УДК 548.736.5

 

Пузеева М.П.1, Портнов В.С.1, Токушева Ж.Т.1,  Юров В.М.2,

Парафилова Р.У.1, Турсунбаева А.К.1

 

1Карагандинский государственный технический университет

2Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СЕЙСМОМАГНИТНОГО       ЭФФЕКТА И МЕТОДА МАГНИТНЫХ ВАРИАЦИЙ

 

Немногочисленные эксперименты показывают, что величина и знак изменения магнитного поля в результате упругих колебаний, сообщаемых магнетитовой залежи взрывами, моделирующих сейсмомагнитный эффект, в общем случае зависят не только от величины и направления действующего поля и формы возмущающего объекта, но и от магнитных свойств руд [1].

Определение магнитных характеристик горных пород в естественном залегании по магнитным вариациям во времени, предназначен для выяснения природы намагниченности тел, т.е. является ли наблюдаемая намагниченность индуктивной, изменяющейся при магнитных вариациях, или обусловлена остаточной намагниченностью.

Оба рассмотренных метода имеют сходство, а именно - нестационарность магнитных характеристик руды.

Совместное исследование сейсмомагнитных явлений и естественных вариаций геомагнитного поля позволило установить природу Куйбышевской и Куржункульской магнитных аномалий в Северном Казахстане.

Рассмотрим изложенные вопросы теоретически, используя аналитическое решение нестационарной задачи для магнитного потенциала в скважине цилиндрической формы конечных размеров. Предположим, что магнитометр измеряет компоненты магнитного поля на оси цилиндра, которая совпадает с осью z в цилиндрической системе координат.

Расчет магнитного поля упрощается, если вместо векторной величины напряженности магнитного поля Н пользоваться магнитным потенциалом U, который определяется соотношением Н = ‑ grad U. Несмотря на то, что магнитное поле имеет вихревой характер и поэтому не может быть описано скалярным потенциалом повсюду, в любой односвязной области, не содержащей токов, скалярное описание допустимо. Этот подход уже давно используется при вычислении магнитных полей в геофизике.

Нестационарное уравнение Лапласа для магнитного потенциала U (при изменении вдоль оси и по радиусу) в подвижной цилиндрической системе координат, движущейся по закону , ось z которой направлена вниз по скважине радиусом R, имеет вид [3]

                                      ,                                     (1)

где ; m – магнитная проницаемость;  –плотность магнитной массы.

Начальное и граничные условия выберем в общем виде:

                                                             

где  –  компоненты амплитуды внешнего поля; ω, к – циклическая частота возмущающего поля и волновой вектор.

Общее решения такой задачи дано в [2],  для осевой составляющей магнитного поля имеем

                                       ,                                   (2)

где    – скорость и длина волны воздействующего упругого поля; h – расстояние до горизонтальной плоскости, совпадающей со средним сечением источника возбужденного поля; (U1+U2) ~ энергии поля, воздействующего на намагниченное тело.

Обозначим

                            .                                             (3)

Окончательно можно записать

                          .                                 (4)

Из формулы (4) следует, что наличие периодических граничных условий, моделирующих периодическое воздействие на намагниченное тело, приводит к экспоненциальному закону изменения вертикальной составляющей магнитного поля, где

                                                         .                                                (5)

Анализ уравнений (2-4) показывает, что в случае переменного магнитного поля изменение HZ, а следовательно, и намагниченности линейно зависит от амплитуды и частоты возмущающего поля, что согласуется с экспериментальными данными, проведенными В.А. Шапиро [3].

В случае сейсмомагнитного эффекта изменение HZ пропорционально энергии упругой волны, и, в конечном счете, интенсивности возмущения (например, взрыва в скважине), а также плотности среды.

Поскольку от магнитной проницаемости (восприимчивости) зависит как амплитуда (3), так и множитель в экспоненте, то анализ уравнений (3-4) позволяет провести классификацию магнитных свойств руд по данным сейсмомагнитного эффекта и метода временных вариаций магнитного поля.

Комплексное истолкование изменения HZ в соответствии с формулой (3) возможно при условии, что изменение амплитуды аномалии при прохождении упругой волны обусловлено остаточной намагниченностью горных пород и руд, а ее изменение при временных вариациях магнитного поля Земли и искусственного поля МИП связано с индуцированной намагниченностью. Это может служить критерием в разбраковке магнитных аномалий.

Проведенные В.А.Шапиро исследования сейсмомагнитного эффекта на Куржункульском месторождении согласуются с предложенной моделью.

Использование методов позволяет выделить по сейсмоакустическому методу объекты обладающие остаточной намагниченностью, и объекты с индуцированной намагниченностью методом магнитных вариаций, а комплексное использование методов дает возможность определения полей индуцированной и остаточной намагниченностей объекта.

 

Литература

1Иванов Н.А., Шапиро В.А. Моделирование сейсмомагнитного эффекта на Куржункульском месторождении магнетита //Методика магнитных измерений и интерпретации в геофизике. Свердловск, 1970. С.17-18.

2Портнов В.С. Магнитное поле в скважине конечных размеров. 3. Однородный намагниченный пласт //Тр. ун-та: /Сб. научн. трудов КарГТУ. Караганда, 2003. Вып.2. С.42-46.

3Шапиро В.А. Намагниченность массивной залежи магнетита. //Методика магнитных измерений и интерпретации в геофизике. Свердловск, 1970.