Элементы геомагнитного поля и его происхождение

В любой точке земной поверхности существует магнитное поле, которое опреде- ляется полным вектором напряженности Т, т.е. направлением действия и модулем. Вдоль вектора Т устанавливается подвешенная у центра тяжести магнитная стрелка. Проекция этого вектора на горизонтальную поверхность и вертикальное направление, а также углы, составленные этим вектором с координатными осями, носят название эле- ментов магнитного поля (рис. 3.1).

Если ось x прямоугольной системы координат направить на географический се- вер, ось y — на восток, а ось z — вертикально вниз, то проекцию полного вектора Т на ось z называют вертикальной составляющей и обозначают Z. Проекцию полного векто- ра Т на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей Н. На- правление Н совпадает с магнитным меридианом и задается осью стрелки компаса или буссоли.

Проекцию Н на ось Х называют северной (или южной) составляющей X, проек- цию Н на ось y — восточной (или западной) составляющей Y. Угол между осью x и со- ставляющей Н называют склонением и обозначают D. Принято считать восточное склонение положительным, западное — отрицательным. Угол между вектором Т и го- ризонтальной плоскостью называют наклонением и обозначают J. При наклоне север- ного конца стрелки наклонение называют северным (или положительным), при наклоне

южного конца стрелки — южным (или отрицательным). Взаимосвязь полученных эле-

ментов магнитного поля Земли выражают следующими формулами:

H =T ×cosJ,

Z =T ×sinJ,

Z =H ×tgJ,

T2 =H2 +Z2 и др. (3.1)

При магнитной разведке измеряют лишь одну-две составляющие поля или их приращение (как правило, это ΔZ и Т). Распределение значений элементов магнитного поля на земной поверхности обычно изображают в виде карт изолиний, т. е. линий, со- единяющих точки с равными значениями того или иного параметра. Изолинии склоне- ния называются изогонами, изолинии наклонения — изоклинами, изолинии Н, Z или Т

— соответственно изодинамами Н, Z или Т. Эти карты строят на 1 июля каждого года и называют их картами эпохи такого-то года (например, карта эпохи 1986 г.).

Единицей напряженности магнитного поля в системе СИ является ампер на метр (А/м), а в сис- теме СГС – эрстед (Э). В практике магниторазведки широко применяется также внесистемная единица напряженности магнитного поля – гамма (γ). Пере- численные единицы измерения напряженности маг- нитного поля соотносятся следующим образом:

1 А/м = 4π·10-1Э, 1Э = 105 γ

В реальных средах измеряемым параметром магнитного поля служит магнитная индукция В = μ0 Т(1+ χ), где μ0— абсолютная магнитная прони-

цаемость вакуума (в СИ μ0 = 4π 10 -7 Гн м-1); χ —

магнитная восприимчивость, χ = I / Тi; где I —

индуктивная намагниченность. Единицей

измерения магнитной индукции в СИ является тесла (Тл). В магниторазведке используется более мелкая единица В — нанотесла (нТл), 1 нТл = 10-9

Тл. Магниторазведочная аппаратура обычно находится в немагнитной среде — воздухе или

нитного поля.

Направление координатных осей:

x— север;

y—восток;

z — к центру Земли

воде, для которых χ = 0, поэтому B= μ0T.

Следовательно, магнитное поле Земли может быть выражено либо в единицах магнитной индук- ции (нТл), либо в единицах напряженности, при этом 1 нТл соответствует 1 γ.

В первом приближении магнитное поле Земли

может быть уподоблено полю намагниченного шара или полю магнитного диполя Tдип, расположенного в области центра Земли, ось которого по отношению к оси вращения Земли составляет 11°. Места выхода продолжений оси этого диполя на поверхность Земли называют геомагнитными полюсами Земли. Область выхода южного конца оси диполя носит название северного магнитного полюса, а область выхода северного окончания оси диполя — южного. Северный магнитный полюс находится на 72° с.ш. и

96° з. д. в 1400 км от северного географического полюса Земли.

Многочисленными наблюдениями значений магнитного поля Земли показано, что в среднем полный вектор напряженности Т изменяется от 0,66 105 нТл на полюсах до

0,33 105 нТл в районе экватора. При этом вертикальная составляющая Z уменьшается

от 0,66 105 нТл до нуля, а горизонтальная составляющая Н увеличивается от нуля до

0,33 105 нТл. Детальное изучение магнитных свойств горных пород различного возрас-

та на разных континентах установило миграцию (изменение местоположения) магнит-

ных полюсов и их инверсию, т. е. смену знаков (направления), происходящую с перио-

дом от 0,5 до нескольких десятков миллионов лет.

Происхождение магнитного поля Земли объясняют различными причинами, связанными с внутренним строением Земли. Наиболее достоверной и приемлемой ги- потезой, объясняющей магнетизм Земли, является гипотеза вихревых токов в ядре. Эта гипотеза основана на том установленном геофизиками факте, что на глубине 2900 км под мантией Земли находится внешнее жидкое ядро с высокой электрической прово- димостью, которая объясняется большим числом свободных электронов в веществе яд- ра вследствие высоких температур и давления. Благодаря так называемому гиромаг- нитному эффекту и вращению Земли во время ее образования могло возникнуть очень слабое магнитное поле. Наличие свободных электронов в ядре и вращение Земли в та- ком слабом магнитном поле привели к индуцированию в ядре вихревых токов. Эти то- ки, в свою очередь, создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в ди- намомашинах. Увеличение же магнитного поля Земли должно привести к новому уве- личению вихревых токов в ядре, а последнее — к увеличению магнитного поля и т.д. Процесс подобной регенерации длится до тех пор, пока рассеивание энергии вследст- вие вязкости ядра и его электрического сопротивления не скомпенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими причинами.