11. Геологические задачи, решаемые сейсморазведкой.

Наиболее просто изучение геологических объектов сейсмическим методом осуществляется в плоскослоистых толщах с субгоризонтальными границами, а наиболее сложно при наличии косослоистых, вертикальных, криволинейных или замкнутых границ. Поэтому сейсморазведка успешно решает геологические задачи, связанные с обнаружением протяженных сейсмических границ между стратифицированными, литологически неоднородными толщами. Применение же сейсморазведки в рудной геологии сдерживается исключительно сложными формами границ, ограничивающих рудные объекты. Наиболее информативными объектами исследования для сейсморазведки являются объекты нефтяной геологии, такие как, зоны моноклинального выклинивания пород, малоамплитудные сводовые поднятия и прогибы, тектонические нарушения, соляные купола и др.

Сейсморазведка успешно решает также инженерно-геологические задачи, где есть необходимость определения мощности рыхлых отложений, перекрывающих скальное основание, изучение степени механического выветривания коренных пород, выявление зон закарстованности, определение уровня грунтовых вод, выявление областей развития оползней и т.п.

12. Магнитные свойства основных типов горных пород: магматических, осадочных, метаморфических, рудных.

Основным магнитным параметром горных пород является магнитная восприимчивость - χ. Как отмечалось выше, χ является коэффициентом пропорциональности между интенсивностью индуктивного намагничения I, и напряженностью намагничивающего поля: Ii= χT. Магнитную восприимчивость измеряют в 10-5 ед. СИ. Магнитная восприимчивость горных пород изменяется в широких пределах — от 0 до 10 ед. СИ.

По магнитным свойствам все вещества делятся на три группы:

- диамагнитные,

- парамагнитные;

- ферромагнитные.

У диамагнитных пород магнитная восприимчивость очень мала (10-5 ед. СИ) и отрицательна, их намагничение направлено против намагничивающего поля. К диамагнетикам относятся многие минералы и горные породы, например, кварц, каменная соль, мрамор, нефть, графит, золото, серебро, свинец, медь и др.

У парамагнитных пород магнитная восприимчивость положительна и также невелика. К парамагнетикам относится большинство осадочных, метаморфических и изверженных пород.

Особенно большой и положительной χ (до нескольких единиц СИ) характеризуются ферромагнитные минералы, к которым относятся магнетит, титаномагнетит, ильменит и пирротин.

Магнитная восприимчивость большинства горных пород определяется, прежде всего, присутствием и процентным составом ферромагнитных минералов.

Среди изверженных пород наибольшей магнитной восприимчивостью обладают ультраосновные и основные породы, слабо- или умеренномагнитны кислые породы. У метаморфических пород магнитная восприимчивость обычно ниже, чем у изверженных.

Осадочные породы, за исключением некоторых песчаников и глин, практически немагнитны.

13. Аппаратура и методика магнитной съемки. Геологические задачи, решаемые магниторазведкой.

Магнитометрическая разведка (магниторазведка) - это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Земля, в силу своего внутреннего строения, генерирует собственное постоянное магнитное поле, называемое нормальным или первичным магнитным полем. В свою очередь, многие горные породы и руды, в силу способности к намагничению в первичном поле, создают аномальные или вторичные магнитные поля. Выделение этих аномальных полей из измеренного суммарного поля, а также геологическое истолкование его природы является целью магниторазведки. Отличительной чертой магниторазведки от других геофизических методов является высокая производительность и относительная простота измерений.

При геологической разведке, как правило, измеряют абсолютные значения полного вектора магнитной индукции В, величина которого при проведении наземных работ практически равна величине полного вектора напряженности магнитного поля Т, поскольку в связывающей эти два вектора формуле В ~ Т(1 + æ) магнитная восприимчивость воздуха æ равна таковой для вакуума и равна нулю. Для измерения модуля вектора напряженности Т используются приборы, называемые магнитометрами . Полевые магнитометры подразделяются на следующие типы: оптико-механические, феррозондовые, протонные и квантовые.

Принцип действия оптико-механических магнитометров основан на взаимодействии магнитного поля Земли и постоянного магнита, служащего магниточувствительным элементом таких приборов. Изменение напряженности магнитного поля Земли приводит к соответствующему изменению угла наклона постоянного магнита относительно той плоскости, в которой он установлен (обычно это плоскость ХОZ, вертикальная относительно поверхности земли). Изменение угла наклона измерительного магнита является мерой изменения величины одной из составляющих вектора напряженности Т. Обычно с помощью оптических магнитометров измеряется приращение вертикальной составляющей вектора Т, т.е. величина ΔZ. В зависимости от методики работ погрешность измерений такими приборами составляет 2-5 нТл. Полевые оптико-механические магнитометры относятся к устаревшему типу приборов (последний из них М-27М) и в настоящее время практически не используются.

Основой конструкции феррозондовых магнитометров служат две электрические катушки, намотанные на два тонких стержня, изготовленных из пермаллоя, железоникелевого сплава с очень высокой магнитной проницаемостью и малой остаточной намагниченностью. Через обе катушки, называемые первичными, навстречу друг другу (в противофазе) протекает переменный электрический ток. Поэтому магнитные поля, индуцированные этими токами в стержнях пермаллоя, прямо противоположны друг другу и не индуцируют в еще одной измерительной, или вторичной катушке, охватывающей обе первичные катушки, электрического тока до тех пор, пока к зондам не приложено внешнее магнитное поле Земли. Вектор Т внешнего магнитного поля не одинаково воздействует на первичные катушки и нарушает баланс токов в первичных катушках. Поэтому во вторичной обмотке возникает электрический ток, прямо пропорциональный величине внешнего геомагнитного поля.

Принцип действия протонных магнитометров основан на явлении свободной прецессии протонов в магнитном поле Земли и заключается в следующем. Атом любого химического элемента обладает как собственным механическим моментом вращения (зависящим от массы ядра), так и собственным магнитным моментом (зависящим от наличия не спаренных электронов на внешних орбиталях). Отношение собственного магнитного момента к механическому носит название гиромагнитного отношения атома, величина которого достигает максимального значения у ядер атома водорода. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных атомов водорода ориентированы хаотично, но при наложении внешнего поля Земли магнитные моменты отдельных атомов быстро ориентируются вдоль силовых линий этого поля, создавая суммарный магнитный момент (явление парамагнетизма). Частота, с которой происходит такая ориентировка атомов водорода, прямо пропорциональна величине внешнего магнитного поля, в роли которого и выступает магнитное поле Земли. Точность, с которой измеряется полный вектор напряженности магнитного поля Т лежит в пределах 0.1 - 1 нТл.

Физической основой для создания квантовых магнитометров служит эффект Зеемана. Внешний электронный уровень у щелочных металлов (цезия, рубидия, калия) под действием магнитного поля Земли расщепляется на два подуровня. В результате этого эффекта внешние электроны вместо одного уровня распределены между двумя подуровнями, частота переходов между которыми прямо пропорциональна величине магнитного поля. В обычных условиях переходы между зеемановскими подуровнями являются равновероятными и измерить эту частоту невозможно. Поэтому рабочее вещество прибора (а им являются, чаще всего пары цезия) переводят в возбужденное состояние путем перевода всех электронов атомов цезия на верхний энергетический подуровень путем облучения их светом цезиевой лампы. В момент выключения лампы электроны с верхнего подуровня начинают спонтанно переходить на нижний подуровень с испусканием светового излучения с интенсивностью, пропорциональной величине магнитного поля. В этот момент при помощи фотодетектора и производятся измерения интенсивности этого излучения. Основным достоинством квантовых магнитометров является возможность вести практически непрерывные (0.2 сек) измерения абсолютных значений полного вектора напряженности магнитного поля с очень высокой точностью (0.1 - 1.0 нТл).