Магниторазведка. Вопросы госэкзамена. Лекция 2

1.

https://yadi.sk/d/j1-Fgcg33GWbPb
Магниторазведка
Лекция 2 - Вопросы госэкзамена
2017H1

2.

Литература по магниторазведке
Магниторазведка - https://yadi.sk/d/1ive8G79v494C
Петрофизика - https://yadi.sk/d/fjZ4JREHejRq6

3.

Вопросы госэкзамена-1
1. Элементы земного магнетизма, связь между элементами,
их изменение в пространстве, графическое представление.
Нормальное магнитное поле Земли.
Спутниковые данные о магнитосфере.
2. Изменение магнитного поля во времени.
Классификация магнитных вариаций, их происхождение и
пространственно-временная структура.
Учет вариаций при производстве магнитных съемок.
3. Задачи геологической интерпретации магнитных аномалий:
задачи обнаружения, локализации и детального описания.
Простые способы решения обратной задачи.
4. Природа магнетизма. Намагниченность. Магнитная
восприимчивость. Природные минералы: диамагнетики,
парамагнетики и ферромагнетики.

4.

Вопросы госэкзамена-2
5. Магнитные аномалии как функции отображения параметров
намагниченных источников. Магнитные поля элементарных
моделей: шток, пласт малой мощности, круговой горизонтальный
цилиндр, шар.
Лекция-2
6. Особенности интерпретации аномалий полного вектора DТ
7. Обратная задача магниторазведки для элементарных моделей
намагниченных источников
8. Качественный анализ сложных магнитных полей.
Основные задачи. Морфологический анализ карт и графиков
магнитных аномалий. Региональные и локальные аномалии.
Методы разделения магнитных аномалий.

5.

Вопросы госэкзамена-3
9. Роль магниторазведки при поисках месторождений
нефти и газа
10. Магниторазведка при поисках и разведке рудных
месторождений
11. Принципы действия магниторазведочной аппаратуры.
Методики магнитных наблюдений при производстве магнитных
съемок различных масштабов

6.

Особенности интерпретации
аномалий полного вектора DТ
DT Z a sin I H a cos I cos A0
6
Кратко

7.

Под DТ понимается приращение модуля полного вектора
напряженности магнитного поля, т.е. разность между реально
существующим значением поля Т и его теоретически
ожидаемым, нормальным, значением Т0 в данной точке:
Где А0 – магнитный азимут составляющей Ha, т.е. угол между
векторами Ha и H0. Это выражение можно упростить, при условии,
что Ta<<T0. Вынесем Т0 из-под знака корня и пренебрегая ввиду ее
малости величиной (Та/Т0)2, получаем
где I – наклонение вектора Т0; I' – угол между векторами Т0 и На,
определяемый из равенства cosI' = cosI*cosA0.

8.

Так как Ta<<T0, то Za<<T0 и Ha<<T0, а значит второе
слагаемое под корнем меньше единицы. При этом условии
применяя известную формулу разложения
можно записать
x
1 x 1
2
DT Z a sin I H a cos I cos A0
это выражение справедливо для тел любой формы

9.

Обратная задача магниторазведки для элементарных
моделей намагниченных источников
7

10.

См. раздел 3
Простые методы количественной интерпретации
(1) Метод характерных точек
(2) Метод касательных
См. раздел 5
Тела простой формы и их поля (для метода подбора)
(1) Шар вертикально намагниченный
(2) Вертикально намагниченный горизонтальный
круговой цилиндр
(3) Вертикально намагниченный шток
(4) Вертикально намагниченный тонкий пласт

11.

Качественный анализ сложных магнитных полей.
Основные задачи.
Морфологический анализ карт и графиков
магнитных аномалий.
Региональные и локальные аномалии.
Методы разделения магнитных аномалий
8
Фильтр 3 на 3
Фильтр 15 на 15
Фильтр 5 на 5
Фильтр 31 на 31
Фильтр 7 на 7
Фильтр 41 на 41
Осредненное поле
Остаточная аномалия
Осредненное поле
Остаточная аномалия

12.

Задачи моделирования в геофизике
1. Прямая задача (задача анализа):
по модели вычислить поле (магнитное)
Решение всегда единственно
2. Обратная задача (задача
идентификации): по поля определить
модель /интерпретация/
Решение всегда неединственно и
часто неустйочиво

13.

Качественная интерпретация сводится к
выделению местоположения
аномалообразующих объектов, объяснению их
природы, выявлению аномалий, созданных одними и
теми же источниками (например, рудные) или
разными (например, рудные и нерудные).
Сущность выделения аномалий основана на
принципе аналогий, который состоит в перенесении
на неизвестный участок подходов к анализу
аномалий с эталонных, изученных участков сходного
геологического строения или из банка данных
В.К. Хмелевской. Геофизические методы исследования земной коры. 1997
http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1161637&uri=page5.html#1-3-1

14.

Аномалиеобразующие объекты и способы их выделения по магнитному полю
Характерные особенности
магнитного поля
Способы выделения объектов
(на этапе качественной
интерпретации)
Возможный аномалиеобразующий
объект
1
Локальная аномалия, группа
локальных аномалий
Оконтуривание вручную с
учетом данных других геологогеофизических методов.
Построение градиентов поля
Отдельное тело; отдельное тело
(группа тел близкого
происхождения) с переменными
магнитными свойствами и/или
глубиной залегания;
2
Линейно вытянутая аномалия,
группа линейно вытянутых
аномалий
3
Аномальная зона
4
Группа аномальных зон
5
Зоны резко изменения значений
магнитного поля
№
Оконтуривание, трассирование
оси аномалии или группы
аномалий;
Построение градиентов поля
Способы частотной селекции
(осреднение, аппроксимация
полиномами) и расчет
остаточных аномалий
Линейно вытянутое тело, складка,
разрывное нарушение
Локальная аномалия, группа
локальных аномалий
Корреляционные методы
Блок кристаллического
фундамента или осадочного чехла
Построение градиентов поля
Разрывные нарушения. Резкие
структурные или плотностные
границы

15.

Качественная интерпретация: разделения полей на региональные и локальные:
Осреднение, расчет остаточных аномалий
[3. Аномальная зона]
Фильтр 3 на 3
Фильтр 15 на 15
Фильтр 5 на 5
Фильтр 31 на 31
Фильтр 7 на 7
Фильтр 41 на 41
Осредненное поле
Остаточная аномалия
- возможные помехи и ошибки магнитной съемки
Осредненное поле
Остаточная аномалия
- возможные новые геологические объекты
в различных интервалах глубин

16.

Качественная интерпретация: тренд-анализ и расчет остаточных аномалий
[3. Аномальная зона]
Магнитное поле
Quadratic surface
DТ, нТл
-180 -140 -100 -60 -20
20
60 100 140 180
Simple planar surface
Cubuc surface
Bilinear saddle
User Defined Polynomial
- возможные новые геологические объекты в различных интервалах глубин

17.

Качественная интерпретация: разломно-блоковая тектоника Пермского края
[4. Группа аномальных зон]
Гравитационное поле
Магнитное поле
III
III
Dg,
мГал
DТ,
нТл
II
II
1700
IV
I
X
90
IV
I
X
70
1200
IX
IX
50
700
30
10
200
V
V
VIII
-10
VIII
-300
-30
-800
VII
VI
-1
-2
VII
VI
-3
Границы: 1 - главных блоков, 2 - дополнительных блоков, 3 - Пермского края
Блоки: I - Коми-Пермяцкий, II - Камский, III - Тимано-Уральский, IV - Соликамский, V - Пермский, VI - Осинско-Сарапульский,
VII - Кунгурский, VIII - Сылвенский, IX - Центрально-Уральский, X - внутренняя зона Урала
-50

18.

Качественная интерпретация: градиенты геопотенциальных полей
Замечание: для большей части Пермского края диапазоны изменения нормированного модуля полного горизонтального
градиента гравитационного и магнитного поля различаются.
В построенной карте суммы превалируют градиенты магнитного поля.
[5. Зоны резкого изменения значений поля]

19.

Принципы решения обратных задач
Принцип коррелируемости
Между источниками геофизических аномалий (физико-геометрическими параметрами
аномалосоздающих объектов) и геологическими неоднородностями земной коры (структурногеологическими, литолого-петрографическими и др.) существуют либо детерминистские,
закономерно обусловленные, либо вероятностные связи.
Любой аномалосоздающий геофизический объект в той или иной степени соответствует какойлибо геологической неоднородности.
Корреляционные связи могут быть прямыми и обратными, устойчивыми и неустойчивыми,
внутренними (логически или теоретически объяснимыми) и внешними (возможно, ложными и
необъяснимыми).
Они могут быть полностью скрыты шумами и помехами за счет различных геологогеофизических неоднородностей и технических помех.
Принцип корреляции используется, прежде всего, на стадии качественной интерпретации, когда
геофизические карты и разрезы сопоставляются с имеющимися геологическими данными. В
результате выбирается тот вариант геологического строения, который максимально соответствует
всем физическим полям. Если же по геофизическим данным имеются геофизические аномалии, а
по геологическим их нет, то можно говорить об обнаружении новых объектов. Принцип
корреляции широко применяется и при количественной интерпретации и геолого-геофизическом
истолковании данных, когда главным результатом системного подхода является установление
многомерных связей между выражаемыми количественно геолого-геометрическими и физикогеометрическими характеристиками разведываемых объектов.
В.К. Хмелевской. Геофизические методы исследования земной коры. 1997
http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1161637&uri=page4.html#1-2-2

20.

Пример применения принципа корреляции:
магнитное поле Ильинской площади и палеозойские тектонические структуры
Карта магнитного поля Ильинской площади
VII
КС
СолВ
ПСУ
РакС
X
ВисВ
XXIII
-региональные профили
VIII
- месторождения нефти и газа
КЧС
- структуры
XXII
XXI
XXVI
IX
- границы средних тектонических
структур
XXI
ЮСВ
XXIV
БКВ
XX
ПС
XXV
XXIV
DТ, нТл
-500 -375 -250 -125 0
125 250 375 500 625 750 875
- границы крупных тектонических
структур
0
30
60 км
- границы барьерного рифа
Средние тектонические структуры:
VII - Майкорская валообразная зона
VIII - Васильевская валообразная зона
IX - Воскресенский вал
X - Кудымкарский вал
XX - Краснокамский вал
XXI -Межевская валообразная зона
XXII - Каменноложская валообразная зона
XXIII - Ольховская валообразная зона
XXIV - Лобановская валообразная зона
XXV - Мазунинская зона поднятий,
XXVI - Веслянская валообразная зона

21.

Принцип суперпозиции
Наблюдаемые геофизические аномалии почти всегда являются результатом
наложения физических аномалий от разных геолого-геофизических
объектов или от разных структурных этажей Земли.
- Для потенциальных полей, например гравимагнитных, или волновых
полей, например сейсмических, это может быть линейное сложение или
суперпозиция.
- Для некоторых геофизических методов формирование аномалий - процесс
нелинейный: аномалии вызванной поляризации
в электроразведке, ядерно-магнитного резонанса при подмагничивании
пород и др.
- В результате наложения полей связи между ними и геологическим
строением либо ослабляются, либо усиливаются.
- Принцип суперпозиции широко используется в однометодной
интерпретации.
- В гравимагниторазведке применяются различные компьютерные приемы
разделения полей на региональные и локальные.

22.

Пример применения принципа суперпозиции
Разделение магнитного поля на региональную и локальную составляющие
Магнитное поле
DТ, нТл
-150-130-110 -90 -70 -50 -30 -10 10 30 50
Региональные составляющие магнитного поля,
аппроксимированные полиномами 1-4 порядков
Локальная составляющая после
снятия фона полиномом 1 порядка
Локальная составляющая после
снятия фона полиномом 2 порядка
Локальная составляющая после
снятия фона полиномом 3 порядка
Локальная составляющая после
снятия фона полиномом 4 порядка

23.

Аномалии, фиксируемые разными методами, свидетельствуют об
отражении ими геологических неоднородностей разной природы,
возраста, состава, глубины залегания.
б
Куединская приподнятая зона
Куединская приподнятая зона
а
Dg, мГал
-4.5 -3.75 -3 -2.25 -1.5 -0.75
0
0.75 1.5 2.25
3
DТ, нТл
-26 -22 -18 -14 -10 -6 -2 2
6 10 14 18 22 26 30 34
в
Куединская приподнятая зона
Карты трансформант геопотенциальных полей,
характеризующие кристаллический фундамент
а - карта трансформанты гравитационного поля для
интервала глубин залегания кровли фундамента;
б - карта трансформанты магнитного поля для
интервала глубин залегания кровли фундамента;
в - карта разности нормированных
гравитационного и магнитного полей
-0.65 -0.5 -0.35 -0.2 -0.05
0.1
0.25
0.4
0.55

24.

Принципы качественной и количественной интерпретации
Качественная интерпретация сводится к выделению местоположения
аномалообразующих объектов, объяснению их природы, выявлению
аномалий, созданных одними и теми же источниками (например, рудные)
или разными (например, рудные и нерудные).
Сущность выделения аномалий основана на принципе аналогий, который
состоит в перенесении на неизвестный участок подходов к анализу
аномалий с эталонных, изученных участков сходного геологического
строения или из банка данных
Количественная интерпретация комплексных геофизических данных
сводится к определению геометрических и геолого-геофизических
характеристик разведываемых объектов на основании решений обратных
задач для
Наиболее простым является решение обратных задач для геофизических
методов, описываемых сходными законами, например, для потенциальных
методов геофизики (гравитационного, магнитного, естественного
электрического поля).
В.К. Хмелевской. Геофизические методы исследования земной коры. 1997
http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1161637&uri=page5.html#1-3-1

25.

Методы качественной интерпретации.
Сглаживание.1
Пилообразность графика аномалий, построенного по наблюденным значениям, обусловлена
погрешностями наблюдений.
Для повышения точности результатов график следует подвергать сглаживанию.

26.

Методы качественной интерпретации.
Сглаживание.2
Пусть по прямолинейному профилю при
постоянном шаге проведены наблюдения Zi.
Возьмем их значения в пяти точках: i-2 i-1, 0,
i+1 и i+2. По значениям аномалий в этих
точках подберем параболу
у = а0 + a1i + a2i2
Для этого по способу наименьших квадратов
определим параметры а0 , a1 , a2.
Значение функции при i=0, т.е. a0 принимаем за сглаженное.
Для подбора параболы, значения которой минимально
отклоняются от наблюденных, используется условие
i 2
(Z
i 2
i
a0 a1i a2i 2 ) 2 min

27.

Методы качественной интерпретации.
Сглаживание.3
После решения системы уравнений получим, что сглаженное значение Z, можно
вычислять по формуле
Ziсгл = (17/35)Zi + (12/35)(Zi+1+Zi-1) - (3/35)(Zi+2+Zi-2)
Другие фильтры:
а) трехточечный фильтр Ziсгл =
(Zi-1+ Zi+ Zi+1)/3
б) трехточечный фильтр Ziсгл =
0.25* Zi-1 + 0.5* Zi + 0.25* Zi+1
в) пятиточеный фильтр Ziсгл =
(Zi-2+2* Zi-1 +4* Zi +2* Zi+1 +D Zi+2)/10

28.

Методы качественной интерпретации.
Сглаживание.4
Фактически сглаживание представляет собой способ подавления
высокочастотных слабокоррелируемых помех на основе аппроксимации
полезной аномалии рациональным полиномом.
При практическом использовании сглаживания в большинстве случаев
достаточно применение полинома второй степени, хотя при решении
специфических задач (например, при представлении выражения для
нормального магнитного поля Земли) необходимо использование полиномов
12-14 и даже до 20-й степеней.
Конструкция сглаживающей формулы определяется не только степенью
избранного полинома, но и числом точек, по которым производится
сглаживание.
По мере увеличения числа точек сглаживания (и, соответственно, числа
слагаемых в формуле) степень сглаживаемости исходных данных
увеличивается

29.

Принципы интерпретации. Разделение полей.1
Так как предпосылки, учитываемые при интерпретации (как количественной, так и качественной),
всегда задаются с определенными погрешностями, то и результаты интерпретации магнитных
(и вообще любых геофизических и геологических) данных носят не абсолютный, а условновероятностный смысл.
Т.е. картина геологического строения района исследований, составленная по геофизическим данным,
Представляет собой одно из возможных приближений к действительности, но не исключает
(с некоторой вероятностью) возможности других решений.
Измеряемое магнитное поле отражает влияние различных источников.
В то же время большинством существующих методов обратная (количественная) задача
Магниторазведки решаете для аномалий, обусловленных влиянием одного источника, изолированного
в пространстве.
1. Следовательно, прежде чем непосредственно решать обратную задачу, необходимо выполнить
операцию разделения наблюденного поля на составляющие.
Простейшим к наиболее надежным способом разделения полей может быть учет аномальных
эффектов тех объектов, которые являются сторонними для данной геологической проблемы,
путем решения прямой задачи.
Этот способ разделения полей называется способом вычитания. Он наиболее эффективен при
Детальной доразведке месторождении. Учет влияния сторонних объектов может быть осуществлен
при наличии геологических сведений или данных других геофизических методов.

30.

Принципы интерпретации. Разделение полей.2
Любые способы разделения полей являются ограниченными. Во всех
Способах разделения проводится некоторая трансформация исходного материала,
имеющая целью подчеркнуть интересующие интерпретатора особенности поля и
сгладить сторонние эффекты.
Сторонние эффекты не полностью исключаются из трансформированного
материала, а частично сохраняются в нем в виде некоторого искажающего
влияния.
Все особенности трансформированных полей всегда существуют в том или ином
виде в исходном материале.
Никакая трансформация не может дать принципиально новые данные,
поскольку любая трансформация в лучшем случае не ухудшает исходных данных.
Трансформированные поля позволяют только улучшить наглядность влияния
отдельных возмущающие факторов.
Вместе с тем точность количественных расчетов по трансформированным
данным будет ниже точности расчетов по исходному материалу, хотя техника
вычислении или качественные заключения по последнему могут быть затруднены.

31.

Принципы интерпретации. Разделение полей.3
Проблема разделения полей включает рассмотрение двух задач:
1) разделение аномальных влияний возмущающих объектов, существенно
различных по размерам;
2) разделение аномальных влияний возмущающих объектов, приблизительно
одинаковых по размерам.
Первая задача решается более или
менее надежно с помощью способов
частотной селекции.
Эффективного решения второй задачи
не предложено.
При разделении полей следует особо
рассматривать случаи, когда
разделяемые объекты залегают
приблизительно на одинаковых и на
существенно разных глубинах.
Первый случай допускает возможность
сравнительно простого толкования.

32.

Принципы интерпретации. Разделение полей.4
Разделение аномалий способами частотной
селекции (частотной фильтрации)
В основу положено представление о том, что
возмущающие объекты, имеющие различные
поперечные размеры, создают аномалии
различных частот/
Например если рельеф возмущающей
границы можно представить,
например, синусоидой с частотой , то
аномальная кривая также будет
синусоидой с той же частотой (рис. ХП.З).
Наблюдаемое поле является суммой гармоник
различных частот, то, преобразовывая
аномалию с помощью специальных
функций, представляющих собой фильтры
определенных полос частот, можно
выделить из наблюденного поля гармонику
нужной частоты, подавив при этом
гармоники других частот.

33.

Принципы интерпретации. Разделение полей.4
Для эффективности разделении нолей необходимо лишь,
чтобы размеры разделяемых возмущающих объектов
заметно отличались друг от друга.
Наиболее широкое распространение получили следующие
способы частотной селекции:
1) осреднение
2) пересчет в верхнее или нижнее полупространство
3) расчеты высших производных магнитного потенциала и
аналогичных им по размерности функций
4) интегральные преобразования

34.

Расчеты производных магнитного потенциала
Графики вертикальных производных локализуют
верхние кромки возмущающих объектов
Графики горизонтальных производных
имеют экстремумы над областями угловых
точек возмущающих

35.

Осреднение
Осреднение - вычисляются средние арифметические или средние весовые
значения аномалий для некоторой площади.
В усредненных значениях подавляются мелкие по площади аномалии, а
региональные составляющие поля слабо зависят от усреднения.
Задаваясь геологическими предпосылками о примерных размерах
возмущающих объектов, можно эмпирически подобрать такой радиус
(размеры) усредняющей области, чтобы в трансформированном поле были
подчеркнуты интересующие интерпретатора детали и сглажено влияние
других факторов.
Попутно с усреднением в большинстве случаев вычисляют остаточные
аномалии. В остаточных аномалиях буду подавляться низкочастотные
(региональный фон) и подчеркиваться высокочастотные составляющие.
Общим недостатком способов усреднения является неизбежное искажение
полей, вызываемое искусственным перераспределением физических
(в данном случае магнитных) свойств возмущающих объектов и
выражающееся в появлении фиктивных полей, не соответствующих
истинному распределению источников.

36.

Осреднение
Разделения полей на региональные и локальные
Фильтр 3 на 3
Фильтр 15 на 15
Фильтр 5 на 5
Фильтр 31 на 31
Фильтр 7 на 7
Фильтр 41 на 41
Осредненное поле
Остаточная аномалия
Осредненное поле
Остаточная аномалия

37.

Тренд-анализ
Осреднение путем аппроксимации полиномом
Магнитное поле
Quadratic surface
DТ, нТл
-180 -140 -100 -60 -20
20
60 100 140 180
Simple planar surface
Cubuc surface
Bilinear saddle
User Defined Polynomial

38.

Пересчет поля в верхнее и нижнее полупространство
Пересчет поля в верхнее полупространство - магнитное поле на
различных уровнях внешнего полупространства рассчитывается
путем численного интегрирования соотношения Пуассона,
дающего решение задачи Дирихле для бесконечной плоскости.

39.

Процесс пересчета в верхнее полупространство, так же как и процесс усреднения,
является фильтром низких частот, т.е. он подавляет локальные аномалии и
сохраняет в малоискаженном виде региональные составляющие.
Высота пересчета пропорциональна периоду фильтруемых аномалий, поэтому
Для разделения полей целесообразно получать набор карт для различных высот
пересчета
Пересчет поля в нижнее полупространство дает распределение поля на
уровнях, расположенных ближе к возмущающим источникам, более рельефно
подчеркивает тонкие особенности структуры
Все способы пересчета поля в нижнее полупространство имеют существенные
ограничениям:
1) продолжение поля в нижнее полупространство имеет реальный физический
смысл только в том случае, если плоскость пересчета не пересекает возмущающих
масс;
2) погрешности расчетов, обусловленные погрешностями исходных данных,
быстро растут по мере увеличения глубины пересчета.
Пересчет поля в нижнее полупространство является фильтром высоких частот и
Позволяет усиливать локальные аномалии, слабо проявляющиеся на исходной
карте при наличии регионального фона.

40.

Роль магниторазведки при поисках месторождений
нефти и газа
9

41.

В разрезе нефтегазовых месторождений
по магнитным свойствам выделяются
четыре элемента:
а) залежи и вмещающие их коллекторы;
б) зона восстановления;
в) зоны субвертикальных неоднородностей;
г) зона окисления.

42.

Магнитные свойства основных железистых минералов
в разрезах нефтегазовых месторождений

43.

Магнитные свойства пород месторождений нефти и газа
Залежь и коллектор
- Магнитные свойства нефтегазовых залежей
определяются магнитной восприимчивостью
твердой части, или скелета, пород-коллекторов,
углеводородов и остаточной воды, которая
заполняет от 5 до 65 % порового пространства.
- Большинство минералов, слагающих
коллекторы, слабомагнитны ( 30•10-6 сд. СИ).
При наличии магнитных минералов магнитная
восприимчивость коллекторов может
значительно изменяться.
- Нефть является диамагнетиком =-10•10-6 ед.
СИ. В зависимости от плотности и состава
магнитная восприимчивость нефти может
изменяться.
- Магнитные свойства природного газа не
изучены. По аналогии с другими газами
считается, что абсолютное значение газа не
превосходит 10•10-6 ед. СИ.
- Сведений о магнитных свойствах остаточных
вод коллекторов не имеется.

44.

Магнитные свойства пород месторождений нефти и газа
Зона восстановления
- Породы выше залежи делятся на две зоны:
нижнюю - восстановления и
верхнюю - окисления.
- Граница зон - первый от земной поверхности
выдержанный региональный водоупорный горизонт
с глубиной от нуля до сотен метров.
- Зона восстановления - наличие углеводородов,
мигрирующих из залежи, азота и сероводорода.
Железистые соединения, включая первичный
магнетит, частично переходят в более растворимые
двухвалентные формы железа, которые могут
выноситься к краям зоны над залежью или вне ее.
Оксидные и гидроксидные формы железа частично
восстанавливаются до сульфидов, в основном,
пирита.
В результате - уменьшение магнитной
восприимчивости пород в зоне восстановления по
сравнению с аналогичными породами вне ее.
Уменьшение в среднем может составлять (400—
600)•10-6 ед. СИ, а в отдельных случаях и
больше.

45.

Магнитные свойства пород месторождений нефти и газа
Зоны субвертикальных неоднородностей
- В крыльевых частях антиклинальных структур вертикальные или близкие к ним (субвертикальные)
зоны аномально высоких и низких напряжений
горных пород.
- Зоны протягиваются по всему разрезу и связаны с
особенностями складкообразования под
воздействием движения фундамента.
Основная их особенность - повышенная
проницаемость и повышенный перенос - углеводородов при наличии залежей,
- вод с различными элементами,
- теплового потока и т. д.
- В зонах повышается щелочность и понижается
окислительно-восстановительный потенциал, в
результате чего могут быть нарушены
первоначальные магнитные свойства пород.

46.

Магнитные свойства пород месторождений нефти и газа
Зона окисления
Характеризуется повышенное содержанием кислорода, азота,
углекислоты
- Железо находится в трехвалентном состоянии,
что снижает его миграционные свойства (в том
числе, первичного магнетита), поэтому зона
окисления характеризуется повышенными
значениями по сравнению с зоной
восстановления.
- Особенность разреза нефтегазовых
месторождений: наличие над залежами
вторичного (эпигенетического) магнетита,
отражающегося в магнитном поле.
Вторичный магнетит находится обычно на
глубинах до 300 м, а образование возможно до
глубины 1500 м.
- Появление магнетита связывается с
превращением гематита в породах выше залежи в
результате восстановительных химических
реакций, обусловленных действием
сероводорода, образованного
сульфатредуцирующими бактериями в
присутствии углеводородных газов.
Если сероводорода оказывается много, то он способен реагировать с обогащенными железом породами и образовывать
пирит. Если сероводорода немного, то реакция может быть частичной с образованием пирита и оксида железа, который,
реагируя с гематитом, превращает его в магнетит. Возможны и другие пути образования магнетита.

47.

Отражение месторождений нефти и газа в магнитном поле
Осадочная структура над фундаментом
с унаследованием его строения
Виды возможных магнитных аномалий
Кривая 1 — “двугорбая”
- максимумы связаны с источниками, образованными
при миграции углеводородов по краевым зонам
Кривая 2 — “пилообразная” аномалия
- наличие отдельных магнитоактивных тел.
Кривая 3 — положительная аномалия
- с достаточно компактной намагниченностью
отдельных объемов пород.
Кривая 4 — отрицательная магнитная аномалия
- замещение магнитного минерала (гематита) над
залежью в пласте немагнитными минералами (пирит,
сидерит).
Кривые 5 и б — положительная и отрицательная
аномалии
- аномалии от фундамента
- случаи, когда 1,> 2 и 1,< 2 ~ магнитная
восприимчивость).

48.

Результаты работ ФГУ НПП «Геологоразведка»
http://www.geolraz.com/page/REZULTATI-RABOT/
Выделение зон повышенной
трещиноватости
(потенциальных путей
миграции УВ) по данным
аэромагнитной съемки
(обработка по методике
СПАН-ойл)

49.

Результаты работ ФГУ НПП «Геологоразведка»
http://www.geolraz.com/page/REZULTATI-RABOT/
Зотовское
месторождение нефти в
Удмуртии

50.

Результаты работ ФГУ НПП «Геологоразведка»
Сопоставление контура нефтяной залежи с контурами
аномалий магнитной и газовой съёмки
http://geolraz.com/page/REZULTATI-RABOT/

51.

Отражение локальных структур в магнитном поле
Аномалии над объектами
В пределах Южно-Каспийской впадины над
месторождениями нефти и газа залегают отложения с
повышенной намагниченностью. Поэтому над
месторождениями, связанными с пологими
антиклинальными складками, отмечается общее
повышение магнитного поля, которое уменьшается от
свода структур к ее крыльям в зависимости от
погружения (рис. 5.17, а, б).
Если породы на своде складок размыты, то
отмечаются соответствующие аномалии
Южно-Каспийская
впадина
В районе Южно-Каспийской впадины широко развит
грязевой вулканизм, приуроченный преимущественно к
зонам продольных разрывных нарушений антиклинальных
складок, причем вулканы генетически связаны с залежами
нефти и газа на глубине.
В этих зонах происходит дробление пород, ферромагнитные
минералы частично разрушаются или приобретают
хаотическую ориентировку. Поэтому эти зоны выделяются
небольшими отрицательными аномалиями магнитного поля,
вытянувшимися вдоль линий нарушений. Грязевые вулканы
выделяются изометричными отрицательными аномалиями
интенсивностью 10—50 нТл (см. рис. 5.17).

52.

Отражение локальных структур в магнитном поле
Аномалии над объектами
Прямой случай - отрицательная аномалия над рифом
Рифогенные образования практически немагнитны, тогда
как породы глинисто-карбонатного комплекса, а в большей
степени отложения терригенного комплекса, занимающие
внутренние части прогибов и составляющие межрифовый
рельеф, отличаются повышенной магнитной
восприимчивостью.
Поэтому сокращение мощности терригенной толщи над
рифами отмечается в магнитном поле локальными
минимумами слабой интенсивности, например, в АктанышЧишминском прогибе Камско-Кинельской системы
прогибов (рис. 5.19).
Обратный случай - положительная аномалия над рифом
В случаях, когда породы терригенного состава с повышенной
магнитной восприимчивостью расположены над рифовым
телом, над ними будут наблюдаться слабые максимумы
магнитного поля (до 20 нТл), например нижнепермские
рифовые массивы на территории Предуральского краевого
прогиба.
Волго-Уральская нефтегазоносная провинция, рифы
Рифы в районах очагов магматизма или приразломные
зоны
В ряде районов рифовые тела приурочены к очагам
платформенного магнетизма или к приразломным зонам, с
которыми связаны цепочки положительных аномалий
магнитного поля.

53.

Отражение локальных структур в магнитном поле
Аномалии в краевых зонах объектов
Днепровско-Донецкая
нефтегазоносная провинция
Рис. 5.18. Магнитное поле над соляным поднятием.
Изолинии в нТл. Красная линия - контур подошвы соляного поднятия
Магнитные аномалии можно применить и при поисках соляно-купольных поднятий, к краевым частям
которых бывают приурочены месторождения нефти и газа.
Например, на Украине конуры соляно-купольных тел характеризуются мозаичными полями разных знаков
(рис. 5.18), связанными с глыбами эффузивов, расколотых в процессе образования купола.

54.

Отражение локальных структур в магнитном поле
Локальные аномалии и региональный фон
Рис. 5.22. Результаты
аэромагнитной съемки надо
локальными структурами
Мангышлака (по
В.В.Бродовому)
1- контуры структур по
данным сейсморазведки
2 - изодинамы DТ, нТл
(а - положительные,
б - отрицательные)
Мангышлакско-Устюртская нефтегазоносная провинция
Роль магниторазведки особо значима в случаях унаследованности структурного плана осадочного рельефа чехла
В условиях Мангышлака унаследованные структуры осадочного чехла типа валов и впадин отмечаются
максимумами и минимумами магнитного поля до ±100 нТл.
Высокоточной съемкой (0,5-1 нТл) в пределах поднятий выявлены небольшие выступы допермского
фундамента и соответствующие им унаследованные локальные структуры, которым отвечают локальные
аномалии до 3—4 нТл или раздувы, изгибы изолиний с амплитудой 6—8 нТл (рис. 5.22).

55.

Отражение локальных структур в магнитном поле
Локальные аномалии и региональный фон
Пилообразные аномалии в пределах контура месторождения
Наличие вторичного магнетита приводит к появлению пилообразных аномалий (рис.). Подобные
аномалии выявляются высокоточной аэромагнитной съемкой с чувствительностью приборов около 0,1
нТл. Наиболее оптимальной высотой полета считается 100—120 м над поверхностью Земли.

56.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫДЕЛЕНИЯ БЛОКОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА
Карта модуля горизонтального градиента
магнитного поля
Карта модуля горизонтального градиента
гравитационного поля
1
1
2
2
3
6
4
5
7
10
9
8
11
12
17
14
13
18
16
15
21
24
19
20
22
27
25
26
31
29
28
23
отн. ед.
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
5
7
10
9
8
11
12
17
14
13
18
16
15
21
24
19
23
20
22
27
25
26
31
29
28
30
30
32
32
1
3
6
4
0
4
8 км
- границы блоков кристаллического фундамента, номер блока
- структуры по ОГ IIк
- приподнятые участки по ОГ IIк
Две наиболее крупные структуры (Юго-Камская и Котловская) и 20 приподнятых участков (ПУ) лежат на границе блоков,
20 ПУ находятся в непосредственной близости от границы и только 10 ПУ относительно удалены от границ блоков
отн. ед.
9.5
9
8.5
8
7.5
7
6.5
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0

57.

ТРАНСФОРМАНТЫ ГЕОПОТЕЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ,
ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ФУНДАМЕНТ
Трансформанта гравитационного поля
Трансформанта магнитного поля
Dg, мГал
-0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20
DТ, нТл
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80

58.

ЗОНАЛЬНО-РЕГИОНАЛЬНЫЕ РАБОТЫ НА ПАТРАКОВСКОЙ ПЛОЩАДИ
локальная составляющая магнитного поля
региональный фон магнитного поля
III
III
DT,
нТл
DT,
нТл
38
-85
34
-95
30
-105
26
-115
22
18
-125
14
-135
10
-145
6
-155
2
-165
-2
-175
-6
-185
-10
II
-14
-195
-18
-205
-22
-215
II
-1
-2
-3
II -4
0
-5
-6
4
8 км
-7
1 - граница площади работ; 2 - пункты гравиметрических наблюдений; 3 - региональный профиль 2001-2002 гг.(Петрецовский); 4региональные разломы (II - рифейского заложения с последующей активизацией, III - Восточно-Тиманский); 5 - фронты надвигов;
6 - взбросы; 7 - вероятная аномальная зона в фундаменте и нижней части осадочного чехла.

59.

Магниторазведка при поисках и разведке рудных
месторождений
10

60.

Распространенность элементов в земной коре
Распространенность, атомов элемента
на 106 атомов кремния
https://en.wikipedia.org/wiki/Crust_(geology) https://en.wikipedia.org/wiki/Abundance_of_elements_in_Earth%27s_crust
Fe, Ni - ферромагнитны
Атомный номер, Z

61.

Распространенность элементов в земной коре
http://www.kovka-pro.ru/metally-i-splavy.html
Fe, Ni ферромагнитны
http://www.sci.aha.ru/ALL/d1.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Abundances_of_the_elements_(data_page)

62.

Самородок золота «Плита Холтермана»
https://ru.wikipedia.org/wiki/Самородок
Найден в 1872 году в Австралии
Наибольший линейный размер
1,42 метра
Масса общая более 200 кг.
Масса золота около 100 кг

63.

Содержание золота в руде
Содержание золота
(как и большинства
металлов) падает,
приходится искать все
более бедные руды, во все
более сложных условиях.
Необходима геофизика
https://en.wikipedia.org/wiki/Gold_mining

64.

Литература.1
https://yadi.sk/d/hLqDpKDlxHW5c
https://yadi.sk/d/efpdyOW8qMXv4
Минералогия Петрография Петрология
https://yadi.sk/d/6SLKsfYwxHWSh
Геология полезных ископаемых. Металлы
https://yadi.sk/d/abL8ghdcfBAdN
Рудные месторождения СССР в 3-х томах (1978)

65.

ЖМК железомарганцевые
конкреции.
КМК - кобальтмарганцевые
корки.
ГПС глубоководные
полиметаллические
сульфиды
1 – граница мегапояса океанского железомарганцевого конкрециеобразования; 2 – граница поясов океанского железомарганцевого конкрециеобразования;
3 – номера и названия поясов: I – Северный Приэкваториальный, II – Экваториальный, III – Южный Приэкваториальный, IV – Субантарктический; 4, 5 – поля
распространения ЖМК и КМК (цифры в кружках): 1 – Кларион-Клиппертон, 2 – Центрально-Тихоокеанское, 3 – Перуанское, 4 – Калифорнийское, 5 – Пенрин,
6 – Южно-Тихоокеанское, 7 – Менарда, 8 – Уэйк, 9 – Мидпасифик, 10 – Гавайское, 11 – Магеллановых гор, 12 – Лайн, 13 – Центрально-Индоокеанское, 14 –
Западно-Австралийское, 15 – Диамантина, 16 – Мадагаскарское, 17 – Экватор, 18 – Северо-Американское; 6 – скопления океанических сульфидных руд: 1 – ТАГ,
МИР, Снейк Пит, Брокен Спур, Лаки Страйк, Менез Гвен; 2 – Логачев; 3 – Красное море (впадины Атлантик II, Вальдивия, Суакин); 4 – Трог Окинава, ИдзуБонино; 5 – Манус, Вурдлак; 6 – Трог Лау; 7 – Хуан-де-Фука, хр.Эксплорер, хр.Эндевор; 8 – Калифорнийский залив (Гуаймас), 21о с.ш. ВТП, 9 – 12о с.ш.ВТП,
10 – Галапагос; 11 – 21-22о ю.ш. ВТП; 12 – Командорские о-ва (вулкан Пийпа); 7 – фосфориты (фосфоритовые провинции и области): 1 – Калифорнийская,
2 – Перуано-Чилийская, 3 – Япономорская, 4 – Чатем, 5 – Средне-Тихоокеанская, 6 – Капская, 7 – Марокканская, 8 – Атлантическая; 8 – осевая зона и центральный
рифт срединно-океанического хребта: И-Т – Индо-Тихоокеанское звено, И-А – Индо-Атлантическое звено, И-К – Индо-Красноморское звено мировой системы
срединно-океанических хребтов
http://www.vipstd.ru/gim/content/view/70/146/

66.

Схема металлогенического районирования России (2002)
http://www.geokniga.org/maps/3950

67.

Разведочная геофизика, стадийность
http://www.spectra-geo.narod.ru/Study/gm_all.pdf

68.

Рудная геофизика, методы

69.

Диаграмма зависимости магнитной восприимчивости горных
пород от концентрации С ферромагнитных минералов
Линейная
зависимость
при С > 0.01

70.

Зависимость магнитной восприимчивости от содержания
ферромагнитной фракции в интрузивных породах
Ферропарамагнитные
породы
Ферромагнитные
породы
1 - гранитоиды
2 - диориты и габбро
3 - гипербазиты
4 - поле корреляции
по теоретическим
расчетам
Магнитная восприимчивость в 1.26·10-6 ед. СИ

71.

Железные руды
Гематит: главная железная руда в
бразильских шахтах
https://ru.wikipedia.org/wiki/Железная_руда
Магнетит
https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetite

72.

Курская магнитная аномалия.1
Добыча железной руды
(млн. т):
1960 — 5,8,
1970 — 19,9,
1980 — 68,3,
1983 — 77,5
2012 — 183.6
http://www.mining-enc.ru/k/kurskaya-magnitnaya-anomaliya/

73.

Курская магнитная аномалия.2
Амплитуда аномалий
более 13 000 нТл
http://nw-geo.ru/geophysics/tech/magnetic/

74.

Применения магнито- и электроразведки на контактово-метасоматическом
месторождении в Горной Шории (Кемеровская область)
1 - сланцевая толща,
2 - порфириты,
3 - сиениты,
4 - магнетитовая руда
Рудные тела, содержащие магнетит, приурочены к сланцевой толще, прорванной мелкими штоками порфиритов и
сиенитов. Рудное тело уверенно фиксируется повышенными значениями вертикальной составляющей аномального
магнитного поля, кажущейся поляризуемости (ВП) и пониженными значениями кажущегося сопротивления (КС).
Геофизические методы исследования земной коры_Хмелевской http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1161637&uri=page18.html

75.

Результаты гравимагнитных работ по профилю полиметаллического месторождения
1 — песчано-глинистые отложения; 2 — осадочные, преимущественно карбонатные породы верхнего девона —
нижнего карбона; 3 — желваковистые известняки; 4 — известняки красноцветные; 5 — эффузивы и туфы;
6 — гематит-магнетитовые руды; 7 — гематитовые руды; 8 — полиметаллическое оруденение

76.

Медные руды
Медьсодержащие минералы
https://ru.wikipedia.org/wiki/ Медные_руды

77.

Магниторазведка и электроразведка (массив основных пород)
1 – морена, 2 – гнейсы, 3 – пироксениты, 4 – перидотиты, 5 – габбро,
6 – рудные тела, 7 – график DZ, 8 – график ηk

78.

Молибденовые и вольфрамовые руды
Молибденит , MoS2
https://ru.wikipedia.org/wiki/Молибденит
Шеелит CaWO4
https://ru.wikipedia.org/wiki/Шеелит

79.

Поиски скарновых вольфрамово-полиметаллических месторождений в Северном
Приморье магнитная съемка масштаба 1:10 000 выявляет рудные залежи,
Приуроченные к скарнированным диабазовым порфиритам (рис. XV. 16).
Четкая локализация магнитных аномалий обусловлена повышенным намагничением
полиметаллических руд, для которых характерны наиболее вероятные значения
=750-10-5 ед. СИ и
In = 1-1.5 А/м, почти в
4 раза превышающие
аналогичные параметры
вмещающих пород.

80.

Бокситы
https://ru.wikipedia.org/wiki/Боксит

81.

Бокситы. Магниторазведка
Бокситы геосинклинального
типа,
характеризующиеся обычно
магнитной восприимчивостью до
(100—150)*10-6 ед. СГСМ,—
наименее благоприятный объект
для магниторазведки.
Однако в ряде случаев можно
проследить отдельные залежи,
основываясь на известных
разрезах,
если они размещены среди
немагнитных известняков под
практически немагнитными
наносами небольшой мощности
(рис.5 XV.23).
При магнитной восприимчивости
бокситов более 200-10-6 ед.
СГСМ магниторазведку можно
использовать уже как
поисковый метод.

82.

Бокситы. Магниторазведка
Платформенные месторождения магнитных
бокситов, залегающие среди немагнитных
образований на плотном немагнитном фундаменте
(известняки, сланцы, песчаники), наиболее
благоприятны для применения магниторазведки.
Здесь с ее помощью можно решать не только
поисковые, но и разведочные задачи — оценивать
размеры рудных тел (рис. XV.24).
Однако тела эти, как правило, очень небольших
размеров (рис. XV.25).

83.

Золото

84.

Съемка в пределах старого золоторудного месторождения “Свердловское”
https://refdb.ru/look/1256012-p2.html
а) графики полного вектора аномального магнитного поля DТа, локальной составляющей гравитационного поля
Dgлок и мощности экспозиционной дозы I ;
б) количественный геоэлектрический разрез АМТЗ по контрольному профилю.
1 - 0 – 280 м: габбро, в интервале 0-50 м – трещиноватые габбро;
2- 280 – 340 м: зона метасоматических изменений, золото-кварцевое оруденение месторождения "Свердловское";
3- 340 – 560 м: граниты, в интервалах 340-500 м – зона дробления и трещиноватости, 440-460 м – глубинный разлом.

85.

Уран
Уранинитовая руда
(Настуран, урановая смоляная руда)
https://ru.wikipedia.org/wiki /Уран_(элемент)
Карнотит
(водный уранованадат калия )

86.

1 - элювий-делювий,
2 - трахилипариты,
3 - трахидациты и их туфы,
4 - разрывные нарушения
Ураноносными тектонические зоны дробления в эффузивах
Геофизические методы исследования земной коры_Хмелевской http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1161637&uri=page18.html

87.

Принципы действия магниторазведочной аппаратуры.
Методики магнитных наблюдений при производстве
магнитных съемок различных масштабов
11

88.

Виды измерений
X
H
X
D
Y
Y
I
T
Z
Z
В настоящее время в
магниторазведочной практике,
чаще всего, производят
измерения модуля полного
вектора магнитного поля Земли
T и его приращения DT, что
определяется используемой
аппаратурой.
Вплоть до 80-х годов XX века
преобладали измерения Z –
вертикальной составляющей
магнитного поля Земли и его
приращения DZ.

89.

Наиболее важные характеристики приборов
- Чувствительность прибора - отношение сигнала на выходе прибора к
вызвавшему его изменению измеряемой величины.
Мерой чувствительности средства измерения является совокупность его
коэффициентов преобразования (КП). Для магнитометров с электрическими
схемами КП оцениваются в вольтах на теслу или в герцах на теслу.
Для приборов со шкальными указателями чувствительность определяют
как величину, обратную цене деления.
- Цена деления шкалы прибора – разность значений между двумя соседними
отметками шкалы, для аналоговых шкал; для цифровых цена деления равна
последнему знаку цифрового табло;
- Диапазон измерений – область значений шкалы, ограниченная начальным
и конечным значениями шкалы;
- Систематическая погрешность - погрешность, зависящая от внешних условий –
температуры, давления;
- Приборная погрешность – обусловлена несовершенством шкалы;
- Время одного измерения
- Масса
- Стоимость прибора; стоимость и условия его ремонта или замены
Рассматривается при прочих равных условиях, определяющим фактором должны
быть характеристики и особенности эксплуатации того или иного типа приборов.

90.

Смещение нуль-пункта
При повторном геомагнитном измерении в какой-либо точке спустя
некоторое время, даже при учете вариаций магнитного поля, а также
температурных и иных внешних влияний на показания прибора, результаты
будут отличаться от первоначальных.
Это явление называется изменением или смещением (уходом, сползание)
нуль-пункта прибора (НП).
Изменения НП приборов с механической конструкцией связано с некоторым
изменением взаимного положения элементов конструкции с течением
времени под влиянием механических сотрясений.
Изменения НП приборов с электроникой обусловлены недостаточной
стабильностью электрического режима.
Недостаточность устойчивости физических процессов, используемых в
чувствительных элементах прибора, также ведет с смещению НП.

91.

Виды магнитометров
Приборы, предназначенные для измерения вектора магнитной индукции, его
модуля или его компонент и их приращений называют магнитометрами.
По измеряемым параметрам поля магнитометры можно условно разделить на
модульные, векторные, компонентные и дифференциальные (градиентометры).
Модульные приборы измеряют модуль полного вектора магнитного поля
Земли.
Векторные приборы измеряют либо ортогональные компоненты X, Y, Z,
либо |T|, склонение и наклонение, т.е.величины по которым в результате
можно полностью описать вектор T.
Компонентные приборы измеряют только определенную компоненту,
например вертикальную или горизонтальную.
Дифференциальные магнитометры или градиентометры - для измерения
производных магнитного поля, как правило, горизонтального или
вертикального градиента магнитного поля.

92.

Типы магнитометров
В зависимости от условий использования магнитометры
подразделяются на следующие типы.
1. Наземные магнитометры – для измерения на суше.
2. Аэромагнитометры (обычно, это квантовые магнитометры) - для
измерений с борта летательного аппарата – самолёта или
вертолёта.
3. Скважинные магнитометры (феррозондовые) применяются для
исследования буровых скважин.
4. Шахтные магнитометры - для измерений в горных выработках.
5. Морские магнитометры - для исследований в воде.
6. Спутниковые - на искусственных спутниках Земли.
Магнитометры также различаются по принципу действия
магниточувствительного датчика, от которого зависит, какие
компоненты поля способен измерять магнитометр.

93.

Классификация магнитометров по принципу действия
магниточувствительного элемента

94.

Оптико-механические магнитометры.1
Магниточувствительным элементом (МЧЭ) в оптико-механических
магнитометрах является постоянный магнит, закрепленный на
металлической или кварцевой нити с обеспечением одной степени
свободы.
Магнитометры с магниточувствительным элементом, закрепленным
на нити, называют торсионными.
В основе измерений таким магнитометром лежит принцип измерения
магнитными весами.
Магнитные весы - приборы, действующие по принципу маятниковых,
крутильных или рычажных весов, применяемые для измерения
магнитной восприимчивости тел, анизотропии восприимчивости,
реже вертикальной и горизонтальной составляющих напряжённости
магнитного поля Земли.

95.

Внешний вид оптико-механических магнитометров
а
а
б
в
а - M-27, б - M-27М, в - GM-30100

96.

Протонные магнитометры.1
Протоны, имея собственный спин и магнитный момент, прецессируют (вращаются) в
магнитном поле Земли вокруг его направления с частотой, определяемой соотношением
Лармора:
f – частота прецессии протона [Гц],
– гиромагнитное отношение ядра
(атомная константа),
H – напряженность магнитного поля Земли

97.

Протонные магнитометры.2
Атомная константа не зависит от внешних факторов – температуры,
давления и пр., поэтому частота прецессии ядра для данного изотопа
зависит только от внешнего магнитного поля.
Поэтому, измерив частоту прецессии можно определить
напряженность магнитного поля.
Для измерения магнитного поля удобнее всего использовать
простейшие атомные ядра – протоны, так как они в жидкостях дают
наиболее острый и интенсивный резонанс.
Если поместить образец с протонами (например, сосуд с водой или со
спиртом) в катушку индуктивности, то в последней возникает ЭДС с
частотой, равной частоте прецессии протонов.
В современных магнитометрах в качестве водородосодержащей
жидкости используют керосин, гептан, этиловый спирт.

98.

МИНИМАГ-М - модернизированный одноканальный
протонный магнитометр
Геолого-геофизическое направление->Приборостроение
http://www.geolraz.com/page/MINIMAG

99.

Магнитометры Оверхаузера
Оверхаузеровские магнитометры основаны на той же связи прецессии
протонов с внешним полем, но в них используется другой способ
возбуждения – принцип динамической поляризации или эффект
Оверхаузера.
Здесь рабочее протонсодержащее вещество содержит добавку
специальных свободных радикалов с неспаренными
электронами, делающих состав парамагнитным.
Эффектом Оверхаузера названо резкое (в несколько сот раз)
возрастание интенсивности ядерного магнитного резонанса (ЯМР) при
насыщении уровней электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в
том же веществе.
К недостаткам метода следует отнести непродолжительность жизни
рабочего вещества, что создает неудобства при производственных
магнитных съемках.

100.

Оверхаузеровский магнитометр MMPOS-1
http://protonmag.ru/equipment/item-36/
http://geoget.ru/images/stories/MMOPS.pdf http://geodevice.ru/main/magnetometers/mmpos1/
Диапазон, (гамм) - 20000-100000 нТл, 35000 – 200000 нТл (по запросу)
Разрешение - 0.001 нТл
Чувствительность (СКО)
0.01 нТл в 3 сек цикле, 0.05 нТл в 1 сек цикле
Градиентоустойчивость 20000 нТл/м
Цикличность измерений
1, 2, 3 сек (опционально - до 0.2 сек)
Рабочая температура -20/+60 0C
Общий вес
4.5 кг

101.

Квантовые магнитометры
Квантовые магнитометры основаны на принципе оптической накачки
(эффекте Зеемана).
Эффект Зеемана, представляет собой расщепление спектральных линий под
действием магнитного поля.
Эффект обусловлен тем, что в присутствии магнитного поля В, квантовая
частица, обладающая магнитным моментом M, приобретает
дополнительную энергию DE= -M·B, пропорциональную её магнитному
моменту. Приобретённая энергия приводит к снятию вырождения атомных
состояний по магнитному квантовому числу и расщеплению атомных линий.
Принцип действия квантовых магнитометров основан на выделении частоты
резонансного поглощения электромагнитного излучения при переходе
атомов рабочего вещества между двумя дискретными
зеемановскими подуровнями, расстояние между которыми, а следовательно,
и частота перехода зависит от внешнего магнитного поля
Эффект Зеемана справедлив для паров щелочных металлов
(цезий Cs, рубидий Rb, натрий Na, калий K) и инертных газов.

102.

Эффект Зеемана
https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Зеемана
Слева - невозмущенные уровни.
Справа - уровни, расщепленные под воздействием магнитного поля.
Стрелками показаны дипольно-разрешенные переходы.

103.

Пешеходный квантовый магнитометр ПКМ-1М
http://geodevice.ru/main/magnetometers/pkm-1m/
Диапазон измерения магнитного поля - 20 000 - 100 000 нТл
Разрешающая способность - 0,01 нТл
Предел систематической погрешности - не более 2 нТл
Максимальное быстродействие - 10 изм/с
Время установления рабочего режима в нормальных условиях - не более 15 мин
Объем памяти - 4,0 Мбайт
Диапазон рабочих температур
-10 ... +50 °С
Масса рабочего комплекта - не более 5 кг

104.

Феррозондовые магнитометры.1
Феррозонд – электрическая катушка с сердечником из магнитомягкого ферромагнетика
(типа пермаллоя), питаемая переменным током, которая чувствительна к величине и
направлению внешнего магнитного поля.
Пермаллой – общее название прецизионных магнитомягких сплавов , состоящих из
железа и никеля (45–82 % Ni), Сплавы обладают высокой магнитной проницаемостью
(~100 000), малой коэрцитивной силой, вследствие чего, практически не имеющих
потерь на гистерезис в малых магнитных полях.
Коэрцитивная сила — такое
размагничивающее внешнее магнитное
поле, которое необходимо приложить к
ферромагнетику, предварительно
намагниченному до насыщения, чтобы
довести до нуля его намагниченность или
индукцию магнитного поля внутри.
График намагничивания пермаллоя

105.

Феррозондовые магнитометры.2
Самая простая измерительеая
схема магнитометра - схема –
феррозонда пик-типа основана
на выходе сердечника на
магнитное насыщение.
К феррозонду подключается
источник переменного
синусоидального тока и через
некоторое время сердечник
выходит на магнитное
насыщение, при этом у
катушки резко падает
индуктивное сопротивление
(рис. 3.10.а).
Тогда ток и напряжение на активном сопротивлении R резко возрастают. Если присутствует
внешнее магнитное поле, то сердечник им подмагничивается дополнительно и раньше выходит на
насыщение. В результате скачок напряжения на катушке будет происходить раньше, а по
амплитуде он будет больше, чем при отсутствии внешнего магнитного поля (рис. 3.10.б).
При следующем полупериоде, когда внешнее магнитное поле будет противоположно полю в
катушке, насыщение наступит позже, а амплитуда сигнала будет меньше, чем в случае отсутствия
внешнего поля. По времени смещения скачка напряжения и его амплитуде можно судить о
величине внешнего магнитного поля, в том числе и магнитного поля Земли.

106.

Сравнительная характеристика магнитометров с
разными типами магниточувствительных элементов

107.

Пешеходные магнитометры
Модульные пешеходные магнитометры предназначены для измерения модуля полного вектора
магнитного или его приращения.
К модульным магнитометрам относятся все протонные, оверхаузеровские и квантовые.
В настоящее время они являются наиболее распространенными в геофизике, так как они наиболее
просты и надежны в эксплуатации, а также имеют высокую производительность и точность.
В результате они практически вытеснили из поисковой и разведочной геофизики остальные
приборы, оставив для них решение фундаментальных и специальных задач.
Способы работы с датчиком магнитометра: а – система для крепления за спину оператора,
б – штанга с плечевым ремнем, в – штанга для постановки на землю

108.

Векторные и компонентные наземные магнитометры
Выбор векторных
магнитометров,
предназначенных
для геофизических
работ не так велик
как модульных.
Это объясняется тем, что измерение вектора магнитного поля Земли, гораздо
более трудоемко, чем его модуля. Аппаратура же предназначенная для
измерения полного вектора тяжелее и менее удобна в использовании.
Измерение полного вектора осуществлялось путем регистрации 3 компонент:
- либо X, Y, Z
- либо |T|, I, D.
Для измерения компонент X, Y и Z лучше всего подходят феррозондовые
магнитометры.

109.

Аэромагнитометры
Аэромагнитометры должны иметь достаточно высокую скорость измерения, так как
аэросъемка происходит в движении на большой скорости. Поэтому большинство
современных аэромагнитометров – квантовые, способные производить до 1000 отсчетов в
секунду, но применяются также протонные и феррозондовые.
Датчики аэромагнитометров
устанавливаются в выпускную
гондолу или стингер, а блок
регистрации и управления
располагается на борту
летательного аппарата.

110.

Аэромагнитометр GT-MAG
http://www.gtcomp.ru/ru/products/gt-mag_ru.html
Позволяет проводить высокоточную
магнитную съемку в комплексе с
аэроэлектроразведкой.
Темп измерений (до 1000 раз в секунду)
Подключаемые устройства:
GT-MAG:
- Квантовые цезиевые датчики - до 4 шт.
- Феррозондовые трехкомпонентные
магнитометры - до 3 шт.
- Радиовысотомер
- Барометрический датчик
- Датчик температуры - до 2 шт.
- GPS-приемники - до 3 шт.
- Бортовой компьютер
- Индикатор пилота

111.

Аэромагнитометр GSMP-30

112.

Морские магнитометры.1
Морской магнитометр состоит из набортной части – блок управления и
регистрации, забортной части (гондола с датчиком) и соединяющего их
кабеля с электростатической и иногда магнитной экранировкой.

113.

Морские магнитометры.2
Для спуска и подъема гондолы используется лебедка или другое
кормовое оборудование.
Принципиально по схемным решениям морские приборы не
отличаются от соответствующих воздушных аналогов,
хотя требования к быстродействию в морских вариантах менее
жесткие. Особенностью морских приборов являются
специальной конструкции герметичная гондола и специальные кабели.
Гондолы морских магнитометров имеют обтекаемую форму и
водонепроницаемый корпус, в который размещается датчик
и система спутниковой навигации.
Часто при морских исследованиях измеряют градиент полного вектора
магнитного поля, это позволяет избавиться от измерения вариаций,
которые проблематично осуществлять в акваторных условиях.
В случае применения магнитовариационных станций их используют в
буйковом и донном вариантах.
Наиболее крупные производители морских магнитометров - канадские
фирмами Geometrics и Marine Magnetics

114.

Масштабы съемок
Масштаб съемки в геофизике определяется расстоянием между
профилями, его можно записать соотношением 1:100n,
где n – расстояние между профилями в метрах.
Масштаб съемки связан c масштабом отчетной карты, расстояние
между профилями должно в общем случае составлять 1 см, таким
образом, масштаб отчетной карты соответствует масштабу съемки.
В случае прямоугольной сети, расстояние между профилями обычно
делают в 5–10 больше расстояния межу точками наблюдения на
профилях.
При выборе рациональной сети наблюдения руководствуются
стадией работ и главное размерами предполагаемых аномалий и их
формой в плане, аналогично определению шага.

115.

Масштабы магнитных съемок

116.

Наземная магнитная съёмка
Наземная съёмка была основным видом магнитной съёмки. С появлением
высокоточных спутниковых навигационных приборов и быстрых магнитометров на
ведущие позиции вышла аэромагнитная съёмка, которая позволяет добиваться
результата сопоставимого по точности с наземной съёмкой вплоть до масштаба 1:5 000.
Однако аэромагниторазведка выгоднее по цене и производительности только при
больших площадях работ, поэтому наземная съёмка по-прежнему широко используется.
Перед выходом в маршрут оператор должен проверить прибор. Также за 1–2 часа до
выхода маршрут должна быть установлена вариационная станция, работоспособность
которой также проверяется. Часы вариационной станции и магнитометра, которым
осуществляется рядовая съёмка, должны быть синхронизированы. В магнитометрах,
снабженных GPS приборами, такая синхронизация не обязательна, поскольку запись
времени проводится со спутников.
Оператор не должен иметь на себе магнитных объектов (железных пуговиц, пряжек,
ключей и т.д.), которые могут исказить результаты съёмки. Датчик прибора крепиться за
спину на высоте около 2 м, чтобы избежать влияния почвы и приповерхностных
неоднородностей. В полевом журнале съёмки рекомендуется отмечать характерные
особенности рельефа, гидросети, техногенные объекты и прочее. В последствие эти
данные помогут при выбраковке некондиционных данных и обработке результатов
съёмки.

117.

Аэромагнитная съёмка.1
Аэромагнитная съемка (АМС) – это магнитная съемка, выполняемая над поверхностью
Земли с борта летального аппарата - самолета или вертолета.
Крепление датчика в стингере (а) и в гондоле (б).

118.

Аэромагнитная съёмка.2
В отечественной геофизике чаще всего:
- используются самолеты Ан-2, Ан-24 и вертолеты Ми-8.
- геофизическая аппаратура находится на борту не постоянно, а монтируется перед
съемками, на один из самолетов или вертолетов, находящихся в ближайшем аэропорту
и снимается после завершения работ.
За рубежом (США, Канада, Австралия), как правило, применяют постоянно
оборудованные под аэрогеофизические работы летальные аппараты, бывает даже и
специально сконструированные для этих целей.
Оба этих подхода имеют как свои достоинства, так и недостатки.
Аэромагнитная съёмка решает большой спектр задач и применяется как при
региональных работах, так и при поисково-разведочных.
Преимущества аэромагнитной съемки по сравнению с наземной следующие:
- большая производительность;
- при больших площадях меньшая стоимость;
- возможность использования массивной аппаратуры и оборудования;
- меньшее влияние приповерхностных неоднородностей на результаты съёмки;
- возможность приводить работы в труднодоступной местности и районах с тяжелыми
природными условиями, в том числе и над акваториями.

119.

Аэромагнитная съёмка.3
Самолет L410, оборудованный аэромагнитным комплексом на базе
аэромагнитометра GT-MAG.
Выпускное оборудование
(порт) и гондола.
Аэромагнитное оборудование и его крепление
Основная методическая проблема при аэромагнитной съемке – влияние летательного
аппарата, который является проводящим объектом, движущимся в магнитном поле
Земли, а следовательно создающим вторичное магнитное поле.
Кроме того, летательный аппарат имеет детали, выполненные из магнитных материалов
и электрические приборы, которые создают магнитное поле, причем некоторые из них
работают не постоянно, а включаются и выключаются по мере необходимости.
Все эти воздействия вызывают искажение результатов магнитных измерений – девиацию.

120.

Аэромагнитная съёмка.4
Минимизировать девиацию можно путем удаления от летательного
аппарата, что достигается при помощи выноса датчика магнитометра
за борт самолета в специальную гондолу, буксируемую за летательным
аппаратом на трос-кабеле длиной от 30 м и более. Гондола
представляет собой обтекаемый контейнер, в который устанавливается
измерительное оборудование, в первую очередь датчик магнитометра.
На фюзеляж летательного аппарата устанавливается выпускной порт, с
которого гондолу выпускают после взлета, и куда поднимают перед
посадкой.
Влияние самой гондолы на результаты измерений существенно
меньше по сравнению с летательным аппаратом, но все же,
присутствует, поэтому его компенсируют методическими приемами.
Использование выпускной гондолы накладывает ограничения на
процесс полета, к тому же, полет с гондолой может быть не
безопасным. В практике аэрогеофизических съемок были случаи,
когда выпускная гондола зацеплялась за вершины деревьев, в лучшем
случае это приведет к обрыву кабеля и потере гондолы.

121.

Аэромагнитная съёмка.5
До недавнего времени основной проблемой при использовании
гондолы была невозможность точного определения ее положения в
пространстве, что снижало точность съёмок. С появлением
высокоточной спутниковой навигации эта проблема решилась
установкой навигационного прибора непосредственно в гондолу.
Альтернативой выпускной гондоле является жесткое крепление
датчика в специальной капсуле – стингере.
Он крепится с хвостовой части самолета или под днищем вертолета.
В отечественной геофизике крепление датчика магнитометра в
стингере применяется в основном при съёмке с самолета.
В большинстве случаев, при креплении в стингере осуществляется
динамическая компенсация девиационных помех, хотя в настоящее
время есть и аналитические способы расчет поправки.
Динамическая компенсация заключается в установке на борту
специальных источников магнитного поля.

122.

Классификация аэромагнитных съемок.1
Аэромагнитная съёмка может проводиться по различной системе:
- на фиксированной барометрической высоте,
- с генеральным или детальным огибанием рельефа,
- методом ступеней
- методом скатывания
- по горизонталям рельефа.
Последние три применяются, главным образом, в горных районах.
По высоте АМС бывает:
- маловысотная, 25 – 100 м;
- средневысотная, 100 – 300 м;
- на больших высотах, 300 м и более;
- двухвысотные магнитные съёмки (ДМС);
- многовысотные магнитные съёмки.

123.

Длополнительно об аэромагнитных съемках
Учёт вариаций при проведении аэромагнитной съёмки осуществляется
наземными магнитовариационными станциями.
При больших площадях используется две и более МВС.
Одним из основных требований к аппаратуре для аэромагнитных съемок,
является высокая скорость измерения.
На современном этапе развития при аэромагнитной съемке используются в
большинстве случаев квантовые магнитометры. Используются также
феррозондовые и протонные магнитометры.
Современная аэромагнитная съёмка может производиться вплоть до
масштаба 1:5 000.
Это обусловлено появлением систем спутникового позиционирования.
Если раньше определять положение гондолы в воздухе в каждый момент
времени было практически невозможно, то теперь эта проблема решается
установкой в выносную гондолу прибора спутникового позиционирования.
Используются спутники GPS (англ. Global Positioning System) и ГЛОНАСС,
разработанных и реализованных в США и России соответственно. Часто
используют навигационное оборудование, способное работать с обоими
системами спутников, что увеличивает точность определения координат.

124.

Морская магнитная съёмка или гидромагнитная съемка (ГМС)
Морская магнитная съёмка или гидромагнитная съемка (ГМС) применяется
для изучения геологического строения и поисков полезных ископаемых на
акваториях.
Перед каждым длительным рейсом аппаратура опробуется в море и снимется
девиационная кривая системы гондола – трос-кабель – корабль.
Постоянная составляющая девиационной кривой определяется путем
сравнения показании магнитометра на одном из галсов при различной длине
буксировочного трос-кабеля. Снятие девиационной кривой обязательно
выполняется также при замене гондолы в процессе съемки, при замене
изменении длины буксировочного трос-кабеля и при смене района работ.
Схема расположения гондолы при морской магнитной съемке

125.

Гидромагнитная съёмка (ГМС)
Спуск за борт и подъем гондолы производят при скорости судна 4-7 узлов (1852
м/ч или 1 морская миля в час) .
Гондола буксируется на расстоянии, равном двум длинам судна.
Учет вариаций при гидромагнитной съёмке методически более сложен чем при
других видах. Одним из средств приближенного учета вариаций является увязка
рядовых галсов по опорным маршрутам.
Используются также МВС, расставленные на побережье, на льду, на островах,
буях, и донные автоматические станции.
Необходимо стремиться, чтобы расстояния от МВС до участка работ были
минимальными.
Следует учитывать, что на островах и на побережье континентов в полосе
шириной несколько десятков километров вероятно проявление берегового
эффекта, который может влиять на записи МВС и на сами результаты ГМС в
непосредственной близости от берега.
Береговой эффект возникает из-за разности проводимости морской воды и пород,
слагающих берег и проявляется, в частности, в сдвиге фаз вариаций МПЗ.