stringtranslate.com

Магнитная аномалия

Бангийская магнитная аномалия в Центральной Африке и Курская магнитная аномалия в Восточной Европе (обе красные)

В геофизике магнитная аномалия — это локальное изменение магнитного поля Земли , вызванное изменениями в химии или магнетизме горных пород. Картографирование изменений на площади имеет важное значение для обнаружения структур, скрытых вышележащим материалом. Магнитное изменение ( геомагнитные инверсии ) в последовательных полосах океанического дна, параллельных срединно-океаническим хребтам, было важным доказательством спрединга морского дна — концепции, центральной в теории тектоники плит .

Измерение

Магнитные аномалии, как правило, составляют малую часть магнитного поля. Полное поле колеблется от 25 000 до 65 000  нанотесла (нТл). [1] Для измерения аномалий магнитометрам необходима чувствительность 10 нТл или меньше. Существует три основных типа магнитометров, используемых для измерения магнитных аномалий: [2] : 162–164  [3] : 77–79 

  1. Феррозондовый 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 дрейфует со временем. Один из способов исправить дрейф — провести повторные измерения в одном и том же месте во время обследования. [2] : 163–165  [3] : 75–77 
  2. Протонный прецессионный магнитометр измеряет силу поля, но не его направление, поэтому его не нужно ориентировать. Каждое измерение занимает секунду или больше. Он используется в большинстве наземных исследований, за исключением скважин и градиентометрических исследований высокого разрешения. [2] : 163–165  [3] : 77–78 
  3. Оптически накачиваемые магнитометры , которые используют щелочные газы (чаще всего рубидий и цезий ), имеют высокие частоты выборки и чувствительность 0,001 нТл или меньше, но они дороже других типов магнитометров. Они используются на спутниках и в большинстве аэромагнитных съемок . [3] : 78–79 

Сбор данных

Наземного базирования

При наземных обследованиях измерения проводятся на ряде станций, обычно на расстоянии от 15 до 60 м друг от друга. Обычно используется протонный прецессионный магнитометр, который часто устанавливается на шесте. Подъем магнитометра снижает влияние небольших железных предметов, которые были выброшены людьми. Чтобы еще больше уменьшить нежелательные сигналы, геодезисты не носят с собой металлические предметы, такие как ключи, ножи или компасы, а также избегают таких объектов, как автомобили, железнодорожные пути и ограждения из колючей проволоки. Если какой-либо такой загрязнитель пропущен, он может проявиться как резкий всплеск аномалии, поэтому к таким особенностям относятся с подозрением. Основное применение наземных обследований — детальный поиск полезных ископаемых. [2] : 163  [3] : 83–84 

Аэромагнитный

Воздушные магнитные съемки часто используются в нефтяных изысканиях для получения предварительной информации для сейсмических исследований. В некоторых странах, таких как Канада, государственные учреждения проводили систематические исследования больших территорий. Исследование обычно включает в себя выполнение серии параллельных прогонов на постоянной высоте и с интервалами от ста метров до нескольких километров. Они пересекаются случайными линиями связи, перпендикулярными основному исследованию, для проверки на наличие ошибок. Самолет является источником магнетизма, поэтому датчики либо устанавливаются на стреле (как на рисунке), либо буксируются сзади на кабеле. Аэромагнитные съемки имеют более низкое пространственное разрешение, чем наземные исследования, но это может быть преимуществом для регионального исследования более глубоких пород. [2] : 166  [3] : 81–83 

Корабельный

В судовых исследованиях магнитометр буксируется на расстоянии нескольких сотен метров позади судна в устройстве, называемом рыбой . Датчик удерживается на постоянной глубине около 15 м. В остальном процедура аналогична той, которая используется в аэромагнитных исследованиях. [2] : 167  [3] : 83 

Космический корабль

Спутник 3 в 1958 году был первым космическим аппаратом, который нёс магнитометр. [5] : 155  [6] Осенью 1979 года был запущен Magsat , который совместно эксплуатировался NASA и USGS до весны 1980 года. Он имел скалярный магнитометр на парах цезия и векторный магнитометр с феррозондовым датчиком. [7] CHAMP , немецкий спутник, проводил точные гравитационные и магнитные измерения с 2001 по 2010 год. [8] [9] Датский спутник Ørsted был запущен в 1999 году и всё ещё находится в эксплуатации, в то время как миссия Swarm Европейского космического агентства включает «созвездие» из трёх спутников, которые были запущены в ноябре 2013 года. [10] [11] [12]

Сокращение данных

Для магнитных измерений необходимы две основные поправки. Первая — это удаление краткосрочных изменений поля от внешних источников; например, временных изменений , которые включают суточные изменения 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 пиковые величины 1000 нТл и могут длиться несколько дней. Их вклад можно измерить, многократно возвращаясь на базовую станцию ​​или имея другой магнитометр, который периодически измеряет поле в фиксированном месте. [2] : 167 

Во-вторых, поскольку аномалия является локальным вкладом в магнитное поле, основное геомагнитное поле должно быть вычтено из него. Для этой цели обычно используется Международное геомагнитное опорное поле . Это крупномасштабная, усредненная по времени математическая модель поля Земли, основанная на измерениях со спутников, магнитных обсерваторий и других обследований. [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 поправка на высоту обычно не требуется. [2] : 167 

Интерпретация

Теоретическая основа

Намагниченность исследуемой породы представляет собой векторную сумму индуцированной и остаточной намагниченности :

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

Некоторые восприимчивости приведены в таблице.

Минералы, которые являются диамагнитными или парамагнитными, имеют только индуцированную намагниченность. Ферромагнитные минералы, такие как магнетит, также могут нести остаточную намагниченность или остаточную намагниченность. Эта остаточная намагниченность может сохраняться миллионы лет, поэтому она может быть в совершенно другом направлении от нынешнего поля Земли. Если присутствует остаточная намагниченность, ее трудно отделить от индуцированной намагниченности, если только не измерить образцы породы. Отношение величин, Q = M r / Mi , называется отношением Кенигсбергера . [2] : 172–173  [13]

Моделирование магнитных аномалий

Интерпретация магнитных аномалий обычно выполняется путем сопоставления наблюдаемых и смоделированных значений аномального магнитного поля. Алгоритм, разработанный Талвани и Хайртцлером (1964) (и далее разработанный Кравчинским и др., 2019), рассматривает как индуцированную, так и остаточную намагниченность как векторы и позволяет теоретически оценить остаточную намагниченность из существующих кажущихся путей полярного блуждания для различных тектонических единиц или континентов. [14] [15]

Приложения

Полосы на дне океана

Магнитные аномалии вокруг хребтов Хуан-де-Фука и Горда у западного побережья Северной Америки, обозначенные цветами по возрасту.

Магнитные исследования над океанами выявили характерную картину аномалий вокруг срединно-океанических хребтов. Они включают в себя ряд положительных и отрицательных аномалий в интенсивности магнитного поля, образующих полосы, идущие параллельно каждому хребту. Они часто симметричны относительно оси хребта. Полосы обычно имеют ширину в десятки километров, а аномалии составляют несколько сотен нанотесл. Источником этих аномалий является в первую очередь постоянная намагниченность, переносимая титаномагнетитовыми минералами в базальте и габбро . Они намагничиваются, когда на хребте образуется океаническая кора. По мере того, как магма поднимается на поверхность и остывает, порода приобретает термоостаточную намагниченность в направлении поля. Затем порода уносится от хребта движениями тектонических плит . Каждые несколько сотен тысяч лет направление магнитного поля меняется на противоположное . Таким образом, картина полос является глобальным явлением и может быть использована для расчета скорости расширения морского дна . [16] [17]

В художественной литературе

В серии «Космическая одиссея» Артура Кларка инопланетяне оставляют ряд монолитов , которые люди могут найти. Один из них, находящийся около кратера Тихо, был обнаружен по его неестественно мощному магнитному полю и назван Магнитной аномалией Тихо 1 (TMA-1). [18] Один из вращающихся вокруг Юпитера объектов назван TMA-2, а один в Олдувайском ущелье был найден в 2513 году и ретроспективно назван TMA-0, поскольку он был впервые обнаружен примитивными людьми.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Геомагнетизм: часто задаваемые вопросы". Национальный центр геофизических данных . Получено 21 октября 2013 г.
  2. ^ abcdefghij Mussett, Alan E.; Khan, M. Aftab (2000). "11. Магнитная съемка". Взгляд в землю: введение в геологическую геофизику (1-е изд., переизд.). Cambridge: Cambridge Univ. Press. С. 162–180. ISBN 0-521-78085-3.
  3. ^ abcdefghij Telford, WM; LP Geldart; RE Sheriff (2001). "3. Магнитные методы". Прикладная геофизика (2-е, переиздание). Кембридж: Cambridge Univ. Press. С. 62–135. ISBN 0521339383.
  4. ^ Мюррей, Рэймонд С. (2004). Доказательства из земли: судебная геология и расследование преступлений . Миссула (Монтана): Mountain Press publ. company. стр. 162–163. ISBN 978-0-87842-498-6.
  5. ^ Дикати, Ренато (2017). Stamping the Earth from Space . Springer. ISBN 9783319207568.
  6. ^ Purucker, Michael E.; Whaler, Kathryn A. "6. Коровой магнетизм". В Kono, M. (ред.). Geomagnetism (PDF) . Treatise on Geophysics. Vol. 5. Elsevier. стр. 195–236. ISBN 978-0-444-52748-6.
  7. ^ Лангел, Роберт; Оусли, Гилберт; Берберт, Джон; Мерфи, Джеймс; Сеттл, Марк (апрель 1982 г.). «Миссия MAGSAT». Geophysical Research Letters . 9 (4): 243–245. Bibcode : 1982GeoRL...9..243L. doi : 10.1029/GL009i004p00243.
  8. ^ "Миссия CHAMP". GFZ Немецкий исследовательский центр геонаук. Архивировано из оригинала 19 марта 2014 года . Получено 20 марта 2014 года .
  9. ^ Рейгбер, Кристоф, ред. (2005). Наблюдение за Землей с помощью CHAMP: результаты трех лет на орбите (1-е изд.). Берлин: Springer. ISBN 9783540228042.
  10. ^ Staunting, Peter (1 января 2008 г.). "The Ørsted Satellite Project" (PDF) . Датский метеорологический институт . Получено 20 марта 2014 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ "Swarm (Geomagnetic LEO Constellation)". eoPortal Directory . Европейское космическое агентство . Получено 20 марта 2014 г.
  12. ^ Олсен, Нильс; Коциарос, Ставрос (2011). «Магнитные спутниковые миссии и данные». Геомагнитные наблюдения и модели . Специальная серия книг IAGA Sopron. Том 5. С. 27–44. doi :10.1007/978-90-481-9858-0_2. ISBN 978-90-481-9857-3.
  13. ^ Кларк, ДА (1997). "Магнитная петрофизика и магнитная петрология: помощь в геологической интерпретации магнитных съемок" (PDF) . AGSO Journal of Australian Geology & Geophysics . 17 (2): 83–103. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2014 г. . Получено 20 марта 2014 г. .
  14. ^ Талвани, М.; Дж. Р. Хайртцлер (1964). Вычисление магнитных аномалий, вызванных двумерными структурами произвольной формы.
  15. ^ Кравчинский, ВА; Д. Гнатышин; Б. Лысак; В. Алемие (2019). «Вычисление магнитных аномалий, вызванных двумерными структурами произвольной формы: вывод и реализация в Matlab». Geophysical Research Letters . 46 (13): 7345–7351. Bibcode :2019GeoRL..46.7345K. doi :10.1029/2019GL082767. S2CID  197572751.
  16. ^ Меррилл, Рональд Т.; МакЭлхинни, Майкл У.; МакФадден, Филлип Л. (1996). Магнитное поле Земли: палеомагнетизм, ядро ​​и глубокая мантия . Сан-Диего: Acad. Press. С. 172–185. ISBN 0124912451.
  17. ^ Теркотт, Дональд Л. (2014). Геодинамика . Cambridge University Press. стр. 34–39. ISBN 9781107006539.
  18. ^ Нельсон, Томас Аллен (2000). Кубрик: внутри лабиринта кинохудожника (Новое и расширенное издание). Блумингтон: Indiana University Press. стр. 107. ISBN 9780253213907.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки