Методика магніторозвідувальних робіт

Сучасна магніторозвідка поєднує цілий комплекс геофізичних робіт з вивчення зміни магнітного поля Землі в просторі і в часі, а також вивченню магнітних властивостей гірських порід і руд. Останні використовуються для достовірного тлумачення результатів магніторозвідки. Дослідження варіацій геомагнітного поля систематично виконуються магнітними обсерваторіями, у магніторозвідці, ці роботи ведуться під час магнітних зйомок. Магнітна зйомка — основний вид досліджень у магніторозвідці. Вона покликана одержувати дані про розподіл параметрів геомагнітного поля на досліджуваній території і виявити магнітні аномалії. Визначення і опис аномалієутворюючих факторів дозволяє вирішити ті задачі, що мотивували постановку магніторозвідувальних робіт. Методика магніторозвідувальних робіт визначається геологічною задачею, умовами виконання робіт і характеристиками апаратури. Геологічна задача є визначальним чинником магніторозвідувальних робіт. Вона визначає їхню детальність і точність робіт.

За призначенням і масштабом магніторозвідувальні роботи підрозділяються на регіональні чи дрібномасштабні (1:200 000), картувально-пошукові, чи середньомасштабні (масштаб 1:50 000—1:100 000), детальні — пошуково-розвідувальні і розвідувальні (масштаб крупніше 1:25 000) і спеціальні. В залежності від розташування пунктів спостережень на досліджуваній території зйомки бувають площадними і профільними (маршрутними). За умовами проведення розрізняють наземні, повітряні, морські і підземні (свердловинні і шахтні), стратосферні та космічні зйомки.

Регіональні зйомки проводяться з метою дослідження характеру, інтенсивності, структури магнітного поля, його зв'язку з великими структурними елементами регіону. При цьому можливо виявлення крупних блоків, плутонів, глибинних лінеаментів та розломів, вивчення порід кристалічного фундаменту за їх магнітними властивостями та ін. Головним методом дослідження вважається аеромагнітна зйомка.

Картувально-пошукові дослідження проводяться для вирішення задач геологічного картування — простежування приконтактних зон, тектонічних ліній, виявлення дайкових поясів та окремих дайок, оконтурювання геологічних утворень, зокрема інтрузій та ефузивів, а також безпосередні пошуки залізовмісних порід і руд. Картувально-пошукові магнітні зйомки проводяться в масштабах 1 : 50 000, 1 : 25 000 та 1 : 10 000. Профілі, звичайно, вибираються впоперек простягання структурних елементів. Відстані між ними визначаються масштабом робіт.

Пошуково-розвідувальні магнітні зйомкипроводяться для деталізації аномалій, виявлених попередніми роботами, з’ясування характеру розташування в просторі рудних тіл тощо. Ці дослідження проводяться на стадії розвідувальних робіт з метою їх коригування й оцінки елементів залягання магнітних тіл. Оптимальним кроком спостережень при наземних зйомках вважається відстань, котра менша за передбачувану глибину залягання намагнічених порід і в декілька разів менша їхніх поперечних розмірів.

Спеціальні магнітні зйомки, як правило, виконуються на невеликих ділянках — для вирішення специфічних задач. Звичайно це високоточні детальні дослідження. До їхнього числа відноситься мікромагнітна зйомка. Вона застосовується тоді, коли досліджувані гірські породи залягають неглибоко (до 10 м), і може бути використана для вирішення задач структурного аналізу. На невеликих ділянках (приблизно 50х50 м) по щільній мережі (1х1, 3х3, 5x5 м) виконуються високоточні вимірювання (чи Т). Ділянки по можливості розташовуються рівномірно на території досліджуваного об'єкта. Результати мікромагнітної зйомки обробляються за спеціальною методикою, за допомогою якої знаходять так звані “троянди” вісей магнітних аномалій.

Зараз розпочаті дослідження по створенню ультрадетальної магнітної зйомки в русі. Вона має виконуватись на значно більших, ніж мікромагнітна зйомка, територіях і призначена для вивчення природних об’єктів (в тому числі ґрунтового покриву) з метою їх картування і моніторингу.

Для магнітних зйомок будь-якого виду мірою точності є середня квадратична похибка окремого вимірювання — s, визначена серією повторних спостережень:

де n— число повторних вимірювань. При |s |<5 нТл зйомка високоточна, при s=±(5—15) нТл — середньої точності; s >15 нТл — низької точності.

Вибір методики магніторозвідувальних робіт істотно залежить від характеристики апаратури. При зйомках підвищеної точності рекомендується розбити опорну мережу точок на такій відстані одна від одної, щоб можна було на них проводити вимірювання через 2—3 години. Крім врахування сповзання нуль-пункту магнітометрів опорні мережі, як і при гравіметричних зйомках, слугують для приведення всіх вимірюваних значень DZ до єдиного рівня і для виключення нагромадження похибок вимірювань по рядовій мережі. Існують опорні мережі різного рангу — від рівня магніто-розвідувальної партії, призначені для використання протягом 1—2 польових сезонів, до регіональних опорних мереж. Останні слугують для забезпечення місцевих опорних мереж і аеромагнітних зйомок загальною метричною основою і приведення відповідних матеріалів до єдиного регіонального рівня.

Камеральна обробка даних наземної пішохідної магнітної зйомки включає:

1) обчислення значень вимірюваної складової (звичайно, Т або Z) у точках спочатку опорної, а потім і рядової мережі;

2) оцінку похибки магнітної зйомки;

3) оформлення результатів досліджень (побудова карт ізоліній і графіків).

Обчислення аномальних значень магнітного поля виконують за загальною формулою Z=Z_o+DZ, де Z_o — абсолютне значення поля у вихідній точці (КП); DZ — значення приросту поля в досліджуваній точці, що визначають за виразом:

Тут e — ціна розподілу шкали приладу; n₀, n— відлік на вихідній і рядовій точці, t — температурний коефіцієнт магнітометра; t, t₀ — температура усередині приладу, виміряна на точці і КП, відповідно; dZ — поправка за магнітні варіації; (DZ)_П— поправка за зсув нуль-пункту; (DZ)_Г — поправка за нормальний градієнт (знімається в точках опорної мережі за допомогою карт нормального поля); (DZ)_H — розходження рівнів магнітного поля на КП і нормального поля.

При використанні абсолютних (протонних, квантових) магнітометрів, для яких практично відсутні зсув нуля і температурний дрейф, методика пішохідних магніторозвідувальних робіт (польових і камеральних) істотно спрощується. Зокрема, використання опорної мережі для врахування дрейфу нуль-пункту, введення ряду поправок не є обов'язковим.

Результати наземних магнітних зйомок представляють у вигляді карт графіків DZ, DН, DT, карт ізодинам Z, Н, Т, а також карт векторів Н. При побудові графіків складових геомагнітного поля найбільше доцільно застосовувати масштаб 1 мм=s, де s - округлене значення середньоквадратичної похибки зйомки. При побудові карт ізодинам значення першої позитивної і першої негативної ізоліній у 2—3 рази більше середньо квадратичної похибки. Поле в інтервалі між цими ізолініями вважається нормальним, тому що при досягнутій точності зйомки його не можна зобразити більш детально графічно. Положення ізоліній визначається за правилами лінійної інтерполяції. При цьому можна не враховувати окремі точки, значення нуля в яких різко відмінне в порівнянні з оточуючими. Мінімальний перетин ізодинам дорівнює 3s. Якщо через великі градієнти витримати однаковий перетин ізодинам неможливо, то збільшення виконується в арифметичній чи геометричній прогресії.

Для наочності на плані ізодинам позитивну частину від нуля зафарбовують синім кольором, від’ємну — червоним. Позитивні ізодинами проводяться суцільними лініями, негативні — пунктирами. Нульова лінія — пунктиром із крапкою. Зауважимо, що така кольорова гамма застосовувалась у СРСР (а тепер – у країнах СНД), в той час як світова науково-виробнича спільнота прийняла протилежну шкалу, а саме – позитивні аномалії зафарбовують червоним, а від’ємні - синім кольором.

Представлення даних магнітних зйомок може бути у вигляді карт графіків вздовж профілів, або карт ізодинам аномалій магнітного поля. Як на карті графіків, так і на картах ізодинам міститься вся отримана при польових роботах інформація. На карті графіків чітко видно всі індивідуальні деталі кожної виявленої на окремому профілі аномалії, тому вона дозволяє надійно простежувати аномальні зони. Разом з тим, при великій кількості профілів карти графіків важко читаються. Це зобов’язано перетину графіків при великих значеннях напруженості. Карти ізодинам краще відображають відносно великі геологічні об'єкти, зони максимальних градієнтів тощо.

Важливу роль у вивченні магнітного поля різних ділянок грають аеромагнітні дослідження. Завдяки використанню ферозондових і ядерних датчиків сучасні аеромагнітометри здатні реєструвати аномалії з чутливістю до декількох гам. Сучасна прив’язка за допомогою супутникової навігаційної системи GPS, яка прийшла на зміну геодезичній прив'язці і фотографування орієнтирів та аномальних ділянок, забезпечує високу точність проведення робіт.

Основними задачами аеромагніторозвідки є виявлення простягання і границь великих структур — западин, блоків, прогинів, трасування лінеаментів та лінеаментних зон, розломів різних рангів, контактних зон тощо.

Аеромагнітну зйомку звичайно, проводять у масштабах 1:1 000 000—1:10 000, причому висота польоту вибирається приблизно у 3—4 рази меншою від відстані між маршрутами. Вимоги узгодження масштабу зйомки з висотою й швидкістю польоту літака або вертольота — одна з особливостей аеромагніторозвідки. При великомасштабних роботах проводити зйомку на більшій висоті не рекомендується, тому що пошукові об'єкти через невеликі розміри можуть зливатися з регіональним фоном при зйомці на великих висотах.

Зйомку територій починають зі створення опорної мережі у вигляді замкнутих полігонів із прив'язкою її до державної опорної мережі. Рядові маршрути повинні бути прокладені паралельно один одному, вхрест передбачуваного простягання структур. Якщо висота рельєфу коливається в значних межах, зйомку проводять з обтіканням рельєфу, тобто на постійній висоті щодо поверхні Землі. Висота польоту контролюється радіовисотоміром чи системами GPS.

У процесі зйомки борт-оператор виконує візуальне спостереження місцевості і стежить за роботою приладу. У випадку фіксації аномалії магнітного поля здійснюється її деталізація шляхом залетів по декількох лініях, паралельних основному маршруту. Епіцентр аномалії фіксується знімками і вимпелом на поверхні Землі.

За даними аеромагнітної зйомки обчислюють значення аномалії модуля повного вектора напруженості магнітного поля: , де — заміряне значення; — варіації магнітного поля; — нормальне поле.

В останні роки широко виконуються інші види геомагнітних досліджень — гідромагнітна зйомка, магнітні вимірювання в свердловинах і гірських виробках, супутникові магнітні зйомки. Для гідромагнітних зйомок використовують спеціальні протонні і квантові магнітометри, які буксуються судном. Для вивчення магнітних варіацій використовують донні і буйкові магнітоваріаційні станції.

У свердловинах звичайно проводять вимірювання компонентів магнітного поля і каротаж магнітної сприйнятливості. Зокрема такі спостереження виконані на Криворізькій надглибокій свердловині.

Трикомпонентні свердловинні магнітометри дозволяють реєструвати вертикальну і горизонтальну складову магнітного поля Землі, а також магнітну сприйнятливість гірських порід розрізу з неперервним записом отриманих величин.