Гравитационных аномалий

В зависимости от положительного или отрицательного характера аномалии, оценивается избыточная плотность (повышенная или пониженная). Величина аномалии может служить признаком размеров объектов, степени отличия их от вмещающих пород по плотности и соответственно литологической принадлежности. Например, рудное тело характеризуется очень большой избыточной плотностью, а нефтяной или угольный пласт имеет пониженную плотность. Резко пониженную плотность имеют соляные купола. При качественной интерпретации обязательно привлечение априорных данных т.е. сведений об изучаемом объекте по другим геолого-геофизическим методам.

Количественная интерпретацияесть суть решения обратных задач гравиметрии. Используются варианты решения прямых задач с привлечением априорных геолого-геофизических данных. Это необходимо в виду того, что решение обратных задач может быть неоднозначно, поскольку разные по литологическому составу породы могут иметь одинаковую плотность. В тоже время, одинаковые по величине гравитационные аномалии могут быть получены от геологических образований, расположенных на различных глубинах, если объекты имеют неодинаковую плотность.

Количественная интерпретация предусматривает сопоставление теоретических и наблюденных кривых. Этот классический прием в разведочной геофизике носит название способа подбора. Он осуществляется как в ручном, так и в автоматизированном режимах. Разработаны программы для 1D, 2D, 3D моделей геологической среды. Интерпретация носит название D-инверсии.

Конечным результатом количественной интерпретации является определение формы, размеров, глубины залегания и пространственного положения объектов. При этом обязательно определение их плотностных характеристик и геологической принадлежности. Это достигается с помощью петрофизических связей, т.е. связей между плотностью и геологической характеристикой объекта.

· Проектное задание раздела 1-Б

1) Объяснить гравитационную постоянную – физическую константу в формуле закона Ньютона.

2) Дать толкование Земному сфероиду.

3) Дать определение эквипотенциальной или уровенной поверхности.

4) Объяснить значимость вторых производных потенциала силы тяжести.

5) Составить картину нормального гравитационного поля и объяснить необходимость его учета при анализе аномального поля.

6) Объяснить с какой целью вводятся поправки за высоту и за плотность промежуточного слоя и с какой знак при этом имеет поправка за рельеф местности.

7) Предложить методику наблюдений для обнаружения геологических объектов правильной геометрической формы - последовательность и порядок измерения силы тяжести на пунктах (рядовых и опорных) гравиметрической сети, позволяющей учитывать смещение нуль-пункта гравиметра.

8) Выполнить построение палетки Гамбурцева – графического чертежа для вычисления притяжения двухмерных тел произвольной формы. Показать применение палетки для решения прямых задач и пути компьютерного решения задания.

9) Составить типовые модели геологических сред с включением натурных и техногенных объектов, характеризующихся избыточной плотностью, как разностью плотностей вмещающих пород и пород структуры, создающих гравитационную аномалию.

10) Написать реферат о принципах» работы» гравиметров, их типах и конструктивных особенностях, включая современные разработки.

· Тесты рубежного контроля раздела 1-Б

1. Вопрос: Что такое эквипотенциальная или уровенная поверхность?

Ответ: Поверхность рельефа Земли. Поверхность мирового океана. Поверхность, где сила тяжести в любой ее точке направлена перпендикулярна ей.

2. Вопрос: Что такое нормальное гравитационное поле?

Ответ:

1. Поле земного шара.

2. Поле геоида.

3. Поле сфероида малого сжатия.

4. Поле воздействия солнца и луны.

3. Вопрос: Почему происходит смещение нуль-пункта гравиметра?

Ответ:

1. Под воздействием атмосферных факторов.

2. Вследствие неидеальной упругости измерительной системы.

3. Из-за влияния рельефа.

4. Вопрос: Как определяется точность аномальных значений силы тяжести?

Ответ:

1. Путем вычисления средней квадратической погрешности.

2. Путем сравнения показаний двух независимых гравиметров.

3. Путем введения поправки за температуру.

5. Вопрос: В чем заключается решение обратной задачи гравиметрии?

Ответ:

1. В автоматизированной обработке данных.

2. В подборе (сопоставлении) расчетного и наблюденного графиков.

3. В выводе формул для заданного геологического объекта.

· Критерии оценки раздела 1-Б

Контрольная работа.

· Литература к разделу 1-Б

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 20-41.

2. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 6-28.

3. Знаменский В.В. Общий курс полевой геофизики. Учебник. – М.: Недра, 1989. – С – 6-79.

Дополнительная:

1. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. – М.: Недра, 1967. – 98-123.

2. Вахромеев В.С. и др. Петрофизика: Учебник для вузов. – Томск: Из-во Том. Ун-та, 1997. - С. 10-28.

3. Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая геофизика: Учеб. Пособие. – М.: Изд-во МГУ, 2000. – С. 83-84.

Магниторазведка

Лекция 4. Тема: Краткая теория геомагнитного поля и его изучение в магнитометрии и магниторазведке.

Магниторазведка - это раздел разведочной (полевой геофизики) изучающий особенности распределения геомагнитного поля в земной коре с целью поисков, оценки и разведки полезного ископаемого.

Геомагнитное поле -это часть общего магнитного поля Земли, имеющего потенциальный характер. Основой является закон Кулона, описывающий взаимодействие магнитных масс (элементарных дипольных масс):

(1.29), где

F - сила взаимодействия магнитных масс m₁ и m₂, r - расстояние между взаимодействующими массами, _а - абсолютная магнитная проницаемость, равная:

_а₀* (1.30), где

₀^-7Гн/м– проницаемость вакуума а  относительная магнитная проницаемость.

Если Землю представить как космическое тело имеющую массу m₂, то согласно закону Кулона она будет притягивать массу m₁, с силой равной напряженности магнитного поля – Н:

(1.31)

при условии, что,  т.е. среда не магнитная. Потенциал магнитного поля для элементарных магнитных масс, как и гравиметрический потенциал, обладает свойством аддитивности, т.е. складываемости:

(1.32)

Суммарное магнитное поле Земли складывается из: 1) постоянного геомагнитного поля, которое представляет собой поле диполя большого намагниченного шара (рис. 24), 2) материкового поля, созданного породами глубинных структур, 3) переменного магнитного поля, под действием которого формируются в Земле вихревые токи. Последние вызывают магнитную индукцию:

, (1.33), где

- магнитная индукция, - напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция измеряется в теслах (Тл). В магниторазведке принята дробная величина - 1 нТл, которая равна 10^-9 Тл.. Напряженность магнитного поля измеряется в А/м.

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 магнитные поля. Выделение этих аномальных полей из наблюдаемого или суммарного геомагнитного поля, а также их геологическое истолкование является целью магниторазведки.

Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. По убыванию дипольного магнитного момента на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и Марс, причем по отношению к магнитному моменту Земли значение их моментов составляет 20 000, 500, 1, 3/5000 3/10000. Дипольный магнитный момент Земли на 1970 составлял 7,98·10²⁵ Гс/см³ (или 8,3·10²² А.м²), уменьшаясь за десятилетие на 0,04·10²⁵ Гс/см³. Средняя напряженность поля на поверхности составляет около 0,5 Э (5·10^–5 Тл). По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя (Т_Д), имеющего магнитный момент М = 8∙10²² А/M. Его центр смещен относительно центра Земли в направлении на 18° с.ш. и 147,8° в.д. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты ω= 78,6 + 0,04° Т с.ш., λ = 70,1 + 0,07° T з.д., где Т – число десятилетий от 1970. У cеверного магнитного полюса ω = 75^о ю.ш.,λ = 120^о в.д. (в Антарктиде). Реальные магнитные силовые линии магнитного поля Земли в среднем близки к силовым линиям этого диполя, отличаясь от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс прецессирует относительно географического полюса с периодом около 1200 лет (рис.1.2.2) На больших расстояниях магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца потока плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Рис 1.24 Временной дрейф оси магнитного диполя Земли

Схематически геомагнитное поле Земли представлено в форме намагниченного шара, которое представляет собой диполь, изображенный на рис.1.25.

Рис. 1.25. Схема формирования геомагнитного