Магнитометрия для старателя

В профессиональной геофизике магниторазведка применяется на всех стадиях ГРР.  Высокую точность работ обеспечивают современные полевые магнитометры. Ошибки в определении магнитного  поля этими приборами составляют около 1 нТл, что позволяет разделять литологические разности «немагнитных» осадочных пород, например, слои песка от глин. Такая  точность  обеспечивает возможность разделения горных  пород по литологии, выявлять  зоны разломов и  трещиноватости  и т.д.  Магнитометрия также  применяется для решения задач в инженерной геологии, экологии, археологии, при прогнозе землетрясений и пр.
    При поисках и разведке месторождений  полезных ископаемых магниторазведка применяется благодаря тому, что  руды часто содержат сопутствующие ферромагнитные и парамагнитные минералы. Например, железорудные месторождения выделяются очень интенсивными (сотни и тысячи гамм) аномалиями. Наиболее благоприятны для поисков и  разведки магнетитовые руды, менее интенсивными аномалиями выделяются гематитовые месторождения.  В целом,  магниторазведка применяется при поисках месторождений полиметаллических, сульфидных, медно-никелевых, марганцевых руд, бокситов, некоторых  россыпных месторождений драгметаллов, вольфрама, молибдена и др.
  Не менее важным является применение магнитометрии при решении картировочных, структурно-тектонических, литологических и иных обще геологических задач. По картам  выделяют  и оконтуривают  интрузивные и эффузивные массивы, тела, дайки, жилы, разломы, оценивают форму,  размеры, глубины залегания, состав пород, выявляют разломы, зоны трещиноватости и т.п.
По магнитным свойствам все вещества делятся на три группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.
У диамагнитных пород магнитная восприимчивость очень мала (10–5–10–6 ед. СИ) и отрицательна, их намагничение направлено против намагничивающего поля. К диамагнетикам относятся многие минералы и горные породы, например, кварц, каменная соль, мрамор, нефть, графит, золото, серебро, свинец, медь и др.
У парамагнитных пород магнитная восприимчивость положительна и также невелика. К парамагнетикам относится большинство осадочных, метаморфических и изверженных пород.
Особенно большой (до нескольких единиц СИ) и положительной магнитной восприимчивостью  характеризуются ферромагнитные минералы, к которым относятся магнетит, титаномагнетит и ильменит.                
  Приборы  для измерения  магнитного поля имеют общее название  «магнитометры».
  Некоторые магнитометры имеют специальные названия в зависимости от измеряемых параметров: эрстедметры измеряют напряжённость магнитного поля, градиентометры и вариометры – изменения напряжённости в пространстве и времени, инклинаторы и деклинаторы – направление вектора напряжённости, тесламетры – величину магнитной индукции.
По принципу действия магнитометры разделяются  на магнито¬статические (механические), индукционные, квантовые и др.
К магнитостатическим   магнитометрам относятся  компас магнитный, магнитные весы, кварцевые вариометры. Принцип действия этих  магнитометров основан на механическом  воздействии магнитного поля на магнитный измеритель прибора.
  Наибольшее применение в геологии  нашли индукционные, протонные и квантовые магнитометры.
  Индукционные магнитометры основаны на фиксации изменений потока магнитной индукции в измерительной катушке. Наиболее распространенными являются  феррозондовые магнитометры. Чувствительность феррозондового магнитометра  достигает 10–4–10–5 А/м.
  Протонные магнитометры основаны на измерении частоты свободной прецессии протонов после их поляризации, что  позволяет с высокой точностью определить величину напряжённости внешнего  магнитного поля.
  В квантовых магнитометрах используется оптическая накачка атомов  щелочного металла (напр., Rb, Cs, K, атомы которых парамагнитны). Чувствительность протонного и оптического (квантового) магнитометров  составляет 10–4– 10–5 А/м, т.е., сравнима с феррозондовыми магнитометрами.
Перечень выпускаемых промышленностью магнитометров обширен – многие десятки  видов и моделей.  Разобраться  в них «непрофессионалу» затруднительно. С целью ознакомления можно начать с обзоров типа ««Каталог Магнитометр Магнитометрическая аппаратура» по адресу  http://geoget.ru/content/category/30/110/372/.  Стоимость  качественных цифровых  магнитометров довольно высокая – многие десятки и сотни тысяч рублей.  Поэтому, для магнитной съемки своего участка проще пользоваться услугами «сервисных компаний». Или брать в аренду магнитометр вместе со «студентом»  (оператором), такие «полулегальные» услуги также предлагаются. Можно «прикупить с рук»  протонный  магнитометр из «советского» модельного ряда «ММП 203, ММП 203М  ММП-203М-2 и т.д.». Эти магнитометры обеспечивают высочайшую точность съемки,   просты в управлении и надежны  в эксплуатации многие годы. Они не имеют излишних для «старателя» компьютерных «заморочек». Результаты измерений без затруднений считываются с дисплея даже при ярком солнечном освещении. Цена на них – комфортная, 10-30 тыс. руб.
                                                                               Кратко о единицах измерения.
При магнитной разведке измеряют три основных параметра: магнитную индукцию (В),  напряженность (H)  и магнитную восприимчивость (χ). В реальных средах магнитная индукция (В) связана с напряженностью (Н) простой формулой (с некоторым упрощением):
В = μ0 Н(1 + χ),        (1)
где μ0 -магнитная проницаемость вакуума (в системе измерений  СИ μ0 = 4π10–7 Гн м–1, а в системе СГСМ - μ0 = 1);
χ — магнитная восприимчивость среды в районе измерителя магнитометра.
Так как магниторазведочная аппаратура  находится в немагнитной среде — воздухе, для которого χ = 0,  то:
                                                                        B = μо Н                          

Поскольку в системе СГСМ  μ0 = 1 то формула (1) вырождается в равенство

                                          B = Н                                       (2)
Следовательно, магнитное поле может быть выражено либо в единицах магнитной индукции (нТл), либо в единицах напряженности (γ), при этом  1 нТл= 1 γ   (т.к.1 нТл= 10–9 Тл).
Для ориентировки привожу справку: напряженность  магнитного поля всей Земли     изменяется от 0,66 Тл на полюсах до 0,33 Тл на экваторе.

КАППАМЕТРИЯ
Магнитная восприимчивость является основным магнитным параметром горных пород. (χ), представляющая собой коэффициент пропорциональности между магнитной индукцией (В) и  напряженностью (H).  
Магнитная восприимчивость горных пород изменяется в широких пределах — от 10–6 до 20 ед. СИ и для большинства горных пород  зависит, прежде всего, от процентного содержания ферромагнитных минералов - магнетита, титаномагнетита и ильменита (с которыми, в свою очередь, связаны драгметаллы).
К диамагнетикам относятся многие минералы и горные породы, например, кварц, каменная соль, мрамор, нефть, вода, графит, золото, серебро, свинец, медь и др.
У диамагнитных пород магнитная восприимчивость очень мала (10–5–10–6 ед. СИ) и отрицательна (за исключением ряда природных сплавов платиноидов и редкоземельных металлов). Примечательно, что их намагничивание направлено против намагничивающего поля.   Соответственно, что эти породы будут создавать  ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ магнитные поля, что может быть прямым признаком  при поисках месторождений.

У парамагнитных пород магнитная восприимчивость положительна и  невелика. К парамагнетикам относится большинство осадочных, метаморфических и изверженных пород. Среди изверженных пород наибольшей магнитной восприимчивостью обладают ультраосновные и основные породы, слабо - или умеренно магнитные кислые породы. У метаморфических пород магнитная восприимчивость обычно ниже, чем у изверженных. Осадочные породы, за исключением некоторых песчаников и глин, практически немагнитны.
 
Магнитную восприимчивость  измеряют с помощью специальных приборов - каппаметров,   как по образцам горных пород, так и в обнажениях при полевых работах. Наиболее известным, простым, надежным и дешевым каппаметром является «Измеритель магнитной восприимчивости»  ИМВ-2. Прибор  позволяет определять магнитную восприимчивость образцов в интервале измерения до (0-1 000 000)х10 -6  ед. СГСМ с точностью 5%.
В приборе пять диапазонов измерений: 0—100; 0—1000; 0—10 000; 0—100 000; 0—1 000 000 ед. СГСМх10-6. К сожалению, эти приборы сняты с производства и их можно приобрести только «с рук» за несколько тыс. руб.
  Отличными каппаметрами являются чехословацкие малогабаритные измерители магнитной восприимчивости  (KT-5, KT-7 и др.) предназначенные  для быстрого измерения магнитных свойств горных пород в полевых условиях.  Особенно интересен современный прибор KT-7, который применяется при разведке полезных ископаемых, для измерений свойств образцов и буровых кернов, при  археологических работах и во мн. др. областях.
Прибор отличается   высокой чувствительностью (1x10-6 единиц СИ), широким диапазоном измерений, простым управлением (4 кнопки), наличием встроенной  памяти данных и интерфейса USB 2.0, bluetooth. Его рабочая температура – (--20°)- (+-60°), Источник питания-2 x AAA, вес – 250г, размеры 165 x 68 x 28 мм. Приборы этого класса стоят несколько дес. ты сруб.
     Аналогичным цифровым каппаметром является прибор  ПИМВ (англ.PIMV). ПИМВ отличается высочайшей чувствительностью  (1x10-7 единиц СИ), имеет высококонтрастный ЖК дисплей с подсветкой, поддерживает установку miniSD карт ёмкостью до 32 Гб, оснащён модулем ГЛОНАСС / GPS, который фиксирует географические координаты точки измерения, и позволяет записывать голосовые комментарии к каждому измерению. При подключении через USB интерфейс прибор распознаётся как внешний флеш-накопитель и не требует дополнительного ПО. Экспорт из базы данных ПО осуществляется в Excel (csv) или txt форматы. Питание ПИМВ осуществляется тремя встроенными аккумуляторами формата ААА, которые при необходимости заменяются стандартными батарейками. Его вес -  225г.  Такой прибор (и его аналоги) стоят уже около 150тыс.руб.

  Конечно, для «простого старателя» магнитометрия может показаться излишне сложной «заморочкой», но дело того стоит: чем канавить  вскрытую жилу, лучше и быстрее  проследить её с помощью магнитки. Тем более, что в Фондах и отчетах множество карт магнитного поля, они не секретны и доступны. Вся территория СССР была покрыта аэромагнитной съемкой масштаба 1:200000, а все рудные районы еще детальнее- съемкам в масштабе 1:50000, 1-10000. Бери отчеты, копируй магнитные карты и пользуйся! Ведь магнитная карта это ОБЪЕКТИВНОЕ высокоточное отображение реальной среды на большую глубину. В отличие от геологических карт, которые всегда СУБЪЕКТИВНЫЕ, отражают лишь  выявленные факты и объекты, остальное - домыслы геолога,   поэтому геолкарты  зачастую содержат значительные ошибки.
   Интерпретация (истолкование) карт магнитного поля в общем случае простая (называется «качественная интерпретация»). По картам выявляют «аномальные» зоны, которые «истолковывают», т.е. привязывают к местности, к известной геологии, тектонике, рельефу и т.п. Те особенности магнитного поля, которые не удается  объяснить («истолковать») являются «интересными объектами» для дальнейшего изучения.
  Возможна также «количественная» интерпретация магнитных аномалий, в процессе которой  определяют глубину залегания магнитных тел, углы падения, общий объем, массу, состав  и др. характеристики. Однако, результаты количественной интерпретации всегда  неоднозначны: магнитная аномалия одного  вида может быть создана множеством различных тел горных пород. Поэтому при количественной интерпретации  особое значение имеет использование  в комплексе с магнитометрией  других геолого- геофизических  данных, что посильно только «профессионалам».  Для «простых пользователей» магнитометрии предпочтительнее  использовать  «полуколичественные» способы интерпретации. С этой целью используются такие устойчивые параметры магнитных  аномалий, как  асимметрия, ширина аномалии в области максимума, наличие и ширина минимумов и др. Эти параметры позволяют  оценить  форму магнитного тела, глубины верхней и нижней кромок, углы падения боковых границ. При этом, «пользователь» должен иметь представления о характере аномалий над телами «геометризированной» формы: шара, штока, пласта, жилы и т.д.
  Отмечу, что материалы геофизических съемок позволяют уменьшить объем буровых и «вскрышных» работ и разрядить  сетку опробования. Они учитываются «экспертами» при защите отчетов по запасам.

Толидед
………………….