Astronet > Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory. Chast' 1

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

4.2.3. Ostatochnaya namagnichennost' porod i rud.

Pri ostyvanii rasplavlennyh mineralov i gornyh porod i perehode ih temperatury cherez tochku Kyuri oni namagnichivayutsya okruzhayushim magnitnym polem, priobretaya nachal'nuyu ostatochnuyu namagnichennost' ( $J_{r}$ ). Esli napryazhennost' magnitnogo polya nachnet vozrastat', to $J_{ r}$ takzhe rastet do nekotorogo predela. Pri umen'shenii magnitnogo polya ona umen'shaetsya do nekotoroi ostatochnoi namagnichennosti. Chtoby ee unichtozhit', nuzhno prilozhit' pole protivopolozhnogo znaka, nazyvaemogo koercitivnoi siloi. Ona yavlyaetsya meroi zhestkosti ostatochnoi namagnichennosti. V istorii Zemli byli mnogokratnye izmeneniya ne tol'ko intensivnosti, no i znaka magnitnogo polya. Poetomu sushestvuyushaya v nastoyashee vremya velichina $J_{ r}$ otrazhaet slozhnuyu magnitnuyu zhizn' porody i, mozhet byt', neodnokratnuyu ee perenamagnichennost'.

Znacheniya $J_{ r}$ ochen' bol'shie ( $Q = J_{ r }/ J_{ i}$ dostigaet 100) u bystro ohlazhdavshihsya izlivshihsya izverzhennyh porod tipa bazal'tov. V porodah, podvergshihsya termal'nomu metamorfizmu, $Q$ mozhet dostigat' 10. Velichina $Q$ ostal'nyh porod obychno ne prevyshaet 0,1. Osnovnym faktorom, uvelichivayushim $J_{ r}$ porod, yavlyaetsya nalichie v nih hotya by malyh koncentracii ferromagnetikov.

U izverzhennyh porod ostatochnaya namagnichennost' voznikaet v hode ih ohlazhdeniya (perehoda cherez tochku Kyuri), t.e. imeet kristallizacionnuyu (himicheskuyu) prirodu. U osadochnyh porod ona sedimentacionnaya. V hode osazhdeniya v vodoemah tverdye chasticy namagnichivalis' i sohranili v konsolidirovannyh osadochnyh porodah etu otnositel'no stabil'nuyu orientirovannuyu ostatochnuyu namagnichennost'.

Pri intensivnoi ostatochnoi namagnichennosti $J_{ r} \gt J_{ i}$ porod oni mogut sozdavat' anomalii drugogo znaka, naprimer, otricatel'nogo sredi obychno polozhitel'nyh, esli znaki drevnego i sovremennogo polya protivopolozhny.

Ostatochnuyu namagnichennost' izmeryayut na obrazcah gornyh porod kubicheskoi ili cilindricheskoi formy s razmerom 2 - 5 sm, strogo orientirovannyh v prostranstve. Dlya etogo, vybiraya obrazec, ego "privyazyvayut" k gorizontu, t.e. stavyat na nem metki (h,u) po kompasu i (z) - po otvesu. Dlya izmereniya $J_{ r}$ ispol'zuyutsya astaticheskie ili tak nazyvaemye sverhprovodyashie SKVID-magnitometry.

Metodika izmerenii $J_{ r}$ osnovana na predstavlenii o tom, chto kazhdyi obrazec yavlyaetsya magnitnym. Poetomu, izmeryaya tri magnitnye sostavlyayushie polya takogo magnita ( $H_{ x},H_{ y}, H_{ z}$ ) na neskol'kih rasstoyaniyah $r$ ot ego centra, mozhno poluchit' izbytochnuyu sistemu uravnenii dlya rascheta $J = \kappa T + J_{ r}$ (za $T$ prinimaetsya srednee magnitnoe pole raiona raspolozheniya laboratorii). S pomosh'yu special'nyh priemov provoditsya opredelenie pervichnoi namagnichennosti vo vremya obrazovaniya porody i isklyucheniya vtorichnyh peremagnichivanii za vremya ee zhizni. Chislo obrazcov dolzhno sostavlyat' desyatki dlya kazhdogo stratigraficheskogo kompleksa porod dlya dal'neishei statisticheskoi obrabotki. Dalee po nim opredelyayutsya usrednennye znacheniya skloneniya ( $D_{ dr}$ ) i nakloneniya ( $J_{ dr}$ ) drevnego magnitnogo polya (sm. ris. 2.1), pozvolyayushie ocenit' polozhenie geomagnitnogo polyusa vo vremya obrazovaniya porody v sovremennoi sisteme geograficheskih koordinat.

Tret'im magnitnym parametrom gornyh porod yavlyaetsya magnitnaya pronicaemost' $\mu = 1 + 4 \pi\kappa,$ kotoraya prakticheski u vseh gornyh porod ravna magnitnoi pronicaemosti vakuuma ( $\mu = \mu_{ 0}$ , tak kak $\kappa \lt 10^{ -5}$ ed. Si). Lish' u ferromagnitnyh rud $\mu$ mozhet dostigat' neskol'kih edinic.

4.3. Principy resheniya pryamyh i obratnyh zadach magnitorazvedki

4.3.1. Osnovnye polozheniya teorii magnitorazvedki.

Pri magnitorazvedke rasschityvayutsya anomalii polnogo vektora $T_{ a}$ (4.1.1) ili ego sostavlyayushih $( Z_{a}, H_{ a})$ putem isklyucheniya iz nablyudennogo polya normal'nogo polya i variacii. Poetomu v teorii magnitorazvedki opredelyayutsya eti parametry dlya ob'ektov s raznoi intensivnost'yu i napravleniem namagnicheniya ( $J$ ). Dlya prostoty resheniya mozhno schitat' $J \approx \kappa T_{ sr}$ , gde $\kappa$ - magnitnaya vospriimchivost' ob'ekta, $T_{sr}$ - srednyaya napryazhennost' geomagnitnogo polya v meste ego raspolozheniya, a ostatochnoi namagnichennost'yu $( J_{ r})$ prenebrech'.

Osnovnoi zakon magnetizma byl sformulirovan Kulonom, kotoryi predpolagal, chto sushestvovanie magnetizma svyazano s nalichiem magnitnyh mass, polozhitel'nyh i otricatel'nyh. Mezhdu dvumya magnitnymi massami $m_{ 1}$ i $m_{ 2}$ , pomeshennymi v sredu s magnitnoi pronicaemost'yu $\mu = 1 + 4 \pi\kappa,$ deistvuet sila $F$ , kotoraya opredelyaetsya zakonom Kulona $F = m_{ 1 } m_{ 2 }/ \mu r^{2}$ , gde $r$ - rasstoyanie mezhdu centrami magnitnyh mass.

Posleduyushim razvitiem fiziki bylo dokazano, chto magnitnyh mass, kak samostoyatel'nyh substancii, v prirode ne sushestvuet, a magnitnye svoistva tel yavlyayutsya sledstviem dvizheniya elektricheski zaryazhennyh chastic v atomah veshestva. Odni veshestva sposobny pod deistviem magnitnogo polya uporyadochivat' dvizheniya zaryadov i namagnichivat'sya, drugie net. Hotya magnitnyh mass v prirode net, no v teorii magnetizma zakonom Kulona formal'no prodolzhayut pol'zovat'sya. Pri etom pod magnitnoi massoi odnogo znaka ponimaetsya proizvedenie intensivnosti namagnicheniya ( $J$ ) na ploshad' namagnichennogo tela ( $S$ ), perpendikulyarnuyu etomu vektoru ( $m = JS$ ).

Lyuboe namagnichennoe telo mozhno predstavit' sochetaniem dvuh takih magnitnyh mass, nahodyashihsya na protivopolozhnyh chastyah tela - polyusah. Severnym (polozhitel'nym) polyusom namagnichennogo tela (naprimer, magnitnoi strelki) schitaetsya tot, kotoryi povorachivaetsya v storonu severnogo geograficheskogo polyusa, esli dat' vozmozhnost' telu svobodno vrashat'sya vokrug vertikal'noi osi. Kak otmechalos' vyshe, pri takom opredelenii magnitnyi polyus Zemli, nahodyashiisya v severnom polusharii, obladaet yuzhnym (otricatel'nym) magnetizmom, poskol'ku prityagivayutsya magnitnye massy protivopolozhnogo znaka, a massy odnogo i togo zhe znaka ottalkivayutsya.

V teorii magnitorazvedki, kak i v lyubyh drugih metodah geofiziki, reshayutsya pryamye i obratnye zadachi. Pryamoi zadachei magnitorazvedki nazyvaetsya nahozhdenie magnitnyh anomalii ( $T_{a}, Z_{ a}$ i dr.) nad ob'ektami izvestnoi formy, glubiny zaleganiya i namagnichennosti. Obratnoi zadachei magnitorazvedki yavlyaetsya opredelenie formy, glubiny zaleganiya, namagnichennosti po izmerennomu ploshadnomu raspredeleniyu anomalii.

4.3.2. Pole magnitnogo dipolya.

Dlya oblegcheniya resheniya zadach magnitorazvedki vvoditsya ponyatie magnitnogo potenciala tochechnoi magnitnoi massy

$U= \frac{m}{\mu r} ,$

(2.4)

gde $r$ - rasstoyanie ot centra magnitnoi massy do tochki nablyudeniya.

V teorii magnetizma pol'zuyutsya ponyatiem magnitnogo dipolya, t.e. dvuh ravnyh, blizko raspolozhennyh magnitnyh mass protivopolozhnogo znaka (ris. 2.3). Potencial dipolya $dU$ vyrazhaetsya formuloi
$dU=\frac{m}{\mu}\left(\frac{1}{r_{1}}-\frac{1}{r_{2}}\right),$

gde $r_{ 1}$ i $r_{2}$ - rasstoyaniya ot centra magnitnyh mass do tochki nablyudeniya.

Ris. 2.3. Magnitnyi dipol'

Vyraziv s pomosh'yu teoremy kosinusov $r_{ 1}$ i $r_{ 2}$ cherez $r$ , $dl$ , i $\theta$ , mozhno zapisat'

$dU = \frac{m}{\mu } \left[ \frac{1}{\sqrt{{r}^{2} + {\left({\frac{dl}{r} }\right )}^{2} - rdl\cos\theta } } -\frac{1}{\sqrt{{r}^{2} + {\left({\frac{dl}{r} }\right )}^{2} + rdl\cos\theta }} \right].$

Razdeliv chislitel' i znamenatel' na $r$ i ispol'zuya formulu binoma N'yutona, poluchim

$dU= \frac{m}{\mu r} \left [{{\left ({1- \frac{dl}{r}\cos \theta}\right )}^{- 1/2} -{\left ({1+ \frac{dl}{r}\cos \theta }\right)}^{- 1/2} }\right ] = \frac{m}{\mu r} \left [{\left ({1+\frac{dl}{2r}\cos \theta - \ldots}\right ) - \left ({1 -\frac{dl}{2r}\cos \theta + \ldots}\right )}\right ].$

Poskol'ku $( dl / r) \ll 1$ , to vsemi stepenyami vyrazheniya $dl / r$ , bol'shimi edinicy, mozhno prenebrech', i formula potenciala dipolya uprostitsya:

$dU = \frac{mdl\cos\theta }{\mu{r}^{2} } .$

Ili, zameniv $dM = m dl$ , poluchim okonchatel'noe vyrazhenie dlya potenciala dipolya

$dU = \frac{dM\cdot\cos \theta }{\mu {r}^{2} }.$

Iz vyrazheniya dlya potenciala dipolya netrudno poluchit' sostavlyayushie polya $H_{ x}$ i $H_{ y}$ i polnyi ( $N$ ) vektor napryazhennosti. Zameniv $\cos \theta = x/ r,$ mozhno zapisat':

$dU = \frac{dM \cos \theta }{\mu {r}^{2} } = \frac{dM x}{\mu({x}^{2} + {y}^{2} )^{3/2} } . ;$

${H}_{x} = - \frac{\partial (dU)}{\partial x} = - dM\frac{(x^2+y^2)^{3/2}-x \frac{3}{2} ({x}^{2} + {y}^{2})^{1/2} 2x}{\mu ({x}^{2} + {y}^{2} )^{3} } = \frac{dM}{\mu} \frac{2x^2-y^2}{(x^2+y^2)^{5/2}} ;$

(2.5)

${H}_{y} = - \frac{\partial (dU)}{\partial y} = - dM\frac{-x \frac{3}{2} ({x}^{2} + {y}^{2})^{1/2} 2y}{\mu ({x}^{2} + {y}^{2} )^{3} } = \frac{dM}{\mu} \frac{3xy}{(x^2+y^2)^{5/2}} ;$

$H=\sqrt{H_{x}^{2} +H_{y}^{2} } = \frac{dM}{\mu {r}^{3} }\sqrt{1+3\cos^{2} \theta } .$

V chastnosti, na protyazhenii osi dipolya ( $\theta= 0$ ) $H_{ 0} = 2 dM / \mu r^{3},$ na perpendikulyare k osi dipolya, v ego centre $(\theta= 90^\circ)$ $H_{ 90} = dM / \mu r^{3}.$

Real'nye magnitnye tela mozhno rassmatrivat' kak sovokupnost' elementarnyh magnitnyh dipolei.

Intensivnost' namagnicheniya elementarnogo ob'ema ( $J$ ), soglasno opredeleniyu, ravna otnosheniyu magnitnogo momenta ( $dM$ ) k ego ob'emu ( $dV$ ). Poetomu vyrazhenie dlya potenciala magnitnogo dipolya perepishetsya v sleduyushem vide: $dU= \frac{Jcos\theta}{\mu {r}^{2} } dV ,$ gde vektor $J$ napravlen vdol' osi dipolya.

Magnitnyi potencial lyubogo tela mozhno predstavit' v vide integrala po ob'emu etogo tela ot potencialov elementarnyh dipolei, iz kotoryh sostoit dannoe telo:

$U = \int\int\limits_{V}\int \frac{J\cos\theta dV}{\mu {r}^{2} } ,\; {T}_{a} = \int \int\limits_{V} \int \frac{J\sqrt{1 + 3\cos^{2}\theta } }{\mu {r}^{3} } ,$

(2.6)

gde integrirovanie vedut po vsemu ob'emu tela ( $V$ ).

Eti uravneniya lezhat v osnove vsei teorii magnitorazvedki. Analiticheskie vyrazheniya pri reshenii uravnenii (2.6) poluchayutsya lish' dlya tel prostoi geometricheskoi formy i odnorodnoi (postoyannoi) namagnichennosti. Dlya tel bolee slozhnoi formy, da eshe pri raznoi namagnichennosti, vozmozhny chislennye resheniya s pomosh'yu EVM. Rassmotrim reshenie pryamyh i obratnyh zadach dlya nekotoryh prosteishih tel: vertikal'nogo beskonechnogo stolba (sterzhnya), shara, plasta i gorizontal'nogo cilindra beskonechnogo prostiraniya dlya sluchaya ih vertikal'noi namagnichennosti. Dopushenie vertikal'noi namagnichennosti ne tol'ko uproshaet reshenie zadach, no i yavlyaetsya vpolne obosnovannym, poskol'ku namagnichennost' gornyh porod pri shirote, bol'shei 40 - 45 ${}^\circ$ , blizka k vertikal'noi. Krome togo, pri raschetah mozhno schitat', chto $\mu = \mu_{ 0}$ , gde $\mu_{ 0} = 4\pi \cdot 10^{ -7}$ - magnitnaya pronicaemost' vozduha.

Nazad | Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Zamerzshie puzyri metana v ozere Baikal Zemlya iz mezhplanetnogo prostranstva Zahod Zemli s "Oriona" Protivosumerechnye luchi i festival' planet Voshod Zemli: video Udarnyi krater Manikuagan: vid iz kosmosa Zemlya i Luna: vid s drugoi storony Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mneniya chitatelei [5]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce