Магниторазведочная аппаратура

Приборы применяемые в магниторазведке носят название магнитометров и подразделяются на:

1) Оптико-механические;

2) Феррозондовые;

3) Протонные;

4) Квантовые.

Оптико-механические приборы. Принцип их устройства сходен с устройством гравиметров (рис. 34). На немагнитной металлической проволоке установлен основной магнит, который системой компенсационных магнитов приводится в горизонтальное положение и ориентируется по направлению вектора T. С компенсационными магнитами связаны юстировочные микрометрические винты, по которым производится отсчет показаний магнитной индукции в нанотеслах. В систему визуальных отсчетов входят оптические линзы (увеличительные и преломляющие). Недостаток оптико-механических магнитометров это сползание нуль пункта.

 

Рис. 34. Схема устройства оптико-механического магнитометра

1 - рама, 2 - металлическая нить, 3 – постоянный магнит,

4 – зеркало, 5 - диапазонный магнит, 6- компенсационный магнит, 7 - лимб

 

Феррозондовые приборы. Это приборы, в которых их основной элемент – феррозонд. Он состоит их двух индукционных катушек намотанных со встречной обмоткой на пермаллоевые стержни (материал с очень высокой магнитной проницаемостью). Встречная обмотка обеспечивает нулевую напряженность поля в отсутствии магнитных объектов (рис. 35).

 

Рис. 35. Схема феррозонда по типу второй гармоники

1,2 – пермаллоевые сердечники, Н₁, Н₂ – направление

переменного магнитного поля частотой ω₁,

Н – постоянная составляющая внешнего магнитного поля,

ω₂ – результирующая частота

 

Когда появляется магнитный объект, то за счет деформации магнитного поля, напряженность между катушками становится отличной от нуля. Одновременно в измерительной катушке w₂ наводится индукция, величина, которая пропорциональна намагниченным объектам.

Блок-схема аппаратуры феррозондового магнитометра приведена на рис. 36.

 

Рис. 36. Блок-схема феррозондового магнитометра

1 – феррозонд, 2- генератор, 3 - измеритель первичного сигнала,

4 - фазовращатели (компенсаторы напряжения и фазы), 5 – сумматор, 6 - кварцевый генератор (частотомер), 7 - регистрирующее устройство

 

Протонные магнитометры. В этих приборах используется физическое явление прецессия протонов, сущность которой в ориентации магнитных моментов протонов вдоль силовых линий магнитного поля. Датчик поля представляет собой сосуд, наполненный протонообразующей жидкостью (вода, спирт, бензол или их смеси). Вокруг сосуда намотаны генераторная и измерительная катушки. С помощью первой создается эффект поляризации протонов, а с помощью второй - изменение ориентации магнитных моментов вследствие деформации магнитного поля под действием тех или иных магнитных объектов. Прецессия выражается формулой

(35),

где Т - суммарный магнитный вектор, w - частота, α - коэффициент, характеризующийся отношением механического и магнитного моментов.

Протонные магнитометры отличаются высокой точностью. У них, в отличие от феррозондовых, отсутствует сползание нуль-пункта. Блок-схема протонных магнитометров приведена на рис. 37.

Рис. 37. Блок-схема протонного магнитометра

Д.П. – датчик поля, Вх.У. – выходной усилитель, У – усилитель мощности, С – смеситель, УПЧ – усилитель промежуточной частоты, Д – детектор, ЭЗК – электронная записная книжка, ГПЧ – генератор промежуточной частоты, Б.П. – блок питания, П.Н. – преобразователь напряжения

 

Квантовые магнитометры. Это современные приборы, в основе которыхлежит то же уравнение прецессии (формула 35), что и для протонных магнитометров. Используется физическое явление Леемана. Сущность явления в переходе электронов на новый энергетический уровень под действием монохроматического света. Вспышка этого света называется накачкой. Под действием этого света электроны атомов отдельных элементов переходят на другой энергетический уровень, причем их магнитные моменты как и у протонов ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля. После прекращения накачки (вспышки монохроматического света) электроны возвращаются на прежние уровни, но при этом выделяется энергия с частотой пропорциональной суммарному вектору магнитного поля Т. Сосуд (лампа) квантового магнитометра наполнен парами или цезия, или рубидия или гелия, которые являются насыщенными атомосодержащими объектами. Блок-схема приборов аналогична протонным магнитометрам.

В процессе проведения магниторазведочных работ обязательны вариационные наблюдения (непрерывные по времени измерения стационарным магнитометром, установленным на базе) с целью записи магнитных пульсаций (бурь). Погрешности результатов наблюдений вычисляются по разности измерений на контрольных точках:

(36),

где d - разность основных и контрольных замеров, n – общее количество контрольных точек.

Представление результатов магнитометрической съемки, как и в гравиразведке, производится в виде план графиков и карт изодинам (z,h), изогон (d), изоклин (I). Обязательно выполняется качественная и количественная интерпретация полученных материалов с последующим геологическим истолкованием магниторазведочных аномалий.

Качественная и количественная интерпретация выполняются по той же схеме что и в гравиразведке. Основой служит решение прямой и обратной задач.

Прямая задача.

Расчет распределения потенциалов поля производится по формуле:

(37),

где U - магнитный потенциал, I - интенсивность намагничивания, Q - угол между точкой наблюдения и изучаемым объектом, m - магнитная проницаемость, r - расстояние между объектом и точкой наблюдения.

Решение прямой задачи, как правило, выполняется для объектов простой геометрической формы (рис. 38).

 

 

Рис. 38. Форма графиков Z_а и H_а

Над крутопадающим пластом

Бесконечного простирания

Аномальные эффекты связаны в основном с верхней кромкой пласта, поскольку нижняя кромка находиться на достаточно большой глубине и ее влиянием можно пренебречь.

Обратная задача.

Решение обратной задачи предусматривает количественную интерпретацию с обязательным привлечением априорной информации. Типовой способ решения следующий:

1) Определяется h - глубина залегания объекта по эмпирической формуле:

h =1,3[X_{1/2z max}], (38),

где X_{1/2z max} - координата Х в точке 1/2z _max.

2) Определяется магнитная масса m объекта:

m=Z_max*m*h² (39)

3) Определяется интенсивность намагничивания:

I=k*z (40),

где k берётся по справочным таблицам или по натурным замерам.

4) Определяется площадь верхней кромки магнитного объекта:

S=m/I (41)

 

Для объектов сложной геометрической формы используются численные методы решения прямой и обратной задач в рамках 1D, 2D, 3D – инверсии. Существуют специальные компьютерные программы.