Magnetometria
Úvod
Tvar Zemského magnetického poľa (ZMP) je podobný tvaru poľa tyčového magnetu (fiktívne umiestneného v strede zemského telesa) s osou orientovanou približne v smere osi rotácie Zeme (s odklonom cca 11°). Intenzitu ZMP v danom bode na povrchu Zeme predstavuje totálny vektor T s určitou amplitúdou a orientáciou. V pravouhlom súradnom systéme orientovanom tak, že rovina XY je dotyčnicová k Zemskému povrchu a os Z k nemu kolmá, je možné totálny vektor ZMP rozložiť na príslušné zložky. Uhol I (inklinácia) a D (deklinácia) popisujú lokálnu orientáciu totálneho vektora.
Magnetické pole tyčového magnetu
Magnetické pole zeme
Magnetické pole tyčového magnetu
Zložky magnetického poľa
ZMP je v kozmickom priestore jednak ovplyvňované kozmickým magnetickým poľom, ale najmä procesmi, ktoré prebiehajú na Slnku.
Intenzita ZMP v oblasti Slovenska sa pohybuje okolo 47000 nT, najväčšia hodnota je v oblasti magnetických pólov asi 62000 nT, najmenšia v okolí rovníka, asi 23000 nT.
Denné variácie spôsobujú zmeny intenzity v jednotkách až desiatkach nT, magnetické búrky v stovkách nT, anomálie vyvolané zmenou obsahu magnetických minerálov v geologických telesách vyvolávajú zmeny od desiatok do tisícov nT a zmeny väčšie ako desaťtisíc nT môžu vyvolať umelé zdroje, napr. rôzne výkonné elektrické zariadenia, kovové konštrukcie a pod.
Pri geomagnetických meraniach v aplikovanej geofyzike sa zisťujú anomálie lokálneho geomagnetického poľa vytváraného variáciami intenzity magnetizácie horninových celkov. Magnetizácia hornín je vektorová veličina a charakterizuje ju schopnosť vo vonkajšom magnetickom poli si vytvárať sekundárne magnetické pole, podobne ako magnet. Na zemskom povrchu sa potom prejavuje sumárne magnetické pole. Magnetizácia hornín je čiastočne spôsobená indukciou vlastným ZMP a čiastočne ich remanentnou magnetizáciou. Indukovaná magnetizácia závisí v prvom rade od magnetickej susceptibility ako aj od indukujúceho poľa (ZMP). Remanentná magnetizácia závisí od geologickej histórie hornín. Pri vyšších teplotách (ako tzv. Curieho teplota – cca 600°), ktoré súvisia s hĺbkou výskytu, horniny strácajú svoje magnetické vlastnosti
Jednotky používané v magnetometrii
Pre posúdenie magnetických vlastností hornín sa používa magnetická susceptibilita, ktorá je v sústave SI bezrozmerná. Schopnosť hornín magnetizovať sa, ako aj magnetická indukcia na povrchu zemského telesa sa vyjadrujú v Teslách resp. ich menších mikro a nano násobkoch.
Magnetické vlastnosti hornín
Podľa všeobecnej klasifikácie sa horniny (podobne ako minerály) dajú podľa magnetických vlastností začleniť do 3 kategórií: diamagnetické, paramagnetické a feromagnetické.
U diamagnetických látok je magnetická susceptibilita záporná, takže intenzita indukovaného poľa v nej pôsobí v opačnom smere ako intenzita primárneho poľa. Jedná sa o nezaujímavé látky z hľadiska možností lokalizácie magnetickými meraniami.
Paramagnetické látky majú magnetickú susceptibilitu kladnú a intenzita indukovaného poľa pôsobí v tom istom smere ako intenzita primárneho poľa. Tieto látky vykazujú určitý magnetický moment aj bez prítomnosti primárneho poľa a ich poznanie je dôležité aj pre vyhodnotenie magnetických meraní
Feromagnetické látky majú magnetickú susceptibilitu kladnú a vysokú, intenzita indukovaného poľa pôsobí v tom istom smere ako intenzita primárneho poľa a zosilňuje ho. Tieto látky často vykazujú značný magnetický moment aj bez prítomnosti primárneho poľa. Ich magnetizácia prebieha podľa známeho priebehu tzv. hysteréznej krivky. Sú najvýznamnejšie z hľadiska magnetického prieskumu a medzi najdôležitejšie minerály patria napr. magnetit, ilmenit, pyrotin, maghemit, kubanit, hematit, ulvospinel, gothit, lepidokrokit, limonit, môžu sa sem zaradiť tiež granáty a niektoré ďalšie minerály ako pyroluzit, polianit, rutil, planterit, kasiterit, greigit.
Praktické využitie magnetometrického prieskumu
Geologické mapovanie
Vyhľadávanie ložísk nerastných surovín
Vyhľadávanie kovových predmetov, pyrotechnický prieskum
Modelovanie hĺbky a tvaru telies
(2D, 3D)
Vyhľadávanie zlomov a iných vertikálnych rozhraní
Archeologický prieskum
Odvodené mapy
Residual magnetic map
Reziduálne magnetické pole je rozdiel medzi vektorom totálnej intenzity magnetického poľa a IGRF (International Geomagnetic Reference Field)
Tilt derivative
Tiltova derivácia sa používa na mapovanie plytkých štruktúr pri prieskume nerastných surovín.
Analytic signal
Analytický signál je vhodná metóda pre lokalizáciu hraníc magnetických telies, obzvlášť v prípade veľkej remanentnej magnetizácie
1. Vertical Derivative
1.Vertikálna derivácia je mapa rýchlosti vertikálnej zmeny magnetického poľa s výškou. Poskytuje lepšie predstavu o kontaktoch hornín, zostruje anomálie
2. Vertical Derivative
2. Vertikálna derivácie je mapa zmien rýchlosti vertikálnej zmeny magnetického poľa
Reduced to Geomagnetic Pole
Magnetické anomálie nad symetrickým telesom sa v našich zemepisných šírkach prejavujú nesymetrickými krivkami nad telesom. V rôznych zemepisných šírkach sú tieto krivky rôzne. Symetrický prejav anomálie nad symetrickým telesom je možný len na póle, alebo rovníku. Redukcia na geomagnetický pól je matematický postup, ktorý prepočítava merané hodnoty tak, akoby boli merané na geomagnetickom póle ( zabezpečí symetrický prejav anomálie nad symetrickým telesom).
Horizontal gradient
Predstavuje rýchlosť zmeny geomagnetického poľa v horizontálnom smere.
Terénny magnetometrický prieskum
Magnetometrické merania ( používaná frekvencia meranie je zvyčajne 0.5s-2s) sú doplnené o meranie magnetických variácií. Každé meranie obsahuje okrem samotného merania Totálneho magnetického poľa i parameter kvality merania a tiež súradnice x,y,z pre každý meraný bod a čas merania.
Terénne meranie magnetometrie
Prístroje a software
Pre prieskum používame protónový magnetometer-gradientometer spoločnosti GEM Systems Kanada.
- Rozlišovacia schopnosť: 0.01nT
- Absolútna presnosť: +-0.2nT
- Operačná teplota -40°C – +50°C
Na sťahovanie údajov z prístroja používame software GEMlink
Pre spracovanie plošných magnetických údajov OASIS MONTAJ
Pre modelovanie a inverziu : ZondGM2D, ZondGM3D
Aeromagnetic survey
Na prieskum veľkých oblastí, mapovanie, vyhľadávanie potenciálnych oblastí ložísk nerastných surovín je ekonomické použiť letecký prieskum ( môže byť v spojitosti s gamaspektrometrickým prieskumom.
Naša spoločnosť dlhodobo spolupracuje so spoločnosťami, ktoré zabezpečujú letecký geofyzikálny prieskum. Aktívne vstupujeme do toho procesu, ako projekt manageri, data processing manažéri a tiež spolupracujem pri etape QC ( kontrola kvality).
Ukážka merania magnetometrického prieskumu