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 [math]\displaystyle{ m^+, m^- }[/math], А*м противоположного знака, находящихся на бесконечно малом расстоянии [math]\displaystyle{ l }[/math] двух от друга. Магнитный момент диполя [math]\displaystyle{ M }[/math], А*м²[math]\displaystyle{ M=2lm }[/math]Пространство, в котором действуют силы магнетизма, называют магнитным полем.

Потенциал магнитного поля [math]\displaystyle{ U }[/math],А

[math]\displaystyle{ U=-\frac{M}{r^2}cos \theta }[/math]Основной силовой характеристикой магнитного поля является векторная величина, называемая индукцией [math]\displaystyle{ T }[/math], измеряемой в Тл или нТл. Магнитное поле складывается из внешнего поля, порождаемого непосредственно источником и добавочного внутреннего поля, создаваемого(индуцируемого) веществом с магнитным полем.[math]\displaystyle{ T=T_0+T_i }[/math]

Парамагнетики в сильном магнитном поле

По действием магнитного поля вещество приобретает магнитный момент [math]\displaystyle{ M }[/math] и намагниченность [math]\displaystyle{ J }[/math]. Намагниченность [math]\displaystyle{ J }[/math],А*м² — это векторная величина, направление которой совпадает с направлением индукции поля [math]\displaystyle{ T_i }[/math] ([math]\displaystyle{ V }[/math] — объём тела).[math]\displaystyle{ J=\frac{M}{V} }[/math]Напряжённость [math]\displaystyle{ H }[/math], А/м — вспомогательная силовая характеристика магнитного поля, [math]\displaystyle{ \mu_0 }[/math] — магнитная постоянная.[math]\displaystyle{ H=\frac{T}{\mu_0}-J }[/math]Также напряжённость — градиент потенциала [math]\displaystyle{ H=-gradU }[/math]Для слабомагнитных веществ напряжённость связана с намагниченностью следующим приближённым соотношением [math]\displaystyle{ \varkappa }[/math]—магнитная восприимчивость

Применение магниторазведки в археологии

[math]\displaystyle{ I\approx\varkappa H }[/math]Отсюда ([math]\displaystyle{ \mu }[/math] — относительная магнитная проницаемость):[math]\displaystyle{ T=H\mu_0+H\mu_0\varkappa=H\mu_0(1+\varkappa)=\mu\mu_0 H }[/math]По магнитной восприимчивости горные породы делятся на:

• диамагнетики ([math]\displaystyle{ \varkappa\gt 0 }[/math])

Элементы геомагнитного поля

• парамагнетики([math]\displaystyle{ \varkappa\thickapprox0 }[/math])

• ферромагнетики ([math]\displaystyle{ \varkappa\gg0 }[/math])

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

Аномалии магнитного поля

Аномалией называется отклонение измеренной индукции магнитного поля от нормального поля Земли. Например, для полного вектора индукции:[math]\displaystyle{ T_a=T-T_0 }[/math]Объекты , создающие аномалию [math]\displaystyle{ i }[/math] , должны отличаться от вмещающей среды [math]\displaystyle{ e }[/math] по магнитной восприимчивости.[math]\displaystyle{ \varkappa_i\neq\varkappa_e }[/math]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

[math]\displaystyle{ Z_a=\frac{\mu_0}{4\pi} \frac{mx^2}{(H^2+x^2)^{3/2}} }[/math][math]\displaystyle{ H_a=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{mH}{(H^2+x^2)^{3/2}} }[/math]где [math]\displaystyle{ m }[/math] —избыточная магнитная масса, [math]\displaystyle{ H }[/math] — глубина до полюса, [math]\displaystyle{ x }[/math] — координата точки измерения на прямой линии(профиле), проходящей через центр шара.

Шар

[math]\displaystyle{ Z_a=\frac{\mu_0}{4\pi} M\frac{2H^2-x^2}{(H^2+x^2)^{5/2}} }[/math][math]\displaystyle{ H_a=-\frac{\mu_0}{4\pi}M\frac{3Hx}{(H^2+x^2)^{5/2}} }[/math]где [math]\displaystyle{ M }[/math] —избыточный объёмный магнитный момент, [math]\displaystyle{ H }[/math] — глубина до центра шара, [math]\displaystyle{ x }[/math] — 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

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