Лекция 7

Магниторазведка

Это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. В магниторазведке с помощью специальных измерений выявляют аномалии магнитного поля Земли, которые возникают вследствие неодинаковой намагниченности различных горных пород.

Наличие у Земли магнитного поля давно известно человечеству. Однако, природа магнитного поля земли до сих пор выяснена недостаточно. Существует ряд гипотез природы его образования.

Наиболее достоверной гипотезой, объясняющей магнетизм, является гипотеза наличия вихревых токов в ядре Земли. Эта гипотеза основана на том установленном геофизиками факте, что на глубине 2900 км находится «жидкое» ядро Земли с хорошей электропроводностью.

Благодаря так называемому гидромагнитному эффекту и вращению Земли во время ее образования, могло возникнуть очень слабое магнитное поле.

Наличие свободных электронов в ядре и вращение Земли в таком слабом магнитном поле привели к индуцированию в ядре вихревых токов. Эти токи, в свою очередь, создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в динамо-машинах. Увеличение магнитного поля Земли должно привести к новому увеличению вихревых токов Земли в ядре, а их увеличение - к увеличению магнитного поля и т.д. Подобный процесс длится до тех пор, пока рассеивание энергии вследствие вязкости ядра и его электрического сопротивления не компенсируется добавочной энергией вихревых токов.

Использование геомагнитного поля для поисков сильномагнитных руд началось во второй половине 19 века. В конце 19 века на Курской магнитной аномалии проводились первые в России специальные исследования магнитного поля с геологическими целями. В 1919 году по указанию В. И. Ленина были начаты магнитные исследования в Курской области. Эти съемки положили начало генеральной магнитной съемке на территории СССР и собственно развитию всей разведочной геофизике в стране.

На первом этапе магнитные измерения выполняли только на поверхности Земли (наземные съемки).

После изобретения в 1936 году советским геофизиком А. А. Логачевым первого в мире аэромагнитометра, стало возможным проводить измерения на борту самолета и вертолета (в будущем). (Это аэромагнитные съемки).

Также созданы магнитометры и разработаны методики для проведения морских магниторазведочных работ.

Кроме указанных возможностей, магниторазведка может проводиться в подземных условиях.

К методам магнитных исследований также следует отметить измерения магнитных свойств образцов, в том числе палеомагнитные исследования.

Магниторазведка имеет много общего с гравиразведкой.

1. В обоих методах изучают аномалии естественных полей, возникающих за счет различия физических свойств горных пород.

2. Много общего у них в методике полевых работ и интерпретации полученных материалов.

В то же время, магниторазведка - более сложный, по сравнению с гравиразведкой, метод. Главная причина в том, что, намагниченность горных пород, которой определяются магнитные аномалии, - величина векторная, в то время как аномалии силы тяжести зависят от скалярной величины - избыточной плотности.

Элементы магнитного поля Земли

и их распределение на земной поверхности

В любой точке земной поверхности существует магнитное поле, которое определяется полным вектором напряженности Т. Вдоль вектора Т устанавливается свободно подвешенная в пространстве магнитная стрелка.

Полный вектор напряженности магнитного поля Т можно разложить на вертикальную Z и горизонтальную H составляющие.

Горизонтальная составляющая, в свою очередь, раскладывается на две составляющие X и Y. Если ось X прямоугольной системы направить на географический север, ось Y - на восток, а ось Z - по отвесу вниз, то проекция полного вектора Т на ось Z будет вертикальной составляющей Z, а проекция Т на горизонтальную плоскость - горизонтальной составляющей H. Направление H совпадает с магнитным меридианом.

Проекция H на ось X считается северной составляющей, а проекция H на ось Y - восточной (или западной) составляющей.

Угол между осью X и составляющей H называется склонением. Обозначается - D.

Принято считать восточное склонение - положительным, западное - отрицательным.

Угол между вектором Т и горизонтальной плоскостью называется наклонением и обозначается J. Наклонение бывает положительным и отрицательным.

При наклоне северного конца стрелки наклонение считается северным (или положительным), при наклоне южного конца стрелки - южным (или отрицательным).

Таким образом, получается 7 величин, характеризующих магнитное поле Земли: T,Z,H,X,Y,J,D.

Смотри лекцию 1. Характеристики магнитного поля на рисунке.

Они взаимозависимы и связаны между собой следующим соответствием

T = , Z = T  sinJ;J - уг. магн. наклонения

H = T  cosJ - угол магн. наклонения; Z - вертик.

X = H  cosD - угол магн. склонения; H = ;H - гориз. У =H  sinD: D - уг. магн. склонения

Для изучения пространственного распределения магнитного поля земли в течение длительного времени проводились в магнитных обсерваториях, прежде чем занялись изучением на поверхности Земли.

По измеренным значениям построены карты равных значений элементов. Они построены по T, Z и H магнитного поля Земли.

Линии равных значений напряженности магнитного поля (T, Z и H) полные векторы напряженности) называются изодинамами, линии равных значений угла магнитного склонения D - изогонами, линии равных значений угла магнитного наклонения J - изоклинами.

На карте изоклин имеется линия нулевых значений угла магнитного наклонения. Эта линия проходит через точки на поверхности земли, в которых магнитная стрелка ориентируется в горизонтальной плоскости. Такие точки расположены на магнитном экваторе. Магнитный не совпадает с географическим.

С увеличением широты угол магнитного наклонения возрастает.

В северном полушарии имеется точка, в которой северный (положительный) конец магнитной стрелки наклонен вертикально вниз (угол наклонения J = 90^о). Эта точка называется южным геомагнитным полюсом. В южном полушарии расположена точка, в которой южный (отрицательный) конец магнитной стрелки направлен вертикально вверх. Эта точка называется северным геомагнитным полюсом.

Магнитные полюса не совпадают с географическими полюсами и меняют свое положение во времени.

Для характеристики структуры магнитного поля Земли такие измерения во времени регистрируются в магнитных обсерваториях (их на земле свыше 130). Ведутся непрерывные измерения элементов поля.

По результатам осреднения строят карты того или иного элемента геомагнитного поля (эпох и такого-то года).

Эти карты раньше обновлялись через 5 лет, сейчас каждый год 21 июля. Т.к. элементы земного магнетизма медленно и постепенно изменяются.

Единицы измерения

Единицей напряженности магнитного поля в системе СИ является ампер/метр (А/м), а в системе СГС - 1 эрстед (Э) = 80 А/м. Эрстед - есть напряженность поля, при которой на единичную массу действует сила в 1 дину.

В реальных условиях среды измеряемым параметром магнитного поля служит магнитная индукция В:

В = ₀Т (1 + æ)

₀ - абсолютная магнитная проницательность вакуума в СИ ₀ = 4  10^-7  м^-1 (Гн - генри); æ - магнитная восприимчивость; Т - полный вектор напряженности.

Единицей измерения магнитной индукции В в СИ является тесла (Тл).

В магниторазведке используется более мелкая единица измерения В - нанотесла (нТл)

1нТл = 10^-9 Тл

Если магниторазведочная аппаратура в процессе проведения исследований находится в немагнитной среде - воздухе или воде, для которой æ = 0, то

В = ₀  Т

Многочисленными наблюдениями значений магнитного поля установлено, что в среднем полный вектор напряженности Т переместился на величину от 0,6610⁵ нТл на полюсах до 0,3310⁵нТл на экваторе. При этом вертикальная составляющая Z уменьшается от 0,6610⁵ нТл до нуля, а горизонтальная составляющая H увеличивается от нуля до 0,3310⁵ нТл.