Область застосування та вирішувані задачі

Основна область застосування – вирішення задач рудної геофізики.

Каротаж магнітної сприйнятливості застосовується для літологічного розчленування розрізів свердловин, їх кореляції, виділення зон зруднінь, визначення вмісту заліза в магнетитових рудах, отримання даних для інтерпретації аномалій магнітного поля, отриманих за результатами обробки даних наземної магніторозвідки. При літологічному розчленуванні розрізів за результатами каротажу магнітної сприйнятливості виходять із того, що найбільші значення є характерними для магнетитвміщуючих руд, потім йдуть ультраосновні (габро, діабази, порфірити та ін..) та кислі (граніти, гранодіорити) породи. Найменшими значеннями володіють карбонатні та гідрохімічні породи. Каротаж магнітної сприйнятливості є найбільш ефективним при вивченні магнетитових і титаномагнетитових родовищ. Його застосовують також для виявлення в розрізах свердловин бокситових, марганцевих, хромітових, сидеритових, нікелевих, олов’яних та інших руд.

За результатами каротажу магнітної сприйнятливості отримують діаграму, на якій однорідні пласти відмічаються симетричними кривими з максимальними () або мінімальними () аномаліями напроти середини пласта.

Ядерно-магнітний метод

Ядерно-магнітний метод (ЯММ) заснований на вивченні величин штучного електромагнітного поля, що утворюється в результаті взаємодії магнітного і механічного моментів ядер хімічних елементів гірських порід із зовнішнім магнітним полем.

Усі елементарні частинки та ядра хімічних елементів, окрім маси і порядкового номеру (заряду), характеризуються величинами власного механічного моменту (спіну) і магнітного моменту, а також гіромагнітним відношенням, що являє собою відношення магнітного моменту ядра до його спіну:

(6)

Серед породоутворюючих елементів ефект ядерного магнетизму найбільш сильно виявляється для водню, оскільки ядрам атомів водню притаманне найбільше значення гіромагнітного відношення. Завдяки цьому їхню присутність вдається встановити в умовах свердловини. Ядерний магнетизм усіх інших елементів є занадто малим, аби його можна було застосовувати для вивчення розрізів свердловин. Тому при дослідженні гірських порід достатньо враховувати лише ядерну намагніченість протонів.

В постійному зовнішньому магнітному полі на ядро, яке має власний магнітний момент, діє сила, що намагається розташувати момент ядра паралельно цьому полю. В той же час внаслідок дії механічного моменту ядра, що намагається зберегти положення власної вісі обертання, ядро буде прецесувати навколо напрямку зовнішнього поля (рис. 4) з частотою , пропорційною напруженості поля, яка називаєтьсяларморовою частотою і складає біля 2 кГц:

(7)

Ядра водню з магнітними моментами в зовнішніх магнітних полях намагаються орієнтуватися в напрямку вектора напруженості цього поля. Внаслідок цього виникає результуючий магнітний момент(вектор ядерної намагніченості), що являє собою векторну суму елементарних магнітних моментів:, де– кількість ядер в об’ємі речовини.

Рис. 4. Схема прецесії вектора магнітного моменту μ ядра водню (протона) навколо вектора зовнішнього магнітного поля Н_з

В природному магнітному полі Землі (МПЗ) сумарний вектор ядерної намагніченості буде спрямованим в напрямку вектору , але незначним за амплітудою, оскільки напруженість МПЗ є відносно малою величиною ( А/м). Але, якщо на ядра елементів подіяти сильним магнітним полем (полем поляризації) напруженістю , перпендикулярним до поля Землі, то ядра будуть орієнтуватися в напрямку сумарного поля, і сумарний вектор ядерної намагніченостібуде мати значну амплітуду, внаслідок узгодженої орієнтації переважної більшості елементарних магнітних моментів (рис. 5, а).

Рис. 5. Поведінка вектору сумарної ядерної намагніченості М речовини в умовах накладення на магнітне поле Землі Н₀ поля поляризації Н_пол (а), та в перші секунди після його зняття (б).

При знятті поля поляризації ядра водню переорієнтовуються в напрямку вектора МПЗ (рис. 5, б), синхронно прецесуючи навколо нього протягом деякого часу (біля 2-х секунд) з ларморовою частотою . За кілька секунд відбувається втрата синфазності прецесій окремих елементарних магнітних моментів внаслідок взаємодії їх один з одним, і синхронна прецесія зникає. Проте цього часу цілком достатньо, аби зареєструвати сигнал і визначити частоту прецесії, що пов’язана з напруженістю МПЗ співвідношенням (91). Згодом, внаслідок хаотичного теплового руху атомів речовини, відбувається повне руйнування набутої ядерної намагніченості, і сумарний вектор ядерної намагніченостіпрямує до свого початкового значення:.