Методика и обработка данных магнитного и гравитационного поля

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

 

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет Геологии и Геофизики

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине  “Структурная геофизика”

Тема: “Методика и обработка данных магнитного и гравитационного поля”.

 

 

Студент: Миронова Наталья и Сидоров Павел

Учебная группа: ГИН-08

Руководитель:  Писецкий В. Б.

                                                 

Екатеринбург

2011

Содержание.

1. Введение………………………………………………………………………………………………..3
2. Теоретическая основа метода……………………………………………………………...4
3. Аппаратура для гравиразведки………………………………………………………….6
4. Аппаратура для магниторазведки………………………………………………………7
5. Методика проведения съемок……………………………………………………………12
6. Построение карт…………………………………………………………………………………14
7. Интерпретация……………………………………………………………………………………15
8. Заключение…………………………………………………………………………………………19
9. Список используемой литературы………………………………………………………20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Геофизические методы исследования земной коры - это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный  для изучения земной коры мощностью 35 - 70 км на суше и 5 - 10 км под дном акваторий  океанов и морей. Геофизика, как  обобщающая наука, изучающая Землю  и околоземное пространство с  помощью естественных и искусственных  физических полей занимает среди  точных и естественных наук (астрономии, физики, математики, географии, геологии, химии) уникальное стыковое положение. Она использует достижения этих фундаментальных  наук или родственных им научно-прикладных дисциплин (например, космонавтики, геодинамики, информатики, электроники, автоматики и др.), ставя перед ними немало проблем теоретического и прикладного  плана.

Предметом исследований геофизических  методов (прикладной геофизики) являются: глубинные структуры земной коры на суше и океанах (платформенные, геосинклинальные, рифтовые области, океанические впадины  и др.), кристаллический фундамент, осадочный чехол, полезные ископаемые в них, верхняя часть земной коры, называемая геологической (геофизической) средой или верхней частью разреза.

Целью прикладной геофизики  является восстановление строения, состава, истории развития этих объектов земной коры на основе косвенной информации о физических полях.

Основными задачами геофизических  исследований земной коры являются следующие: изучение состава, строения и состояния  пород, слагающих земную кору, а также  их динамику, выявление полезных ископаемых и изучения геологической среды  как основы для промышленного, сельскохозяйственного, гражданского и военного освоения и  сохранения ее экологических функций, как источника жизни на Земле  путем косвенного изучения физических полей. Формально они сводятся к  обнаружению геологических объектов, оценки их геометрии, а по физическим свойствам определение их геологической  природы.

В соответствии с решаемыми  задачами основными прикладными  направлениями и методами геофизических  исследований земной коры являются: глубинная, региональная, разведочная (нефтегазовая, рудная, нерудная, угольная), инженерная (инженерно-геологическая, гидрогеологическая, почвенно-мелиоративная, мерзлотно-гляциологическая) и экологическая геофизика.

 

 

 

 

  

 

 

Теоретическая основа методов.

Гравиметрическая или  гравитационная разведка (сокращенно гравиразведка) - это геофизический  метод исследования земной коры и  разведки полезных ископаемых, основанный на изучении распределения аномалий поля силы тяжести Земли вблизи земной поверхности, акваториях, в воздухе. Поле силы тяжести обусловлено в  основном Ньютоновским притяжением  Землей всех тел, обладающих массой. Основными  измеряемыми параметрами гравитационного  поля являются ускорение силы тяжести и градиенты (изменения ускорения по разным направлениям). Величины параметров поля силы тяжести зависят, с одной стороны, от причин, обусловленных притяжением и вращением Земли (нормальное поле), а с другой стороны - от неравномерности изменения плотности пород, слагающих земную кору (аномальное поле).

Для разведки месторождений  замеряют ускорение силы тяжести. Единицей ускорения в системе СИ является м/. В гравиметрии традиционно используют более мелкую единицу - Гал, равный 1 см/. В среднем на Земле g=981 Гал. В практике гравиразведки применяется величина в 1000 раз меньшая, получившая название миллигал (мГал). В наблюденные значения силы тяжести вводятся поправки (редукции).

Для постановки гравиразведки  и особенно истолкования результатов  необходимо знать плотность горных пород - σ, ибо это единственный физический параметр, на котором базируется гравиразведка. Плотность измеряют в г/.

  Нахождение аномалий силы тяжести и вторых производных потенциала от тел известной формы, глубины залегания, размера и плотности носит название прямой задачи гравиразведки. Определение местоположения, формы, глубины залегания, размеров и плотности тел по известным аномалиям или вторых производных потенциала силы тяжести называется обратной задачей гравиразведки.

Магнитометрическая, или  магнитная, разведка (сокращенно магниторазведка) – это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Основными параметрами геомагнитного поля являются полный вектор напряженности и его составляющие по осям координат. Значения параметров магнитного поля Земли зависят, с одной стороны, от намагниченности всей Земли как космического тела (нормальное поле), а с другой стороны, разной интенсивности намагничения геологических формаций, обусловленной различием магнитных свойств пород и напряженности магнитного поля Земли, как в настоящее время, так и в прошедшие геологические эпохи (аномальное поле).

В любой точке земной поверхности  существует магнитное поле, которое  определяется полным вектором напряженности  Т. Проекция этого вектора на горизонтальную поверхность и вертикальное направление, а также углы, составленные этим вектором с координатными осями, носят название главных элементов магнитного поля. Проекция полного вектора на ось z называется вертикальной составляющей и обозначается Z. Проекция полного вектора Т на горизонтальную плоскость называется горизонтальной составляющей (Н). Практически измеряемым параметром магнитного поля является магнитная индукция В.  Единицей магнитной индукции в системе Си является тесла (Тл). В магниторазведке используется более мелкая единица нанотесла (нТл).

Магниторазведка также как  и гравиразведка решает прямую и  обратную задачу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аппаратура для гравиразведки.

Принципы измерения силы тяжести.

Для измерения силы тяжести  можно использовать любые физические явления, которые зависят от нее: качание маятника, растяжение пружин с грузом, падение тел в пустоте. Методы измерения силы тяжести подразделяют на динамические, в которых наблюдают  движение груза в поле тяжести, и  статические, в которых измеряют растяжение упругого элемента с грузом. Определения могут быть абсолютными  и относительными. К абсолютным относятся  такие методы, в которых на каждой точке получают абсолютное, полное значение д_набл. К относительным методам относят методы, в которых на каждой точке определяют приращения или разности по отношению к некоторой исходной точке Ад_набл. В гравиразведке для абсолютных измерений используют маятниковые приборы, а для относительных — маятниковые приборы и гравиметры.

 

Гравиметры.

В практике гравиразведки  широкое применение получил относительный  способ измерения силы тяжести, т. е. измерения приращений в двух точках с помощью гравиметров — приборов, в которых сила тяжести сравнивается с силой деформации упругих материалов. Большинство гравиметров построено по принципу пружинных весов, где в качестве уравновешивающей силы используют силу кручения горизонтальной нити, на которой укреплен рычаг - маятник с массой m. В точке наблюдения момент силы тяжести уравновешивается моментом сил кручения, рычаг отклоняется от горизонта на угол φ и при определенных условиях основное уравнение равновесия упругой системы, будет иметь вид (без учета пружин 5 и 6).

т-g-l- соsφ = Т(а₀ + φ) - k-r- соs(β - φ),

где l — длина рычага; т — крутильная жесткость его нитей подвеса; а₀ — начальный угол закручивания нитей; k — коэффициент линейной жесткости главной пружины; r — длина рычага крепления главной пружины; β — угол между рычагами.

Из этого уравнения  получается зависимость между изменением угла наклона рычага Δφ и пропорциональных изменений отсчетов по шкале микрометрического винта гравиметра Δп и приращением Δg:

Δg = С Δφ = С Δn

где С', С — цены деления гравиметра.

Для повышения чувствительности гравиметра при малых изменениях Лд используют астазирование, т. е. применение упруго-возбужденной системы, состоящей из дополнительного рычага и главной пружины 4, которые приводят к увеличению угла наклона φ  за счет неустойчивого равновесия.

При измерении силы тяжести  используют компенсационный метод, отсчета, при котором микрометрическим винтом меняют натяжение измерительной  пружины 5 таким образом, чтобы привести рычаг-маятник 3 в горизонтальное положение. Число оборотов микрометрического винта Δп определяют по специальной шкале с помощью оптической системы. С помощью диапазонного винта и соответствующей пружины 6 перестраивают диапазон прибора, что позволяет расширить интервал измерения в 1 0 раз и более.

Чувствительная система  основных отечественных гравиметров  ГНУК-А, В, С, ГНШК -А, В, С и других выполнена из плавленого кварца, хотя некоторые, в основном зарубежные, гравиметры имеют металлическую пружину.

Материал пружин подбирают таким, чтобы колебания температуры  и другие факторы сказывались наименьшим образом на величине отсчета. Несмотря на специально принимаемые меры по термостати- рованию чувствительной системы (помещение ее в сосуд Дюара, изоляция от внешней среды и т. д.), влияние внешних факторов, как и внутренние процессы в упругих элементах системы, приводит к изменению показаний прибора во времени. Поэтому все гравиметры характеризуются дрейфом, или смещением нуль-пункта прибора, который достигает нескольких миллигал в сутки.

Аппаратура для магниторазведки.

Принципы измерений  геомагнитного поля.

Измерения магнитного поля Земли и его вариаций проводят как на стационарных пунктах —  магнитных обсерваториях, которых  насчитывается на Земле около 150, так и во время магниторазведочных работ. При абсолютных определениях полного вектора напряженности  магнитного поля определяют, как правило, три элемента магнитного поля (например, Z, D, Н). Для этого применяют сложные трехкомпонентные магнитные приборы - магнитные теодолиты и вариационные станции, которые ведут запись автоматически.

При геологической разведке измеряют абсолютные Т и относительные по отношению к какой-нибудь исходной (опорной) точке ΔТ, ΔZ элементы. Если исследуемая площадь невелика (несколько десятков квадратных километров), то нормальное поле можно считать постоянным и равным полю на исходной точке, оно принимается за условный нуль. При больших площадях исследования следует учитывать изменение нормального магнитного поля Земли.

Приборы для магнитной  разведки (магнитометры) характеризуются  разнообразием принципов устройства. В настоящее время в основном используют четыре типа магнитометров — оптико-механические, феррозондовые, протонные и квантовые.

Оптико-механические магнитометры.

Принцип действия оптико-механических магнитометров основан на взаимодействии магнитных полей Земли и постоянного  магнита, служащего чувствительным элементом (датчиком) таких приборов. В зависимости от ориентации оси  вращения постоянного магнита, его  магнитного момента и напряженности  магнитного поля Земли постоянный магнит занимает определенное положение относительно горизонтальной или вертикальной плоскости. Изменение напряженности магнитного поля Земли приводит к соответствующему изменению угла наклона постоянного  магнита (при прочих равных условиях). Для повышения точности определения  угла наклона системы применяют  специальные оптические устройства.

В магнитометрах, измеряющих приращение вертикальной составляющей магнитного поля Земли ΔZ, т. е. ее изменение по сравнению со значением в начальной точке, ось вращения постоянного магнита устанавливают горизонтально и ориентируют по направлению вектора Н. При таком положении чувствительной системы на вращение постоянного магнита будет действовать только вертикальная составляющая магнитного поля Земли, так как горизонтальная составляющая совпадает с осью вращения. Для повышения чувствительности прибора к малым изменениям вертикальной составляющей ΔZ постоянный магнит должен располагаться примерно горизонтально. Это достигается уравновешиванием действия вертикальной составляющей ΔZ силой тяжести постоянного магнита, если центры его вращения и тяжести не совпадают. При перемещении прибора из одной точки в другую приращение вертикальной составляющей магнитного поля ΔZ будет связано с изменением угла наклона системы Δφ (если Δφ < 1,5°) соотношением