Магниторазведка

Карта индукции магнитного поля штата Айова. Единица измерения поля — нанотесла.

Магниторазве́дка — комплекс геофизических методов разведочной геофизики, основанных на измерении компонент магнитного поля Земли. Измеряемой величиной магнитного поля является его главная силовая характеристика — индукция T[Тл]. Во внешнем магнитном поле геологические тела намагничиваются и усиливают поле Земли, формируя аномалии. Некоторые металлические руды, содержащие минералы с ферромагнитными свойствами, сохраняют остаточную намагниченность, полученную в предыдущие геологические эпохи и формируют особенно интенсивные аномалии, хорошо выделяемые современными магнитометрами. В частности, к ним относится магнетит, титаномагнетит и другие. Характер магнитных аномалий зависит от географических координат, а также различия горных пород по магнитной восприимчивости. Магниторазведка используется для поиска железных руд, в геологическом картировании, в археологии, в экологии.

Основы теории

Проявление магнетизма

Поле магнитного диполя

Магнетизмом называется особая форма взаимодействия движущихся заряжённых частиц. В теории магнетизма рассматривают диполь — систему двух фиктивных магнитных масс $m^{+},m^{-}$, А*м противоположного знака, находящихся на бесконечно малом расстоянии $l$ двух от друга. Магнитный момент диполя $M$, А*м²$$M=2lm$$Пространство, в котором действуют силы магнетизма, называют магнитным полем.

Потенциал магнитного поля $U$,А

$$U=-\frac{M}{r^2}cos\theta$$Основной силовой характеристикой магнитного поля является векторная величина, называемая индукцией $\overrightarrow{B}$ (в геофизике, отличие от физики, традиционно обозначается $T$), измеряемой в Тл Магнитное поле складывается из внешнего поля, порождаемого непосредственно источником и добавочного внутреннего поля, создаваемого(индуцируемого) веществом с магнитным полем.$$T=T_0+T_i$$

Парамагнетики в сильном магнитном поле

По действием магнитного поля вещество приобретает магнитный момент $M$ и намагниченность $J$. Намагниченность $J$,А*м² — это векторная величина, направление которой совпадает с направлением индукции поля $T_i$ ($V$ — объём тела).$$J=\frac{M}{V}$$Напряжённость $H$, А/м — вспомогательная силовая характеристика магнитного поля, ${\mu }_0$ — магнитная постоянная.$$H=\frac{T}{{\mu }_0}-J$$Также напряжённость — градиент потенциала $$H=-gradU$$Для слабомагнитных веществ напряжённость связана с намагниченностью следующим приближённым соотношением $\varkappa$—магнитная восприимчивость

$$I\approx \varkappa H$$Отсюда ($\mu$ — относительная магнитная проницаемость):$$T=H{\mu }_0+H{\mu }_0\varkappa =H{\mu }_0(1+\varkappa )=\mu {\mu }_{0}H$$По магнитной восприимчивости горные породы делятся на:

• диамагнетики ($\varkappa >0$)

Элементы геомагнитного поля

• парамагнетики($\varkappa \approx 0$)

• ферромагнетики ($\varkappa \gg 0$)

Полный вектор индукции $T$ выражается через набор элементов — проекций на оси и (или) углов между ними. Ось $Z$ ориентирована вертикально вниз, ось $X$ — на географический север, ось $Y$ — на географический восток. Соответственно, проекции вектора $T$ на перечисленные оси образуют компоненты геомагнитного поля — вертикальную $Z$ , северную $X$ и восточную $Y$. Проекция $T$ на горизонтальную плоскость образует горизонтальную компоненту $H$ (не путать с напряжённостью!)$$H=\sqrt{X^2+Y^2}$$Угол между составляющей $H$ и направлением на север ($X$) называется склонением $D$ . Угол между вектором $T$ и горизонтальной плоскостью называется наклонением $I$.$$X=T\cos I\cos D;Y=T\cos I\sin D;Z=T\sin I$$$$T=\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}=\sqrt{X^2+H^2}$$

Аномалии магнитного поля

Аномалией называется отклонение измеренной индукции магнитного поля от нормального поля Земли. Например, для полного вектора индукции:$$T_a=T-T_0$$Объекты , создающие аномалию $i$ , должны отличаться от вмещающей среды $e$ по магнитной восприимчивости.$${\varkappa }_i\ne {\varkappa }_e$$Кроме этого, значения аномалии зависят от размеров аномалиеобразующего тела, его формы и глубины залегания. Аномалия магнитного поля при известной геометрии и физических свойствах объекта определяется в результате решения прямой задачи.

Магнитный полюс

$$Z_a=\frac{{\mu }_0}{4\pi }\frac{m{x}^2}{(H^2+x^2{)}^{3/2}}$$$$H_a=\frac{{\mu }_0}{4\pi }\frac{mH}{(H^2+x^2{)}^{3/2}}$$где $m$ —избыточная магнитная масса, $H$ — глубина до полюса, $x$ — координата точки измерения на прямой линии(профиле), проходящей через центр шара.

Шар

$$Z_a=\frac{{\mu }_0}{4\pi }M\frac{2H^2-x^2}{(H^2+x^2{)}^{5/2}}$$$$H_a=-\frac{{\mu }_0}{4\pi }M\frac{3Hx}{(H^2+x^2{)}^{5/2}}$$где $M$ —избыточный объёмный магнитный момент, $H$ — глубина до центра шара, $x$ — координата точки измерения на прямой линии(профиле), проходящей через центр шара.

Средства измерения

Прибор для измерения индукции магнитного поля называется магнитометр.

Разновидности магниторазведки

Измерения производят в пешем варианте, на автотранспорте, водном транспорте. Пешая магниторазведка отличается высокой детальностью измерений, но низкой производительностью. Измерения с автомобилей достаточно производительны и детальны, но привязаны к дорожной сети. Аэромагниторазведка имеет высокую производительность и позволяет проводить измерения над морем.

Известные учёные

• Логачёв, Александр Андреевич

См. также

• Магнитотеллурическое зондирование
• Магнитная аномалия

Ссылки

• Шаблон:Статья
• Логачев А. А. Захаров В. П. Магниторазведка. // Ленинград, «Недра», 1979 г.

Литература

• Гура К. А. Интерпретация магнитных аномалий над сферическими объектами, штоками, пастообразными телами и контактами [Текст] : [Граф. способы] / К. А. Гура ; Киев. гос. ун-т им. Т. Г. Шевченко, Киев. геол. -развед. трест «Киевгеология». — Киев : Вища школа. Изд-во при Киев. ун-те, 1975. — 320 с.