🗊Презентация Полевая геофизика. Магниторазведка (лекция 2 )

«Полевая геофизика» Лекция 2 МАГНИТОРАЗВЕДКА

Магнитометрическая или магнитная разведка – это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Магнитометрическая или магнитная разведка – это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Глубина исследования не превышает 50 км. Применяется всех этапах геологоразведочных работ.

ГЛАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ T –напряженность Z – вертикальная составляющая T Н – горизонтальная составляющая Т J – угол наклонения D –угол склонения

КАРТА ВЕРТИКАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ (изодинам Z) МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ эпохи 1975 года

КАРТА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ (изодинам H) МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ эпохи 1975 года

Карта изопор Н для периода 1970-1975 г

Магнитные свойства горных пород Основное влияние на структуру аномального магнитного поля оказывают: - магнитная восприимчивость – каппа () - намагниченность (J).

Минералы делятся на три группы:

ПАРАМАГНЕТИКИ – намагничивание происходит как в направлении внешнего магнитного поля, так и против поля. ПАРАМАГНЕТИКИ – намагничивание происходит как в направлении внешнего магнитного поля, так и против поля. Атомы слабо ориентируются – минералы становятся слабомагнитными. После снятия поля – намагниченность исчезает, остаточное поле не создается. (Ильменит, пирит, биотит, плагиоклаз, доломит и др.)

Магнитная восприимчивость пара- и феррамагнетиков уменьшается с повышением температуры: , где Магнитная восприимчивость пара- и феррамагнетиков уменьшается с повышением температуры: , где T- абс.температура С- постоянная Кюри, при которой магнитная восприимчивость исчезает. Точка Кюри (θ) у разных минералов меняется от + 400 до 700 °С ( что соответствует глубине ~50 км): -магнетит θ = 578 °С -гематит θ = 675 °С - пирротин θ = 300-325 °С

Определяется, в основном, концентрацией ферромагнитных минералов. Определяется, в основном, концентрацией ферромагнитных минералов. Кроме того:=f (размера кристалла ф.м. –  – растет с увеличением зерен), =f (формы включений ф.м. – менее магнитны г.п., где ферромагнитные минералы образуют изолированные включения) Осадочные породы – наименее магнитны =5-10*10-5 СИ, в т.ч. карбонатные и хемогенные =4*10-5 СИ, Магматические породы:  зависит от состава. Содержание ферромагнетиков повышается от кислых к основным и ультраосновным г.п. - граниты: ср=0-0.4*10-3СИ, - диориты: ср=2-4*10-3СИ, - габбро: ср=2-8*10-3СИ, - пироксениты ср=2-25*10-3СИ. Ультраосновные породы: неизмененные разности – слабомагнитны, т.к. большая часть Fe входит в состав силикатов. Но при серпентинизации этих г.п. часть высвобождаемого Fe преобразуется в магнетит.

НАМАГНИЧЕННОСТЬ (J) горных пород характеризует их способность создавать магнитное поле и численно равна: НАМАГНИЧЕННОСТЬ (J) горных пород характеризует их способность создавать магнитное поле и численно равна: где -магнитный момент тела или образца горных пород; V - объем исследуемого тела.

Магнитные свойства горных пород При намагничении горных пород во время их образования (застывания, осадконакопления - при переходе т. Кюри, в древнем магнитном поле) возникает и сохраняется остаточная намагниченность ( ) . Поэтому, суммарная намагниченность геологического тела равна сумме векторов: , где -суммарная намагниченность геологического тела -индукционная (наведенная) намагниченность -остаточная намагниченность

Нормальное магнитное поле Земли

Дипольная составляющая главного магнитного поля Земли представляет собой поле диполя, как если бы большой намагниченный брусок поместили в ядре Земли.

Линии магнитного поля пересекают поверхность Земли под разными углами. Линии магнитного поля пересекают поверхность Земли под разными углами. Угол между линией горизонта и направлением линий магнитного поля – МАГНИТНОЕ НАКЛОНЕНИЕ (I) Наклонение “I” положительно, когда стрелка ниже линии горизонта; отрицательно – когда выше. I = 00 на экваторе I = +900 на магнитном северном полюсе I = -90 на магнитном южном полюсе. Пусть: I –наклонение φ - географическая широта tg I =2tg φ (1)

На дневной поверхности напряженность дипольной составляющей будет иметь вид: На дневной поверхности напряженность дипольной составляющей будет иметь вид: где М-магнитный момент Земли =1,15х 1022 (А/м2) R- расстояние до центра Земли (6,37х 108 см) φ – магнитная широта точки наблюдения φ = φа ± D, где φа –астрономическая широта D- магнитное склонение (+-восточное;--западное) тогда

Нормальное магнитное поле для реальной Земли где -поле однородного намагниченного шара (диполя); -поле материковых аномалий (глубина выше 700км) ( λ –долгота, φ-широта); -поле аномалий векового хода (t-геологическое время)

ВАРИАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Влияние солнечной активности

1. Кратковременные вариации от секунд до нескольких минут, связанные с изменением ультрафиолетового излучения (интенсивность до нескольких гамм) 2. Суточные вариации за счет положения Земли относительно Солнца (день, ночь) (∆Z= 15-20 гамм; ∆H= 20-30 гамм) 3.Годовые вариации – через 11 лет, обусловлены магнитными бурями из-за повышения солнечной активности (интенсивность от 10 до 1 000 гамм)

Влияние крупных планет и внутренних процессов Земли 1.С периодов в 60 лет происходят вековые вариации за счет гравитационного влияния Сатурна и Юпитера. 2.С периодом 2000 лет происходит смещение во времени на запад центров мировых магнитных аномалий со средней скоростью 0,2о в год, обнаруженное по данным обсерваторских наблюдений. 3.С периодом 5000 лет изменяется напряженность геомагнитного поля. С 4-го тысячелетия до настоящего времени напряженность уменьшилась в 1,5 раза. Считается, что Земля находится в преддверии очередной инверсии. 4. С периодом 10 000-100 000 лет происходит изменение полярности магнитного поля Земли или инверсия. Последняя инверсия произошла 70 000 лет назад.

Внутреннее строение Земли Внутреннее строение Земли

Шкала обращений геомагнитного поля за последние 4.5 млн. лет. Черное - нормальная полярность

Карта возраста пород океанического дна в Северной Атлантике

Глобальная палеомагнитная реконструкция фанерозойского движения континентов по А. Смиту, Дж. Брайдену и Г. Дрюри (1973 г.). Кембрий-нижний ордовик (510 ± 40 млн. лет).

Измеренное поле в некоторой точке, в определенный момент времени можно представить суммой: Измеренное поле в некоторой точке, в определенный момент времени можно представить суммой: Тизм = Т0 + Та Т0 -нормальное магнитное поле Земли Та –поле аномалий тогда Та = Тизм - Т0– вектор напряженности магнитного поля, обусловленного намагниченными геологическим телами в верхней части Земли. Эти аномальные поля и геологические тела являются предметом и объектом магниторазведки.

АППАРАТУРА Магнитостатические магнитометры (механический магнитометр) основаны на измерении механического момента намагниченности (J). Основное назначение магнитостатических магнитометров — измерение компонент и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля, градиента поля, а также магнитных свойств веществ.

Феррозондовый магнитометр-градиентометр Магнум

Магнитометр-градиентометр Магнум в работе Магнитометр-градиентометр Магнум в работе

Индукционные магнитометры Индукционные магнитометры применяются для измерения земного и космических магнитных полей, технических полей, в магнитобиологии и т. д.

Квантовые магнитометры Приборы, основанные на свободной прецессии магнитных моментов ядер или электронов во внешнем магнитном поле и других квантовых эффектах (ядерном магнитном резонансе, электронном парамагнитном резонансе).

МАГНИТОМЕТР ПЕРЕНОСНОЙ КВАНТОВЫЙ   ММ - 60М1 

  МАГНИТОМЕТР ПЕРЕНОСНОЙ ПРОТОННЫЙ   POS-1

 Магнитометр портативный протонный Минимаг

Методика проведения магниторазведочных работ Для выполнения поставленных геологических задач и получения кондиционного материала о распределении аномалий магнитного поля необходимо выбрать: 1. Метод (наземный, воздушный, морской) 2. Аппаратуру (тип магнитометра) 3. Вид съемки (региональный, поисковый, разведочный) 4. Систему наблюдений (маршрутная, площадная). 5. Допустимую погрешность (среднеквадратичная погрешность). где -разница основного и контрольного отсчетов на i-ой контрольной точке; n- общее число контрольных точек. 6. Форму представления материалов (таблицы, графики, карты графиков, карты аномальных значений магнитного поля).

Горизонтальные масштабы графиков аномалий магнитного поля такие же, как и масштаб съемки. Горизонтальные масштабы графиков аномалий магнитного поля такие же, как и масштаб съемки. Вертикальный масштаб графиков берут такими, чтобы значение 3ε не превышало 1 мм. Сечение изолиний на картах аномалий магнитного поля составляет (2-3) ε.

Геологическое истолкование (интерпретация) результатов магнитной съемки Обработка полученных материалов проводится в два этапа. 1 этап. Качественная интерпретация материалов определяет местоположение, форму, размеры, простирание и интенсивность аномалии.

ИЗОМЕТРИЧНЫЕ АНОМАЛИИ (источник распространен на большую глубину)

ИЗОМЕТРИЧНЫЕ АНОМАЛИИ (источник небольшого распространения на глубину)

ДВУМЕРНЫЕ АНОМАЛИИ (источник распространен на большую глубину)

ДВУМЕРНЫЕ АНОМАЛИИ (источник небольшого распространения на глубину)

Геологическое истолкование (интерпретация) результатов магнитной съемки 2 этап Количественная интерпретация материалов проводится с целью определения параметров аномалеобразующих геологических тел: глубины залегания, размеров, мощности, угла падения. Для практической реализации интерпретации в теории магниторазведки разработаны специальные приемы и методы, основанные на результатах решение прямых и обратных задач магниторазведки.

Прямая задача состоит в определении параметров магнитного поля по известных характеристикам магнитных масс (формы, размеров, глубины залегания, углов намагничения, магнитной восприимчивости). Прямая задача состоит в определении параметров магнитного поля по известных характеристикам магнитных масс (формы, размеров, глубины залегания, углов намагничения, магнитной восприимчивости). Решение проводится с помощью закона Кулона: . Под магнитной массой понимается произведение интенсивности намагничения (I) на площадь (s) намагниченного тела, перпендикулярную к вектору I: m=I·s

где dM =m·dl=I·ds·dl =I·dV- магнитный момент диполя где dM =m·dl=I·ds·dl =I·dV- магнитный момент диполя I =интенсивность намагничения диполя, направленная вдоль оси; dl –длина; ds –площадь поперечного сечения; dV=dl·ds –элементарный объем; θ –угол между осью диполя и радиусом r.

Тогда на оси диполя (θ=0) т.е. на полюсах, и перпендикуляра к его центру (θ=90), т.е. на экваторе, получаем напряженности магнитного поля, равные соответственно: Тогда на оси диполя (θ=0) т.е. на полюсах, и перпендикуляра к его центру (θ=90), т.е. на экваторе, получаем напряженности магнитного поля, равные соответственно: (1) и (2) С учетом свойства суперпозиции значения напряженности реального намагниченного тела можно записать следующим образом: (3)

Уравнение (3) является основным в теории магниторазведки. Уравнение (3) является основным в теории магниторазведки. Оно справедливо лишь для тел простой геометрической формы и однородной намагниченности. Для тел более сложных возможны лишь численные приближенные решения, получаемые с помощью ЭВМ. Анализ решений прямой задачи служит основой для решения обратной задачи.

Определение параметров тел по наблюдённому (замеренному) полю называется решением обратной задачи. Определение параметров тел по наблюдённому (замеренному) полю называется решением обратной задачи. Оно выполняется при моделировании методом подбора с помощью программ ЭВМ.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

РЕШЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ Понижение магнитного поля в зоне дробления и каолинизации диоритов: изолинии Zа:1-положительные; 2-нулевые; 3- отрицательные

Априорная магнитогеологическая модель нефтяного месторождения по В.М. Березкину и др. Графики 1-4 показывают возможные картины изменения магнитного поля над залежами УВ 1- залежь УВ; 2- глинистые экраны; 3- коллектор; 4- вторичные магнитные объекты; 5- пути миграции УВ; 6- зоны неоднородности

А-наблюденное магнитное поле Б-осредненное магнитное поле В-остаточное магнитное поле Г-дисперсия магнитного поля 1- кора выветривания; 2- породы осадочного чехла; 3-фундамент; 4-залежь конденсата; 5-прогнозная залежь