ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра ГФХМР МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по лабораторным работам студентов по учебной дисциплине «МАГНИТОРАЗВЕДКА» Специализация «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых» Квалификация (степень) выпускника: специалист Составитель: к.г.-м.н. Н.П.Сенчина Санкт-Петербург 2018 1 УДК 550.83.05 Магниторазведка: Методические указания к лабораторным работам / СанктПетербургский горный университет. Сост.: Н.П. Сенчина, СПб, 2017, 30 с. Сформулированы задания и даны описания лабораторных работ по основным разделам курса «Магниторазведка». Для каждой работы приведены теоретические основы задания, указаны методы решения поставленных задач и описан порядок их выполнения, даны контрольные вопросы. Методические указания предназначены для студентов очной формы обучения специальности 21.05.03 «Технология геологической разведки» специализации «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых». Санкт-Петербургский горный университет, 2017 г. 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ...................................................................................... 4 Работа 1. НОРМАЛЬНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ И ДОЛГОПЕРИОДНЫЕ ВАРИАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ........ 5 Работа 2. МАГНИТОРАЗВЕДОЧНАЯ АППАРАТУРА............... 14 Работа 3. ОБРАБОТКА ДАННЫХ МАГНИТОРАЗВЕДКИ ........ 17 Работа 4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ШАРА. ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА......................................................................................... 21 Работа 5. РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ИЗМЕРЕННОЙ АНОМАЛИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ .......................................... 26 Работа 6. ПРЯМАЯ ЗАДАЧА МАГНИТОРАЗВЕДКИ ДЛЯ ДВУМЕРНОГО ТЕЛА ПРОИЗВОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ .............. 28 3 ВВЕДЕНИЕ Дисциплина «Магниторазведка» направлена на начальную подготовку студентов в области магниторазведки. В ходе проводимых работ практически реализуются этапы обработки и интерпретации геофизических данных, начиная от получения априорной геологической информации, ее сопоставления с геофизическими данными и последовательное уточнение в ходе и обработки и интерпретации результатов магниторазведки. В настоящем пособии дается краткое описание работ, последовательность их выполнения, контрольные вопросы, а также требования к оформлению отчета по выполненным работам. Магниторазведка - геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли, в котором отображаются различия магнитных свойств горных пород. В магниторазведке выявляют возмущения (аномалии) магнитного поля Земли, создаваемые геологическими объектами, намагниченными современными (индуцированная намагниченность) и древними (остаточная намагниченность) магнитными полями Земли. Намагниченность горных пород определяется содержанием в них ферромагнитных минералов. При поисках и разведке месторождений нефти и газа магнитная разведка применяется в основном при изучении глу-бинного строения крупных регионов, поскольку фундамент сложен породами с различными магнитными свойствами. Магнитные съемки проводятся с поверхности Земли, но в значительно большем объеме они выполняются в аэромагнитном варианте с самолетов и вертолетов. В настоящее время магниторазведка в комплексе с другими геофизическими методами широко применяется с целью 4 изучения регионального строения крупных нефтегазоносных регионов, при геологическом картировании, структурных исследованиях; большое значение она имеет при поисках месторождений различных руд, содержащих ферромагнитные минералы, и других полезных ископаемых. РАБОТА 1. НОРМАЛЬНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ И ДОЛГОПЕРИОДНЫЕ ВАРИАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Основной характеристикой магнитного поля являются магнитная индукция В (в геофизике обозначается Т). Магнитная индукция – векторная физическая величина, численно равная силе, с которой магнитное поле действует на единицу длины прямолинейного проводника с током, равным единице силы тока, расположенном перпендикулярно направлению поля. Индукция магнитного поля в системе СИ измеряется в Теслах. В магниторазведке используется более мелкая единица - нанотесла. Распределение значений элементов магнитного поля на земной поверхности обычно изображается в виде карт изолиний. В первом приближении магнитное поле Земли может быть уподоблено полю намагниченного шара или полю магнитного диполя, расположенного в области центра Земли, ось которого по отношению к оси вращения Земли составляет 11°. Проекция вектора Т на горизонтальную пл. называется горизонтальной составляющей (H) — на вертикальную ось — вертикальной составляющей (Z), на ось X (направленную по географическому меридиану на С) — сев. составляющей (X) и на ось Y (направленную по географической параллели на В) — вост. составляющей (Y). Углом склонения (D) называется угол между географическим меридианом и горизонтальной 5 составляющей H (склонение считается положительным при отклонении H к В). Углом наклонения (I) называется угол между вектором Т и горизонтальной пл. (наклонение считается положительным при отклонении Т вниз). Напряженность магнитного поля Земли (Т, Н, X, Y, Z) измеряется в эрстедах, миллиэрстедах и гаммах. Углы склонения и наклонения измеряются в градусах. Рис. 1. Элементы земного магнитного поля Места выхода продолжений оси этого диполя на поверхность Земли называют геомагнитными полюсами Земли. Область выхода южного конца оси диполя носит название северного магнитного полюса, а область выхода северного окончания оси диполя — южного. Северный магнитный полюс находится на 72° с.ш. и 96° з. д. в 1400 км от северного географического полюса Земли. 6 Рис. 2. Общий вид силовых линий магнитного поля Земли (в первом приближении) и значения индукции на полюсах и экваторе Многочисленными наблюдениями значений магнитного поля Земли показано, что в среднем полный вектор напряженности Т изменяется от 0,66*105 нТл на полюсах до 0,33*105 нТл в районе экватора. При этом вертикальная составляющая Z уменьшается от 0,66*105 нТл до нуля, а горизонтальная составляющая Н увеличивается от нуля до 0,33*105 нТл. Детальное изучение магнитных свойств горных пород различного возраста на разных континентах установило миграцию (изменение местоположения) магнитных полюсов и их инверсию, т. е. смену знаков (направления), происходящую с периодом от 0,5 до нескольких десятков миллионов лет. 7 Рис.3. Положение магнитных полюсов непрерывно меняется. Так, северный магнитный полюс за последние 100 лет переместился по территории Канады к северу на 1100 км. Скорость его перемещения в последние годы составляла более 30 км/год (http://www.ngdc.noaa.gov) Реальное поле существенно отклоняется от расчетного по формуле для первого приближения в связи с наличием материковых (региональных) аномалий. Кроме того, магнитное поле постоянно испытывает вариации различного периода – годовые, суточные и др. Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой. Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток. Вековые (долгопериодные) вариации – медленные вариации элементов земного магнетизма с периодами от нескольких лет и более. В отличии от суточных, сезонных, и других вариаций внешнего происхождения, вековые вариации связаны с источниками, лежащими внутри земного ядра. Амплитуда вековых вариаций достигает десятков нТл/год, 8 изменения среднегодовых значений таких элементов, названы вековым ходом. Рис.4. Пример записи вариаций. Вариации магнитной индукции составляют десятки нТл в сутки (во время магнитных бурь – на порядки больше) Не смотря на изменчивость магнитного поля Земли, можно рассчитать среднее значение «нормального» поля. где Т - модуль вектора индукции (В), М - магнитный момент 22 Земли, М = 7,72·10 А·м², φ – широта, µ0 -7 - магнитная проницаемость вакуума,4π*10 Гн/м, Гн = В•с•А−1= 2 −2 −2 кг•м •с •А . Наряду с индукцией магнитного поля, применяют описание поля Земли через напряженность (H) магнитного поля. Измеряется в А/м или Эрстедах (1 эрстед = 1000/(4π) A/м ≈ 79,58 А/м). 9 Существует множество моделей магнитного поля Земли, которые создаются различными геофизическими организациями, например, региональные геомагнитные модели, описывающие главное поле Земли только на территории отдельно взятых стран. Наиболее широко распространенная и общепризнанная модель – IGRF или International Geomagnetic Reference Field (IGRF) – Международное эталонное геомагнитное поле (МЭГП) предназначена для эмпирического представления магнитного поля Земли и рекомендована к использованию специальной рабочей группой Международной ассоциации по геомагнетизму и аэрономии (International Association of Geomagnetism and Aeronomy – IAGA). Задание 1) С помощью свободно распространяемой программы Geomag 7.0 рассчитать параметры магнитного поля для заданной широты и долготы с 1900 по настоящий год с интервалом в 1 год. 2) Построить графики зависимости T, Z и D от времени. 3) Рассчитать значения индукции и напряженности магнитного поля для тех же координат с помощью рассмотренных аналитических зависимостей. 4) Охарактеризовать изменения параметров поля магнитного поля. 5) Составить пояснительную записку. Ход выполнения работы 1) Программа Geomag 7.0 выдается преподавателем или может быть скачена с сайта: http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html 2) Запустите Geomag70, впишите имя модели – igrf12.cof: 10 3) Задавайте параметры согласно рекомендациям (выделено красным) How would you like to enter the date? 1) In decimal years. 2) In year, month, and day. ==> 1 Would you like output for a single date or for a range of dates? 1) A single date. 2) A range of dates. ==> 2 Enter the decimal start date (1900.00 to 2020): 1900 Enter the decimal end date (1900.00 to 2020): 2018 Enter the step size in years. (0 to 118.00): 1 Enter Coordinate Preferences: 1) Geodetic (WGS84 latitude and altitude above mean sea level) 2) Geocentric (spherical, altitude relative to Earth's center) ==> 1 Enter Unit Preferences: 1) Kilometers 2) Meters 3) Feet ==> 1 Enter geodetic altitude above mean sea level in km: 0 How would you like to enter the latitude and longitude?: 1) In decimal degrees. 2) In degrees, minutes, and seconds. ==> 1 Enter the decimal latitude (-90 to 90) (- for Southern hemisphere). 60 (Замените на Ваше значение широты) Enter the decimal longitude (-180 to 180) (- for Western hemisphere). 66 (Замените на Ваше значение долготы). Скопируйте результат в Excel, постройте графики изменения составляющих магнитного поля со временем (NB: 11 В Excel используются Мастер импорта текстов при вставке, выберите формат данных «с разделителями».) Рис.5. Пример результата работы программы Рис.6. Пример графика зависимости индукции магнитного поля от времени Содержание пояснительной записки: 1. ФИО, группа 2. Условия – город, координаты. 3. График измерения составляющих магнитного поля от 1900 года по настоящий период с шагом 1 год. 12 4. Словесная характеристика изменений склонения, наклонения магнитного поля. 5. Описание причин изменения магнитного поля в рассматриваемом городе. Контрольные вопросы 1. В зависимости от заданных координат, поле может со временем ослабляться или усиливаться. С чем это связано? 2. Охарактеризуйте единицы измерения составляющих магнитного поля Земли. Единицы измерения магнитной индукции и напряженности поля в различных системах СИ СГСМ. Соотношение между собой. Перевод значений поля на старых картах, измеренных в миллиэрстедах в нанотесла. 3. Как изменяются элементы земного магнетизма при движении от полюса к экватору? 4. Как изменяются по абсолютной величине значения нормальных горизонтальных градиентов Н, Z и Т при движении от северного полоса к экватору? 13 РАБОТА 2. МАГНИТОРАЗВЕДОЧНАЯ АППАРАТУРА Магнитометр - наиболее известный вид магниторазведочной аппаратуры, с помощью которой измеряют магнитное поле Земли. В настоящее время чаще всего применяются магнитометры следующих типов: 1. Феррозондовый магнитометр. Чувствительность 1-4 нТл. Обладают относительно невысокой точностью измерений и способностью выдавать не дискретный, а непрерывный сигнал. 2. Протонный (прецессионный) магнитометр. Чувствительность 0,1 нТл. Особенность - дискретность измерений - требует остановки на каждой точке. 3. Квантовый магнитометр. Чувствительность 0,01 нТл. Квантовые магнитометры имеют весьма строгие ограничения по ориентации датчиков. Успешно применяются в аэромагнитных съёмках. Протонные магнитометры появились в результате открытия ядерного магнитного резонанса. Действие протонного (ядерного) магнитометра основано на измерении частоты свободной прецессии протонов (ядер водорода), которые предварительно поляризуются в направлении, перпендикулярном к геомагнитному полю. Когда искусственное поляризующее поле внезапно выключают, протоны начинают свободно прецессировать вокруг вектора полной напряженности геомагнитного поля T, описывая конические поверхности, как вращающиеся волчки, до тех пор, пока ядерные спины не достигнут равновесного состояния. При этом энергия, необходимая для прецессии, обусловлена геомагнитным полем. Протон прецессирует с угловой скоростью ω, известной как Ларморова частота прецессии, которая пропорциональна напряженности Т: ω = α Т. Датчик протонного магнитометра представляет сосуд с богатыми протонами (ядрами водорода) жидкостями (вода, спирт, 14 керосин, бензол и др.), помещенный в катушку индуктивности, которая первоначально служит для создания искусственного поля для поляризации протонов, а затем после выключения этого поля, для измерения частоты сигнала ω, связанной с напряженностью геомагнитного поля Т. Рабочий цикл, т.е. время определения значений магнитного поля в каждой точке, складывается из времени поляризации датчика (для воды оно составляет 3-8 с), времени переключения датчика и времени определения частоты сигнала, наведенного в катушке датчика (0,1-0,4 с). В зависимости от протоносодержащей жидкости и точности определения частоты прецессии рабочий цикл составляет 1-10 с. Феррозондовые магнитометры (аэромагнитометр) предназначен для непрерывной регистрации изменений модуля полного вектора напряженности геомагнитного поля при аэромагнитных съемках. Основным узлом прибора является магниточувствительный элемент (МЧЭ), с помощью которого напряженность геомагнитного поля измеряется и преобразуется в электрические сигналы. МЧЭ (феррозонд) помещен в обтекаемый кожух - гондолу, которая на тросе буксируется самолетом или прикрепляется к нему на специальном киле. МЧЭ состоит из двух одинаковых параллельных стержней, изготовленных из железо-никелевого сплава. и намотанных на стержни питающих (первичных) и измерительной (вторичной) обмоток. Квантовые магнитометры предназначен для измерения абсолютных значений модуля индукции магнитного поля, в них используют так называемый квантовый эффект Зеемана. Чувствительным элементом магнитометра является сосуд, в котором имеются пары цезия, рубидия или гелия. В результате вспышки монохроматического света (метод оптической накачки) электроны паров переводятся с одного энергетического подуровня на другой. Возвращение их на прежний уровень после окончания накачки сопровождается излучением энергии с частотой, пропорциональной величине магнитного поля. С помощью квантового магнитометра измерения Т проводят с погрешностью ±(0,1-1) нТл при слабой 15 чувствительности к ориентации датчика, высоком быстродействии и стабильности показаний (незначительное смещение нуля). В отличие от протонных магнитометров квантовые магнитометры позволяют вести регистрацию геомагнитного поля в движении (воздушные, морские или автомобильные съемки) практически непрерывно. Задание По материалам лекций, инструкций изучить принципы действия феррозондовых, квантовых магнитометров. Обратить внимание измерения, технически характеристики магнитометров различных типов. и учебников протонных и на принципы современных Контрольные вопросы 1. Перечислите способы измерения характеристик вектора магнитной индукции. 2. Протонные магнитометры, принцип действия, ориентация датчика, преимущества и недостатки. 3. Магнитометры, основанные на эффекте Оверхаузера, принцип действия, преимущества и недостатки. 4. Квантовые магнитометры, принцип действия, преимущества и недостатки. 5. Феррозондовые магнитометры, принцип действия, преимущества и недостатки. Современная область применения. 6. Конструкция градиентометров. Преимущества и недостатки градиентных измерений. 7. Поверка магнитометров. 16 РАБОТА 3. ОБРАБОТКА ДАННЫХ МАГНИТОРАЗВЕДКИ Особенностью магнитного поля Земли является существенное изменение поля во времени, связанное с непостоянством солнечного ветра, возмущающего магнитосферу Земли. Для учета таких изменений, среди прочих методик, применяют измерения с вариационной станцией. Для этого один из магнитометров («ровер») выполняет съемку по сети профилей, другой (вариационная станция) записывает с интервалом в несколько секунд значения индукции магнитного поля на одной точке в свободном от аномалий геологического или антропогенного происхождения поле. Учет вариаций заключается в вычитании из изменений «ровера» значений, полученных на вариационной станции для соответствующих значений времени. Объемы реально получаемых данных в настоящее время выходят за пределы, приемлемые для ручной обработки. Так, за день один оператор-магниторазведчик может получить несколько тысяч измерений. Поэтому необходимо проводить автоматизированный учет поправок за вариации. Предлагаемый к использованию в практической работе язык программирования Visual Basic (в виде макросов в Excel) содержит множество операторов, которые отвечают за арифметические операции, операции сравнения и присвоения и т.д. Некоторые из управляющих конструкций и операторов перечислены ниже. Управляющие конструкции: 1) Оператор ветвления с условиям: Если условие n выполняется, то реализуется действие т If <условие1> Then [действие_когда_условие1_истинно] ElseIf <условие2> Then [действие_когда_условие2_истинно] Else 17 [действие_когда_условия_ложны] End If 2) Цикл со счетчиком: пока переменная - счетчик i находится в заданном диапазоне, цикл выполняется i –й раз For i = (начальное значение) To (конечное значение) [действие] Next i 3) Цикл с условием: до тех пор, пока условие истинно, цикл выполняется While <условие> [действие] Wend Оператор присвоения: знак равенства (=) используется для присвоения значения переменной. Примеры: А = Cells(1, 2) – переменной А присвоено значение ячейки 1 строки 2 столбца таблицы; Cells(3, 5) = B – в ячейку (3 строка, 5 столбец) записывается значение переменной B. Арифметические операторы: сложение (+), вычитание (-), умножение (*), деление (/), возведение в степень (^), целочисленное деление (\). Примеры: 2 ^ 3 = 8, 5 \ 2 = 2. Операторы сравнения: равенство (=), больше, чем и меньше, чем (> и <), не равно (<>). Примеры: If A = 10 Then…, If nVar <> 10 Then… Логические операторы: логическое И (And), логическое ИЛИ (Or), логическое отрицание (Not), логическое исключение (Xor). Пример: If (2 * 2 = 5) Or (2 * 2 = 4) Then… Задание Необходимо запустить макрос, предлагаемый преподавателем, проверить результаты его работы, рассчитав вручную значения для одной произвольной точки. Самостоятельная часть задания заключается в записи кода для расчета разностей значений «ровера» и вариационной станции. 18 Ход работы Работу необходимо начать со знакомства с макросами в Excel. Нужно осуществить запись набора действий в макрос и запустить его, оценить работу. Далее открывается текст записанного кода в Visual Basic for Applications и анализируются записанные строки. Файл с заданием выдает преподаватель, записывая и обосновывая строки кода в Visual Basic for Applications. Пример: Sub Макрос1() u=0 For i = 2 To 1905 MVS = 0 Sheets("TMI").Select Time1 = Cells(i, 4) Sheets("MVS").Select For j = 2 To 8809 Time2 = Cells(j, 1) If (Time2 = Time1) Then MVS = Cells(j, 2) End If Next j Sheets("TMI").Select Cells(i, 5) = MVS Next i MsgBox "Для всех значений ровера записаны измерения вариационной станции" End Sub Макрос выполняет сопоставление времени записи индукции магнитного поля магнитометром - «ровером» и магнитометром - вариационной станцией. При совпадении времени данные с магнитометра-вариационной станции (лист MVS) переписываются в соответствующую строку листа TMI, дополняя данные магнитометра – «ровера» поправкой за вариации. Уровень результирующего поля предполагается условный. 19 По окончанию работы готовится пояснительная записка в соответствии с содержанием задания. Контрольные вопросы 1) Что такое вариации магнитного поля? Как они возникают и как учитываюся? 20 РАБОТА 4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ШАРА. ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА Вблизи земной поверхности нормальное поле искажается влиянием приповерхностных неоднородностейнамагниченных рудных тел. Реальное поле представляет собой «нормальное поле Земли» и поле сумму двух векторов: геологических тел. Рис.7. Схема формирования аномального магнитного поля На одних участках рассматриваемого на рисунке профиля вектора близки по направлениям – суммарный вектор 21 становится длиннее (положительная часть аномалии). На других участках вектора нормального поля и поля тела имеют разные направления – суммарный вектор становится короче (отрицательная часть аномалии). Аномалия погребенного тела зависит от направления и интенсивности поля Земли (т.е. широты) и направления и интенсивности поля тела. Рис.8. Зависимость формы аномалии от угла намагничения тела Прямая задача магниторазведки – это нахождение аномального магнитного поля, создаваемого объектом по известным геометрическим и физическим параметрам этого объекта. Прямая задача имеет однозначное решение, решение обратной задачи – множественно и неустойчиво. Данная лабораторная посвящена решению прямой задачи от тел простой формы. Тела простой формы имеют простые выражения для компонент магнитного поля. Расчет прямой задачи рекомендуется проводить на компьютере с помощью пакета MS Excel. Вычисления ведутся 22 с точностью до третьей значащей цифры. Результаты вычислений представляются в виде графиков. Для решения прямой задачи для шара в качестве исходных данных служат значения глубины залегания центра шара h, радиус шара R, а также намагниченность J. Рассматривается шар с вертикальным намагничением. Вычисляются вертикальная и горизонтальная составляющие магнитного поля Za и На по формулам (в системе СИ): где M= J*V - магнитный момент шара, V - объем шара. Za и Ha – вертикальная и горизонтальная составляющие полного вектора индукции магнитного поля Ta. Значение Za и Ha необходимо представить в нанотеслах (нТл). Рис.9. Магнитное поле вертикально намагниченного шара. Решение обратной задачи заключается в нахождении параметров объекта по распределению магнитного поля. Искомый параметры – глубина залегания центра шара. При решении используется метод характерных точек. Исходя из приведенных формул можно заключить, что кривая Za имеет максимум в точке х=0. Если Za=0, то в ноль должен 23 обращаться числитель, при этом момент обращаться в ноль не может, а значит получаем: Радиус шара может быть определен только при известной намагниченности. Не смотря все вышесказанное, в практических задачах всегда присутствует элемент неоднозначности в решении обратной задачи. Рис.10. Неоднозначность решения обратной задачи для магниторазведки на прмиере намагничеснного пласта малой мощности Задание Построить графики T, Z, H для шара с заданными преподавателем параметрами. Решить обратную задачу. 24 Ход выполнения работы 1) Требуется построить графики в соответствии с указанными аналитическими зависимостями. 2) Выведите формулу для определения радиуса шара при известной намагниченности. 3) Определите по графику глубину залегания центра шара и радиуса шара. 4) Сравните результат с заданными значениями. 5) Составьте пояснительную записку в соответствии с содержанием задания. Контрольные вопросы 1. Продемонстрируйте схематично формы аномалий намагниченного шара для полюса, экватора, средних широт. 2. Покажите, как изменится для шара форма аномалии на экваторе при существенной вертикальной остаточной намагниченности. 3. В чем заключается цель выполнения операции над гридами магнитных полей под названием «редукция к полюсу»? 4. С помощью каких допущений в данной работе удалось избежать неоднозначности в определении глубины залегания центра шара? 25 РАБОТА 5. РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ИЗМЕРЕННОЙ АНОМАЛИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Задание Снять график Za для заданной аномалии. Решить обратную задачу двумя способами (например, метод характерных точек и метод касательных) с помощью материалов лекций и рекомендованных учебников. Ход выполнения работы 1) Требуется выбрать на карте магнитного поля аномалию, для которой можно использовать шар в виде тела, аппроксимирующего аномалеобразующий объект. 2) Через центр аномалии требуется провести линию профиля для интерпретации. 3) С помощью преподавателя требуется снять значения по профилю и преобразовать в график. 4) Выделить аномалию объекта на фоне локального «нормального» поля. 5) Решить обратную задачу способами, рассмотренными на лекциях и на предшествующем занятии. 6) Составить пояснительную записку. 26 Рис.11. Карта аномального магнитного поля (Z) Рис.12. График аномального магнитного поля и выделенная аномалия типа «шар» вдоль профиля А-В Контрольные вопросы 1. С помощью каких допущений в данной работе удалось определить глубину залегания центра объекта? 2. Покажите, объекты каких характеристик смогли бы сгенерировать аналогичную по форме аномалию? 27 РАБОТА 6. ПРЯМАЯ ЗАДАЧА МАГНИТОРАЗВЕДКИ ДЛЯ ДВУМЕРНОГО ТЕЛА ПРОИЗВОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ Задание Рассчитать магнитное поле, создаваемые двумерным телом произвольного сечения в программе Magmodel. Указать рекомендуемы способ решения обратной задачи. Ход выполнения работы 1) Необходимо установить программу Magmodel, выданную преподавателем и ознакомится с пунктами меню программы. 2) Создать бланк разреза с координатами заданного рисунка (основа.bln). Составить bln файл с координатами по х от 0 до 10 и по у от 0 до -5. Открыть полученный файл в Surfer как Base map и задать масштаб по формату листа A4. Загрузить в Surfer как Base map рисунок своего разреза №.jpg и совместить координатные оси рисунка с осями ранее открытого бланкового файла. После совмещения рисунков командой Map - digitize вручную, как можно точнее, провести линию по периметру. Сохраняют файл bln, закрывают окно созданного файла и вновь открывают сам файл. В полученном файле исправляют координаты по оси Х, начиная со второй строчки файла, начальная должна быть 0, конечная 10. Сохраняют файл как текстовый. 3) Создать текстовые файлы модели для программы Magmodel. Открывают полученный текстовый файл Surfer и определяют размеры модели по горизонтали. Необходимо учитывать, что если глубины модели в начальной и конечной точках не совпадают, или на интервале 0 -10 км существуют точки с глубиной превышающей начальные, необходимо увеличить горизонтальные размеры модели, как минимум на 10 км. В противном случае поля в конечных точках профиля будут рассчитаны с большой ошибкой. Описание файла модели дается в Инструкции к программе Magmodel. Рекомендуется сохранять файлы модели в текстовом формате с расширением mod. Редактируются и составляются файлы моделей в любом текстовом редакторе. 28 7 0 0.2 03 2 2.6 5 1.7 6 2.2 10 2.1 20 2.1 20 3 Рис. 13. Схема сечения объекта и соответствующий файл модели В первой строке модели указывается количество точек в контуре модели (7). При этом обход контура проводится по часовой стрелке. Ось Z направлена вниз. Поэтому все глубины положительны.. Во второй строке модели указывается изб. плотность, и далее последовательно в колонке координаты точек. В магнитной модели во второй строке указываются намагниченности по осям X и Z, т.е она имеет вид 0 0,2 (намагничение только вертикальное). Разделителем в цифрах целой и дробной частей служит точка, между цифрами - пробел. Модели сохраняются в виде текстовых файлах в каталогах модели программы Magmodel 4) Проводят расчеты магнитного поля от заданного объекта. При этом задаются параметры, соответствующие сети наблюдений. Число точек - 101, шаг по профилю - 0,1, начальная точка профиля 0. При загрузке моделей в правом нижнем углу окна Загрузки выбирают вариант в виде текстовых файлов. При правильном задании модели ее начальные точки появляются в окне модели. При нажатии кнопки счет появляется разрез и полученный график поля. Сохраняют расчеты в виде текстовых файлов. Файл— Сохранить результат. 29 Контрольные вопросы 1. В каких геометриях возможно проведение редуцирования? Какое программное обеспечение для этого необходимо? 2. Каковы условия применения 2D геометрии для трехмерных тел? 3. Укажите способы определения характеристик залежей и определения элементов их залегания. 30
