Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дополнительная информация: Магнитная полоса
Магнитная аномалия Банги в Центральной Африке и Курская магнитная аномалия в Восточной Европе (обе отмечены красным)

В геофизике , А магнитная аномалия является локальное изменение в магнитном поле Земли в результате изменений в химии или магнетизма горных пород. Картирование изменений в области полезно для обнаружения структур, скрытых вышележащим материалом. Магнитное склонение ( геомагнитные инверсии ) в последовательных полосах океанского дна, параллельных срединно-океаническим хребтам, было важным свидетельством расширения морского дна , концепции, центральной в теории тектоники плит .

Измерение [ править ]

Магнитные аномалии обычно составляют небольшую часть магнитного поля. Общее поле колеблется от 25 000 до 65 000  нанотесл (нТл). [1] Для измерения аномалий магнитометрам требуется чувствительность 10 нТл или меньше. Для измерения магнитных аномалий используются три основных типа магнитометров: [2] : 162–164 [3] : 77–79

  1. Индукционный магнитометр был разработан во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок. [3] : 75 [4] Он измеряет компонент вдоль определенной оси датчика, поэтому его необходимо ориентировать. На суше он часто ориентирован вертикально, в то время как в самолетах, кораблях и спутниках он обычно ориентирован так, чтобы ось была в направлении поля. Он непрерывно измеряет магнитное поле, но с течением времени дрейфует. Один из способов исправить дрейф - это провести повторные измерения в одном и том же месте во время съемки. [2] : 163–165 [3] : 75–77
  2. В магнитометр протонной прецессии измеряет силу поля , но не его направление, поэтому он не должен быть ориентирован. Каждое измерение занимает секунду или больше. Он используется в большинстве наземных съемок, за исключением съемок скважин и градиентометров высокого разрешения. [2] : 163–165 [3] : 77–78
  3. Магнитометры с оптической накачкой , в которых используются щелочные газы (чаще всего рубидий и цезий ), имеют высокую частоту дискретизации и чувствительность 0,001 нТл или меньше, но они более дороги, чем другие типы магнитометров. Они используются на спутниках и в большинстве аэромагнитных съемок . [3] : 78–79

Сбор данных [ править ]

Наземный [ править ]

При наземных съемках измерения производятся на нескольких станциях, обычно на расстоянии от 15 до 60 м друг от друга. Обычно используется протонный прецессионный магнитометр, который часто устанавливается на опоре. Поднятие магнитометра снижает влияние небольших металлических предметов, выброшенных людьми. Чтобы еще больше уменьшить нежелательные сигналы, геодезисты не носят металлические предметы, такие как ключи, ножи или компасы, и избегают таких предметов, как автомобили, железнодорожные пути и заборы из колючей проволоки. Если какой-либо такой загрязнитель не заметить, он может проявиться как резкий всплеск аномалии, поэтому к таким особенностям следует относиться с подозрением. Основное применение наземных изысканий - детальный поиск полезных ископаемых. [2] : 163 [3] : 83–84

Аэромагнитный [ править ]

Основная статья: Аэромагнитная съемка

Аэромагнитная съемка часто используется при разведке нефти для получения предварительной информации для сейсморазведки. В некоторых странах, например, в Канаде, государственные учреждения проводят систематические обследования больших территорий. Съемка обычно включает в себя серию параллельных спусков на постоянной высоте с интервалами от ста метров до нескольких километров. Они пересекаются случайными связующими линиями, перпендикулярными основному обследованию, для проверки на наличие ошибок. Самолет является источником магнетизма, поэтому датчики либо устанавливаются на стреле (как на рисунке), либо буксируются сзади на тросе. Аэромагнитная съемка имеет более низкое пространственное разрешение, чем наземная съемка, но это может быть преимуществом для региональной съемки более глубоких горных пород. [2] : 166 [3] : 81–83

Корабль [ править ]

В судовых исследованиях магнитометр буксируется на несколько сотен метров позади корабля в устройстве, которое называется рыбой . Датчик находится на постоянной глубине около 15 м. В остальном процедура аналогична той, что используется при аэромагнитной съемке. [2] : 167 [3] : 83

Космический корабль [ править ]

Спутник-3 в 1958 году стал первым космическим кораблем, на котором был установлен магнитометр. [5] : 155 [6] Осенью 1979 года был запущен « Магсат», который совместно эксплуатировался НАСА и Геологической службой США до весны 1980 года. Он имел скалярный магнитометр на парах цезия и векторный магнитометр с феррозондом. [7] Немецкий спутник CHAMP провел точные гравиметрические и магнитные измерения с 2001 по 2010 год. [8] [9] Датский спутник Ørsted был запущен в 1999 году и все еще находится в эксплуатации, в то время как миссия Swarm в Европейском космосе Агентствовключает в себя "созвездие" из трех спутников, которые были запущены в ноябре 2013 года. [10] [11] [12]

Обработка данных [ править ]

Для магнитных измерений необходимы две основные поправки. Первый - это устранение кратковременных вариаций поля от внешних источников; например, суточные вариации с периодом 24 часа и величиной до 30 нТл, вероятно, из-за воздействия солнечного ветра на ионосферу . [3] : 72 Кроме того, магнитные бури могут иметь максимальную величину до 1000 нТл и продолжаться несколько дней. Их вклад можно измерить, неоднократно возвращаясь к базовой станции или имея другой магнитометр, который периодически измеряет поле в фиксированном месте. [2] : 167

Во-вторых, поскольку аномалия является локальным вкладом в магнитное поле, из нее необходимо вычесть главное геомагнитное поле. Международный геомагнитного Reference Field обычно используется для этой цели. Это крупномасштабная усредненная по времени математическая модель поля Земли, основанная на измерениях со спутников, магнитных обсерваторий и других съемок. [2] : 167

Некоторые поправки, необходимые для гравитационных аномалий , менее важны для магнитных аномалий. Например, вертикальный градиент магнитного поля составляет 0,03 нТл / м или меньше, поэтому коррекция возвышения обычно не требуется. [2] : 167

Интерпретация [ править ]

Теоретические основы [ править ]

Магнитная восприимчивость обычных горных пород и минералов [3] : 74
ТипВосприимчивость ( SI)
Осадочный
Известняки0-3
Песчаники0-20
Сланцы0,01-15
Магматический
Базальт0,2-175
Габбро1-90
Гранит0-50
Риолит0,2-35
Метаморфический
Гнейс0,1-25
Змеевик3-17
Шифер0-35
Минералы
Графитовый0,1
Кварцевый-0,01
Каменный уголь0,02
Глины0,2
Пирротин1-6000
Магнетит1200-19200

Намагниченность в исследуемой породе представляет собой векторную сумму наведенной и остаточной намагниченности :

Индуцированная намагниченность многих минералов является продуктом окружающего магнитного поля и их магнитной восприимчивости χ :

Некоторые восприимчивости приведены в таблице.

Минералы, которые являются диамагнитными или парамагнитными, обладают только наведенной намагниченностью. Ферромагнитные минералы, такие как магнетит, также могут иметь остаточную намагниченность или остаточную намагниченность. Это остаточное воздействие может длиться миллионы лет, поэтому оно может быть совершенно в другом направлении от поля нынешней Земли. Если остаточная намагниченность присутствует, трудно отделить от наведенной намагниченности, если образцы породы не измерены. Отношение величин Q = M r / M i называется отношением Кенигсбергера . [2] : 172–173 [13]

Моделирование магнитных аномалий [ править ]

Интерпретация магнитных аномалий обычно выполняется путем сопоставления наблюдаемых и смоделированных значений аномального магнитного поля. Алгоритм, разработанный Талвани и Хейртцлером (1964) (и далее разработанный Кравчинским, 2019), рассматривает как наведенную, так и остаточную намагниченность как векторы и позволяет теоретически оценить остаточную намагниченность по существующим очевидным полярным путям блуждания для различных тектонических единиц или континентов. [14] [15]

Приложения [ править ]

Полосы на дне океана [ править ]

Магнитные аномалии вокруг хребтов Хуан-де-Фука и Горда у западного побережья Северной Америки с цветовой кодировкой по возрасту.

Магнитные исследования океанов выявили характерную картину аномалий вокруг срединно-океанических хребтов. Они включают серию положительных и отрицательных аномалий в напряженности магнитного поля, образующих полосы, идущие параллельно каждому гребню. Часто они симметричны относительно оси гребня. Полосы обычно имеют ширину в десятки километров, а аномалии - в несколько сотен нанотеслов. Источником этих аномалий является в первую очередь постоянная намагниченность, переносимая минералами титаномагнетита в базальте и габбро . Они намагничиваются, когда на хребте образуется кора океана. Когда магма поднимается на поверхность и остывает, порода приобретает термоостаточную намагниченность.в направлении поля. Затем порода уносится с гребня движениями тектонических плит . Каждые несколько сотен тысяч лет направление магнитного поля меняется на противоположное . Таким образом, узор из полос является глобальным явлением и может использоваться для расчета скорости распространения морского дна . [16] [17]

В художественной литературе [ править ]

В сериале « Космическая одиссея » Артура Кларка инопланетяне оставили ряд монолитов , чтобы люди могли их найти. Один возле кратера Тихо обнаружен по его неестественно мощному магнитному полю и назван Тихо Магнитная Аномалия 1 (TMA-1). [18] Один вращающийся вокруг Юпитера назван ТМА-2, а другой в ущелье Олдувай найден в 2513 году и задним числом назван ТМА-0, потому что он впервые был обнаружен примитивными людьми.

См. Также [ править ]

  • Магнитная аномалия Банги
  • Геомагнитная инверсия
  • Курская магнитная аномалия
  • Детектор магнитных аномалий
  • Южноатлантическая аномалия
  • Магнитная аномалия Темагами
  • Мировая цифровая карта магнитных аномалий (WDMAM)

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Часто задаваемые вопросы о геомагнетизме" . Национальный центр геофизических данных . Проверено 21 октября 2013 года .
  2. ^ a b c d e f g h i j Mussett, Alan E .; Хан, М. Афтаб (2000). «11. Магнитная съемка». Взгляд в землю: введение в геологическую геофизику (1-е изд., Отв. Ред.). Кембридж: Cambridge Univ. Нажмите. С. 162–180. ISBN 0-521-78085-3.
  3. ^ a b c d e f g h i j Телфорд, ВМ; LP Geldart; Р. Э. Шериф (2001). «3. Магнитные методы». Прикладная геофизика (2-е изд.). Кембридж: Cambridge Univ. Нажмите. С. 62–135. ISBN 0521339383.
  4. Перейти ↑ Murray, Raymond C. (2004). Доказательства с земли: судебная геология и уголовное расследование . Миссула (Монт.): Mountain Press publ. Компания. С. 162–163. ISBN 978-0-87842-498-6.
  5. ^ Дикати, Ренато (2017). Штамповка Земли из космоса . Springer. ISBN 9783319207568.
  6. ^ Purucker, Майкл Э .; Уэйлер, Кэтрин А. "6. Магнетизм земной коры". В Коно, М. (ред.). Геомагнетизм (PDF) . Трактат по геофизике. 5 . Эльзевир. п. 195–236. ISBN  978-0-444-52748-6.
  7. ^ Лангель, Роберт; Оусли, Гилберт; Берберт, Джон; Мерфи, Джеймс; Поселение, Марк (апрель 1982 г.). «Миссия МАГСАТ». Письма о геофизических исследованиях . 9 (4): 243–245. Bibcode : 1982GeoRL ... 9..243L . DOI : 10.1029 / GL009i004p00243 .
  8. ^ "Миссия CHAMP" . GFZ Немецкий исследовательский центр наук о Земле . Проверено 20 марта 2014 .
  9. ^ Reigber, Кристоф, изд. (2005). Наблюдение Земли с помощью CHAMP: результаты трех лет на орбите (1-е изд.). Берлин: Springer. ISBN 9783540228042.
  10. ^ Staunting, Питер (1 января 2008). "Спутниковый проект Эрстеда" (PDF) . Датский метеорологический институт . Проверено 20 марта 2014 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ "Рой (геомагнитное созвездие НОО)" . Каталог eoPortal . Европейское космическое агентство . Проверено 20 марта 2014 .
  12. ^ Olsen, Нильс; Ставрос Котсиарос (2011). "Магнитные спутниковые миссии и данные". Специальная серия книг Шопрона IAGA . 5 : 27–44. DOI : 10.1007 / 978-90-481-9858-0_2 . ISBN 978-90-481-9857-3.
  13. Перейти ↑ Clark, DA (1997). «Магнитная петрофизика и магнитная петрология: средства геологической интерпретации магнитных исследований» (PDF) . Журнал АГСО австралийской геологии и геофизики . 17 (2): 83–103. Архивировано из оригинального (PDF) 20 марта 2014 года . Проверено 20 марта 2014 .
  14. ^ Talwani, M .; JR Heirtzler (1964). Расчет магнитных аномалий, вызванных двумерными структурами произвольной формы .
  15. ^ Кравчинский, В. А.; Д. Гнатышин; Б. Лысак; В. Алеми (2019). «Вычисление магнитных аномалий, вызванных двумерными структурами произвольной формы: вывод и реализация в Matlab». Письма о геофизических исследованиях . 46 (13): 7345–7351. Bibcode : 2019GeoRL..46.7345K . DOI : 10.1029 / 2019GL082767 .
  16. ^ Merrill, Рональд Т .; Макэлхинни, Майкл В .; Макфадден, Филип Л. (1996). Магнитное поле Земли: палеомагнетизм, ядро ​​и глубокая мантия . Сан-Диего: Акад. Нажмите. С. 172–185. ISBN 0124912451.
  17. ^ Теркотт, Дональд Л. (2014). Геодинамика . Издательство Кембриджского университета. С. 34–39. ISBN 9781107006539.
  18. ^ Нельсон, Томас Аллен (2000). Кубрик: внутри лабиринта кинохудожника (Новое и расширенное изд.). Блумингтон: Издательство Индианского университета. п. 107. ISBN 9780253213907.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Констебль, Екатерина Г .; Констебль, Стивен С. (2004). "Спутниковые измерения магнитного поля: приложения в изучении глубин Земли". В «Искрах» Роберт Стивен Джон; Хоксворт, Кристофер Джон (ред.). Состояние границ планеты и проблемы геофизики . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. С. 147–159. ISBN 9781118666012.
  • Хинце, Уильям Дж .; Фрезе, Ральф Р. Б. фон; Саад, Афиф Х. (2013). Гравитационные и магнитные исследования: принципы, практика и приложения . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521871013.
  • Хинце, Р.А. Лангель, ВДж (2011). Магнитное поле литосферы Земли: спутниковая перспектива (1 стр. Изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521189644.
  • Кири, Филипп; Брукс, Майкл; Хилл, Ян (16 апреля 2013 г.). «7. Магнитная съемка». Введение в геофизические исследования . Джон Вили и сыновья. ISBN 9781118698938.
  • Maus, S .; Barckhausen, U .; Berkenbosch, H .; Bournas, N .; Brozena, J .; Чайлдерс, В .; Досталер, Ф .; Fairhead, JD; Finn, C .; и другие. (Август 2009 г.). «EMAG2: Сетка магнитных аномалий Земли с разрешением 2 угл. Мин., Составленная на основе спутниковых, воздушных и морских магнитных измерений» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 10 (8): н / д. Bibcode : 2009GGG .... 10.8005M . DOI : 10.1029 / 2009GC002471 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Магнитное поле литосферы (CIRES)
  • Карты и данные магнитных аномалий для Северной Америки (USGS)
  • Карта мировой цифровой магнитной аномалии: информация
  • Карта магнитных аномалий мира
  • Астероиды могли доставить магнитный материал на Луну