Магниторазведка (Магнитометрия) – раздел геофизики занимающийся изучением естественного магнитного поля Земли. Задачи: - Геологическое картирование. - Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. - Инженерно-геологические задачи. - Археологические задачи. Применяется всех этапах геологоразведочных работ Глубиность метода до 50км
Гринкевич Г.И. Магниторазведка: Учебник. – Екатеринбург: УГГА, 2001.- 308 с. Инструкция по магниторазведке/ Мин-во геологии СССР. – Л.: Недра, 1981. – 263 с. Логачев А.А., Захаров В.П. Магниторазведка. 5-е изд., Л., Недра, 1979. 351 с. Магниторазведка: Справочник геофизика/ Под ред. В. Е. Никитского, Ю.С. Глебовского. – 2-е изд. – М.: недра, 1990. -470 с. Серкеров С.А. Гравиразведка и магниторазведка:Учебник для вузов. – М.: Недра, 1999. 437 с. http://www.magnetometry.ru/libr.html Новиков К.В. Магниторазведка. Часть 1. / Учебное пособие для студентов геофизической специальности. - М., 2013 г. Новиков К.В. Лабораторный практикум по магниторазведке./ Версия 3.2, испр. и доп. - М., 2013 г. Литература
магнитное поле Земли
T= 60 000 nT T=30 000 nT Напряженность магнитного поля изменяется в пределах: - от 30 000 нТл на экваторе - до 60 000 нТл на магнитных полюсах
Компоненты магнитного поля Земли
северного магнитного и геомагнитного полюса в северном полушарии (по модели IGRF-11 )
Магнитное поле Земли существует уже более 3 млрд лет. Исследования истории геомагнитного поля показывают, что на протяжении всего времени своего сущест-вования это поле было непостоянным и хаотическим образом меняло полярно-сть — северный магнитный полюс становился южным и наоборот. Такой процесс называют инверсией магнитных полюсов Земли. Согласно палеомагнитным дан-ным, последняя инверсия магнитного поля произошла приблизительно 780 тыс. лет назад. Особенностью таких изменений полюсов является их высокая, по мер-кам геологической истории нашей планеты, скорость — смена полюсов происходит приблизительно за 10 тыс. лет. Магнитные полюса перемещаются по поверхности нашей планеты со скоростью до 40 км в год. Так, Северный магнитный полюс в 1900 году имел координаты 69° с. ш. и 97° з. д., а в 2005 году — 83° с. ш. и 118° з. д. То есть он двигался на север и за-пад, приближаясь к Северному географическому полюсу. А южный магнитный по-люс за этот же период сместился из точки с координатами 72° ю. ш. и 148° в. д., в точку с координатами 64° ю. ш. и 138° в. д. Т.е. он перемещался на север и запад, удаляясь от южного географического полюса. Человеческие существа и их предки жили на Земле в течение нескольких миллио-нов лет, за которые произошло немало инверсий, и нет никакой очевидной корре-ляции между ними и развитием человечества. Точно так же время разворотов не совпадает с периодами вымирания видов, о чем свидетельствует геологическая история. Разворот занимает несколько тысяч лет, то есть длится многие поколения каждого вида, то животные могут хорошо адаптироваться к изменяющейся среде. Инверсии магнитного поля Земли
N S С Ю Ось вращения Земли Т Т Т Т Схема дипольного магнитного поля Земли R = 6371 км Магнитный момент Земли М З = 8,3 10 22 А * м 2 = 8.3 10 25 ед. СГС Ось магнитного диполя наклонена под углом 11,5 градусов к оси вращения Земли. Для земного диполя: U = (M/ R 2 ) cos Ө T = (M/ R 3 )[1+ 3cos 2 Ө ] 1/2 φ – магнитная широта Ө = (90- φ )
Поле диполя в сферических координатах Компоненты Полный вектор
Причины возникновения магнитного поля Земли По современным воззрениям первая причина - это процессы, происходящие в недрах Земли. Ядро Земли обладает проводимостью «металлического» типа и является жидким, в нем циркулируют круговые токи, которые и порождают земное магнитное поле: вокруг токов всегда есть магнитное поле. вторая причина – это радиационные пояса. В 1958 году при помощи космических аппаратов российские и американские ученые открыли существование вокруг Земли двух "поясов", которые расположены в экваториальной плоскости. Эти "пояса" (их называют радиационными) состоят из движущихся потоков заряженных частиц- протонов и электронов, которые создают кольцевой ток. Т.о., радиационные пояса - существования у Земли магнитного поля.
Схема динамо-механизма: конвекционные потоки расплавленного металла во внешнем ядре формируют циркулирующие по замкнутому контуру токи, которые генерируют магнитное поле. Из-за вращения твёрдого ядра скорость потоков постоянна вдоль вертикальной оси образующихся таким образом столбов Тейлора, заключённых внутри цилиндра, ограничивающего внутреннее ядро, и подобных циклонам и антициклонам в атмосфере Земли. Первичные (по/против часовой стрелки) и вторичные (вертикальные сходящиеся/расходящиеся на экваторе) потоки вытягивают и поворачивают линии магнитного поля, превращая азимутальную компоненту в меридиональную и затем обратно.
Вариации магнитного поля Земли
Зависимость вариаций магнитного поля от широты
Вариация Период нТл Магнит - ные бури Возму - щенные Периодические: возмущенные солнечно - суточные и короткопериодические колебания (КПК) 24 ч 0,01 – 100 c 1 - 100 Непериодические: апериодическая возмущенная вариация. 0,3 – 150 с 0,1 – 300 Бухтообразные 15 мин – 3 ч До 1000 Неправильные флюктуации – это следую - щие друг за другом изменения элементов земного магнетизма с различным периодом и амплитудой. 0,1 – 5000 с 0,1 – 100 Быстрые Спокой - ные Солнечносуточные 24 ч 70 Лунносуточные 25 ч 5 Годовые 1 год 30 Медлен - ные Вековые вариации 100 лет 100 Классификация вариаций магнитного поля Земли
Классификация вариаций магнитного поля Земли
В 1773 г. известный учёный-астроном академик П. Б. Иноходцев, руководя работами по определению географического положения городов центральной части Европейской России, он обнаружил в районе Белгорода и Курска сильную аномалию поля земного магнетизма. связанную с необычным поведением магнитной стрелки. Более чем через 100 лет, вторично с загадкой КМА столкнулся приват-доцент Казанского университета И. Н. Смирнов, когда проводил в 1874 году первую геомагнитную съёмку Европейской части России. В 1883 году приват-доцент Харьковского университета Н. Д. Пильчиков провел 71 серию наблюдений. Он обнаружил новые аномалии (в Марьино и у Прохоровки), и одним из первых указал на то, что причина аномалий — залежи железной руды, за что ему в 1884 году была присуждена серебряная медаль Российского географического общества.
– главное магнитное поле Земли – аномальное поле – нор мальное поле Земли Нормальное и аномальное магнитное поле H о - поле однородно намагниченного шара, дипольное; H m - материковые аномалии, вызванные неоднородностями намагничения глубоких слоев Земли, недипольное - составляет до 0,3 H 0 (определяется эмпирическим сглаживанием наблюденного поля за вычетом дипольного); H а - аномальное поле, обусловленное намагниченностью верхних частей земной коры (региональное и локальное); H е – постоянная составляющая внешнего поля (по данным околоземных исследований), составляет менее 0,006 Т 0 ; δ H – короткопериодические вариации, индуцированные токами в ионосфере
нормальное магнитное поле Земли
Модель нормального магнитного поля Земли
Магнитные параметры среды Величина Обозн. Размерность СИ Размерность СГС Связь СГС и СИ 1 2 3 4 5 Намагниченность ампер/метр (А/м) ед. СГС см -3 1 А/м = 10 -3 СГС см -3 Магнитная проницаемо-сть абсолютная a генри/метр (Гн/м) 1 СГС 4 10 -7 Гн/м = 1 СГС Магнитная проницаемо-сть относительная ( отн ) Безразмерная Безразмерная - Магнитная проница-емость вакуума (магнитная постоянная) 0 генри/метр (Гн/м) ед. СГС 4 10 -7 Гн/м = 1 СГС Магнитная восприимчивость æ ед. СИ ед. СГС 1 ед.СИ = 4 ед. СГС Магнитные свойства горных пород и руд
æ - магнитная восприимчивость, J – намагниченность (вектор намагничения) m – магнитная проницаемость 1. Диамагнетики Н J æ < 0 μ < 1 2. Парамагнетики J Н æ > 0 μ > 1 3. Ферромагнетики æ >> 0 μ >> 1 Магнитные свойства вещества
Магнитная восприимчивость диамагнитных минералов Минерал æ, 10 -5 ед.СИ Минерал æ, 10 -5 ед.СИ Кварц -1,6 Флюорит -1,2 Ортоклаз -0,6 Барит -1,8 Циркон -1,2 Сфалерит - 6,5 Галенит -3,3 Апатит - 10,3 Касситерит -2,0 Ковелин -1,2 Магнитные свойства ферромагнитных минералов Минерал æ, ед.СИ Минерал æ, ед.СИ Магнетит 8,8–25 Гематит (1,3–13) 10 -3 Титаиомагнетнт 10 -5 –1 Пирротин 0,13–1,3 Маггемит 3,8–25
Естественная остаточная намагниченность. Палеомагнетизм
Механизм формирования полосовых магнитных аномалий
Магниторазведочная аппаратура Основные принципы измерений
Классификация магнитометров по принципу действия
Классификация магнитометров по виду использования Аэро Классификация магнитометров по типу измеряемой величины
Достоинства и недостатки различных типов магнитометров Тип Достоинства Недостатки Протонные Не боятся тряски и вибраций. Измерения не зависят от изменения внешних условий (температура, влажность, давление). Нет необходимости в точной ориентации датчика. Цикличность измерений, из-за значительного времени преобразования. Нестабильность и пропадание сигнала при больших градиентах магнитного поля Оверхаузера Все положительные качества протонных магнитометров. Снижение времени измерения. Низкая погрешность, за счет повышения отношения сигнал/шум. Малый размер датчика. Меньшее время жизни рабочего вещества. Появление систематической ошибки, за счет влияния блока СВЧ. Квантовые Возможность непрерывных измерений. Высокая разрешающая способность. Ориентационная и азимутальная погрешность. Температурный дрейф. Смещение нуль-пункта. Чувствительность к механическим воздействиям (удары, вибрация). Взято с http://davyde.nm.ru
ММПГ-1 МИНИМАГ
Основные вопросы методики магнитных съемок заключаются в выборе: вида магнитной съемки, в зависимости от поставленных геологических задач; масштаба съемки и сети точек наблюдения; аппаратуры; способа учета вариаций; точности измерений и способов ее достижения; топографических работ (разбивка профилей, их геодезическая привязка, очистка профилей от кустарника и т.д.); обработки и интерпретации данных; дополнительных геологических или геофизических работ Методика наземной магнитной съемки
Физико-геологическая модель (ФГМ) – это совокупность упрощений геометрических и петрофизических свойств геологического разреза.
№ п / п Магнитная восприимчивость, 10 -5 ед.СИ Направление вектора ЕОН, I n Отношение Q= I n / I i Суммарная намагниченность, 10 -2 ед.СИ 1 0,12 – – – 2 0,25–2,0 (23%) 3,1–20,0 (38%) 20,0–45,0 (39%) положительное 0,4 (0,1/1,0) – 3 0,2 – – – 4-1 11,0 (8,8/16,0) положительное 6,5 (4/12) 380 (210/1010) 4-2 18,0 (11,3/25,0) отрицательное 1,8 (0,8/2,5) -10,4 (-90/+28,5) 5 1,1 (0,38/2,5) положительное 5,0 (2/6) – 6 0,5–13,8 положительное 1–20 – ФГМ для кимберлитовой трубки Якутской алмазоносной провинции. [ Доброхотова и др., 1987 ]
При выборе методики: формируется физико-гелогоическая модель (ФГМ); на основании сформированной ФГМ решается прямая задача магниторазведки для наименее контрастного объекта ; По результатам решения прямой задачи выбираются масштаб съемки, шаг по профилю, необходима точность съемки, аппаратура! Планируются топографические работы и контрольные измерения. Предварительно выбираются методы обработки и интерпретации полученных данных, вид и форма отчетных материалов.
Прямая задача магниторазведки заключается в нахождении аномального магнитного поля от объекта с известными геометрическими и петрофизическими характеристиками. Обратная задача магниторазведки заключается в нахождении по известным значениям магнитного поля параметров его источника. Ошибка первого рода – пропуск аномалии и как следствие существующего объекта. Ошибка второго рода – обнаружение ложной аномалии.
Аномалия считается достоверной, если она зафиксирована не менее чем тремя точками на трех профилях. Выбор шага по профилю
Выбор сети наблюдения
Учет вариаций магнитного поля Земли
Форма журналов регистрации результатов съемки магнитного поля Полевая съемка ПР ПК время отсчет Поправка за вариацию Исправленный отсчет Примечания 1 1 10:01 55201 55123 78 Съемка вариаций время отсчет Примечания 10:01 55123
Пример обработки результатов съемки магнитного поля Наблюденное магнитное поле Вариации магнитного поля Аномальное магнитное поле
Отчетными материалами в магниторазведке являются: карты изодинам; карты графиков; каталоги аномалий ; Отчетные материалы по магнитной съемке Магнитное поле Земли часто представляют в виде карт изолиний: T, Z, H, X, Y – изодинамы ; T, Z, H, X, Y – изопоры ; D – изогоны ; I – изоклины.
[ Блох, 199 5] Признаки наличия разломов а. наличие ступени в уровнях аномального поля; б. наличие линейных локальных аномалий; в. смена характерных особенностей аномальных полей; г. нарушение корреляции аномальных полей.
[ Блох, 199 5] Признаки наличия локальных аномалий а. замкнутые изолинии; б. местные изгибы изолиний; в. миндалевидные расширения изолиний; г. малые градиентные зоны (сгущение изолиний).
; , Метод характерных точек Простые способы решения обратной задачи магниторазведки
Общая схема интерпретационного процесса
Аэромагнитная съёмка — метод измерения напряжённости геомагнитного поля с помощью летательного аппарата. Аэромагнитная съёмка проводится для тектонического районирования, геологического картирования, поисков месторождений полезных ископаемых. Аэромагнитная съёмка имеет преи-мущества по сравнению с другими видами съёмок. Преимущества заключаются в следующем: съёмка может быть выполнена с помощью одной и той же аппа-ратуры над различным рельефом, самолёт обеспечивает максимальную про-изводительность магнитной съёмки. В СССР аэромагнитная съёмка стала проводится с 30-х годах XX века. Методику аэромагнитной разведки разработал геофизик Логачев Александр Андреевич. Первые съёмки проводились с применением феррозондовых аэромагнитомет-ров. В 1950-1960 годах с помощью протонных и феррозондовых аэромагнито-метров была подвергнута съёмке с высоты 200-300 метров практически вся территория СССР.
Аэромагнитометр «Aeromaster-100» Фирма-изготовитель: ГНПП «Аэрогеофизика» Тип магнитометра: квантовый Носитель информации: бортовой компьютер датчики CS-VL или CS-3 (Scintrex, Канада). чувствительность (0,001 нТл), быстродействие (до 100 изм/сек), устойчивость к градиенту магнитного поля (до 20000 нТл/м), рабочий диапазон (17000-100000 нТл), активная зона (15°-75°) между осью датчика и вектором магнитного поля, широкий диапазон рабочих температур (от -40° до +50°), высокие помехо- и виброустойчивость. Съемки высокого разрешения (масштаба 1:5 000 – 1:10 000) могут быть выполнены с использованием ультрасовременного датчика G-824A (Geometrics, Канада) чувствительность (0,0003 нТл) быстродействие (до 1000 изм/сек).
жесткое крепление к фюзеляжу размещение датчиков в буксируемой гондоле.
Проявленность среднерифейского вещественно-петрофизического комплекса в геофизических полях Геологическая карта Локальная составляющая аномального магнитного поля
