Яновский Б.М. Земной Магнетизм. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени Λ. А. ЖДАНОВА

Б.

М.

ЯНОВСКИЙ

ЗЕМНОЙ

МАГНЕТИЗМ

ИЗДАТЕЛЬСТВО

ЛЕНИНГРАДСКОГО

УНИВЕРСИТЕТА

1963

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени А. А. ЖДАНОВА

Б. М.

ЯНОВСКИЙ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ

МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО

МЕТОДА

ИССЛЕДОВАНИЯ

ЗЕМНОЙ

КОРЫ

И ГЕОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Утверждено Министерством высшего

и среднего специального образования РСФСР

в качестве учебного пособия

для университетов

ИЗДАТЕЛЬСТВО

ЛЕНИНГРАДСКОГО УНИВЕРСИГЕТА

1963

Печатается по постановлению

Редакционно-издательского совета

Ленинградского университета

Учебное пособие содержит теоретические

основы магниторазведки, а также методы изме-

рения элементов земного магнетизма, которые

являются ее основой. Кроме того, в нем рассма-

тривается ряд вопросов вспомогательного харак-

тера: магнитные свойства горных пород, магнит-

ные поля тел различной формы, методы интер-

претации магнитных аномалий и др.

Пособие предназначается для студентов,

аспирантов и научных сотрудников по специаль-

ности геофизика.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящая книга «Теоретические основы магнитометриче-

ского метода исследования земной коры и геомагнитные изме

рения» представляет собой переработку третьей и четвертой

частей курса «Земного магнетизма», вышедшего в 1953 г.

В этих частях рассматривалось практическое применение яв-

лений земного магнетизма и методы измерений элементов зем-

ного магнетизма.

За истекшие 10 лет произошли настолько крупные измене-

ния как в методике измерений, так и в вопросах практического

применения явлений земного магнетизма, что потребовалось не

только переработать весь материал книги «Земной магнетизм»,

но и значительно его расширить. Объем этого раздела вырос до

таких размеров, что целесообразнее было издать его в виде само-

стоятельной книги.

В настоящее издание введены новые разделы, которых не

было в предыдущем, но которые необходимы для лучшего пони-

мания явлений земного магнетизма. К ним в первую очередь

следует отнести главу «Об основах теории ферромагнитных явле-

ний» (гл. II). За последние 10 лет появилась и успешно развива-

ется новая область в земном магнетизме — палеомагнетизм, —

которая получает все большее и большее практическое примене-

ние.

Однако теоретические обоснования явлений палеомагнетиз-

ма невозможны без глубокого знания основ ферромагнетизма и

магнитных свойств горных пород.

Новым также является описание методов разведки при по-

мощи одновременной регистрации магнитных и теллурических

возмущений. Эти методы разведки получили свое развитие за

последние 5—6 лет.

В области методов интерпретации результатов магнитных

съемок последние годы также принесли новые идеи, что и нашло

свое отражение в расширении материала (гл. VI).

Значительной переработке подверглись главы, содержащие

описание методов и аппаратуры для измерения элементов зем-

ного магнетизма. Так, появление новых типов вариационных

приборов для регистрации короткопериодных вариаций (магни-

тометрические и индукционные) потребовало теоретического их

обоснования.

Появление новых методов измерения напряженности магнит-

ного поля при помощи явлений протонного резонанса и оптиче-

ской накачки потребовало введения новых глав по теории этих

явлений и описания новых приборов.

Книга составлена в соответствии с программой лекций, чи-

таемых на физическом факультете Ленинградского университета

для студентов специальности геофизика. Однако многие вопро-

сы рассмотрены несколько шире, чтобы изучающие земной

магнетизм могли яснее и глубже понять те явления, которые за

недостатком времени не могут быть подробно освещены на лек

циях. Материал книги рассчитан на знание у читателей матема-

тики и физики в объеме первых трех курсов физического факуль-

тета.

При составлении книги большую помощь в подготовке руко-

писи к печати оказали сотрудники кафедры физики земной коры

ЛГУ В. В. Металлова, А. А. Ковтун, О. М. Распопов, Е. И. Про-

зорова и Е. С. Краева, за что автор считает своим долгом выра-

зить им глубокую благодарность.

Особенно хочется отметить большой труд, проделанный

В.

В. Металловой, на долю которой выпала основная работа по

подготовке книги к печати, и выразить ей свою признательность.

Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА

ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Магнитометрический метод исследования

строения земной коры, или магнитная развел

к а, заключается в изучении магнитного поля аномальных райо

нов,

позволяющего решать задачи о нахождении источников это

го поля, а тем самым и о строении нижележащих слоев земной

коры.

Основными возможностями такого решения являются суще-

ствующие закономерности в распределении магнитного поля н

пространстве, выражаемые уравнением Лапласа и законом Био

Савара.

Из этих закономерностей вытекает, что любое магнитное по-

ле связано со своим источником, строго фиксированным в про

странстве. Поэтому, зная источники магнитного поля, можно од

нозначно решать задачу нахождения поля в любой точке про

странства, и обратно, зная магнитное поле, определить коорди

наты источников поля.

Магнитное поле Земли представляет собой совокупность ряда

полей, вызванных различными источниками, одним из которых

являются горные породы, залегающие в верхних слоях земной

коры и обладающие ферромагнитными свойствами.

Находясь в магнитном поле других источников, эти породы

намагничиваются и создают свое собственное поле, которое и

получило название аномального, а область, в которой оно на

блюдается, названа аномальной областью, или магнитной ано

малией.

В противоположность этому магнитное поле Земли, вызывае

мое другими источниками, находящимися внутри Земли, назы-

вается нормальным, и, следовательно, наблюдаемое поле на по-

верхности Н

представляет собой сумму нормального поля Н

и аномального Н

, т. е.

= н

+ н

Таким образом, изучение магнитного поля в аномальном

районе сводится к измерению элементов земного магнетизма в

этом районе, выделению нормального поля Н„ и к анализу ре-

зультатов наблюдений аномального поля Н

Методы анализа могут быть различными в зависимости от

результатов измерений, но все они сводятся к нахождению ис-

точников магнитного поля и носят название интерпретации маг-

нитных аномалий.

Во многих случаях для более правильной и однозначной ин-

терпретации необходимо знать магнитные свойства горных по-

род. Поэтому в задачу изучения магнитного поля аномалий вхо-

дят также исследования этих свойств путем лабораторных из-

мерений образцов горных пород, взятых в аномальных районах

В настоящее время исследование магнитных свойств горных

пород имеет уже не только подсобное, но и самостоятельное зна

чение, которое распространяется не только на область геологи-

ческих изысканий, но и захватывает всю проблему земного маг-

нетизма.

Такие исследования привели в области магнитной разведки

к разработке нового метода, называемого палеомагнитной корре-

ляцией осадочных толщ [73], а в области геомагнетизма — к раз-

витию самостоятельного раздела — палеомагнетизма [89].

Интерпретация магнитных аномалий может быть количест

венного и качественного характера. В первом случае она требу-

ет сложных теоретических расчетов и в основном сводится к ре-

шению задачи о нахождении источников магнитного поля по за-

данному распределению его на поверхности Земли, принимаемой

за плоскость. Во втором — требует знания геологии данного

района хотя бы в первом приближении или же наличия аномалии

соседнем районе, геологически хорошо изученном.

В настоящее время магнитометрический метод разведки вы

лился в большую самостоятельную отрасль знания, разрабаты-

ваемую целым рядом научно-исследовательских лаборатории и

институтов Советского Союза.

Первой крупной работой по исследованию магнитных анома-

лий в мировом масштабе следует считать исследование Курской

магнитной аномалии, производившееся по указанию В.И.Ленина

комиссией под руководством академиков П. П. Лазарева и И. M

Губкина в период с 1919 по 1926 г. Эта работа, собственно, и по-

ложила начало разведке как особой отрасли знаний в науке о

земном магнетизме.

Введение

Курская магнитная аномалия была открыта

еще в 1874 т.

доц.

И. Н.

Смирновым

при

производстве магнитной съемки

европейской части России. Наблюдая элементы земного магне-

тизма

Белгороде Курской

обл., он

заметил,

что они

сильно

от-

личаются

от

элементов

смежных пунктах: Курске

Харькове.

Так, например, склонение, которое

он

наблюдал

Курске, состав-

ляло —4°26',

Харькове +0°59',

Белгороде

же оно

имело

значение

27°51'.

Это и

привело

его к

мысли

наличии

Бел-

городе магнитной аномалии. Дальнейшая работа

по

исследова-

нию Белгородской аномалии проводилась профессором Москов-

ского университета

Э. X.

Лейстом, который

обнаружил

существование аномалии

не

только вблизи Белгорода,

но и на

большой площади Курской губернии, вследствие чего

она и

полу-

чила название Курской.

Э. X.

Лейст работал

над

изучением Кур-

ской аномалии более двадцати

лет (1894—1916 гг.),

однако

собранный

им

материал

не был

опубликован

после

его

смерти

оказался

Германии. Советское правительство

по

инициативе

В.

И.

Ленина

в 1919 г.

отпустило специальные средства

на про

изводство работ

по

исследованию Курской аномалии, поручив

проведение

ее

Особой комиссии

при

ВСНХ.

В течение семи

лет, с 1919 по 1926 г.,

экспедиция Особой

ко-

миссии

не

только произвела подробное исследование аномалии,

но

полностью выяснила причины

ее

происхождения.

В то

время

еще молодые советские магнитологи

А. Я.

Заборовский,

Б. М.

Яновский,

В. В.

Колюбакин

под

руководством академика

П. П.

Лазарева

результате изучения материала наблюдений

еще в

1921

г.

пришли

выводу

наличии

на

глубине

180—200 м

маг-

нитных пород типа магнетитов. Бурение, поставленное

на

одном,

из указанных

ими

пунктов аномалии (вблизи

г.

Щигры)

1923 г.,

обнаружило

на

глубине

180 м

присутствие мощного слоя

железистых кварцитов

содержанием чистого железа

от 40 до

50%.

Это

явилось блестящим триумфом советской геофизики,

так

как

крупнейшие геологи конца

XIX в.,

такие

как

академик

Φ.

Н.

Чернышев, категорически отрицали наличие

Курской

об

ласти кристаллических пород

на

глубинах, меньших нескольких

километров.

Успехи, достигнутые

исследовании Курской аномалии,

да-

ли толчок дальнейшему быстрому развитию

не

только магнито

метрического метода,

но и

других геофизических методов раз-

ведки.

В 1926 г. в

Ленинграде открывается Институт приклад-

ной геофизики, организатором

его

становится профессор Горно-

го института

И. М.

Бахурин, работы которого

по

интерпретации

магнитных аномалий создали целую школу

области магнитной

разведки. Институт прикладной геофизики

виде опыта произ-

вел магнитную съемку

при

помощи магнитных весов

на

место

рождении соли

на

станции Илецкая. Опыт

дал

вполне удовле-

творительные результаты

показал применимость этого метода

для поисков пород, имеющих меньшую восприимчивость

по

сравнению

вмещающими породами.

1930 г.

Ленинградский нефтяной институт впервые поставил

работы

по

применению магнитометрического метода

на

нефте-

носных структурах

области Западного Урала (второе Баку).

Эти

работы, продолжавшиеся несколько

лет,

позволили устано-

вить связь между магнитными аномалиями

геологическими

структурами

таким образом расширили применимость магни

тометрического метода

не

только

для

поисков определенных

ме

сторождений,

но и для

геологического картирования.

Особым успехом советской геофизики является внедрение

практику метода аэромагнитной съемки, предложенного

и раз

работанного

в 1937 г.

проф.

А. А.

Логачевым

[40].

Основание теоретическим работам

Советском Союзе

по

магнитометрии было положено профессором Ленинградского

горного института

В. И.

Бауманом

(1867—1923),

который

дал

ряд решений прямой

обратной задачи

для тел,

имеющих

про

стую геометрическую форму.

Эти

работы послужили началом

целого ряда теоретических работ, которые позволили применять

магнитометрический метод разведки

для

точных количественных

расчетов.

В настоящее время магнитометрический метод

Применени

ем аэросъемки стал одним

из

основных методов структурной

гео

логии.

Как

правило, геологические изыскания

новых регионах

не начинаются

без

предварительного исследования

его

магнито-

метрическим методом

при

помощи аэросъемки.

Предпосылкой

изучению магнитометрического метода раз-

ведки должно явиться знакомство

магнитными свойствами

гор

ных пород, являющихся причиной магнитных аномалий.

свою

очередь магнитные свойства горных пород нельзя понять,

не

зная основ современной теории магнетизма. Поэтому описанию

методов магниторазведки

настоящем курсе предшествует изло-

жение магнитных свойств горных пород

теоретическое

их

обо-

снование,

также описание основных явлений ферромагнетизма

их

закономерностей.