> Техника, страница 59 > Магнитная аномалия

Магнитная аномалия

Магнитная аномалия, нарушение в распределении геомагнитных элементов на участке земной поверхности, выражающееся в б. или м. значительном отклонении наблюдаемых величин элементов земного магнетизма (смотрите) от тех значений их, которые были бы свойственны данному району в предположении, что его геомагнитные элементы обязаны общему магнетизму земного шара. Земля, имеющая вокруг себя магнитное поле, меняющееся от одной точки поверхности земного шара к другой, м. б. рассматриваема как тело ТТ (фигура 1), к-рое намагничено бесконечно малым магнитом ns, помещенным

в центре земного шара, причем ось этого магнита NS, соединяющая два полюса, составляет с осью вращения земли 00 угол, равный 11°. Магнитные силовые линии А, В такого магнита, изображенные пунктирными линиями, идут от северного полюса магнита к южному в направлении, отмеченном стрелками. Можно показать, что величины элементов земного магнетизма горизонтальной составляющей магнитной силы, а также склонения и наклонения получают при такой гипотезе хорошее совпадение с действительностью, и линии, соединяющие точки земной поверхности с равной горизонтальной составляющей, с равным склонением и равным наклонением, м. б. выведены теоретически. На каждой магнитной параллели, представляющей собой сечение поверхности земли плоскостью, параллельной магнитному экватору, лежащему перпендикулярно к оси бесконечно малого магнита, находятся точки, в которых вертикальная составляющая магнитной силы, горизонтальная составляющая и наклонение имеют постоянную величину. Склонение, равное углу между магнитным меридианом и географии, меридианом, дает более сложную картину, однако и оно может быть теоретически вычислено, если принять однородность условий намагничивания на всей земле.

Земля представляет собой на самом деле не однородное тело; в различных точках ее поверхности наблюдаются отклонения от указанного выше простого теоретич. распределения магнитных силовых линий. Места, где эти отклонения элементов земного магнетизма достигают значительных величин, носят название магнитных аномалий; по б. ч. эти аномалии зависят от присутствия рудных залежей под землей. В нормальных условиях изоклины и изодинамы Z и Н (смотрите Земной магнетизм, Изолинии) представляют собой линии, параллельные экватору. Если аномалия достигаетизвестногоразмера, то изодинамы и изоклины представляют собой замкнутые фигуры на поверхности земли (фигура 2), причем иногда имеемся точка А, к которой направлены силовые линии и F₂аномального поля около этой точки А. Изогоны представляют собой в этом случае сложную картину, давая са-мыеразнообразныеуглы с магнитным меридианом. Для определения аномалий всего удобнее пользоваться или вертикальной составляющей или наклонением; возможно также пользоваться горизонтальн. составляющей. Как указывалось выше, ббль-шая часть аномалий зависит от залежей магнитных рудных пород. Если имеется вытянутая залежь R (фигура 3), намагниченная под влиянием земного поля FF, то два полюса этой залежи, южный £ и северный N, действуют на поверхности земли АВ, создавая каждый свое магнитное поле, дающее в сумме с нормальным полем картину аномального распределения магнитных силовых линий. Особенно простые условия получаются, если имеется длинная тонкая залежь, у которой второй полюс (северный) расположен далеко от поверхности ДВ(фигура 4), так что его действием можно пре-

Фигура з.

небрегать. Тогда только южный полюс £ действует на магнитную стрелку, помещенную на поверхности земли; в этом случае можно следующим простым способом определить глубину залегания этого полюса. Магнитная стрелка в разных местах горизонтальной поверхности земли АВ притягивается полюсом £ с разной силой, и если взять точку Q и точку Р, в которых наклонение равняется 45°, или горизонтальная составляющая Н равняется вертикальной составляющей Z, то расстояние между точками Q и Р будет равно двойному расстоянию RS точки R, находящейся на поверхности земли, от полюса рудной залежи S. Расстояние RS можно также найти, если измерить расстояние от точки Q, где наклонение равняется 45°, до точки R, где наклонение равно 90°. Этот способ приводит к тому же самому результату. Эти методы позволяют в большом числе случаев определять глубину залежей, в особенности если залежи, как например на Урале, являются неглубокими.

В тех случаях, когда искомый объект находится на значительной глубине или имеет значительные размеры по сравнению с его расстоянием от земной поверхности, определение этой глубины залегания указанным выше способом приводит к большим ошибкам и потому приходится пользоваться более сложными приемами расчетов. Эти последние требуют введения дополнительных гипотез относительно характера намагничивания искомого тела и его формы (последняя гипотеза м. б. сделана на основании геологич. соображений). Эти гипотезы дают возможность получить нек-рые математич. зависимости между элементами, характеризующими залежь (размер и положение относительно земной поверхности), и величиной создаваемого ей магнитного поля. Соотношения эти можно рассматривать как ур-ия относительно неизвестных элементов залежи, в которых величины, характеризующие магнитное поле, определяются непосредственно из измерений. После выполнения соответствующего ряда измерений, теоретически представляется возможным найти искомые неизвестные. Однако в виду большой сложности получаемых ур-ий приходится прибегать к б. илим. искусственным приемам и в частности к помощи механич. решения задачи при помощи специальных приборов, подобных планиметру, или путем предварительного изучения магнитного поля на модели. Существует также метод, предложенный Лазаревым для исследования глубоко лежащих залежей, состоящий в изучении изменения поля с высотой; между прочим этот метод был применен для определения глубины залегания руд в районе Курской М. а. Он состоит в следующем. Пусть имеются точки А, В, С (фигура 5), расположенные на вертикальной линии, и пусть глубоко под поверхностью земли QQ лежит полюс S залежи; влиянием же полюса N залежи вследствие большой глубины (в данном примере) залегания можно пренебречь. Тогда, если эта залежь яв-гяется цилиндрической, причем ось цилиндра R расположена параллельно поверхности земли, то полюсы действуют в точках А, В, С с силой, обратно пропорциональной расстояниям SA, SB, SC. Эти силы будут выражаться т. о.: в точке А сила F,=⁰, в

¹ η

точке В сила F_%=и в точке С сила F»=^а,

2 ° Г₃

где а—константа. Данные выражения можно преобразовать, обозначив расстояние SD через R, а расстояния ΑΏ, BD и CD соответственно через Ь_1; Ь₂, 6₃; тогда

^а pi _ ^а pi _ Ч

Н + Ь_х ’ Л + Ь₂ ’ *z-R + b₃

Фигура 5.

и отсюда:

F₁R+F₁b₁=a, F^R+F₂b₂=a, F₃R+F₃b_s=a. В приведенных ур-иях неизвестны R и а; двух ур-ий достаточно, чтобы определить а и R. Выгодно пользоваться однако большим числом ур-ий для проверки величины R. В отдельных частных случаях, как например при изучении Курской аномалии, возможно применение следующего способа. Изучается намагничивание стального долота, которое применяется для бурения в данном месте.

Долото по мере углубления буровой скважины намагничивается под влиянием увеличения поля, создаваемого залежью, все больше и больше. Исследуя на разных глубинах намагничивание долота, можно определить поле в любой точке нахождения долота и отсюда определить расстояние этой точки от залежи и следовательно глубину залегания.

Кроме М. а., вызванных присутствием магнитных масс, могут быть и М. а., вызванные присутствием электрич. токов. Такой ток можно себе представить, если вообразить, что мы имеем гранитный остров JJ (фигура 6), находящийся поблизости от материка СС. Пусть в острове имеется трещина АВ, заполненная рыхлыми породами, пропитанными водой; тогда менее концентрированная вода моря, заключенная между материком и островом и более концентрированная вода океана создадут токи, которые обязаны явлению диффузии и идут-вдоль щели. Эти токи являются причиной аномального магнитного поля. Как было· показано Лазаревым, если имеется ток, проходящий внутри земли (фигура 7) в направлении, параллельном ее поверхности SS (перпендикулярно чертежу в точке а), или если имеется ряд магнитных полюсов одного знака, расположенных вдоль той же самой линии на той же глубине, то характер изменения вертикальной и горизонтальной составляющих магнитной силы в направлении SS может быть представлен двумя линиями АВС и DEFG. Для залежи вертикальная составляющая Z представляется линией АВС, горизонтальной составляющей будет линия DEFG. Для электрич. тока, наоборот, линия АВС будет представлять собой горизонтальную составляющую, а линия DEFG будет представлять вертикальную составляющую. Т. о., на основании сказанного, по характеру изменения вертикальной и горизонтальной составляющих можно решить вопрос,

Океан

Фиг.

ФИГ. 7.

является ли причина аномалии материальной или нематериальной (электрической). Аномалию нематериального характера можно подозревать в Японии в области Fossa Magna, где условия, описанные выше, осуществляются на одном из островов.

Лит.: Труды Магнитно-гравитационного отдела Особой комиссии по исследованию Курской магнитной аномалии, М., 1920—26; Ambronn R., Method en d. angewandten Geophysik, Dresden—Lpz., 1926; H a a 1 k H., Die magnetische Verfahren der angewandten Geophysik, B., 1927; Bartels J., Erdmagnetische Auf-schlussverfahren, Lehrbuch der Geophysik. hrsg. von B. Gutenberg, B., 1926—28. П. Лазарев.