Магниторазведка

Магнитометрическая, или магнитная, разведка (сокращенно магнито­раз­ведка) - это геофизический метод решения геологических задач, основан­ный на изучении магнитного поля Земли.

Магниторазведка является наиболее эффективным методом поисков и разведки железорудных месторождений. Она широко применяется и при геологическом картировании, структурных исследованиях, поисках полезных ископаемых, изучении геологической среды. Магнитные методы применя­ют­ся не только для разведки, но и для глобальных исследований геомагнетизма и палеомагнетизма. Глубинность магниторазведки не превышает 50 км.

Физические основы магниторазведки

Магнетизм — особая форма мате­риальных взаимодействий, возникаю­щих ме­жду движущимися электрически заряжен­ными частицами, в том чис­ле различными электрическими токами.

Обладаю­щий отрицательным электрическим зарядом электрон в резу­ль­тате вращения по орбите вокруг атомного ядра создает орбитальный маг­нитный момент. Электрон вращается также вокруг своей оси и создает собственный магнитный момент, называемый спиновым. Спином, а также спи­новым магнитным моментом, обладают все микрочастицы, в том числе протоны и нейтроны. Таким образом, магне­тизм - универсальное явление природы.

При рассмотрении явлений магнетизма, связанных с намагниченнос­тью тел в целом, до сих пор для удобства продолжают пользоваться пред­ставлениями о существовании фиктивных магнитных масс. Этим ши­роко пользуются и в магниторазведке, осо­бенно при рассмотрении тео­рии маг­нитного поля геологических тел, что упрощает теоретические выкладки. В отличие от электрического поля, где поле создают отдельные электрические заряды (как положительные, так и отрицательные), источниками магнитного поля могут быть только связанные магнитные заряды (магнитный диполь).

Пространство, в котором действуют силы магнетизма, называется магнитным полем. Исходя из природы магнетизма, можно утверждать, что взаимодействие элек­трических токов осуществляется через их магнитные поля (взаимодействие же покоя­щихся электрических зарядов — через элек­трическое поле). Электрические и магнит­ные поля при определенных обстоятельствах могут превращаться друг в друга, и каждое из них - частный случай общего элек­тромагнитного поля (теория Максвелла).

Для количественной характеристики магнитного поля вводят понятие напря­женности магнитного поля (закона Био – Савара - Лапласа):

(1)

где dH - напряженность магнитного поля, создаваемого элементом dl проводника с током силой i; r - радиус-вектор, проведенный из элемента проводника в рассматриваемую точку; α – угол между l и r, k - коэффициент, зависящий от выбора единиц измерения: в системе СИ k = 4π, в системе СГС k = с (скорость света в вакууме).

Соотношение (1) справедливо для вакуума. В безграничной среде с магнитной проницаемостью μ, напряженность магнит­ного поля равна μН и называется маг­нитной индукцией В:

(2)

Фарадей ввел условное представление о магнитном поле как о пространстве, за­полненном силовыми линиями. Условились принимать число силовых линий, проходящих через единицу поверхности, нор­мальной к направлению линий, равным на­пряженности поля в этом месте. В маг­ниторазведке принято считать, что силовые линии выходят (начинаются) из северного магнитного полюса и входят (заканчиваются) в южный полюс. Однородное магнитное поле в таком представлении будет характеризо­ваться рядом равно отстоящих друг от друга параллельных силовых линий.

Так как в магниторазведке используют пред­ставления о фиктивных магнитных массах, магнитных полюсах и т. п., рассмотрим соот­ветствующие им соотношения из магнито­статики, которыми можно описать некоторые свойства магнитного поля, используемые в магниторазведке.

Согласно закону Кулона сила взаимодей­ствий F (притяжения или отталкивания) магнитных полюсов или фиктивных магнит­ных масс m1 и m2, находящихся на рассто­янии r:

(3)

где μ - коэффициент, характеризующий маг­нитные свойства среды (магнит­ная проницаемость).

Пространство, в котором действуют ука­занные магнитные силы, в магнитостатике также называется магнитным полем.

Таким образом, в магниторазведке, и в настоящее время, параллельно используются две системы единиц – СИ и СГС.

Первая система (СИ) – общепринятый стандарт, в ее основе лежит положение о том, что магнитное поле создается электрическим током, поэтому в размерность всех магнитных параметров входит значение электрического тока Ампер. Например намагниченность J в системе СИ – А/м, но и напряженность магнитного поля H также измеряется в А/м.

Вторая система единиц (СГС), основанная на законе Кулона, т.е. на существовании магнитных зарядов, считается устаревшей, но в ней удобно производить расчеты, поэтому она используется до сих пор. В системе СГС напряженность магнитного поля Н измеряется в эрстедах (Э). Соотношение напряженности магнитного поля Н в системе СИ и СГС: 1Э = 1000/4π A/м. Параллельное существование двух систем единиц измерения приводит к определенной путанице.

В основе теоретических представлений магниторазведки лежит положение о том, что любое тело, обладающее магнитными свойствами можно представить как совокупность элементарных диполей. В качестве таких, наиболее мелких, элементарных диполей можно представить атомный магнетизм – совокупность магнитных орбитальных и спиновых моментов электронов в атоме. В принципе, любое тело, включая геологическое, можно разбить на элементарные объемы, т.е. на элементарные диполи.