе протоны и нейтроны. Таким образом, магнетизм - универсальное явление природы.
При рассмотрении явлений магнетизма, связанных с намагниченностью тел в целом, до сих пор для удобства продолжают пользоваться представлениями о существовании фиктивных магнитных масс. Этим широко пользуются и в магниторазведке, особенно при рассмотрении теории магнитного поля геологических тел, что упрощает теоретические выкладки. В отличие от электрического поля, где поле создают отдельные электрические заряды (как положительные, так и отрицательные), источниками магнитного поля могут быть только связанные магнитные заряды (магнитный диполь).
Пространство, в котором действуют силы магнетизма, называется магнитным полем. Исходя из природы магнетизма, можно утверждать, что взаимодействие электрических токов осуществляется через их магнитные поля (взаимодействие же покоящихся электрических зарядов — через электрическое поле). Электрические и магнитные поля при определенных обстоятельствах могут превращаться друг в друга, и каждое из них - частный случай общего электромагнитного поля (теория Максвелла).
Для количественной характеристики магнитного поля вводят понятие напряженности магнитного поля (закона Био – Савара - Лапласа):
(1)
где dH - напряженность магнитного поля, создаваемого элементом dl проводника с током силой i; r - радиус-вектор, проведенный из элемента проводника в рассматриваемую точку; α – угол между l и r, k - коэффициент, зависящий от выбора единиц измерения: в системе СИ k = 4π, в системе СГС k = с (скорость света в вакууме).
Соотношение (1) справедливо для вакуума. В безграничной среде с магнитной проницаемостью μ, напряженность магнитного поля равна μН и называется магнитной индукцией В:
(2)
Фарадей ввел условное представление о магнитном поле как о пространстве, заполненном силовыми линиями. Условились принимать число силовых линий, проходящих через единицу поверхности, нормальной к направлению линий, равным напряженности поля в этом месте. В магниторазведке принято считать, что силовые линии выходят (начинаются) из северного магнитного полюса и входят (заканчиваются) в южный полюс. Однородное магнитное поле в таком представлении будет характеризоваться рядом равно отстоящих друг от друга параллельных силовых линий.
Так как в магниторазведке используют представления о фиктивных магнитных массах, магнитных полюсах и т. п., рассмотрим соответствующие им соотношения из магнитостатики, которыми можно описать некоторые свойства магнитного поля, используемые в магниторазведке.
Согласно закону Кулона сила взаимодействий F (притяжения или отталкивания) магнитных полюсов или фиктивных магнитных масс m1 и m2, находящихся на расстоянии r:
(3)
где μ - коэффициент, характеризующий магнитные свойства среды (магнитная проницаемость).
Пространство, в котором действуют указанные магнитные силы, в магнитостатике также называется магнитным полем.
Таким образом, в магниторазведке, и в настоящее время, параллельно используются две системы единиц – СИ и СГС.
Первая система (СИ) – общепринятый стандарт, в ее основе лежит положение о том, что магнитное поле создается электрическим током, поэтому в размерность всех магнитных параметров входит значение электрического тока Ампер. Например намагниченность J в системе СИ – А/м, но и напряженность магнитного поля H также измеряется в А/м.
Вторая система единиц (СГС), основанная на законе Кулона, т.е. на существовании магнитных зарядов, считается устаревшей, но в ней удобно производить расчеты, поэтому она используется до сих пор. В системе СГС напряженность магнитного поля Н измеряется в эрстедах (Э). Соотношение напряженности магнитного поля Н в системе СИ и СГС: 1Э = 1000/4π A/м. Параллельное существование двух систем единиц измерения приводит к определенной путанице.
В основе теоретических представлений магниторазведки лежит положение о том, что любое тело, обладающее магнитными свойствами можно представить как совокупность элементарных диполей. В качестве таких, наиболее мелких, элементарных диполей можно представить атомный магнетизм – совокупность магнитных орбитальных и спиновых моментов электронов в атоме. В принципе, любое тело, включая геологическое, можно разбить на элементарные объемы, т.е. на элементарные диполи.