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 ${\vec {B}}$ (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

Применение магниторазведки в археологии

$$I\approx \varkappa H$$

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($\varkappa \thickapprox 0$)

• 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.

$$\varkappa _{i}\neq \varkappa _{e}$$

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

$$Z_{a}={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {mx^{2}}{(H^{2}+x^{2})^{3/2}}}$$

$$H_{a}={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {mH}{(H^{2}+x^{2})^{3/2}}}$$

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

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