Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью

У статті обговорено вплив магнітної в'язкості геологічних середовищ на індукційні перехідні характеристики. Магнітна в'язкість — одна з властивостей феромагнетизму. В гірських породах і ґрунтах вона пов'язана передусім з релаксацією намагніченості суперпарамагнітних ультрадисперсних ч...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Кожевников, Н.О., Антонов, Е.Ю., Матасова, Г.Г., Камнев, Я.К.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2012
Назва видання:	Геофизический журнал
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97838
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью / Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов, Г.Г. Матасова, Я.К. Камнев // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 137-149. — Бібліогр.: 33 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-97838
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-978382016-04-05T03:02:21Z Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Матасова, Г.Г. Камнев, Я.К. У статті обговорено вплив магнітної в'язкості геологічних середовищ на індукційні перехідні характеристики. Магнітна в'язкість — одна з властивостей феромагнетизму. В гірських породах і ґрунтах вона пов'язана передусім з релаксацією намагніченості суперпарамагнітних ультрадисперсних часточок феримагнітних мінералів. В методі перехідних процесів (МПП) магнітна в'язкість проявляється у вигляді ЕРС, яка спадає обернено пропорційно першому степеню часу. Здебільшого вплив магнітної в'язкості розглядають як геологічну перешкоду, яка утруднює та унеможливлює інтерпретацію індукційних перехідних характеристик у термінах електропровідності. Водночас є свідоцтва того, що прояви магнітної в'язкості в МПП відбивають історію формування та деякі особливості мінералогії геологічних середовищ. Унаслідок цього уявляється актуальним навчитися, по-перше, застосовуючи установки різної геометрії, послабляти або підвищувати ефекти магнітної в'язкості і, по-друге, інтерпретувати їх в термінах, які вживають фахівці у сфері магнетизму гірських порід. Розглянуто способи і результати розрахунків індукційних перехідних характеристик за наявності середовищ з магнітною в'язкістю, а також дані лабораторних вимірів цього параметра на частотній та тимчасовій ділянках. На прикладі інверсії польових матеріалів у межах моделі середовища з магнітною сприйнятливістю, яка залежить від часу, показано, яка магнітна в'язкість може бути використана як джерело важливої геологічної інформації. Відображено перший досвід застосування МПП для цілеспрямованого вивчення релаксації намагніченості геологічних середовищ. У статті не висвітлено проблеми еквівалентності, роздільної здатності, впливу похибок вимірювань на якість розв’язку оберненої задачі, які мають скласти предмет спеці ального дослідження. The paper discusses the effect of magnetically viscous geological materials on the TEM response. Magnetic viscosity is a property of ferromagnetism. In rocks and soils it is often associated with superparamagnetism, or magnetic relaxation of ultra-fine ferrimagnetic mineral grains. Magnetic viscosity in TEM data shows itself as voltage decaying inversely proportional to the first power of time. Most often it is treated as a geologic noise that hinders inversion of TEM response in terms of electrical conductivity. On the other hand, there is evidence that magnetic viscosity effects are related to the mineralogy and history of natural and man-made geological materials. Therefore, it appears reasonable to learn how, (1) using TEM systems of different geometry, to amplify or depress the magnetic viscosity response and (2) interpret it in terms of rock magnetism. We show, through forward calculation of TEM responses, laboratory magnetic viscosity measurements both in time and frequency domains, and inversion of the field TEM data in terms of time-dependant magnetic susceptibility, how magnetic viscosity effects can be used as a source of important information on the near-surface geology. The discussed results present a first experience in applying the TEM method to purposeful investigation into magnetic relaxation of rocks. There are still a number of important issues that remain beyond this consideration and will be a subject of a special study, namely, equivalence, resolution, and influence of measurement errors on the inversion quality. В статье обсуждается влияние магнитной вязкости геологических сред на индукционные переходные характеристики. Магнитная вязкость - одно из свойств ферромагнетизма. В горных породах и грунтах она связана преимущественно с релаксацией намагниченности ультрадисперсных частиц ферримагнитных минералов - явлением суперпарамагнетизма. В методе переходных процессов магнитная вязкость проявляется в виде ЭДС, убывающей обратно пропорционально первой степени времени. В большинстве случаев влияние магнитной вязкости рассматривается как геологическая помеха, затрудняющая или делающая невозможным интерпретацию индукционных переходных характеристик в терминах электропроводности. В то же время, имеются свидетельства того, что проявления магнитной вязкости в методе переходных процессов отражают историю формирования и некоторые особенности минералогии геологических сред. Поэтому представляется актуальным научиться, во-первых, используя установки разной геометрии, ослаблять или усиливать эффекты магнитной вязкости и, во-вторых, интерпретировать их в терминах, используемых специалистами в области магнетизма горных пород. В статье обсуждаются способы и результаты расчетов индукционных переходных характеристик при наличии сред с магнитной вязкостью, а также данные лабораторных измерений магнитной вязкости в частотной и временной областях. На примере инверсии полевых материалов в рамках модели среды с зависящей от времени магнитной восприимчивостью показано, как магнитная вязкость может быть использована в качестве источника важной геологической информации. Приведенные материалы отражают первый опыт применения метода переходных процессов для целенаправленного изучения релаксации намагниченности геологических сред. В статье не рассмотрены проблемы эквивалентности, разрешающей способности, влияния погрешностей измерений на качество решения обратной задачи, которые должны составить предмет специального исследования. 2012 Article Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью / Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов, Г.Г. Матасова, Я.К. Камнев // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 137-149. — Бібліогр.: 33 назв. — рос. 0203-3100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97838 550.837 ru Геофизический журнал Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	У статті обговорено вплив магнітної в'язкості геологічних середовищ на індукційні перехідні характеристики. Магнітна в'язкість — одна з властивостей феромагнетизму. В гірських породах і ґрунтах вона пов'язана передусім з релаксацією намагніченості суперпарамагнітних ультрадисперсних часточок феримагнітних мінералів. В методі перехідних процесів (МПП) магнітна в'язкість проявляється у вигляді ЕРС, яка спадає обернено пропорційно першому степеню часу. Здебільшого вплив магнітної в'язкості розглядають як геологічну перешкоду, яка утруднює та унеможливлює інтерпретацію індукційних перехідних характеристик у термінах електропровідності. Водночас є свідоцтва того, що прояви магнітної в'язкості в МПП відбивають історію формування та деякі особливості мінералогії геологічних середовищ. Унаслідок цього уявляється актуальним навчитися, по-перше, застосовуючи установки різної геометрії, послабляти або підвищувати ефекти магнітної в'язкості і, по-друге, інтерпретувати їх в термінах, які вживають фахівці у сфері магнетизму гірських порід. Розглянуто способи і результати розрахунків індукційних перехідних характеристик за наявності середовищ з магнітною в'язкістю, а також дані лабораторних вимірів цього параметра на частотній та тимчасовій ділянках. На прикладі інверсії польових матеріалів у межах моделі середовища з магнітною сприйнятливістю, яка залежить від часу, показано, яка магнітна в'язкість може бути використана як джерело важливої геологічної інформації. Відображено перший досвід застосування МПП для цілеспрямованого вивчення релаксації намагніченості геологічних середовищ. У статті не висвітлено проблеми еквівалентності, роздільної здатності, впливу похибок вимірювань на якість розв’язку оберненої задачі, які мають скласти предмет спеці ального дослідження.
format	Article
author	Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Матасова, Г.Г. Камнев, Я.К.
spellingShingle	Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Матасова, Г.Г. Камнев, Я.К. Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью Геофизический журнал
author_facet	Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Матасова, Г.Г. Камнев, Я.К.
author_sort	Кожевников, Н.О.
title	Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью
title_short	Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью
title_full	Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью
title_fullStr	Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью
title_full_unstemmed	Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью
title_sort	метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью
publisher	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97838
citation_txt	Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью / Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов, Г.Г. Матасова, Я.К. Камнев // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 137-149. — Бібліогр.: 33 назв. — рос.
series	Геофизический журнал
work_keys_str_mv	AT koževnikovno metodperehodnyhprocessovpriizučeniigeologičeskihsredsmagnitnojvâzkostʹû AT antonoveû metodperehodnyhprocessovpriizučeniigeologičeskihsredsmagnitnojvâzkostʹû AT matasovagg metodperehodnyhprocessovpriizučeniigeologičeskihsredsmagnitnojvâzkostʹû AT kamnevâk metodperehodnyhprocessovpriizučeniigeologičeskihsredsmagnitnojvâzkostʹû
first_indexed	2025-07-07T05:37:34Z
last_indexed	2025-07-07T05:37:34Z
_version_	1836965329452924928
fulltext	МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 137 Введение. Магнитная вязкость — одно из свойств ферромагнетизма. В большинстве слу- чаев при проведении геофизических съемок методом переходных процессов (МПП) эф- фекты магнитной вязкости, или магнитного последействия, слабо проявлены по сравнению с вкладом вихревых токов. Однако существу- УДК 550.837 Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью © Н. О. Кожевников, Е. Ю. Антонов, Г. Г. Матасова, Я. К. Камнев, 2012 Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, Новосибирск, Россия Поступила 25 апреля 2012 г. Представлено членом редколлегии В. Н. Шуманом У статті обговорено вплив магнітної в'язкості геологічних середовищ на індукційні пере- хідні характеристики. Магнітна в'язкість — одна з властивостей феромагнетизму. В гірських породах і ґрунтах вона пов'язана передусім з релаксацією намагніченості суперпарамагнітних ультрадисперсних часточок феримагнітних мінералів. В методі перехідних процесів (МПП) магнітна в'язкість проявляється у вигляді ЕРС, яка спадає обернено пропорційно першому степеню часу. Здебільшого вплив магнітної в'язкості розглядають як геологічну перешкоду, яка утруднює та унеможливлює інтерпретацію індукційних перехідних характеристик у тер- мінах електропровідності. Водночас є свідоцтва того, що прояви магнітної в'язкості в МПП відбивають історію формування та деякі особливості мінералогії геологічних середовищ. Уна- слідок цього уявляється актуальним навчитися, по-перше, застосовуючи установки різної геометрії, послабляти або підвищувати ефекти магнітної в'язкості і, по-друге, інтерпретувати їх в термінах, які вживають фахівці у сфері магнетизму гірських порід. Розглянуто способи і результати розрахунків індукційних перехідних характеристик за наявності середовищ з магнітною в'язкістю, а також дані лабораторних вимірів цього параметра на частотній та тимчасовій ділянках. На прикладі інверсії польових матеріалів у межах моделі середовища з магнітною сприйнятливістю, яка залежить від часу, показано, яка магнітна в'язкість може бути використана як джерело важливої геологічної інформації. Відображено перший досвід застосування МПП для цілеспрямованого вивчення релаксації намагніченості геологічних середовищ. У статті не висвітлено проблеми еквівалентності, роздільної здатності, впливу похибок вимірювань на якість розв’язку оберненої задачі, які мають скласти предмет спеці- ального дослідження. The paper discusses the effect of magnetically viscous geological materials on the TEM response. Magnetic viscosity is a property of ferromagnetism. In rocks and soils it is often associated with superparamagnetism, or magnetic relaxation of ultra-fine ferrimagnetic mineral grains. Magnetic viscosity in TEM data shows itself as voltage decaying inversely proportional to the first power of time. Most often it is treated as a geologic noise that hinders inversion of TEM response in terms of electrical conductivity. On the other hand, there is evidence that magnetic viscosity effects are related to the mineralogy and history of natural and man-made geological materials. Therefore, it appears reasonable to learn how, (1) using TEM systems of different geometry, to amplify or depress the magnetic viscosity response and (2) interpret it in terms of rock magnetism. We show, through forward calculation of TEM responses, laboratory magnetic viscosity measurements both in time and frequency domains, and inversion of the field TEM data in terms of time-dependant magnetic susceptibility, how magnetic viscosity effects can be used as a source of important information on the near-surface geology. The discussed results present a first experience in applying the TEM method to purposeful investigation into magnetic relaxation of rocks. There are still a number of important issues that remain beyond this consideration and will be a subject of a special study, namely, equiva- lence, resolution, and influence of measurement errors on the inversion quality. ют геологические природные и антропогенные объекты, при наличии которых эффекты маг- нитной вязкости становятся заметными или даже преобладают. Влияние магнитной вязко- сти проявляется в виде необычайно медленно (чаще всего, обратно пропорционально первой степени времени) убывающей ЭДС. При иссле- Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, Г. Г. МАТАСОВА, Я. К. КАМНЕВ 138 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 довании таких объектов уже нельзя игнориро- вать методы импульсной индуктивной электро- разведки, фиксирующие эффекты магнитной вязкости. О проявлениях магнитной вязкости упоминается все чаще по мере того, как рас- ширяется класс объектов, которые изучают или пытаются изучить с помощью МПП и его аналогов (ЗСБ, ЗМПП), и совершенствуется аппаратура (повышение реальной чувствитель- ности, расширение временного диапазона). Впервые влияние магнитной вязкости на индукционные переходные характеристики земли было отмечено в Англии при археоло- гических изысканиях крепостных сооружений времен римского нашествия, проводивших- ся с помощью импульсного металлоискателя [Colani, Aitken, 1966]. В последнее десятилетие интерес к проявлениям магнитной вязкости в импульсной индуктивной электроразведке поддерживается в связи с проблемой обнару- жения и диагностики неразорвавшихся бое- припасов [Pasion et al., 2002]. Обычно проявления магнитной вязкости рассматривают как геологическую помеху, за- трудняющую интерпретацию данных МПП в терминах «нормальной» электропроводности [Захаркин и др., 1988; Пат. РФ ..., 1995; Buselli, 1982; Dabas, Skinner, 1993; Lee, 1984a, b; Pasion et al., 2002]. Так, формальная интерпретация медленно убывающей ЭДС приводит к появ- лению не существующих в реальности слоев очень низкого удельного сопротивления [The geophysics …, 1980]. Вместе с тем результаты некоторых исследований свидетельствуют о том, что измеряемые с помощью индуктивных методов эффекты магнитной вязкости отра- жают особенности генезиса и строения при- родных и антропогенных геологических сред и объектов, а также происходивших в припо- верхностных слоях геологических процессов [Барсуков, Файнберг, 2002; Кожевников и др., 1998; Кожевников, Никифоров, 1999; Кожев- ников, Снопков, 1990, 1995; Barsukov, Fainberg, 2001; Kozhevnikov et al., 2001; Kozhevnikov, Niki- forov, 1995; Thiesson et al., 2007]. Таким образом, представляется актуальным, во-первых, дать методические рекомендации по поводу того, каким образом можно усилить или, наобо- рот, ослабить влияние магнитной вязкости; во-вторых, научиться средствами импульсной индуктивной электроразведки картировать распределение магнитной вязкости верхних горизонтов земной коры в плане и на глуби- ну; в-третьих, найти способы истолкования результатов таких съемок в терминах петро- физики и, возможно, магнитной минералогии. Релаксация намагниченности и ее связь с индукционной переходной характеристикой. На рис. 1 изображены генераторная и прием- ная петли. Предположим, что в генераторной петле в течение длительного времени протека- ет постоянный ток I, а среда, на поверхности которой располагаются петли, немагнитная. В этом случае магнитный поток 0, пронизы- вающий приемную петлю, можно определить как 0=IM0, где M0 — коэффициент взаимной индуктивности между петлями при их располо- жении в немагнитной среде. Рис. 1. Система для измерений методами импульсной ин- дуктивной электроразведки и магнитный объект. Если в окрестностях петли располагается магнитный объект, то под действием первично- го магнитного поля H1 каждый элементарный объем объекта приобретает намагниченность J. Намагниченный объект создает вторичное магнитное поле H2, которое вносит добавку в магнитный поток 0. Соответственно, M0 из- меняется на величину M, которую называют внесенной индуктивностью. В зависимости от геометрии установки и пространственного распределения магнитной восприимчивости M увеличивает или уменьшает начальную индуктивность. Измерив M, можно судить о наличии объекта и его свойствах. Индуктив- ность с учетом влияния одного или нескольких намагниченных объектов (в их числе может быть и магнитное полупространство) назовем эффективной и обозначим как Me. Ее удобно представить как Me= eM0, где e — эффектив- ная относительная магнитная проницаемость, учитывающая влияние расположенных в МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 139 окрестности установки магнитных объектов. Если таких объектов нет, то e=1. В том слу- чае когда для возбуждения первичного поля и измерения вторичной ЭДС используется однопетлевая или совмещенная установка, взаимная индуктивность равна собственной индуктивности L0 петли. В момент t=0 ток в петле быстро выключа- ется и так же быстро исчезает первичное маг- нитное поле. Если намагниченность объекта вязкая, ее спад после снятия первичного поля происходит медленно. Убывающая намагни- ченность создает синхронное с ней вторичное магнитное поле H2, магнитный поток которо- го, пронизывая приемную петлю, индуцирует в ней ЭДС e(t): ( ) de t dt . При характеристике геологических сред вместо магнитной проницаемости принято использовать магнитную восприимчивость . В Международной системе СИ связь между относительной магнитной проницаемостью и магнитной восприимчивостью выражает- ся соотношением =1+ . Соответственно, для эффективных относительной магнитной про- ницаемости и восприимчивости =1+ , откуда = 0(1+ ). Для сред c магнитным последействием из- менение намагниченности отстает от измене- ния приложенного магнитного поля, а параме- тры e, e и Me зависят от времени. Показано [Кожевников, Антонов, 2008], что в этом случае ЭДС на зажимах приемной петли составляет: e 0 0 0 0( ) ( ) dde t t I M I M dt dt . Здесь первое слагаемое представляет собой ЭДС, индуцируемую в приемной петле в мо- мент выключения тока в генераторной петле. Это слагаемое не содержит информации о магнитной вязкости. Приведенная к току ЭДС, индуцируемая в приемной петле за счет релак- сации намагниченности геологической среды, записывается как e 0 0 ( ) de t M I dt = . Для того чтобы практически воспользо- ваться этой формулой, необходимо рассчи- тать коэффициент M0 и располагать моделью, описывающей e(t) в зависимости от простран- ственного распределения истинной восприим- чивости и параметров установки. Магнитная восприимчивость ансамбля однодоменных частиц. При воздействии внеш- него магнитного поля на «обычные» среды их намагниченность устанавливается мгновенно во временном масштабе эксперимента. Иными словами, приложенное поле H и намагничен- ность J изменяются синфазно и связаны соот- ношением J= H, где не зависит от времени. Если среда характеризуется магнитной вяз- костью, намагниченность зависит от времени. Для магнитного поля, которое включается в момент t=0, J(t)= (t)H, где (t) — зависящая от времени магнитная восприимчивость. В большинстве случаев магнитная вязкость геологических сред связана с релаксацией на- магниченности однодоменных частиц. Если размер однодоменной частицы достаточно мал или температура достаточно велика, то вслед- ствие тепловых флуктуаций направление на- магниченности частицы может переходить из одного стабильного состояния в другое, «под- страиваясь» под внешнее магнитное поле. Реакцию отдельной частицы принято харак- теризовать временем релаксации , зависящим от энергетического барьера E между стабиль- ными состояниями (E=KV, где K — постоянная анизотропии; V — объем частицы) и температу- ры T [Néel, 1949]: 0 1 KV kTe f , где f0≈109 с–1; k — по- стоянная Больцмана. Феномен суперпарамаг- нетизма возникает в том случае, если ансамбль таких частиц достигает состояния теплового равновесия за время, намного меньшее про- должительности эксперимента. Поскольку в реальных геологических сре- дах содержатся частицы разного размера, про- цесс приобретения (или спада) намагниченно- сти ансамбля таких частиц характеризуются спектром времен релаксации. При исследо- вании магнитной вязкости особое значение имеет функция Фрелиха [Fannin, Charles, 1995], описывающая распределение времен релаксации ансамбля однодоменных частиц, у которых энергетические барьеры между со- седними состояниями намагниченности рас- пределены равномерно. Для такой функции времена релаксации распределены на интер- вале от 1 до 2: 1 2. Внутри этого интервала ( )2 1 1( ) ln f , тогда как вне интервала f( )=0. Точные, или «истинные», значения 1 и 2 обычно неизвестны, однако это не влияет на результаты практических измерений. Обычно времена релаксации распределены в интерва- ле, перекрывающем много порядков, а вязкую намагниченность измеряют в диапазоне времен t, удовлетворяющих неравенствам τ1<< t<<τ2. В Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, Г. Г. МАТАСОВА, Я. К. КАМНЕВ 140 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 этом случае при ступенчатом включении внеш- него магнитного поля намагниченность ансам- бля частиц возрастает пропорционально лога- рифму времени [Кожевников, Антонов, 2008]: ( ) ( )0 2 1 ( ) ln ln H J t B t . В этом выражении 0 — статическая магнит- ная восприимчивость, B=1+ +ln 2, где 0,577 (постоянная Эйлера). Поделив обе его части на H, найдем зависящую от времени магнитную восприимчивость: ( ) ( )0 2 1 ( ) ln ln t B t . Если измерения выполняются в гармони- ческом режиме, магнитная восприимчивость сред с магнитной вязкостью является ком- плексной и частотно-зависимой [Worm, 1999]. В частотной области магнитная восприимчи- вость ансамбля однодоменных частиц, рас- пределение времен релаксации которых опи- сывается функцией Фрёлиха, определяется формулой [Трухин, 1973; Fannin, Charles, 1995; Lee, 1984a, b] ( ) ( ) ( ) 2 0 2 1 1 11( ) 1 ln ln 1 j j , где 1j ; — круговая частота. На низких частотах магнитная восприимчивость, описы- ваемая этой формулой, приближается к стати- ческому значению 0, а на высоких — к нулю. В диапазоне частот 1/ 2< 1/τ1 реальная ком- понента ( ) убывает пропорционально лога- рифму частоты, тогда как мнимая не зависит от частоты [Fannin, Charles, 1995]. Расчет индукционных переходных харак- теристик с учетом магнитной вязкости. При расположении генераторной и приемной пе- тель на поверхности однородного полупро- странства с зависящей от времени истинной магнитной восприимчивостью (t) ЭДС, ин- дуцируемая в приемной петле за счет релак- сации намагниченности после выключения установившегося тока I0 в генераторной пет- ле, определяется выражением [Кожевников, Антонов, 2008] 0 0 1( ) 2 de t I M dt = . Для неоднородного полупространства вме- сто истинной необходимо использовать кажу- щуюся магнитную восприимчивость , опре- деляемую пространственным распределением истинной магнитной восприимчивости и гео- метрией установки: 0 0 1( ) 2 de t I M dt = . По существу расчет кажущейся магнитной восприимчивости сводится к вычислению маг- нитного потока через приемную петлю, созда- ваемого намагниченностью среды с известным распределением (x, y, z). Для некоторых моде- лей, в частности для горизонтально-слоистой среды, известны аналитические выражения, которые были использованы авторами для расчета индукционных переходных характе- ристик [Кожевников, Антонов, 2009, 2011]. Способ, основанный на связи между вязкой намагниченностью и создаваемым ею магнит- ным потоком, позволяет упростить расчеты путем использования известных аналитиче- ских решений, однако не учитывает эффекты взаимодействия вихревых токов и релаксации намагниченности и в этом смысле не является «строгим». Другой способ расчета переходных характеристик основан на решении уравнения Гельмгольца в частотной области с учетом за- висимости магнитной проницаемости от ча- стоты и с последующей трансформацией во временную область. Этот способ является об- щим, поскольку в решении учитывается взаи- модействие между вязкой намагниченностью и вихревыми токами. Сравнение переходных характеристик, рассчитанных обоими способами для одних и тех же установок и модели однородного по- лупространства, показало, что переходные характеристики совпадают, если расстояние между проводами генераторной и приемной петель превышает первые сантиметры. Это свидетельствует о том, что для несовмещенных петель оба метода дают правильные результа- ты. При близком (расстояние порядка 1 см и менее) расположении проводов генераторной и приемной петель наблюдаются расхождения. Возможные причины данного расхождения об- суждаются в работе [Кожевников, Антонов, 2008], где на основании расчетов, выполненных обоими способами для модели однородного магнитовязкого полупространства, показано, что в этом случае правильные результаты дает первый способ. Оба способа использованы авторами для систематических расчетов переходных харак- теристик различных петлевых установок при наличии горизонтально-слоистых магнитовяз- ких сред. Параметры i-го слоя включали стати- МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 141 ческую восприимчивость 0i, а также нижнюю и верхнюю границы диапазона времен релак- сации намагниченности 1i, 2i. Как отмечалось выше, обычно время t, на котором измеряется ЭДС переходного процесса, удовлетворяет не- равенствам 1<< t 2, поэтому можно принять, что верхняя и нижняя границы диапазона рас- пределения времен релаксации для всех слоев одинаковы, т. е. для каждого слоя 1i= 1, 2i= 2. При выполнении расчетов, результаты кото- рых обсуждаются в настоящей статье, было принято, что 1=10–6, 2=106 с. Сводка основных результатов. Моделиро- вание переходных индукционных характери- стик установок с горизонтальными незазем- ленными петлями при наличии магнитовязких однородного полупространства, двухслойной среды и горизонтального пласта позволило сде- лать следующие выводы [Кожевников, Анто- нов, 2008; 2009; 2011; Антонов и др., 2011]. 1. Хотя в зависимости от геометрии установ- ки и параметров среды переходные характери- стики изменяются сложным образом, в этих изменениях просматриваются закономерно- сти, которые могут оказаться полезными на этапе проектирования работ и при интерпре- тации данных МПП. 2. При использовании установок с измери- тельной петлей, вынесенной за пределы гене- раторной, сочетание релаксации намагничен- ности и диффузии вихревых токов приводит к смене полярности переходной характеристики (рис. 2). Эта смена полярности наблюдается после более раннего изменения знака ЭДС, обусловленного исключительно диффузией вихревых токов. 3. Если для измерения устанавливающегося магнитного поля используется одновитковая петля, совмещенная установка по сравнению с установкой «петля в петле» в абсолютном вы- ражении обеспечивает больший уровень сиг- нала. Это является недостатком совмещенной установки, когда исследуется распределение удельного электрического сопротивления, и преимуществом, если необходимо изучить магнитную вязкость. 4. При погружении магнитовязкого пласта большой мощности на глубину h, сравнимую с характерным размером петли, ЭДС, измерен- ная на фиксированной временной задержке установкой «петля в петле», убывает как h–3; для совмещенной установки наблюдается экс- поненциальное убывание сигнала с глубиной. 5. В случае тонкого пласта увеличение глу- бины h также приводит к экспоненциальному убыванию ЭДС при измерениях совмещенной установкой (рис. 3, а). Однако для установки «петля в петле» наблюдается иная картина (рис. 3, б): при увеличении h ЭДС возрастает, достигает максимума и затем убывает. Чем тоньше пласт, тем отчетливее выражен мак- симум. 6. Для обеих установок увеличение мощно- сти пласта приводит к росту ЭДС, сначала (т. е. при малой мощности) быстрому, а потом все более медленному. При большой мощности эф- фект пласта становится неотличимым от соз- даваемого магнитовязким полупространством. 7. При значениях удельной электропровод- ности, характерных для геологических сред, процессы релаксации намагниченности и диф- фузии вихревых токов являются независимы- ми, что позволяет рассчитывать переходные характеристики магнитовязких проводящих сред на основе принципа суперпозиции. В то же время независимость этих процессов при- водит к тому, что по отношению к магнитной вязкости принцип электромагнитного зонди- рования не работает. Поэтому для изучения вертикального распределения магнитной вяз- Рис. 2. Переходная характеристика установки с разнесен- ными петлями, расположенными на поверхности однород- ного полупространства ( =103 Ом·м, 0=0,001 ед. СИ). Пара- метры установки: размеры генераторной петли 100×100 м, приемной петли — 50×50 м, разнос — 80 м. Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, Г. Г. МАТАСОВА, Я. К. КАМНЕВ 142 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 кости необходимо использовать геометриче- ские зондирования. Лабораторные измерения. Исследование магнетизма однодоменных частиц петромаг- нитными методами давно используется при решении разнообразных, в том числе весьма «тонких», проблем геологии и геоэкологии [Oldfield et al., 1981; Thompson, Oldfield, 1986]. Однако наряду с достоинствами этим методам присущи и недостатки. Один из них связан с тем, что ансамбль магнитных зерен в геоло- гических средах, как правило, неоднороден. В нем сосуществуют группы однодоменных (стабильных и суперпарамагнитных), псев- дооднодоменных и многодоменных частиц. Обычно для диагностики суперпарамагнит- ных частиц в петромагнетизме используется ограниченный диапазон частот, позволяющий фиксировать главным образом крупные части- цы на границе перехода из однодоменного в суперпарамагнитное состояние (~0,003 мкм для магнетита). Частицы более мелких размеров в этом случае не фиксируются, и их вклад в магнитные свойства породы в целом оценить затруднительно. Даже очень малое содержа- ние суперпарамагнитной фракции в образце может существенно увеличивать индуктивную намагниченность [Dunlop, Özdemir, 1997], поэ- тому при изучении магнитного гистерезиса от- личить ее от парамагнитного эффекта сложно. В подобных случаях тесты, применяемые для оценки доменного состояния магнитных зерен по отношениям гистерезисных характеристик, могут давать трудно интерпретируемые или не- правильные результаты. Методы импульсной индуктивной электро- разведки свободны от этого недостатка. С их помощью можно реализовать изучение маг- нитной вязкости горных пород в их естествен- ном залегании. Результаты таких измерений, выполненных в поле, носят интегральный ха- рактер, при этом путем изменения геометрии генераторно-приемной установки имеется воз- можность контролировать эффективный объем исследуемой пробы. Для того чтобы убедиться в наличии суперпарамагнитных частиц и оценить их содержание, нет необходимости прибегать к допущениям, на которых основаны тесты магнитной минералогии. Импульсные индук- ционные системы реагируют только на однодо- менные частицы, времена релаксации которых распределены в диапазоне от первых микросе- кунд до десятков—сотен миллисекунд (именно такие частицы называются суперпарамагнит- ными). Стабильные однодоменные частицы ха- рактеризуются практически бесконечными, а многодоменные — очень малыми временами релаксации. Данные частицы при любых кон- центрациях оказываются «невидимыми» для импульсных индукционных систем. Поэтому такие системы представляют собой почти иде- альные детекторы суперпарамагнитных частиц. Рис. 3. ЭДС, индуцируемая на времени t= 0,1 мс при наличии магнитовязкого ( 02= 0,01 ед. СИ) слоя в совмещенной с генераторной (а) и расположенной в ее центре (б) приемных петлях. Диаметр генераторной петли D= 10 м, эффективная площадь расположенной в центре установки приемной петли 104 м2. Шифр графиков — мощность h2 слоя, м. МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 143 Очевидно, при изучении распределения мельчайших зерен магнитных минералов магнитные и импульсный электромагнитный методы могут дополнять друга. Однако здесь существует проблема, которую мы определяем как «языковый барьер». В публикациях, посвя- щенных проявлениям релаксации намагничен- ности при съемках методом переходных про- цессов, обычно не рассматриваются вопросы интерпретации эффектов магнитной вязкости в терминах, используемых специалистами в области магнетизма горных пород, магнит- ной минералогии и т. п. И наоборот, в работах по магнетизму и геомагнетизму не говорится о том, как соотнести результаты измерений традиционными лабораторными методами с теми, которые получены с индукционными системами. Поэтому представляется целесообразным на одних и тех же наборах образцов измерить «традиционные» магнитные свойства, а также с помощью небольших катушек и специализи- рованной аппаратуры их индукционные пере- ходные характеристики. Поскольку публика- ции о подобных экспериментах отсутствуют, авторами настоящей статьи отобраны образцы на объектах с проявлениями магнитной вяз- кости и измерены их магнитные свойства и индукционные переходные характеристики. Ниже кратко описаны методы и результаты из- мерения параметров, характеризующих супер- парамагнетизм базальтов Амалатского плато (Витимский урановорудный район, Республика Бурятия), перекрывающих гидрогенные место- рождения урана в неогеновых палеодолинах. Ранее здесь при съемках методом переходных процессов отмечены значительные проявления магнитной вязкости [Антонов и др., 2011]. Для измерения переходных характеристик образцов применялась цилиндрическая ка- тушка с генераторной и приемной обмотками [Камнев и др., 2012]. В катушку помещались образцы керна базальтов. Диаметр образцов составлял 63 мм, высота — 30 мм. Геометриче- ские параметры индукционной системы были выбраны так, чтобы обеспечивалось эффектив- ное потокосцепление между генераторной ка- тушкой и образцом, а также между образцом и измерительной катушкой. Для уменьшения помех применялаь дополнительная катушка, идентичная измерительной и включенная та- ким способом, что обе катушки образовывали компенсационную систему. В качестве изме- рительной аппаратуры использовалась станция Fast-Snap для работ МПП производства фирмы СибГеоСистемы (г. Новосибирск). Результаты измерений индукционных пере- ходных характеристик образцов показаны на рис. 4, а. Начальное время измерений t1 опреде- ляется собственной переходной характеристи- кой катушек и для рассматриваемой системы составляет 0,1—0,2 мс. Конечное время изме- Рис. 4. Результаты лабораторных измерений магнитной вязкости базальтов: а — индукционные переходные характери- стики; б — график, иллюстрирующий корреляцию между результатами измерений во временной и частотной областях. Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, Г. Г. МАТАСОВА, Я. К. КАМНЕВ 144 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 рений t2 зависит от силы тока в генераторной катушке и уровня помех. Для данных, представ- ленных на рис. 4, а, t2 200÷300 мс. Таким об- разом, временной диапазон измерений t1 — t2 перекрывает три порядка. Следует отметить, что этот диапазон тем шире, чем интенсивнее магнитовязкий отклик образца. Для всех образцов приведенная к току ЭДС e(t)/I, индуцируемая в приемной катушке, опи- сывается зависимостью a/t. Такой характер убывания ЭДС свидетельствует о том, что пе- реходный процесс порождается релаксацией намагниченности суперпарамагнитных частиц. Параметр a, представляющий амплитуду пере- ходного процесса, пропорционален количеству (содержанию) суперпарамагнитных частиц в образце. Как можно видеть на рис. 4, а, для изучаемых образцов содержание частиц из- меняется примерно в 30 раз. Оценка проявлений магнитной вязкости в частотной области выполнена в лаборатории геодинамики и палеомагнетизма Института геологии и геофизики СО РАН с помощью измерителя магнитной восприимчивости Bar- tington MS2B. Этот прибор позволяет измерять магнитную восприимчивость на двух частотах — низкой (460 Гц) и высокой (4600 Гц). Разни- ца между низкочастотной ( LF) и высоко- частотной ( HF) восприимчивостями служит мерой магнитной вязкости. Если ее проявле- ния связаны с релаксацией намагниченности суперпарамагнитных частиц, логично предпо- ложить, что параметр пропорционален их содержанию. На рис. 4, б результаты измерений магнит- ной вязкости базальтов показаны в виде кре- стиков на графиках, где по осям координат отложены соответствующие значения a и . Нетрудно увидеть, что между этими параметра- ми наблюдается довольно сильная корреляция: большинство экспериментальных точек распо- лагается вблизи прямой =10a, показанной на рис. 4, б штриховой линией. Представленные результаты отражают первый опыт подобных исследований. Тем не менее они со всей определенностью свиде- тельствуют о возможности конвертировать индукционные переходные характеристики в параметры, характеризующие магнитную вязкость в частотной области. Вместе с тем эти результаты показывают, что данные ла- бораторных частотных измерений могут быть использованы для оценки влияния магнитной вязкости на результаты съемок методом пере- ходных процессов. Пример инверсии полевых переходных характеристик. Экспериментальное изучение эффектов магнитной вязкости горных пород в условиях их естественного залегания выпол- нено на одном из детализационных участков в междуречье р. Ирелях и руч. Чуоналыр Мало- ботуобинского района в 30 км западнее г. Мир- ный [Стогний и др., 2010]. Проявления магнит- ной вязкости, впервые отмеченные здесь в на- чале 1980-х годов при съемках МПП [Сидоров и др., 1990], связаны с триасовыми туфами основного состава. Вулканогенно-осадочные образования вскрываются здесь в тектони- ческих блоках и между силлами долеритов и состоят из разнообломочных туфов основного состава. Подчиненное значение имеют линзы туфогенно-осадочных пород: туффиты, туфо- песчаники, туфоалевролиты, туфоаргиллиты. При выбросе туфового материала в атмосферу во время вулканических извержений проис- ходило его быстрое остывание, поэтому кри- сталлизация частиц ферримагнитных мине- ралов заканчивалась, когда их размеры были настолько малы, что многие из них являются суперпарамагнитными. Как показали результаты математического моделирования (см. выше), для изучения вер- тикального распределения магнитной вязко- сти необходимо использовать геометрические зондирования [Кожевников, Антонов, 2009]. В рассматриваемом случае такие зондирования были реализованы путем выполнения измере- ний тремя симметричными (соосными) уста- новками с генераторными петлями размером 25×25, 50×50 и 75×75 м. Центр каждой из гене- раторных петель и приемная рамка располага- лись в одной точке. Кроме того, здесь же были выполнены измерения установками с генера- торными петлями размером 25×25 м и 50×50 м, при этом приемная рамка последовательно перемещалась на все большее расстояние r от центра генераторной петли вдоль линии, про- ходящей через ее центр и середину стороны. Измерения с петлей размером 25×25 м были выполнены при четырех (r=0, 18, 23 и 28 м), с петлей 50×50 м — при трех (r=0, 30 и 40 м) раз- носах. Для измерения переходных процессов, возбуждаемых петлей размером 75×75 м, ис- пользовалась приемная рамка с эффективной площадью 104 м2, во всех остальных случаях — 4·102 м2. Для поиска «наилучшей» модели исполь- зовался ручной и автоматический подбор. В первом случае модель подбиралась вручную до тех пор, пока, по мнению интерпретатора, МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 145 расхождение между экспериментальными и синтетическими данными не становилось при- емлемым. Во втором случае отыскивался на- бор параметров из пространства модельных данных , обеспечивающий минимум сред- неквадратичного расхождения между экспе- риментальными и модельными данными. Для поиска минимума использовался метод Нелде- ра—Мида. В зависимости от того, как проводилась инверсия, расчет переходных характеристик, который необходимо неоднократно выполнять при поиске «наилучшей» модели методом под- бора, осуществлялся двумя разными способа- ми. Для ручного подбора использовался способ, основанный на связи между релаксацией на- магниченности горных пород и создаваемым ею магнитным потоком, пронизывающим при- емную петлю. В основу второго способа поло- жено решение краевой задачи для уравнения Гельмгольца методом Фурье с учетом зависи- мости магнитной проницаемости от частоты. Результаты инверсии. Ручной подбор. На рис. 5, а приведены переходные характеристи- ки, измеренные соосными установками с гене- раторными петлями разных размеров. Начиная с временной задержки порядка 0,1—0,2 мс ЭДС переходного процесса убывает как 1/t. Поэтому значения ЭДС при 0,1—0,2 мс можно исполь- зовать для инверсии в рамках подхода, основу которого составляет расчет зависящей от вре- мени кажущейся магнитной восприимчивости [Кожевников, Антонов, 2008, 2009]. С учетом указанного для ручной инверсии были использованы значения ЭДС, измерен- ные установками с генераторными петлями на времени t=1 мс. Измеренная ЭДС показана на рис. 5, б маленькими ромбами. Отметим, что при изучении вертикального распределения магнитной вязкости симметричными уста- новками аналогом разноса, контролирующим эффективную глубину зондирований, является размер генераторной петли. На рис. 5, б сплошной линией показан мо- дельный график, а на рис. 5, в приведена соот- ветствующая модель горизонтально-слоистой среды. Сверху располагается немагнитный ( 01=0) слой небольшой (H1=3 м) мощности. Рис. 5. Ручная инверсия параметрического зондирования: переходные характеристики, измеренные приемной рамкой, которая располагалась в центре квадратной генераторной петли с длиной стороны 25, 50 и 75 м (а); экспериментальный и модельный графики зависимости ЭДС на времени t=1 мс от длины стороны генераторной петли (б); модель среды (в). Значения ЭДС на рис. а, б приведены к рамке площадью 1 м2. Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, Г. Г. МАТАСОВА, Я. К. КАМНЕВ 146 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 Ниже залегает магнитовязкий ( 02=0,03 ед. СИ) слой мощностью около 40 м, который подсти- лается немагнитным ( 03=0) основанием. Автоматический подбор. Возможности автоматической инверсии на примере дан- ных, измеренных при различном положении приемной рамки, иллюстрирует рис. 6. Рамка располагалась на прямой линии, проходящей через центр генераторной петли и середину ее стороны. Сплошными линиями на рис. 6 показаны синтетические переходные характеристики, рассчитанные для модели, которая была найде- на путем минимизации функционала невязки между измеренными и модельными переход- ными характеристиками. Подчеркнем, что син- тетические переходные характеристики рас- считаны на основе модели, найденной путем совместной инверсии. Результаты измерений для каждой из четырех установок, т. е. с раз- Рис. 6. Результаты автоматической инверсии параметрического зондирования с генераторной петлей размером 25×25 м. Измеренная ЭДС: 1 — положительная, 2 — отрицательная; 3 — модельный график ЭДС. Эффективная площадь при- емной рамки 4·102 м2, ток в генераторной петле 11,7 А. МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 147 носом 0, 18, 23 и 28 м, были объединены в еди- ный вектор данных, после чего отыскивалась модель, которая обеспечивала минимум функ- ционала невязки для этого вектора. Параметры модели приведены в таблице. Комментируя данные рис. 6, необходи- мо сделать дополнительные пояснения. Во- первых, для инверсии были использованы только правые участки переходных характе- ристик, содержащие информацию именно о магнитной вязкости, изучение которой было целью описываемых работ. Во-вторых, при ре- шении прямой задачи учитывалась конечная длительность импульсов тока в генераторной петле, что позволило объяснить более быстрый (по сравнению с убыванием по закону 1/t) спад ЭДС на самых поздних временах. Представленный на рис. 6 результат при- менения совместной автоматической инверсии не единственный. Аналогично были проинтер- претированы переходные характеристики, из- меренные в данной точке установками с другой геометрией (см. таблицу). Обсуждение результатов. Согласно резуль- татам инверсии, полученным разными спосо- бами и для разных установок, геологическая среда соответствует здесь трехслойной моде- ли. Сверху располагается тонкий немагнитный ( 01=0) слой, мощность которого составляет около 3 м. Ниже располагается магнитовязкий слой. Его статическая восприимчивость 02 по данным всех установок и независимо от спо- соба инверсии составляет около 3·10–2 ед. СИ. Этот слой подстилается немагнитным ( 03=0) основанием. В оценках мощности H2 магнито- вязкого слоя наблюдаются существенные (от 40 до 120 м) расхождения. При подборе моделей, объясняющих экспе- риментальные данные, оказалось, что неболь- шие отклонения мощности H1 верхнего слоя и статической магнитной восприимчивости 02 промежуточного слоя, по сравнению со значениями параметров в таблице, приводят к большим расхождениям между экспери- ментальными и модельными данными. Следо- вательно, чувствительность данных МПП по отношению к указанным параметрам модели высокая, и можно предположить, что найден- ные параметры близки к истинным. Мощность H2 второго слоя определяется не так уверенно. Причина этого заключается в том, что размер самой большой генераторной петли (75×75 м) слишком мал для того, чтобы используемая установка в достаточной мере реагировала на изменения глубины залегания подошвы магнитовязкого слоя. Так, представленный на рис. 5, б модельный график изменится лишь незначительно, если, например, вместо H2=40 м при расчетах принять, что H2=50 м. Как показа- ли расчеты, дополнительные измерения с гене- раторной петлей размером порядка 200×200 м позволили бы снизить неоднозначность в опре- делении H2. В целом же близость моделей, полученных в результате инверсии данных, при измерениях на установках разной геометрии указывает на то, что локальная модель геологической сре- ды на участке параметрических зондирований близка к горизонтально-слоистой. С учетом геологии участка работ, где выполнены изме- рения, модель представляется довольно разум- ной. Верхний, немагнитный, слой толщиной около 3 м образован четвертичными отложе- ниями, промежуточный, магнитовязкий, слой — туфами основного состава и вулканогенно- осадочными породами триаса. Основание сло- жено слабомагнитными карбонатными поро- дами палеозойского возраста. Если предположить, что суперпарамагнит- ные частицы представлены мельчайшими зер- нами магнетита, можно оценить их содержа- ние. Объемная магнитная восприимчивость су- перпарамагнитного зерна магнетита составляет 230 ед. СИ [The geophysics …, 1980]. Разделив Параметры моделей, найденных путем ручной и автоматической инверсии Параметр Ручной подбор Автоматический подбор Генераторные петли 25×25 м, 50×50 м, 75×75 м; r=0 Генераторные петли 25×25 м, 50×50 м, 75×75 м; r=0 Генераторная петля 25×25 м; r=0, 18, 23, 28 м Генераторная петля 50×50 м; r=0, 30, 40 м 01, ед. СИ 0 0 0 0 H1, м 3 3,2 2,6 3,1 02, ед. СИ 3·10–2 3,1·10–2 2,6·10–2 2,5·10–2 H2, м 40 41 93 121 03, ед. СИ 0 0 0 0 Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, Г. Г. МАТАСОВА, Я. К. КАМНЕВ 148 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 на эту величину определенное в результате ин- версии значение магнитной восприимчивости ( 02=3·10–2 ед. СИ), находим, что объемное со- держание суперпарамагнитных зерен магнети- та в промежуточном слое составляет 1,3·10–4, или 0,013 %. Соответственно, массовое содер- жание ультрадисперсных частиц, с учетом того что плотность магнетита равна 4,7 г/см3, а плот- ность туфов в среднем около 2 г/см3 [Кобранова, 1986], оценивается величиной порядка 0,03 %. Таким образом, МПП представляет собой чув- ствительный инструмент для in situ обнаруже- ния и оценки содержания суперпарамагнитных частиц в породах трапповой формации. Заключение. В статье представлен обзор некоторых наиболее важных результатов, полученных авторами при изучении влияния магнитной вязкости на индукционные пере- ходные характеристики. Приведенные мате- риалы отражают первый опыт применения МПП для целенаправленного исследования релаксации намагниченности геологических сред в условиях их естественного залегания, а также инверсии данных метода в терминах Антонов Е. Ю., Кожевников Н. О., Максимов П. С., Гомульский В. В. Импульсная индуктивная элек- троразведка геологических сред с вязкостью // Материалы Пятой всерос. школы-семинара им. М. Н. Бердичевского и Л. Л. Ваньяна по элек- тромагнитным зондированиям Земли — ЭМЗ- 2011. — В 2 кн. — СПб.: СПбГУ, 2011. — Кн. 2. — С. 11—14. Барсуков П. О., Файнберг Э. Б. Исследование окру- жающей среды методом переходных процессов с использованием ВП и СПМ эффектов // Физика Земли. — 2002. — № 11. — С. 82—85. Захаркин А. К., Бубнов В. М., Крыжановский В. А., По- летаева Н. Г., Тарло Н. Н.. Магнитная вязкость горных пород новый осложняющий фактор метода ЗСБ // Поиск полезных ископаемых в Сибири методом зондирования становлением поля. — Новосибирск: СНИИГГиМС, 1988. — С. 19—26. Камнев Я. К., Кожевников Н. О., Матасова Г. Г. Из- мерение магнитной вязкости во временной об- ласти лабораторной индукционной установкой // Материалы VIII Междунар. науч. конгр. (г. Ново- сибирск, 10—20 апр. 2012 г.) «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых». — В 2 т. — Новосибирск: Список литературы магнитной вязкости. Этот опыт свидетельству- ет о том, что при правильно организованной методике магнитная вязкость может и должна быть переведена из разряда геологической по- мехи в явление, заслуживающее специального изучения методами импульсной индуктивной электроразведки. Дальнейшие возможности и перспективы использования МПП для изучения магнитной вязкости геологических сред связаны с раз- работкой индукционных систем, которые ха- рактеризуются высокой чувствительностью по отношению к магнитовязким сигналам (напри- мер, использование активных индукционных датчиков с большой эффективной площадью). Другое важное направление исследований — моделирование индукционных переходных ха- рактеристик геологических сред с трехмерным распределением зависящей от времени маг- нитной восприимчивости. Для геологического истолкования проявлений магнитной вязкости в индуктивной электроразведке необходимо тесное взаимодействие со специалистами в области магнетизма горных пород. СГГА, 2012. — Т. 1. — С. 38—43. Кобранова В. Н. Петрофизика. — Москва: Недра, 1986. — 392 с. Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Влияние релак- сации намагниченности однородного полупро- странства на индукционные переходные харак- теристики // Геология и геофизика. — 2008. — 49, № 3. — С. 262—276. Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Влияние релак- сации намагниченности двухслойного полупро- странства на индукционные переходные харак- теристики // Геология и геофизика. — 2009. — 50, № 10. — С. 1157—1170. Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Влияние релак- сации намагниченности горизонтального пласта на индукционные переходные характеристики // Геология и геофизика. — 2011. — 52, № 4. — С. 512—520. Кожевников Н. О., Кожевников О. К., Харинский А. В. Как поиски решения геофизической проблемы привели к открытию археологического памят- ника // Геофизика. — 1998. — № 6. — С. 48—60. Кожевников Н. О., Никифоров С. П. Магнитная вяз- кость обожженных глин и возможность ее ис- пользования при археологических изысканиях МЕТОД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 149 // Рос. геофиз. журн. — 1999. — № 13 —14. — С. 42—46. Кожевников Н. О., Снопков С. В. Суперпарамагне- тизм в геоэлектрике. — 1990. — 32 с. — Деп. в ВИНИТИ 13.08.90, № 4584. Кожевников Н. О., Снопков С. В. Магнитная вязкость траппов и ее связь с аномалиями электромаг- нитного поля в методе переходных процессов (Якутская кимберлитовая провинция) // Геология и геофизика. — 1995. — 36, № 5. — С. 91—102. Пат. 2045083 РФ. Способ геоэлектроразведки // А. К. Захаркин, В. М. Бубнов. — Опубл. 27.09.95, Бюл. № 27. Сидоров В. А., Ткаченко А. К., Яхин А. М., Курья- нов Ю. С., Соловьев А. М. Особые случаи переход- ных процессов // Электромагнитная индукция в верхней части земной коры. — Москва: Наука, 1990. — С. 84—85. Стогний В. В., Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Ис- следование магнитной вязкости горных пород в условиях их естественного залегания с помощью импульсной индуктивной электроразведки // Геология и геофизика. — 2010. — 51, № 11. — С. 1565—1575. Трухин В. И. Введение в магнетизм горных пород. — Москва: Изд-во МГУ, 1973. — 272 с. Barsukov P. O., Fainberg B. E. Superparamagnetism effect over gold and nickel deposits // Eur. J. En- vironmental and Engi. Geophysics. — 2001. — 6. — Р. 61—72. Colani C., Aitken M. J. Utilization of magnetic viscosity effects in soils for archaeological prospecting // Na- ture. — 1966. — № 5069. — Р. 1315—1324. Buselli G. The effect of near surface superparamagnetic material on electromagnetic transients // Geophy- sics. — 1982. — 47, № 9. — Р. 1315—1324. Dabas M., Skinner J. R. Time-domain magnetization of soils (VRM), experimental relationship to quadra- ture susceptibility // Geophysics. — 1993. — 58, № 3. — Р. 326—333. Fannin P. C., Charles S. W. On the influence of distri- bution functions on the after-effect function of fer- rofluids // J. Phys. D. Appl. Phys. — 1995. — 28. — Р. 239—242. Dunlop D. J., Özdemir Ö. Rock Magnetism: Fundamen- tals and Frontiers — New York; London; Cambridge: Cambr. Univ. Press, 1997. — 573 p. Kozhevnikov N. O., Nikiforov S. P. Magnetic viscosity of fired clays and the possibility of its use for archaeo- logical prospection // Proceed. of the Archaeologi- cal Science Conf. — Bournemouth Univ., 1995. — P. 163—169. Kozhevnikov N. O., Kharinsky A. V., Kozhevnikov O. K. An accidental geophysical discovery of an Iron age archaeological site on the western shore of lake Baikal // J. Appl. Geophysics. — 2001. — 47, № 2. — Р. 107—122. Lee T. The effect of a superparamagnetic layer on the tran- sient electromagnetic response of a ground // Geo- phys. Prospecting. — 1984a. — 32. — Р. 480—496. Lee T. J. The transient electromagnetic response of a magnetic or superparamagnetic ground // Geophy- sics, 1984b. — 49, № 7. — Р. 854—860. Néel L. Théorie du trainage magnétique des ferroma- gnétiques en grains fin avec application aux terres cuites // Ann. Géophys. — 1949. — 5. — Р. 99—136. Oldfield F., Thomson R., Dickson D. P. E. Artificial mag- netic enhancement of stream bedload: a hydrologi- cal application of superparamagnetism // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 1981. — 26. — Р. 107—124. Pasion L. R., Billings S. D., Oldenburg D. W. Evaluating the effects of magnetic soils on TEM measurements for UXO detection // Expanded Abstracts. — Tulsa, OK: Society of Exploration Geophysicists, 2002. — Р. 1428—1431. The geophysics of the Elura orebody / Ed. D. M. Emer- son. — Sydney: Austral. Soc. Expl. Geophys., 1980. — 205 p. Thiesson J., Tabbagh A., Flageul S. TDEM magnetic viscosity prospecting using a Slingram coil con- figuration // Near Surface Geophysics. — 2007. — Р. 363—374. Thompson R., Oldfield F. Environmental Magnetism. — London: Allen and Unwin, 1986. — 227 p. Worm H.-U. The superparamagnetism of Yucca Moun- tain Tuff // J. Geophys. Res. — 1999. — 104, N B11. — Р. 25,415—25,425. — (Nov. 10).

Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью

Репозитарії

Схожі ресурси