Электромагнитное поле Земли

Электромагнитное поле Земли

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ.

Ных ископаемых.__

Магнитная разведка

Магнитометрическая или магнитная разведка (магниторазведка) — это геофизи-

ческий метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля

Земли. Магнитные явления и наличие у Земли магнитного поля были известны челове-

честву еще в глубокой древности. Так же давно эти явления люди использовали для

практической деятельности, например применение компаса для ориентации. Однако

лишь со второй половины XIX в. измерения напряженности магнитного поля для поис-

ков сильно магнитных рудных залежей привели к созданию магниторазведки. В России

специальные исследования магнитного поля с геологическими целями были проведены

на Курской магнитной аномалии в конце XIX века. В 1919 г. была начата магнитная

съемка Курской области, положившая начало генеральной магнитной съемке террито-

рии нашей страны и развитию всей отечественной разведочной геофизики.

Земля, как космическое тело определенного внутреннего строения, генерирует

постоянное магнитное поле, называемое нормальным или первичным. Многие горные

породы и руды обладают магнитными свойствами и способны под воздействием этого

поля приобретать намагниченность и создавать аномальные или вторичные магнит-

ные поля. Выделение этих аномальных полей из наблюденного или суммарного гео-

магнитного поля, а также их геологическое истолкование является целью магнитораз-

ведки.

От других методов разведочной геофизики магниторазведка отличается наиболь-

шей производительностью, особенно в аэроварианте. Магниторазведка является эффек-

тивным методом поисков и разведки железных руд. Однако ее широко применяют и

при геологическом картировании, структурных исследованиях и поисках других полез-

Электромагнитные поля. К естественным переменным электромагнитным полям относятся квазигармонические низкочастотные поля космической (их называют магнитотеллурическими) и атмосферной (грозовой) природы ("теллурики" и "атмосферики").

Происхождение магнитотеллурических полей объясняется воздействием на ионосферу Земли потока заряженных частиц, посылаемых космосом (в основном, корпускулярным излучением Солнца). Вызываемые разной активностью Солнца и солнечным ветром периодические (11-летние), годовые, суточные вариации магнитного поля Земли и магнитные бури создают возмущения в магнитосфере и ионосфере. Вследствие индукции в Земле и возникают магнитотеллурические поля. В целом эти поля инфранизкой частоты (от 10^-5 до 10 Гц). В теории показано, что на таких частотах скин-эффект проявляется слабо, поэтому магнитотеллурические поля проникают в Землю до глубин в десятки и первые сотни километров. Наиболее устойчивыми, постоянно и повсеместно существующими в утренние и дневные часы, особенно летом и в годы повышенной солнечной активности являются короткопериодичные колебания (КПК) с периодом от единиц до ста секунд. Поля иных периодов наблюдаются реже.

Измеряемыми параметрами являются электрические (E_x; E_y) и магнитные (H_x; H_y; H_z) составляющие напряженности магнитотеллурического поля. Их амплитуды и фазы зависят, с одной стороны, от интенсивности вариации теллурического и геомагнитного полей, а с другой, от удельного электрического сопротивления пород, слагающих геоэлектрический разрез.

По измеренным взаимно перпендикулярным электрическим и магнитным составляющим можно рассчитать \rho однородного полупространства (нормальное поле) с помощью следующей формулы, полученной в теории электроразведки:

ρ=αT*(E_x /H_g)²

где T - период колебания, α - коэффициент размерности. Он равен 0,2, если T измерено в с, E_x в мВ/км, H в нанотеслах (нТл), ρ в Ом*м. Над неоднородной средой полученное по этой формуле УЭС называется кажущимся (КС или ρ_z).

Происхождение естественных переменных полей атмосферной природы связано с грозовой активностью. При каждом ударе молнии в Землю (по всей поверхности Земли в среднем ежесекундно число молний равно примерно 100) возбуждается электромагнитный импульс, распространяющийся на большие расстояния. В целом под воздействием гроз в верхних частях Земли повсеместно и всегда существует слабое грозовое поле, которое называют шумовым. Оно состоит из периодически повторяемых импульсов (цугов), носящих квазисинусоидальный характер с преобладающими частотами от 10 Гц до 10 кГц и напряженностью по электрической составляющей в доли мВ/м.

Средний уровень поля "атмосфериков" подвержен заметным суточным и сезонным вариациям, т.е. вектора напряженности электрической (E) и магнитной (H) составляющих не остаются постоянными по амплитуде и направлению. Однако средний уровень напряженности (E_ср, H_ср) за время в течение десятка секунд зависит от удельного электрического сопротивления слоев геоэлектрического разреза, над которым ведутся наблюдения. Таким образом, измеряемыми параметрами "атмосфериков" являются различные составляющие E_ср и H_ср.

Электромагнитные свойства горных пород. К основным электромагнитным свойствам горных пород относятся: удельное электрическое сопротивление (ρ), электрохимическая активность (α), поляризуемость (ƞ), диэлектрическая (ɛ) и магнитная (µ) проницаемости. Параметрами ρ, ɛ, µ, а также частотой поля определяется коэффициент поглощения поля средой.

Электромагнитная разведка. (точнее электромагнитная разведка) объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, основанные на изучении электрических и электромагнитных полей, существующих в Земле либо в силу естественных космических, атмосферных, физико-химических процессов, либо созданных искусственно.

Электромагнитные свойства геологических сред, вмещающей среды, пластов, объектов, а также геометрические параметры последних служат основой для построения геоэлектрических разрезов. Геоэлектрический разрез над однородным по тому или иному электромагнитному свойству полупространством принято называть нормальным, а над неоднородным - аномальным. На выделении аномалий и основана электроразведка.

Вследствие многообразия используемых полей, их частотно-временных спектров, электромагнитных свойств горных пород электроразведка отличается от других геофизических методов большим количеством методов (свыше 50). По физической природе их можно сгруппировать в методы естественного переменного электромагнитного поля, поляризационные (геоэлектрохимические), сопротивлений, индукционные низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, биогеофизические.

Особенности применения электромагнитных зондирований. Несмотря на то, что все методы электромагнитных зондирований предназначены для расчленения горизонтально и полого слоистых сред, их геологические возможности разные и зависят, прежде всего от проектируемой глубинности и решаемых задач.

С помощью электромагнитного зондирования решаются следующие задачи: определение мощности и состава покровных и коренных осадочных отложений, глубины залегания фундамента, что очень важно для структурно-геологического объемного картирования; оценка геометрических параметров и физических свойств массивов горных пород, представляющих большой интерес для инженерно-геологического, мерзлотно-гляциологического, гидрогеологического картирования; поиски пластовых, как правило, нерудных полезных ископаемых. При структурных исследованиях на суше и морях до глубин 5 - 10 км.

Дата добавления: 2015-08-31