Геологический факультет МГУ, кафедра геофизических методов исследования земной коры, тел. 939-30-13.

Авторы - доц. Попов Михаил Георгиевич, асс. Золотая Людмила Алексеевна, доц. Булычев Андрей Александрович.

Курс читается в 3 и 6 семестрах для студентов специальности 011200 - геофизика.

Объем курса - 72 часа, лекции - 48 часов, лабораторные занятия - 12 часов, семинарские занятия - 12 часов.

Форма контроля. 2 коллоквиума, 2 контрольные работы, 5 лабораторных работ с собеседованием; зачет в 3 семестре; курс завершается экзаменом.

Аннотация. Курс включает следующие основные разделы:

1. Физические основы метода магнитной разведки.

2. Аппаратура и методика измерения элементов магнитного поля Земли.

3. Основы геологической интерпретации магнитных аномалий.

4. Применение магниторазведки.

Краткие исторические сведения об изучении основных характеристик магнитного поля Земли, введение понятия "магнитное поля Земли" и первые представления о нем, предсказание и открытие магнитного склонения и магнитного наклонения, магнитных полюсов Земли, вариаций и векового хода магнитного поля. Появление магнитной разведки в России, ее роль и место в современной геологической науке.

Магнитное поле Земли. Элементы земного магнетизма, их географическое представление. Структура магнитного поля Земли, спутниковые данные о магнитосфере. Нормальное магнитное поле, его представление суммой сферических гармоник. Материковые аномалии. Изменение магнитного поля Земли во времени, вековой ход, западный дрейф. Понятие о методах и основные результаты изучения магнитного поля Земли в геологическом прошлом - смещение полюсов, инверсии. Современные представления об источниках магнитного поля Земли.

Магнитные вариации и магнитные бури, их происхождение и пространственно- временная структура.

Понятие о намагничивании образований, слагающих верхние части твердой оболочки Земли. Интенсивность и морфология аномального магнитного поля.

Методы измерения элементов земного магнетизма, их классификация. Основные требования к магнитоизмерительной аппаратуре, реализующей эти методы, в зависимости от ее назначения.

Магнитометрический метод. Абсолютный метод Гаусса, вертикальные и горизонтальные весы, метод полной компенсации. Приборы, основанные на магнитометрических методах измерений, основные принципы устройства, точность измерений, область применения. Приборы для абсолютных измерений; аппаратура для наземных относительных измерений; аппаратура для измерения магнитных вариаций в магнитных обсерваториях и при магнитразведочных работах; аппаратура для измерения магнитных свойств горных пород (астатические магнитометры).

Индукционный метод. Метод с использованием вращающейся рамки. Методы с применением магнитонасыщенных чувствительных элементов. Магнитные характеристики пермоллаев. Устройство феррозондов, схемы выделения полезного сигнала. Феррозондовые магнитометры, основные принципы их устройства, точность измерений, область применения:

а) магнитометры для наземных относительных измерений;

б) скважинные магнитометры для измерения D Z и À , трехкомпонентные системы;

в) D T- аэромагнитометры. Преимущества измерения D T; система принудительной ориентировки датчика; блок- схема аэромагнитометра.

Приборы индукционного типа для измерения магнитных свойств горных пород - измерители магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности.

Протонный метод. Явление ядерного магнитного резонанса. Метод свободной ядерной прецессии. Устройство и физико-технические параметры датчика. Способы повышения точности и быстродействия. Блок- схема протонного магнитометра и принцип его работы. Способы регистрации и выдачи данных в протонных магнитометрах. Протонные магнитометры для наземных, аэро- и гидромагнитных наблюдений, их технические данные, дискретность и точность измерений. Протонные вариометры.

Квантовый метод. Эффект Зеемана. Метод оптической накачки. Физико-технические параметры датчиков. Блок- схема квантовых магнитометров и принципы их работы. Способы регистрации и выдачи данных в квантовых магнитометрах. Квантовые магнитометры различного назначения, их точность и технические данные. Магнитометры-градиентометры, их преимущества, компановка датчиков, точность измерений. Методы измерения компонент магнитного поля.

СКВИДы. Использование эффекта сверхпроводимости в магнитных измерениях. Основные принципы устройства сверхпроводящих квантовых интерференционных магнитометров.

Методика магниторазведочных работ. Геологические задачи, решаемые магниторазведкой. Информативная сущность задач - задачи обнаружения, локализации, детального описания. Необходимые точность и детальность наблюдений, выбор направления профилей, густоты сети точек наблюдений. Понятие масштаба съемки. Подготовка приборов к наблюдениям, эталонировка.

Наземная магнитная съемка. Основы методики - способы достижения заданной точности, опорная сеть, учет вариаций и сползания нуль- пункта приборов, привязка к абсолютному уровню, разбивка и плановая привязка точек наблюдений, контроль и точность работ.

Аэро- и гидромагнитная съемка. Методика съемки в зависимости от используемой аппаратуры, учет сползания нуль- пункта и девиации носителя, учет вариаций при съемках различной точности, приведение к единому абсолютному уровню, поправка за нормальное поле, контроль и оценка точности, способы высотной и плановой привязки.

Специальные виды магниторазведочных работ. Микромагнитная съемка. Скважинная магниторазведка. Метод искусственного подмагничивания.

Способы графического представления результатов наблюдений - графики, планы графиков, карты изодинам. Обработка магнитразведочных данных с использованием ЭВМ. Автоматизированные системы обработки, принципы их организации, алгоритмизация отдельных этапов. Автоматизированные устройства графического представления магниторазведочных данных. Результаты обработки в цифровой и графической форме как исходный материал для последующей геологической интерпретации.

Условия применения магнитного метода - геометрическое, физическое и техническое.

Содержание геологической интерпретации. Приближенный характер задания поля. Понятия "полезный сигнал", "помеха", состав и природа помех в магнитном поле.

Понятие о прямых и обратных задачах. Общие интегральные представления решения прямой задачи. Отсутствие единственности решения обратной задачи магниторазведки в общей постановке. Эквивалентность и неустойчивость решений. Критерии выбора оптимальных решений. Поиск решений на основе априорных допущениях об источниках. Значение дополнительной геолого-геофизической информации. Физико-геологические модели среды. Общая схема интерпретационного процесса.

Намагниченность горных пород как фактор, определяющий отражение геологической ситуации в аномальном магнитном поле. Магнитная восприимчивость. Природные минералы диамагнетики и парамагнетики. Ферромагнитные материалы, их основные характеристики. Зависимость магнитной восприимчивости горных пород от их минералогического состава, процентного содержания ферромагнитных минералов, формы, размера, распределения по объему, степени выветривания породы и прочих факторов. Величина магнитной восприимчивости основных типов горных пород и руд. Остаточное намагничивание, коэффициент Q, виды остаточной намагниченности (ориентационная, термоостаточная, вязкая). Обратная намагниченность, ее природа. Характеристика остаточного намагничения основных типов горных пород. Стабильность остаточного намагничения, методы ее изучения. Палеомагнетизм, палеомагнитная корреляция. Распределение интенсивности намагничивания по объему геологически однородных образований. Зависимость намагниченности от формы. Однородная намагниченность, смысл и правомерность допущения однородности намагничивания геологических объектов.

Магнитные аномалии как функция совокупности параметров их источников.

Прямая задача магниторазведки. Магнитный потенциал тела конечных размеров. Связь между гравитационным и магнитным потенциалами и их производными (теорема Пуассона). Соотношения, связывающие составляющие магнитного поля при косом и вертикальном намагничивании. Понятие двухмерности. Аналитическое выражение поля D T, условия потенциальности функции D T. Соотношения между полями D T и Z в зависимости от широты местности и простирания тел.

Магнитные поля тел простой формы - диполь, вертикальный стержень, пласт малой мощности, горизонтальная дипольная пластина, круговой горизонтальный цилиндр, пласт большой мощности, наклонный уступ. Возможность и условия аппроксимации реальных геологических объектов телами данной геометрической формы. Условия применения двухмерной аппроксимации. Аналитические выражения полей Z, H и D T от элементарных моделей, их характерные особенности по профилям и в плане. Сравнительный анализ полей D T и Z при разных параметрах тел, широте местности, направления намагничивания.

Применение функции комплексной переменной для решения прямой задачи магниторазведки. Комплексный потенциал и комплексная напряженность магнитного поля, соотношение Пуассона в комплексной форме. Комплексная напряженность дипольной линии, дипольной пластины, многоугольника. Комплексные моменты.

Прямая задача для однородно намагниченного многогранника.

Решение обратной задачи магнитной разведки при аппроксимации источников простейшими модельными телами. Геологические задачи и физико-геологические условия, допускающие такую аппроксимацию. Метод характерных точек, метод касательных, интегральные методы, методы, использующие палетки, номограммы и пр. Методика и область применения, преимущества и недостатки, оценка точности решений, основные источники погрешностей.

Качественный анализ сложных наблюденных полей. Средний уровень поля, изменчивость по амплитуде и размерам аномалий, форма аномалий в плане, их ориентировка и другие характеристики. Районирование территории по типам магнитных полей. Анализ магнитных аномалий в областях их интерпретации. Определение элементов геологического строения по особенностям морфологии аномального магнитного поля.

Фильтрация и трансформация магнитных полей. Методы подавления случайных помех. Методы разделения сложных интерфереционных полей. Расчет элементов магнитного поля в верхнем полупространстве (двух- и трехмерные задачи). Обнаружение слабых аномалий на фоне высокоинтенсивных помех. Выделение линейных аномалий в сложных полях.

Метод подбора. Интерпретация сложных магнитных аномалий по методу подбора. Анализ априорной информации, создание физико-геологической модели среды. Вспомогательная обработка поля. Методика последовательных приближений. Критерии качества решения, основные источники ошибок. Использование ЭВМ при интерпретации методом подбора в диалоговом режиме и автоматизированном. Ограничение области поиска решений, критерии выбора направления поиска. Моделирование сложных неоднородных сред. Роль геологических гипотез и субъективного фактора.

Аэромагнитная съемка при мелкомасштабном картировании и тектоническом районировании. Использование аэромагнитных данных при поисках нефти и газа.

Применение гидромагнитной съемки для изучения истории тектонического развития акватории океанов. Гидромагнитная съемка на шельфе.

Магниторазведка при среднем и крупномасштабном геокартировании. Картирование осадочных и метаморфических пород, магматических образований, разрывных нарушений.

Магнитразведка при поисках и разведке месторождений меди, железорудных, полиметаллов, никеля, редких металлов, золота и других полезных ископаемых.

Применение магниторазведки в археологии.

1. Написание реферата и доклад по разделу "История метода, происхождение и структура магнитного поля Земли".

2. Изучение элементов нормального магнитного поля (с помощью программы на ЭВМ).

3. Определение элементов методики магниторазведочных работ при решении определенной геологической задачи (с помощью программы на ЭВМ).

4. Практическое знакомство с магниторазведочной аппаратурой.

5. Решение прямой задачи магниторазведки - аппроксимация моделей, расчет по аналитическим формулам, палеточные методы, написание программ для ЭВМ.

5. Интерпретация аномального магнитного поля - качественный анализ карт, применение метода характерных точек, метода касательных, палеточных методов, подбор моделей на ЭВМ.

Основная

Логачев А.А., Захаров В.П. Магниторазведка. Л., Недра, 1979.

Дополнительная

Магниторазведка. Справочник геофизика. /Ред. В.Е.Никитский, Ю.С. Глебовский. М., Недра, 1980.

Страхов В.Н. Методы интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Пермь, Изд-во Пермского ун-та, 1984.

Тафеев Г.П., Соколов К.П. Геологическая интерпретация магнитных аномалий. Л., Недра, 1981.

Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л., ЛГУ, 1978.