способ определения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля

Формула изобретения

Способ определения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах горных пород, отличающийся тем, что с помощью радиолокационных станций (РЛС) с энергетическим потенциалом 500-600 дБ, содержащих излучающие и приемные устройства с горизонтальными магнитными диполями, а также генераторы магнитных моментов и SQUID-магнитометры, производят зондирование электромагнитными импульсами толщи горных пород, осуществляют дистанционное обнаружение границ раздела, образованных в инверсиях геомагнитного поля по намагниченности (J_n) вследствие изменения ее направления на противоположное (-J_n) и осуществляют дистанционное определение границ раздела, на которых обнаружено указанное изменение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к физике земной коры, в частности к палеомагнетизму.

Известен способ определения положения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах горных пород, с помощью отбора ориентированных образцов горных пород из обнажений, скважин и других горных выработок и далее определения направления вектора остаточной намагниченности в лаборатории [1]. Прототип.

Недостатком этого способа является:

- необходимость не всегда технически возможной (без бурения специальных скважин) трудоемкой операции - отбора ориентированных образцов, особенно при изучении значительных по площади территорий.

Техническая задача заключается в дистанционном определении границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах горных пород, без отбора образцов.

Предлагается способ определения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах горных пород, отличающийся тем, что положение этих границ раздела определяют дистанционно радиолокацией импульсами магнитного поля с применением радиолокационных станций с энергетическим потнециалом 500-600 дБ, имеющих в составе излучающего и приемного устройств горизонтальные магнитные диполи.

Введенный в формулу изобретения такой существенный элемент, как радиолокация, позволяет дистанционное определение положения изучаемых границ.

Введенный в формулу изобретения такой существенный элемент, как радиолокация, импульсами магнитного поля с применением для их создания и регистрации горизонтальных магнитных диполей, позволяет дистанционное определение положения границ раздела, на которых меняется только магнитная проницаемость.

Введенный в формулу изобретения такой существенный элемент, как радиолокация импульсами магнитого поля радиолокационной станцией (РЛС) с энергетическим потенциалом 500-600 дБ, позволяет устанавливать положение границ раздела слабоконтрастных сред и многократно увеличить глубину исследования в сравнении с радиолокацией импульсами электрического поля.

Способ осуществляют следующим образом. Производят радиолокацию импульсами магнитного поля либо в точках по профилю, либо в движении по земной поверхности, либо с воздуха. РЛС для зондирования импульсами магнитного поля содержит горизонтальные магнитные диполи в излучающем и приемном устройствах, генератор магнитных моментов на основе сверхпроводников и SQUID-магнитометр, что позволяет довести энергетический потенциал РЛС до 560 дБ, а при работе с накоплением отраженных сигналов до 600 дБ [4]. На границе раздела, соответствующей магнитной инверсии, в однородной по всем прочим параметрам толще горных пород с остаточной намагниченностью J_n в оправдывающемся на опыте предположении, что напряженность магнитного поля Н после инверсии по величине полностью восстанавливается, эффективная магнитная проницаемость горных пород меняется с ₁=1+4(J _n/H+)H на ₂=1+4(J _n/H+) H (здесь - магнитная восприимчивость). Отсюда на этой границе меняется и импеданс в поле достаточно высокой частоты от ₁/ до ₂/. Эта граница раздела является достаточно резкой, поскольку время ее образования и скорость накопления толщ горных пород, за отдельными исключениями локального характера, в геологическом масштабе времени малы. Опуская вычисления, получим, приближенно, что коэффициент отражения R=2 J _n. Принимая магнитную восприимчивость, например, долеритов и габбро базальтового слоя равной в среднем 0,005, отношение остаточной и индуктивной намагниченностей в среднем 4 [2], напряженность магнитного поля равной 0,5 Гаусса, получим R=0,157 или 16,1 дБ. При удельном электрическом сопротивлении 10 000 Ом·м и относительной диэлектрической проницаемости 9 удельное поглощение электромагнитного импульса N будет равно 0,055 дБ/м, а при удельном сопротивлении 1 000 Ом·м - 0,55 дБ/м. Общие потери в децибеллах, помимо потерь на поглощение на пути 2h до отражающей границы и обратно, равные 2hN, включают еще потери на отражение (-20 lgR), вследствие расхождения фронта волны, равные 5+20lg h, суммарные потери на рассеяние и деполяризацию волны с учетом ее фокусировки, равные 40,7 дБ [3].

В случае одной (первой) отражающей границы раздела глубина исследования при энергетическом потенциале 560 дБ может достигнуть для =1 000 Ом·м 400 м, для =10 000 Ом·м - 3 900 м. Когда возможно накопление сигнала с увеличением энергетического потенциала до 600 дБ, эти оценки глубины исследования возрастут соответственно до 440 и 4 200 м. Использование летательных аппаратов (потери при двойном прохождении границы воздух - земля ~20 дБ) уменьшает глубину исследования до 390 и 3 700 м соответственно. В наземном варианте глубина исследования может быть увеличена помещением приемника в имеющейся или специально пробуренной сквжине. При работе на глубоководных (4-5 км) свободных от донных отложений участках океана глубина исследования может быть увеличена путем расположения излучающего и приемного устройств на дне океана. Соответствие выявленной на отрезке надежно прослеженной границы раздела границе, образованной вследствие инверсии геомагнитного поля, при работах на суше и со дна океана может быть подтверждено результатами работ с отбором образцов.

Преимущество предлагаемого способа состоит в дистанционном обнаружении границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля, и определении их положения в толще горных пород.

Источники информации

1. Магниторазведка (справочник геофизика). М.: изд. "Недра", 1980. - 367 с. (см. с.210 и далее).

2. А.А.Логачев, В.П.Захаров. Магниторазведка. Л.: изд. "Недра", 1973. - 351 с. (см. с.37, табл. 2).

3. В.Богородский, Ч.Бентли, П.Гудмандсен. Радиогляциология. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 312 с.

4. B.C.Якупов, С.В.Якупов. Зондирование земных сред импульсами магнитного поля//ДАН, 2002, т. 384, №6. С. 815 - 817.