Лекция № 1

МАГНИТОРАЗВЕДКА
Литература
Гринкевич Г.И. Магниторазведка: Учебник. – Екатеринбург: УГГА,
2001.- 308 с.
Инструкция по магниторазведке/ Мин-во геологии СССР. – Л.: Недра,
1981. – 263 с.
Логачев А.А., Захаров В.П. Магниторазведка. 5-е изд., Л., Недра,
1979. 351 с.
Магниторазведка: Справочник геофизика/ Под ред. В. Е. Никитского,
Ю.С. Глебовского. – 2-е изд. – М.: недра, 1990. -470 с.
Миков Д.С. Методы интерпретации магнитных аномалий. -2-е изд.
Томск: Изд. ТГУ, 1975, 180 с.
Серкеров С.А. Гравиразведка и магниторазведка:Учебник для вузов.
– М.: Недра, 1999. 437 с.
Тафеев Г.П., Соколов К.П. Геологическая интерпретация магнитных
аномалий.- Л.: Недра, 1981. – 327 с.
1.Основные сведения из теории магнитного поля.
Магнитное поле – одна из форм проявления электромагнитного поля,
особенностью которой является действие его только на движущиеся частицы и
тела, обладающие электрическим зарядом, а также на намагниченные тела
независимо от состояния их движения.
Основные силовые характеристики магнитного поля – индукция и
напряженность. Индукция (В) численно равна силе, с которой действует
магнитное поле на единичный элемент тока, расположенный
перпендикулярно к вектору индукции.
Линии магнитной индукции – кривые, касательные к которым в каждой
точке совпадают с направлением вектора В в этих точках поля. Замкнутость
линий индукции является выражением отсутствия в природе свободных
магнитных зарядов. Если векторы В во всех точках поля одинаковы, то
магнитное поле называют однородным. Направление линий индукции
определяется правилом Максвелла (правило буравчика)
Подобно тому, как вокруг неподвижного электрического заряда возникает
электрическое поле, в пространстве вокруг движущихся зарядов (или токов)
возникает магнитное поле. Сила действия этого поля зависит от скорости движения
зарядов. Магнитное поле, как и электрическое, есть проявление единого
электромагнитного поля. Если токи в проводниках не изменяются с течением
времени, то и магнитные поля, созданные ими, также не изменяются.
Для проводника с током индукция определяется по закону Био-Савара. В
соответствии с этим законом, для прямолинейного участка цепи, в которой течет
постоянный ток i на расстоянии r от этого участка: В системе СГС
В системе СИ
B  
 ai
4  r
3
B 
   r 
i
cr
3
   r 
Здесь r – радиус-вектор, проведенный из участка проводника в рассматриваемую
точку, Δℓ - вектор, совпадающий по величине с длиной участка, а по направлению с
течением тока, μа = 4π∙10-7 Гн/м – магнитная постоянная (абсолютная магнитная
проницаемость, т. е. проницаемость вакуума) в системе СИ, для системы СГС
принято μа = 1; μ – магнитная проницаемость среды (относительная магнитная
проницаемость).
Для прямолинейного проводника с током, где а – расстояние до проводника:
B  
 ai
2 a
(СИ)
B  
i
2 a
(СГС)
Для соленоида с током (СГС):
B   ср n
i
2r
, где n – число витков соленоида, r – радиус соленоида.
мкА
r
К
L
Б
L=r
Если
k 
 ср n
2r
,то
B  ki
Для градуировки магнитометров применяется градуировочный комплект КГ-1
(кольца Гельмгольца) и мера магнитной индукции ММИ-1, работающие по
этому принципу
Магнитное поле в веществе изменяется по сравнению с полями, создаваемыми теми
же источниками в вакууме. Это связано с тем, что в молекулах электроны участвуют в
движении около ядер и создают микроскопические токи. Кроме того электроны,
протоны и нейтроны, составляющие атом, обладают собственным моментом (спином),
не связанным с движением этих частиц в веществе. Магнитные моменты ядер,
складывающиеся из магнитных моментов протонов и нейтронов, более чем в тысячу
раз меньше магнитных моментов электронов, поэтому, как правило, магнитные
свойства вещества обусловлены свойствами электронов.
В этом случае магнитная индукция В представляет собой среднее значение суммарной
напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными
электронами и другими элементарными частицами.
Магнитную индукцию можно выразить через вектор напряженности магнитного поля Н
и вектор намагниченности J. Напряженность магнитного поля не зависит от магнитных
свойств среды и в вакууме (а также в воздухе):
В системе СИ
В системе СГС
Для вакуума
(и воздуха)
B=H
B = μаН = 4π 10-7 H
В = Н + 4πJ
В реальных
средах
B = μa (H+J)
J – намагниченность, т. е. магнитный момент единицы объема
тела
J = (ΣМЭЛ) / V , где Σмэл – сумма элементарных магнитных моментов
При однородной намагниченности магнитный момент тела М = J V
B = H + 4πæH
J = æH
СГС
æ –магнитная восприимчивость, характеризующая
способность вещества намагничиваться
Для постоянных магнитов
B = H + 4πJ
M  2  m
μ = 1 + 4πæ
m
B
B = μa (H+J)
J = æH
СИ
B
2ℓ
B = μa μH
μ = 1+ æ
m
m – фиктивная магнитная масса
Магнитные свойства веществ
М – магнитный момент
æ - магнитная восприимчивость,
J – намагниченность (вектор намагничения)
Магнетики:
J
1. Диамагнетики
Н
æ<0
μ<1
J
2. Парамагнетики
æ>0
μ>1
Н
J
50
40
30
20
10
3. Ферромагнетики
H
0
-10
-5
0
-10
-20
-30
-40
-50
5
10
æ >> 0
μ >>1
Единицы измерения магнитных величин
Величина
Ед. СИ
Ед. СГС
Связь
Магнитный потенциал (U)
Ампер
Ед. СГС
1ед. СГС =10/4π А
Магнитная индукция (B)
Тесла
Гаусс
1 Гс = 10-4 Тл
Поток магнитной индукции
Вебер
Максвелл
1 Мкс = 10-8 Вб
Напряженность поля (H)
Ампер/метр
Эрстед
1 Э = 1000/4π А/м
Абсолютная магнитная
проницаемость
Генри/метр
Ед. СГС
μ0μ (СГС) = μА (СИ)
Магнитная восприимчивость æ
Ед. Си
Ед.СГС
1 ед. СГС = 4π ед. СИ
Магнитный момент (M)
А*м2
Ед. СГС
1 ед. СГС = 10-3 А*м2
Намагниченность (J)
А/м
Ед. СГС
1 ед.СГС = 1000 А/м
В магниторазведке часто используют нанотеслы (нТл), 1 нТл = 10-9 Тл
В системе СГС численно В = Н, поэтому 1 Гс = 1 Э =10- 4 Тл = 105 нТл
Схема дипольного магнитного поля Земли
Ось вращения
Земли
Т
С
Т
N
Магнитный момент Земли
МЗ = 8,3 1022 А*м2 = 8.3 1025 ед. СГС
R = 6371 км
Ось магнитного диполя наклонена
под углом 11,5 градусов к оси
вращения Земли.
Для земного диполя:
Т
S
U = (M/R 2) cos Ө
Т
Ю
Ө = (90-φ)
φ – магнитная широта
T = (M/R 3)[1+ 3cos2 Ө]1/2
Элементы вектора геомагнитного поля
X (геогр. север)
Н (магн.север)
X
D
I0
Y
y
То
Zo
Z
Т – полный вектор индукции
геомагнитного поля,
Н –горизонтальная составляющая,
Z – вертикальная составляющая
полного вектора,
D – магнитное склонение,
J – магнитное наклонение
вектора Т
То и Zo – вектора нормального
поля, Та – аномальный вектор.
Та
Тизм
Для земного диполя:
-(dU/dr) = Z = (2M/r3) cos Ө
-(dU/r dӨ) = H = (M/r3) sin Ө
Z (к центру Земли)
I0 =arctg (Z/H) = 2 tgφ
Вид магнитосферы Земли по наблюдениям из космоса
1 –поток корпускулярного излучения (солнечный ветер), 2 –силовые линии поля, 3 магнитопауза, 4 - фронт ударной волны, 5 - зона радиационного захвата, 6 –
плоскость экватора, 7 – пути перемещения заряженных частиц, обтекающих
магнитосферу, 8 – места проникновения частиц в зону захвата (полярные каспы)
Зоны космической радиации вокруг Земли
1
2
3
Радиационные пояса: 1 – внутренний, 2 - средний, 3 – внешний.
Структура геомагнитного поля
Карта изодинам
фактического поля
модуля вектора Т
эпохи 1980 г.
Изодинамы в мкТл
(по Гринкевичу, 2001)
Поле Т, измеренное на поверхности Земли, отличается от дипольного, и имеет
аномалии, по размерам соизмеримые с материками.