В геофизике, А магнитная аномалия является локальное изменение в магнитном поле Земли в результате изменений в химии или магнетизма горных пород. Картирование изменений в области полезно для обнаружения структур, скрытых вышележащим материалом. Магнитное склонение ( геомагнитные инверсии ) в последовательных полосах океанического дна, параллельных срединно-океаническим хребтам, было важным доказательством расширения морского дна, концепции, центральной в теории тектоники плит.
Магнитные аномалии обычно составляют небольшую часть магнитного поля. Общее поле колеблется от 25 000 до 65 000 нанотесл (нТл). Для измерения аномалий магнитометрам требуется чувствительность не более 10 нТл. Для измерения магнитных аномалий используются три основных типа магнитометров:
При наземных съемках измерения производятся на нескольких станциях, обычно на расстоянии от 15 до 60 м друг от друга. Обычно используется протонный прецессионный магнитометр, который часто устанавливается на опоре. Поднятие магнитометра снижает влияние небольших металлических предметов, выброшенных людьми. Чтобы еще больше уменьшить нежелательные сигналы, геодезисты не носят металлические предметы, такие как ключи, ножи или компасы, и избегают таких предметов, как автомобили, железнодорожные пути и заборы из колючей проволоки. Если какой-либо такой загрязнитель не заметить, он может проявиться как резкий всплеск аномалии, поэтому к таким особенностям следует относиться с подозрением. Основное применение наземных изысканий - детальный поиск полезных ископаемых.
Аэромагнитная съемка часто используется при разведке нефти для получения предварительной информации для сейсморазведки. В некоторых странах, например, в Канаде, государственные учреждения проводят систематические обследования больших территорий. Съемка обычно включает в себя серию параллельных спусков на постоянной высоте с интервалами от ста метров до нескольких километров. Они пересекаются случайными связующими линиями, перпендикулярными основному обследованию, для проверки на наличие ошибок. Самолет является источником магнетизма, поэтому датчики либо устанавливаются на стреле (как на рисунке), либо буксируются сзади на тросе. Аэромагнитная съемка имеет более низкое пространственное разрешение, чем наземная съемка, но это может быть преимуществом для региональной съемки более глубоких горных пород.
В судовых исследованиях магнитометр буксируется на несколько сотен метров позади корабля с помощью устройства, называемого рыбой. Датчик находится на постоянной глубине около 15 м. В остальном процедура аналогична той, что используется при аэромагнитной съемке.
Спутник-3 в 1958 году стал первым космическим кораблем, на котором был установлен магнитометр. Осенью 1979 года был запущен « Магсат», который совместно эксплуатировался НАСА и Геологической службой США до весны 1980 года. Он имел скалярный магнитометр на парах цезия и векторный магнитометр с феррозондовым датчиком. Немецкий спутник CHAMP провел точные гравиметрические и магнитные измерения с 2001 по 2010 год. Датский спутник Ørsted был запущен в 1999 году и все еще находится в эксплуатации, в то время как миссия Swarm Европейского космического агентства включает в себя "созвездие" из трех спутников. которые были запущены в ноябре 2013 года.
Для магнитных измерений необходимы две основные поправки. Первый - это устранение кратковременных вариаций поля от внешних источников; например, суточные вариации с периодом 24 часа и величиной до 30 нТл, вероятно, из-за воздействия солнечного ветра на ионосферу. Кроме того, магнитные бури могут иметь максимальную величину до 1000 нТл и продолжаться несколько дней. Их вклад можно измерить, неоднократно возвращаясь к базовой станции или имея другой магнитометр, который периодически измеряет поле в фиксированном месте.
Во-вторых, поскольку аномалия является локальным вкладом в магнитное поле, из нее необходимо вычесть главное геомагнитное поле. Для этой цели обычно используется Международное опорное геомагнитное поле. Это крупномасштабная усредненная по времени математическая модель поля Земли, основанная на измерениях со спутников, магнитных обсерваторий и других съемок.
Некоторые поправки, необходимые для гравитационных аномалий, менее важны для магнитных аномалий. Например, вертикальный градиент магнитного поля составляет 0,03 нТл / м или меньше, поэтому коррекция возвышения обычно не требуется.
Тип | Восприимчивость ( SI) |
---|---|
Осадочный | |
Известняки | 0-3 |
Песчаники | 0-20 |
Сланцы | 0,01-15 |
Магматический | |
Базальт | 0,2-175 |
Габбро | 1-90 |
Гранит | 0-50 |
Риолит | 0,2-35 |
Метаморфический | |
Гнейс | 0,1-25 |
Змеевик | 3-17 |
Шифер | 0-35 |
Минералы | |
Графитовый | 0,1 |
Кварцевый | -0,01 |
Каменный уголь | 0,02 |
Глины | 0,2 |
Пирротин | 1-6000 |
Магнетит | 1200-19200 |
Намагниченность исследуемой породы представляет собой векторную сумму наведенной и остаточной намагниченности :
Индуцированная намагниченность многих минералов является продуктом 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 иметь остаточную намагниченность или остаточную намагниченность. Это остаточное воздействие может длиться миллионы лет, поэтому оно может быть совершенно в другом направлении от поля нынешней Земли. Если остаточная намагниченность присутствует, трудно отделить от наведенной намагниченности, если образцы породы не измерены. Отношение величин Q = M r / M i называется отношением Кенигсбергера.
Интерпретация магнитных аномалий обычно выполняется путем сопоставления наблюдаемых и смоделированных значений аномального магнитного поля. Алгоритм, разработанный Талвани и Хейртцлером (1964) (и далее разработанный Кравчинским, 2019), рассматривает как индуцированную, так и остаточную намагниченность как векторы и позволяет теоретически оценить остаточную намагниченность по существующим очевидным путям полярного блуждания для различных тектонических единиц или континентов.
Магнитные исследования океанов выявили характерный образец аномалий вокруг срединно-океанических хребтов. Они включают серию положительных и отрицательных аномалий в напряженности магнитного поля, образующих полосы, идущие параллельно каждому гребню. Часто они симметричны относительно оси гребня. Полосы обычно имеют ширину в десятки километров, а аномалии - в несколько сотен нанотеслов. Источником этих аномалий является в первую очередь постоянная намагниченность, переносимая минералами титаномагнетита в базальте и габбро. Они намагничиваются, когда на хребте образуется кора океана. Когда магма поднимается на поверхность и охлаждается, порода приобретает термоостаточную намагниченность в направлении поля. Затем порода уносится с гребня движениями тектонических плит. Каждые несколько сотен тысяч лет направление магнитного поля меняется на противоположное. Таким образом, узор из полос является глобальным явлением и может использоваться для расчета скорости распространения морского дна.
В сериале « Космическая одиссея » Артура Кларка инопланетяне оставили ряд монолитов, чтобы люди могли их найти. Один возле кратера Тихо обнаружен по его неестественно мощному магнитному полю и назван Тихо Магнитная Аномалия 1 (TMA-1). Один вращающийся вокруг Юпитера назван ТМА-2, а другой в Олдувайском ущелье найден в 2513 году и задним числом назван ТМА-0, потому что он впервые был обнаружен примитивными людьми.