28. Геологические задачи, решаемые магниторазведкой.

Измерения магнитного поля Земли ведутся в трех относительно независимых направлениях:

- для проведения общих магнитометрических съемок всей Земли;

- для проведения палеомагнитных исследований;

- для геологического картирования и поисков месторождений полезных ископаемых.

Основное назначение общих магнитных съемок - проведение тектонического районирования в масштабах всей планеты, позволяющее определить границы крупных структурных элементов земной коры: платформенных и геосинклинальных областей, отдельных тектонически активных блоков на континентах и в океанах, а также глубинных разломов.

При геологическом картировании основным видом магнитных съемок является аэромагнитная съемка. Наземные магнитные съемки ведут, как правило, в целях структурного картирования, поисков и разведки полезных ископаемых. Материалы магнитных съемок часто используют в качестве основы для рационального проектирования геологосъемочных и поисковых работ.

Наиболее однозначно магниторазведкой решается задача поисков и разведки железорудных месторождений, особенно магнетитовых. Предварительно железорудные объекты выделяются интенсивными (в сотни и тысячи нанотесла) аномалиями с помощью аэромагниторазведки.

Магниторазведку широко применяют при поисках полиметаллических сульфидных, медно-никелевых, марганцевых руд, бокситов, россыпных месторождений золота, вольфрама, олова, алмазоносных кимберлитовых трубок и др.

14. Природа постоянного электрического тока в горных породах. Удельное электрическое сопротивление основных типов минералов и горных пород. Электромагнитные свойства горных пород

Электромагнитными свойствами горных пород и сложенных ими геологических сред, а также геометрическими параметрами этих сред определяются геоэлектрические разрезы. Геоэлектрический разрез однородного по тому или иному электромагнитному свойству нижнего полупространства принято называть нормальным, а неоднородного - аномальным. К основным электромагнитным свойствам горных пород относятся:

- удельное электрическое сопротивление ρ и величина, ему обратная, - удельная электропроводность σ =1 / ρ;

- электрохимическая активность α;

- поляризуемость η;

- диэлектрическая ε и магнитная μ проницаемости;

- пьезоэлектрический модуль d.

Удельное электрическое сопротивление

Удельное электрическое сопротивление ρ горных пород измеряется в Ом-метрах (Ом*м) и изменяется в очень широком диапазоне: от 10-5 - 1015 Ом*м. Основным фактором такой значительной изменчивости являются структурно-текстурные особенности строения, флюидного и минерального состава горных пород. С физической точки зрения, горная порода представляет собой более или менее пористый агрегат, объемный каркас которого составляют твердые минеральные индивиды, поры между которыми могут быть заполнены другими, более пластичными минералами (например, глинами), флюидами (вода, нефть) или газом. Поэтому удельное электрическое сопротивление зависит от удельного сопротивления минералов, слагающих каркас, от количества, формы и взаимной связанности пор, от коэффициента заполнения пор и минерализации флюида-наполнителя.

Сопротивление твердого каркаса горной породы зависит от электропроводности породообразующих минералов и взаимной ориентировки минеральных зерен, т.е. от структурно-текстурного строения породы. По характеру электропроводности все минералы делят на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.

К группе проводников относятся редко встречающиеся в природе самородные металлы, такие как медь, золото, платина и др. Удельное сопротивление проводников меньше 10-4 Ом*м. Электрическая проводимость самородных металлов обусловлена наличием в их составе свободных электронов и называется электронной проводимостью.

Для полупроводников, в группу которых входит большинство рудных минералов, имеющих электронно- дырочный тип проводимости, характерен очень широкий диапазон изменения удельного сопротивления. Среди минералов-полупроводников наименьшим сопротивлением обладают минералы, у которых преобладает электронная составляющая электропроводности: пирит, халькопирит, галенит, борнит, ковеллин, графит. Их сопротивление не превосходит 10 Ом*м. Другая группа минералов-полупроводников, таких как сфалерит, молибденит, вольфрамит, сидерит имеет более высокое сопротивление (100-1000 Ом*м), что связано с преобладанием у них дырочного типа электропроводимости.

Большинство породообразующих минералов, в том числе все минералы класса силикатов, сульфаты, карбонаты, хлориды, некоторые окислы (кварц, корунд) и даже некоторые сульфиды (киноварь), являются диэлектриками и имеют сопротивление 106 - 1014 Ом*м.

При замерзании воды в порах и трещинах удельное сопротивление пород скачкообразно возрастает на 2-3 порядка. Поэтому все мерзлые, особенно многолетнемерзлые, породы имеют высокое сопротивление порядка 105 Ом*м и слабо дифференцируются по этому параметру.

Слоистые горные породы, а тем более сланцеватые, имеющие упорядоченную ориентировку пор, трещин или глинистых минералов, обладают неодинаковым электрическим сопротивлением поперек (ρ n) и вдоль (ρl) слоистости или сланцеватости. Такие породы называются электрически анизотропными, а степень их неоднородности по электрическому сопротивлению оценивают коэффициентом анизотропии λ = (ρn / ρl ).

Электропроводность горных пород определяется, главным образом, содержанием в них флюидной, глинистой и рудной компонент.

Магматические горные породы интрузивных разностей имеют устойчиво-высокие значения удельного сопротивления в интервале от 103 до 106 Ом*м. Высокое сопротивление магматических пород обусловлено низкой пористостью этих пород, редко превышающей 3-5 %. Коэффициент анизотропии при этом близок к единице. Для эффузивных разностей магматических пород отмечается слабая тенденция к снижению удельного сопротивления за счет более высокой пористости и флюидонасыщенности.

Осадочным породам свойственны относительно низкие значения удельного электрического сопротивления: от 0.1 до 1000 Ом*м. Пониженными сопротивлениями обычно характеризуются высокопористые, влагонасыщенные или глинистые породы. Исключение составляют сухие пески и грубозернистые осадки, малопористые, плотные гидрохимические осадки (гипсы, ангидриты), удельное сопротивление которых близко к сопротивлению магматических пород.

Удельное сопротивление метаморфических пород определяется вещественным составом исходных пород, характером и степенью их метаморфического преобразования. Породы низких ступеней регионального метаморфизма по удельному электрическому сопротивлению практически неотличимы от материнских пород, но обладают большим коэффициентом анизотропии. При возрастании степени метаморфизма дифференциация пород по удельному сопротивлению уменьшается, а значение удельного сопротивления увеличивается. Исключение представляют породы, в составе которых имеется углистое вещество. При возрастании степени метаморфизма эти породы преобразуются в углистые и графитизированные сланцы, удельное сопротивление которых практически неотличимо от сопротивления сульфидных руд.

Удельное сопротивление большинства руд зависит от процентного содержания в них минералов с электронной проводимостью и их взаимного расположения, т.е. от текстурно-структурных особенностей. Наиболее низкое удельное сопротивление (0.01 - 1 Ом*м) имеют массивные колчеданные и полиметаллические руды. Удельное электрическое сопротивление вкрапленных и прожилково-вкрапленных руд зависит от взаимного расположения рудных и нерудных минералов. Если рудные минералы цементируют нерудные или образуют взаимосвязанную систему прожилков, то их удельное сопротивление близко к сопротивлению сплошных массивных руд. В том же случае, когда рудные минералы находятся в виде изолированных вкрапленников среди минералов-диэлектриков, то сопротивление руды практически не отличается от сопротивления вмещающих пород.

В зонах частичного или полного окисления сульфидов образуются минералы (церрусит, смитсонит, гидроокислы железа и марганца), удельное электрическое сопротивление которых значительно выше, чем сопротивление первичных минералов - сульфидов, по которым они развиваются. Это приводит к заметному увеличению удельного сопротивления окисленных руд до 10 - 100 Ом*м.