Полевая геофизика. Магниторазведка (лекция 2 )

1. «Полевая геофизика» Лекция 2 МАГНИТОРАЗВЕДКА

2.

Магнитометрическая или магнитная разведка –
это
геофизический
метод
решения
геологических задач, основанный на изучении
магнитного поля Земли.
Глубина исследования не превышает 50 км.
Применяется всех этапах геологоразведочных
работ.

3. ГЛАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

T –напряженность
Z – вертикальная составляющая T
Н – горизонтальная составляющая Т
J – угол наклонения
D –угол склонения
Í = Ò · cos I Z = H · tgI
Z = Ò · sin I T 2 = H 2 + Z 2
Единицы измерения:
напряженность (Т):
СГС- эрстед (Э)= 105 (гамм)
СИ- ампер/метр
1 Э=(1/4π) · 103 А/м
магнитная индукция (B):
СГС-гаусс (Гс)
СИ- тесла (Тл)
1Тл=104 Гс
При магнитной разведке измеряют,
как правило, Z, H или T

4. КАРТА ВЕРТИКАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ (изодинам Z) МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ эпохи 1975 года

5. КАРТА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ (изодинам H) МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ эпохи 1975 года

6. Карта изопор Н для периода 1970-1975 г

7. Магнитные свойства горных пород

• Основное влияние на структуру аномального
магнитного поля оказывают:
• - магнитная восприимчивость – каппа ( )
- намагниченность (J).

8. Минералы делятся на три группы:

Магнитная восприимчивость (каппа-κ) характеризует
способность горных пород к намагничиванию под
воздействием внешнего магнитного поля.
Минералы делятся на три группы:
ДИАМАГНЕТИКИ – намагничивание
происходит
в
направлении,
противоположном
действующему
на
материал внешнему магнитному полю
(вода, соль, нефть, кварц, кальцит, барит Au,
Ag, Cu и др).

9.

• ПАРАМАГНЕТИКИ
–
намагничивание
происходит как в направлении внешнего
магнитного поля, так и против поля.
Атомы слабо ориентируются – минералы
становятся слабомагнитными.
После снятия поля – намагниченность исчезает,
остаточное поле не создается.
(Ильменит, пирит, биотит, плагиоклаз, доломит
и др.)

10.

ФЕРРОМАГНЕТИКИ – при снятии внешнего
намагничивающего поля частично сохраняется
намагниченность того же направления.
Большинство ферромагнетиков – соединения
железа, широко представленные во многих
породах.
Минерал
Хим.
формула
Точка Кюри
(ОС)
Намагниченность
103 А/м
Ед. СИ
магнетит
Fe3O4
578
490
4-25
гематит
Fe2O3
560-640
1.5-2.5
10-4-2*10-3
маггемит
Fe2O3
560-640
435
4-25
пирротин
Fe7O8
300-325
17-70
10-2-10-1

11.

• Магнитная восприимчивость пара- и
феррамагнетиков уменьшается с повышением
температуры: k = C , где
T
• T- абс.температура
• С- постоянная Кюри, при которой магнитная
восприимчивость исчезает.
• Точка Кюри (θ) у разных минералов меняется
от + 400 до 700 °С ( что соответствует глубине
~50 км):
• -магнетит θ = 578 °С
• -гематит θ = 675 °С
• - пирротин θ = 300-325 °С

12.

Разведываемые геологические структуры и руды с магнитной
восприимчивостью залегают среди вмещающих пород с
восприимчивостью о.
Поэтому, представляет интерес избыточная или эффективная
магнитная восприимчивость ∆
∆ = о
∆ может быть и +, и -.
При отличии ∆ от нуля возникают магнитные аномалии.
замеряют в естественном залегании и на образцах горных пород.
Единицы измерения – безразмерные единицы [ед. СГС]; [ед.СИ]

13.

Определяется, в основном, концентрацией ферромагнитных минералов.
Кроме того: =f (размера кристалла ф.м. – – растет с увеличением зерен),
=f (формы включений ф.м. – менее магнитны г.п., где ферромагнитные
минералы образуют изолированные включения)
Осадочные породы – наименее магнитны =5-10*10-5 СИ,
в т.ч. карбонатные и хемогенные =4*10-5 СИ,
Магматические породы: зависит от состава. Содержание ферромагнетиков
повышается от кислых к основным и ультраосновным г.п.
- граниты: ср=0-0.4*10-3СИ,
- диориты: ср=2-4*10-3СИ,
- габбро: ср=2-8*10-3СИ,
- пироксениты ср=2-25*10-3СИ.
Ультраосновные породы: неизмененные разности – слабомагнитны, т.к.
большая часть Fe входит в состав силикатов.
Но при серпентинизации этих г.п. часть высвобождаемого Fe преобразуется в
магнетит.

14.

• НАМАГНИЧЕННОСТЬ (J) горных пород
характеризует их способность создавать
магнитное поле и численно равна:
M
J=
V
где
-магнитный момент тела или образца
горных пород;
V - объем исследуемого тела.
M
Единицы измерения: в СГС –безразмерные единицы
в СИ – А/м
1åä.ÑÃÑ =
1
(4p )
3
2
·10 ( À / ì )

15.

Горная порода под воздействием напряженности магнитного поля
Земли приобретает индукционную намагниченность (Ji ).
1
Ji = T × ×
1+ × N
Где Ji -индукционная (наведенная) намагниченность
T - полный вектор магнитного поля Земли
N – коэффициент размагничения
(для тонкого пласта N= 4π; для тонкого цилиндра N = 0)
Для горных пород небольшой магнитной восприимчивости ( )
Ji = T ×

16. Магнитные свойства горных пород

• При намагничении горных пород во время их образования
(застывания, осадконакопления - при переходе т. Кюри, в древнем
магнитном поле) возникает и сохраняется остаточная
намагниченность (
).
Jr
Поэтому, суммарная намагниченность геологического тела J s
равна сумме векторов:
, где
=
+
J
J
J
J
r
s
i
s
J J
i
r
-суммарная намагниченность геологического тела
-индукционная (наведенная) намагниченность
-остаточная намагниченность

17. Нормальное магнитное поле Земли

Источником магнитного поля Земли является сама Земля.
В первом приближении его структура может быть представлена
в следующем виде (аналитическая формула для шара):
T =T
где
+
D
+
D
T
T
0
0
T -дипольная составляющая магнитного поля Земли
DT -планетарные аномалии
(T + DT -) главное магнитное поле Земли
DT- региональная и локальная магнитные аномалии (они
0
0
0
0
обусловлены разнонамагниченными породами литосферы)

18.

• Дипольная
составляющая
главного магнитного
поля Земли
представляет собой
поле диполя, как если
бы большой
намагниченный
брусок поместили в
ядре Земли.

19.

Магнитная стрелка, закрепленная на горизонтальной оси,
покажет направление силовых линий магнитного поля.
В экваториальной области векторы напряженности
параллельны дневной поверхности, а в полярных
наклонены под большим углом к горизонту.

20.

Ось магнитного поля отклонена от географической оси
(оси вращения Земли) на 11.50 – МАГНИТНОЕ
СКЛОНЕНИЕ (D)

21.

• Линии магнитного поля пересекают поверхность Земли
под разными углами.
• Угол между линией горизонта и направлением линий
магнитного поля – МАГНИТНОЕ НАКЛОНЕНИЕ (I)
• Наклонение “I” положительно, когда стрелка ниже
линии горизонта; отрицательно – когда выше.
I = 00 на экваторе
I = +900 на магнитном северном полюсе
I = -90 на магнитном южном полюсе.
• Пусть: I –наклонение
φ - географическая широта
tg I =2tg φ (1)

22.

• На дневной поверхности напряженность
дипольной составляющей будет иметь вид:
Ò=
0
Ì
2
1 + sin j
3
где
R
• М-магнитный момент Земли =1,15х 1022 (А/м2)
• R- расстояние до центра Земли (6,37х 108 см)
• φ – магнитная широта точки наблюдения
φ = φа ± D, где φа –астрономическая широта
D- магнитное склонение (+-восточное;--западное)
Z = 2M
R
3
× sin f
H =M
R
3 × cos f
тогда
T=
2
Z +H
2

23.

Напряженность
магнитного поля
изменяется
в
пределах:
- от
30 000
нТл на экваторе
- до 60 000 нТл
на
магнитных
полюсах
T= 60 000 nT
T=30 000 nT

24. Нормальное магнитное поле для реальной Земли

где
T
=
+
+
T 0 T 1f T 2lj T 3lft
1f
-поле однородного намагниченного шара
(диполя);
-поле материковых аномалий (глубина выше
2 lj
700км) ( λ –долгота, φ-широта);
-поле аномалий векового хода (t-геологическое
3lf t
время)
T
T
{T
T
1f
3lf t
+ T 2 lj}
-отражается на картах нормального
поля соответствующей эпохи
- отражается на карте изопор (векового хода)

25. ВАРИАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Вариации геомагнитного поля – связанные с
солнечной активностью.
Вариации геомагнитного поля, связанные с
процессами в недрах Земли и гравитационным
влиянием крупных планет Солнечной системы.

26. Влияние солнечной активности

27.

• 1. Кратковременные вариации от секунд до
нескольких минут, связанные с изменением
ультрафиолетового излучения (интенсивность до
нескольких гамм)
• 2. Суточные вариации за счет положения Земли
относительно Солнца (день, ночь)
(∆Z= 15-20 гамм; ∆H= 20-30 гамм)
• 3.Годовые вариации – через 11 лет, обусловлены
магнитными бурями из-за повышения солнечной
активности (интенсивность от 10 до 1 000 гамм)

28. Влияние крупных планет и внутренних процессов Земли

• 1.С периодов в 60 лет происходят вековые вариации за счет
гравитационного влияния Сатурна и Юпитера.
• 2.С периодом 2000 лет происходит смещение во времени на запад
центров мировых магнитных аномалий со средней скоростью 0,2о
в год, обнаруженное по данным обсерваторских наблюдений.
• 3.С периодом 5000 лет изменяется напряженность геомагнитного
поля. С 4-го тысячелетия до настоящего времени напряженность
уменьшилась в 1,5 раза. Считается, что Земля находится в
преддверии очередной инверсии.
• 4. С периодом 10 000-100 000 лет происходит изменение
полярности магнитного поля Земли или инверсия.
• Последняя инверсия произошла 70 000 лет назад.

29.

• Внутреннее
строение
Земли

30. Шкала обращений геомагнитного поля за последние 4.5 млн. лет. Черное - нормальная полярность

31. Карта возраста пород океанического дна в Северной Атлантике

Полосовидные
магнитные
аномалии в СевероВосточной части
Тихого океана.

32. Глобальная палеомагнитная реконструкция фанерозойского движения континентов по А. Смиту, Дж. Брайдену и Г. Дрюри (1973 г.). Кембрий-нижний орд

Глобальная
палеомагнитная
реконструкция
фанерозойского
движения континентов
по А. Смиту, Дж.
Брайдену и Г. Дрюри
(1973 г.). Кембрийнижний ордовик (510 ±
40 млн. лет).

33.

34.

• Измеренное поле в некоторой точке, в
определенный момент времени можно
представить суммой:
• Тизм = Т0 + Та
• Т0 -нормальное магнитное поле Земли
• Та –поле аномалий
• тогда Та = Тизм - Т0– вектор напряженности
магнитного поля, обусловленного намагниченными
геологическим телами в верхней части Земли.
• Эти аномальные поля и геологические тела
являются предметом и объектом магниторазведки.

35. АППАРАТУРА Магнитостатические магнитометры

• (механический магнитометр) основаны на
измерении механического момента
намагниченности (J).
• Основное назначение магнитостатических
магнитометров — измерение компонент и
абсолютной величины напряжённости
геомагнитного поля, градиента поля, а
также магнитных свойств веществ.

36. Феррозондовый магнитометр-градиентометр Магнум

Феррозондовый магнитометрградиентометр Магнум

37.

• Магнитометрградиентометр
Магнум в работе

38. Индукционные магнитометры

• Индукционные
магнитометры
применяются для измерения земного и
космических
магнитных
полей,
технических полей, в магнитобиологии
и т. д.

39. Квантовые магнитометры

• Приборы, основанные на свободной
прецессии магнитных моментов ядер или
электронов во внешнем магнитном поле
и других квантовых эффектах (ядерном
магнитном
резонансе,
электронном
парамагнитном резонансе).

40. МАГНИТОМЕТР ПЕРЕНОСНОЙ КВАНТОВЫЙ   ММ - 60М1 

МАГНИТОМЕТР
ПЕРЕНОСНОЙ
КВАНТОВЫЙ ММ - 60М1

41.   МАГНИТОМЕТР ПЕРЕНОСНОЙ ПРОТОННЫЙ   POS-1

МАГНИТОМЕТР
ПЕРЕНОСНОЙ
ПРОТОННЫЙ
POS-1

42.  Магнитометр портативный протонный Минимаг

Магнитометр
портативный
протонный
Минимаг

43.

Внешний вид
протонного
магнитометра

44. Методика проведения магниторазведочных работ

Для выполнения поставленных геологических задач и получения
кондиционного материала о распределении аномалий магнитного
поля необходимо выбрать:
1. Метод (наземный, воздушный, морской)
2. Аппаратуру (тип магнитометра)
3. Вид съемки (региональный, поисковый, разведочный)
4. Систему наблюдений (маршрутная, площадная).
5. Допустимую погрешность (среднеквадратичная погрешность).
n
где d i -разница основного и контрольного
2
å
d
i
отсчетов на i-ой контрольной точке;
i =1
e =±
2n 1 n- общее число контрольных точек.
6. Форму представления материалов (таблицы, графики, карты
графиков, карты аномальных значений магнитного поля).

45.

• Горизонтальные масштабы графиков
аномалий магнитного поля такие же, как и
масштаб съемки.
Вертикальный масштаб графиков берут
такими, чтобы значение 3ε не превышало
1 мм.
Сечение изолиний на картах аномалий
магнитного поля составляет (2-3) ε.

46. Геологическое истолкование (интерпретация) результатов магнитной съемки

Обработка полученных материалов проводится
в два этапа.
1 этап.
Качественная
интерпретация
материалов
определяет местоположение, форму, размеры,
простирание и интенсивность аномалии.

47. ИЗОМЕТРИЧНЫЕ АНОМАЛИИ (источник распространен на большую глубину)

Магнитная аномалия над кимберлитовой трубкой.
Измерения: Zа –наземные, ∆Т – с самолета на высоте 100м.
1- карбонатные породы; 2 –кимберлиты.

48. ИЗОМЕТРИЧНЫЕ АНОМАЛИИ (источник небольшого распространения на глубину)

Магнитная аномалия
над одним
из рудных тел АнгароИлимского
месторождения

49. ДВУМЕРНЫЕ АНОМАЛИИ (источник распространен на большую глубину)

Геологический разрез и кривые
Zа и ∆g по линии АБ
Магнитная аномалия над магнетитовым телом, залегающим на большой
глубине. Изолинии даны в миллиэрстедах.
1- граниты, сиениты;2-диориты, габбро; 3-известняки; 4-магнетитовая руда; 5-рудные
и безрудные скарны; 6-скважины

50. ДВУМЕРНЫЕ АНОМАЛИИ (источник небольшого распространения на глубину)

Магнитное поле Гуляйпольской
синклинали.
Изолинии даны в миллиэрстедах.
1-мигматиты; 2- песчаники;
3-сланцы верхней свиты;
4-железистые кварциты
с прослоями сланцев;
5-сланцы нижней свиты;
6-биотитовые гнейсы;
7-тектонические нарушения

51. Геологическое истолкование (интерпретация) результатов магнитной съемки

2 этап
• Количественная интерпретация материалов
проводится с целью определения параметров
аномалеобразующих
геологических
тел:
глубины залегания, размеров, мощности, угла
падения.
• Для практической реализации интерпретации в
теории
магниторазведки
разработаны
специальные приемы и методы, основанные на
результатах решение прямых и обратных задач
магниторазведки.

52.

• Прямая задача состоит в определении
параметров магнитного поля по известных
характеристикам магнитных масс (формы,
размеров,
глубины
залегания,
углов
намагничения, магнитной восприимчивости).
• Решение проводится с помощью закона Кулона:
×m
.
m
F=
r
1
2
2
• Под
магнитной
массой
понимается
произведение интенсивности намагничения (I)
на площадь (s) намагниченного тела,
перпендикулярную к вектору I: m=I·s

53.

Выражение для полного вектора
напряженности магнитного поля
диполя имеет вид:
2
dT = dM
1 + 3cos q
r
3
где dM =m·dl=I·ds·dl =I·dVмагнитный момент диполя
I = интенсивность
намагничения диполя,
направленная вдоль оси;
dl –длина;
ds –площадь поперечного
сечения;
dV=dl·ds –элементарный
объем;
θ –угол между осью диполя и
радиусом r.

54.

• Тогда на оси диполя (θ=0) т.е. на полюсах, и
перпендикуляра к его центру (θ=90), т.е. на
экваторе, получаем напряженности магнитного
поля, равные соответственно:
T 0 = 2dM
dM
=
Tý
3
r (2)
r (1) и
• С учетом свойства суперпозиции значения
напряженности реального намагниченного тела
можно записать следующим образом:
3
2
T
V
= òòò
V
I 1 + 3cos q
r
3
dV
(3)

55.

• Уравнение (3) является основным в теории
магниторазведки.
• Оно справедливо лишь для тел простой
геометрической
формы
и
однородной
намагниченности.
• Для тел более сложных возможны лишь
численные приближенные решения, получаемые
с помощью ЭВМ.
• Анализ решений прямой задачи служит
основой для решения обратной задачи.

56.

• Определение
параметров
тел
по
наблюдённому
(замеренному)
полю
называется решением обратной задачи.
• Оно выполняется при моделировании методом
подбора с помощью программ ЭВМ.

57. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Кривая Za и Ha над шаром (а),горизонтальным круговым цилиндром
(б), мощным вертикальным пластом (в), мощным наклонным пластом (г).

58. РЕШЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ Понижение магнитного поля в зоне дробления и каолинизации диоритов: изолинии Zа:1-положительные; 2-нулевые; 3- от

РЕШЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Понижение магнитного поля в зоне дробления и каолинизации
диоритов:
изолинии Zа:1-положительные; 2-нулевые; 3- отрицательные

59. Априорная магнитогеологическая модель нефтяного месторождения по В.М. Березкину и др. Графики 1-4 показывают возможные картины изменения м

Априорная
магнитогеологическая
модель нефтяного
месторождения по В.М.
Березкину и др.
Графики 1-4 показывают
возможные картины
изменения магнитного
поля над залежами УВ
1- залежь УВ;
2- глинистые экраны;
3- коллектор;
4- вторичные магнитные
объекты;
5- пути миграции УВ;
6- зоны неоднородности

60. А-наблюденное магнитное поле Б-осредненное магнитное поле В-остаточное магнитное поле Г-дисперсия магнитного поля 1- кора выветривания; 2- п

СТРУКТУРА МАГНИТНОГО ПОЛЯ АРЧИНСКОГО
ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
А-наблюденное
магнитное поле
Б-осредненное
магнитное поле
В-остаточное
магнитное поле
Г-дисперсия
магнитного поля
1- кора выветривания; 2породы осадочного чехла;
3-фундамент; 4-залежь
конденсата; 5-прогнозная
залежь