4.8. Естественные электрические и магнитные поля

Известно, что Земля обладает собственным магнитным полем, способным намагничивать горные породы, индуцировать электри­ ческие токи в породах и вызывать другие различные электромаг­ нитные явления.

М а г н и т н о е п о л е З е м л и характеризуется векто­ ром полной напряженности Т (рис. 4.16). В естественных условиях

С

Рис. 4.10. Компоненты магнитного поля Земли

Z

вектор Т направлен приблизительно на Север и в глубь Земли. Проекции этого вектора на оси прямоугольной системы координат образуют компоненты геомагнитного поля: Z — вертикальную, X — северную; У — восточную. Северную и восточную компо­ ненты иногда объединяют в одну горизонтальную составляющую

Земли показывает, что Земля приближенно может рассматриваться как однородно намагниченный шар с магнитным моментом, рав­ ным 6,77.1021 А- м2.

Напряженность магнитного поля Земли колеблется в пределах от 24 до 48 А/м.

Несмотря на незначительность напряженности магнитного поля Земли, оно способно, намагничивая горные породы, созда­ вать л о к а л ь н ы е м а г н и т н ы е п о л я . Изучая эти поля, можна получить информацию о состоянии и поведении горных массивов. Аномальные поля, созданные намагниченными рудными телами, могут значительно превосходить нормальное магнитное поле Земли. Так, в районе Курской магнитной анома­ лии, где находятся мощные залежи железистых кварцитов, ано­ малия вертикальной составляющей магнитного поля достигает 143,24 А/м, а угол склонения отличается от нормального более чем на 120°.

^Геомагнитное поле непостоянно во времени. Существуют су­ точные, годовые и вековые вариации магнитного поля, что приво­ дит к изменению величины и направления остаточной и индуктив­ ной намагниченности пород, а следовательно, и к изменению их магнитных свойств.

Кроме того, изменения геомагнитного поля создают в массивах

массивах пород бывают двух видов — теллурические и локаль­ ные.

Причинойтгт е^л л у р и ч е"с к и х [ ’п о л е й бывают изме­ нения электрического состояния ионосферы под воздействием солнечного излучения. Это излучение, проникая в ионосферу, вызывает ее неравномерную ионизацию. Высотные ветры переме­ щают эти электрические неоднородности и создают переменные электромагнитные поля в атмосфере, которые, со своей стороны, индуцируют переменные поля в земной коре. Поэтому теллуриче­ ские поля — переменпые, они могут быть одновременно охарак­ теризованы векторами напряженности как электрического, так и магнитного поля. Напряженность теллурического поля перио­ дически изменяется. $ В аномальных случаях напряженность теллурических полей

достигает (5—6)*10"3 В/м. Эти токи не влияют существенно на физические свойства пород. Однако они служат важным источни­

Причины их возникновения — окислительно-восстановитель­ ные, диффузионно-адсорбционные, фильтрационные, термоэлек­ трические и биологические явления в породах, а также взаимное трение отдельных массивов пород в процессе горообразования, сдвижений и т. д. Напряженности этих полей могут быть раз­ личны. Существуют гипотезы, согласно которым в результате тек­ тонических процессов в горных породах могут накапливаться электрические поля весьма большой напряженности, обладающие большой разрушительной силой.

Однако обычные локальные поля, приуроченные к месторожде­ ниям полезных ископаемых, имеют небольшую напряженность и могут служить лишь в качестве источника информации о масси­ вах пород.

Наибольшей интенсивностью обладают естественные поля элек­ трохимической природы, наблюдаемые в сульфидных, угольных и графитовых месторождениях и возникающие в результате о к и ­

в зоне циркуляции богатых кислородом атмосферных вод, то в этой части интенсивно происходит окисление сульфидов в сульфаты. Окислительное реакции сопровождаются высвобождением электронов в атомах окисля­ ющихся элементов. Поэтому верхняя часть залежи заряжается положи­ тельно. В нижней же части, располагающейся в зоне бедных кислородом вод, протекают восстановительные реакции, связанные с присоединение электронов, ввиду чего эта часть залежи заряжается отрицательно. Всл^д-

цией С2 — избыток отрицательных зарядов. Возникает диффузионный потенциал Е% (рис. 4.18)

Ci

результате фильтрации жидкости по трещинам и порам породы, стенки которых способны адсорбировать ионы одного знака — чаще всего отрицательные. Положительные же заряды выносятся по направлению движения, в результате чего возникает разность потенциалов между началом и концом фильтрационного потока. Напряженность электрического поля фильтрации зависит от ми­ нерального состава, пористости пород и гидрогеологических факторов (например, напора).

Локальные электрические поля, таким образом, существуют на ограниченных площадках и обычно приурочены к месторожде­ ниям сульфидных, кобальтовых, никелевых руд, антрацитов, графита, торфяников, углистых и графитизированных сланцев.

Аномалии напряженности электрического поля, возникающие в результате локальных токов, достигают нескольких сотен мил­ ливольт. Наиболее благоприятны для возникновения интенсивных электрических полей руды с массивной текстурой и высокой элек­ тропроводностью. Вкрапленные руды с низкой электропроводно­

на удельную электропроводность массива по известной электро­ проводности минеральной фазы аэ.м7 дополнительной пористости Р 2 массива и электропроводности образцов в лаборатории сгэ л можно оценить по формулам, аналогичным выведенным ранее:

даже 0,9, составляет один порядок.

Влияние влажности w массива на его удельпую электропроводность бол^е существенно.