Применение магнитометров и работа с ними

Магнитометр — прибор, который используют геологи для измерения и (иногда) определения направления магнитного поля Земли в определенной точке пространства. Порой их называют гауссметрами или тесламетрами, так как магнитное поле измеряется в единицах гауссах или тесла. Если по координатной сетке на большом участке земли взять несколько замеров магнитного поля, то можно определить его колебания, которые вызваны наличием в недрах горных пород различного типа. Магнитометр весьма распространен при разведке месторождений некоторых полезных ископаемых.

Земля имеет постоянное магнитное поле, которое, как считают ученые, генерируется электрическим током, протекающим в расплавленном веществе ядра. Этот ток создается при переносе расплавленных материалов вверх и вниз в результате тепловыделения ядра Земли. Этот процесс сложен и недостаточно изучен. Обычная магнитуда поля на поверхности Земли колеблется от 0,25 до 0,65 Гс. Именно оно заставляет стрелку компаса поворачиваться на север. На измерение интенсивности поля на поверхности может повлиять наличие железосодержащих пород, а также металлического железа, залегающего на небольшой глубине. Изменения, вызываемые в таком случае, и измеряются геологами при разведке.

 Самый первый и простейший магнитометр был изобретен в 1833 году Карлом Гауссом. В настоящее время магнитометры используются в самых разных областях, не только для разведки. Их применяют астрономы для измерения воздействия солнечного ветра на магнитное поле Земли, что приводит к появлению северного сияния. С их помощью можно найти погребенные под поверхностью железные трубы и лом. Археологи и охотники за сокровищами используют магнитометры для поиска обломков затонувших кораблей или следов старых поселений и цивилизаций. Военные могут пользоваться ими для поиска субмарин: магнитометры «видят» железные объекты на значительно больших глубинах, чем обычные металлодетекторы, хотя и способны определять только магнитные материалы и напрямую не могут обнаружить проводящие, немагнитные металлы — медь, серебро и золото. К минералам, обладающим характерными магнитными свойствами, относится, например, магнетит, маггемит, титаномагнетит, титаномаггемит, титаногематит и пирротин. Потенциально с помощью магнитометра можно найти любой минерал, содержащий железо.

В некотором роде магнитометр — это полуметаллоискатель. Наши детекторы (и низкочастотные, и импульсно-индукционные) посылают электромагнитную энергию в землю для возбуждения проводящих объектов. Затем происходит поиск магнитных полей, создаваемых выделенной в грунт энергией. Магнитометр как раз «отвечает» за вторую часть, а именно измеряет поля, существующие естественно, без стороннего воздействия.

Современные магнитометры выпускаются различного типа. Протонные магнитометры когда-то очень широко использовали в геологоразведке по причине их доступности и невысокой стоимости. Тем не менее, в ГРР протонные модели практически полностью заменили цезиевые, калиевые магнитометры и магнитометры, основанные на эффекте Оверхаузера. Для этих моделей характерен короткий рабочий цикл, высокая чувствительность и, кроме того, они не требуют от оператора останавливаться, чтобы снять показания. В последние несколько десятков лет магнитометры стали меньше в размере и стали выпускаться на интегральных схемах. В моем мобильном телефоне, например, есть очень маленький магнитометр, который позволяет телефону выполнять функцию компаса, хотя, конечно, для разведки этого недостаточно.

Глубина определения магнитометром аномалии зависит от того, насколько чувствительна конкретная модель и как близко к земле находится прибор. Исследование с лодки или самолета, как правило, не такое точное, как с поверхности.

Некоторые магнитометры более чувствительны к изменениям магнитного поля, чем другие. Глубина обнаружения также зависит от глубины расположения и силы аномалии. Как и остальные типы электромагнитной энергии, интенсивность магнитного поля ослабевает по мере увеличения расстояния от источника. Чем глубже располагается поле, тем оно должны быть сильнее, чтобы его можно было обнаружить. Например, некоторый объект умеренной интенсивности магнитного поля, погребенный под сотнями футов отложений, может быть невидимым, хотя точно такая же аномалия возле поверхности обнаруживается легко. В дополнение к этому, количественные значения шкалы магнитного поля аномалии могут послужить своего рода индикатором глубины залегания местрождения. Залежам, находящиеся ближе к поверхности, характерны более острые и высокие пики, а глубоким имеют тенденцию к более широким изменениям показаний.

Магнитометр способен снимать показания силы магнитного поля только в определенной точке. Если перемещаться и производить многократные измерения, можно обнаружить изменения поля на большом участке земли. Обычно в рамках геологических изысканий снимают показания с нескольких разных точек; это помогает определить колебания магнитного поля земли на интересующей с точки зрения добычи местности. Чтобы найти месторождение и определить его магнитную «подпись», геологи и инженеры предпринимают масштабные работы, снимая показания с сотен и тысяч точек, которые заносят на карту для изучения проявления магнитных аномалий. Геологоразведочные компании, как правило, проводят магнитную съемку или разведку с воздуха (с самолета или вертолета) при пролете на высоте 300 футов (91,4 м)  с шагом 400 ярдов (365,8 м). Отдельные данные берут на каждые 30 футов (9,14 м) вдоль контрольной линии. Для интерполяции и вычисления среднего промежутка между ними используют компьютерные программы.

Самый распространенный способ проведения подобных изысканий — это сбор показаний в ходе маршрутов по участку земли. Обычно для получения детальных данных наземные работы производятся на небольших площадях. В редких случаях работы магнитометром проводятся с лодки. Результаты обычно распечатываются в виде рельефных карт с указаниями на высокие и низкие значения магнитного поля. Современные GPS-системы дают возможность проводить исследования по очень точно определенным координатным сеткам. Это позволяет геологам легко обнаруживать и определять местонахождение магнитных аномалий для дальнейших геофизических испытаний, разведочного бурения и т.п.

С течением времени в определенных точках показания магнитного поля Земли могут колебаться из-за изменений, вызываемых сторонними силами. Как правило, при проведении исследования с воздуха данные собираются довольно быстро, так что это не проблема. Тем не менее, на наземную работу по определенному участку и получение необходимых показаний может уйти несколько дней. Когда работа занимает больше времени, фоновые вариации магнитного поля Земли должны быть учтены при анализе данных. Существуют такие явления, как магнитные бури и т.д., их также надо учитывать. Компании, занимающиеся подобными исследованиями, обычно используют определенные стационарные магнитометры, которые записывают и удаляют все показания колебаний магнитного поля, вызываемые внешними силами.

Итак, все магнитометры могут обнаружить магнитные колебания и аномалии, но не более. Хотя, конечно, этим могут отлично пользоваться старатели, горные инженеры и геологи при проведении разведки минеральных месторождений. Давайте рассмотрим различные сферы применения приборов.

Самая распространенная область применения магнитометров — поиск определенных типов пород, богатых железом, например, магнетита или гематита. Поверхностную проекцию месторождения железа с помощью магнитометра можно очень точно закартировать; именно с этой целью и довольно долго они используются при проведении ГРР. Если железо располагается достаточно глубоко, могут возникнуть определенные трудности с его обнаружением, однако крупные, экономически выгодные для разработки рудные тела определяются и на большой глубине. Некоторые типы месторождений никеля отличаются достаточным магнетизмом для поиска магнитометром. Скарновая метаморфическая минерализация, проявляющаяся в зоне контакта и, как правило, вмещающая магнетит, часто обнаруживается даже в том случае, если основной минеральный материал скарна (например, вольфрам или молибден) сам по себе немагнитен.

Магнитные измерения можно использовать для определения местонахождения некоторых других типов пород, которые богаты железосодержащими минералами, но могут и не содержать железную руду. К ним относятся, например, основные и ультраосновные породы — базальты, диориты, офиты, афаниты и массивные сульфидные образования, богатые колчеданом или пирротином. С дайковыми породами связано множество месторождений, например, диабазы. Массивные сульфидные образования, в том числе вулканического происхождения, можно обнаружить по изменениям их магнитных полей. Крупные сульфидные месторождения обычно богаты железным колчеданом, халькопиритом, арсенопиритом и другими железистыми минералами, улавливаемыми магнитометром.

Еще один тип пород, который ищут магнитометрами, — кимберлиты — основная вмещающая порода месторождений алмазов. Такие породы образуются на большой глубине и часто очень богаты железными минералами, хотя и не в форме руды. Залегающие недалеко от поверхности кимберлитовые трубки иногда можно найти с помощью магнитометра и оконтурить для построения схемы их выходов. С помощью этих устройств на канадском севере, в тундре, снимают показания магнитного поля сквозь вечную мерзлоту.

При определенных условиях магнитные измерения можно использовать для отслеживания россыпного золота и связанных с ним месторождений черного песка (магнитных минералов). В некоторых случаях богатые россыпные пески могут содержать довольно много магнетита, и при тщательном обследовании магнитометром по полученным данным можно найти следы повышения концентрации железных минералов. К сожалению, для этого необходимы очень специфические условия, и чаще всего россыпи таким способом отследить нельзя. Песок должен располагаться неглубоко, поскольку в противном случае обнаружить его невозможно. Он должен быть распределен среди бедных железом пород, иначе можно не уловить значительной разницы в показаниях магнитного поля. В золотом концентрате должно быть много магнитного черного песка. Если предложенные выше условия соблюдены, следует предпринять очень плотное исследование с большим количеством точек измерения для определения места нахождения богатых магнетитом песков.

Магнитометры можно использовать опосредованно для поиска других типов месторождений. Хотя этот прибор и не способен непосредственно определять наличие золота, в определенных ситуациях его можно применять для обнаружения наиболее характерных для золотых месторождений мест. Например, если месторождение конкретного типа связано с контактом между породой богатой и бедной железом, изучение магнитного поля может выявить зону контакта. Пример из жизни — контакт диоритов и сланцев. Такая зона — типичное место залегания многих зеленокаменных золотых месторождений. Магнитометр может их быстро обнаружить для проведения исследования и опробования. Таким образом, можно также определить самые многообещающие участки, например, для химического анализа грунта. Если перспективное месторождение находится в зоне разлома, который разделяет противоположные по составу породы (богатые и бедные железом), данные по магнитному полю можно использовать для поиска скрытых разломов и нарушений.

Иногда отсутствие железосодержащих минералов, например, магнетита, можно использовать как индикатор присутствия зон выщелачивания и изменения состава пород, содержащих мало железа. С другой стороны, это может указывать и на возможное наличие залежей золота и серебра, сформированных при определенных эпитермальных условиях.

Данные по магнитному полю не всегда легко читаются. Геологоразведчик должен уметь их интерпретировать и на основе анализа сделать вывод о том, целесообразна ли его дальнейшая работа. Многочисленные целевые минералы могут смешиваться с железосодержащими породами, что повышает неопределенность и вероятность неправильного толкования данных. Полная комбинация источников силы тяжести под поверхностью Земли — вот что измеряет магнитометр на поверхности.

В зависимости от сложности геологической системы и того, насколько хорошо изучена геометрия источников магнетизма под поверхностью, данные могут интерпретироваться по-разному. Более того, на магнитные показания влияет неровный ландшафт с холмами и долинами, поэтому полученные данные необходимо корректировать с учетом топографии. Для фиксирования топографических изменений вместе с магнитометром обычно используют альтиметр, особенно если работа производится с воздуха. Затем для исправления и интерпретации сырых данных по магнитному полю применяют компьютерные программы.

Магнитометр — важный геологоразведочный инструмент, который хорошо работает при поиске месторождений определенных типов, но не всегда будет полезен при неподходящих геологических условиях. Иногда магнитометры применяют в сочетании с другим оборудованием для измерения проводимости пород и месторождений минералов, однако это уже совершенно другой вопрос геофизической разведки.

www.icmj.com перевод с англ.: С.С. Верхозин,  

-0+0

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница