Введение.

Гравитационная разведка (сокращенно гравиразведка) – один из ведущих методов разведочной геофизики, нашедший широкое применение при изучении геологического строения различных участков земной коры, выявлении нефте- и газоносных структур, угольных депрессий, поисков рудных месторождений.

Гравитационная разведка является составной частью науки гравиметрии (от латинского слова – тяжесть), основанной на изучении поля силы тяжести на поверхности Земли и в околоземном пространстве. Изучение поля силы тяжести Земли как планеты используется при исследовании ее фигуры, вычислении орбит искусственных спутников Земли и космических кораблей, астрономических исследованиях.

При решении же геологических задач прикладной гравиметрии изучается поле силы тяжести, связанное с распределением масс горных пород, слагающих верхние части земной коры.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

иметь представление:

- взаимосвязи учебной дисциплины «Гравимагниторазведка» с другими общепрофессиональными и специальными дисциплинами;

- прикладном характере учебной дисциплины в рамках специальности;

- новейших достижениях и перспективах развития в области электроразведки полезных ископаемых;

знать:

- физические основы и геолого-геофизические предпосылки применения метода поиска и разведки месторождений полезных ископаемых;

- назначение, устройство и область применения основных типов аппаратуры и оборудования;

- методику и технику производства полевых работ;

- содержание камеральной обработки полевых работ;

уметь:

- подготавливать аппаратуру и приборы к работе;

- вести полевую документацию;

- наносить результаты исследований на геологические и геофизические карты;

- проводить обработку полевых материалов.

Учебная дисциплина «Гравимагниторазведка» базируется на знаниях и умениях, полученных при изучении дисциплин: «Физика», «Математика» и «Информатика», «Электротехника и электроника», дисциплин геологического цикла и др. В ней рассматриваются: электромагнитные свойства горных пород, устройств аппаратуры и оборудования, методика и техника производства полевых работ.

Освоение учебной дисциплины предполагает практическое применение ее разделов и тем на лабораторных и практических занятиях, в процессе которых студент должен закрепить и углубить теоретические знания, приобрести необходимые умения. При проведении лабораторных и практических занятий группа может делиться на подгруппы численностью не менее 8 человек. Методические указания рассчитаны на 66 часов лабораторных и практических занятий.

Методические указания рассчитаны на 66 часов лабораторных и практических занятий.

Студентам рекомендуется сделать опорный конспект в тетради для лабораторных работ по разделам: 1.теоретическая часть; 2.порядок выполнения работы;3. результаты исследования; 4.вывод. Все чертежи и графики выполняются по нормативам на миллиметровой бумаге, тушью. Для успешной защиты лабораторно-практической работы предварительно студенту необходимо ответить на вопросы, которые предлагаются в конце каждой работы.

Лабораторная работа №1.

Изучение конструкции измерительной системы и методика снятия отсчета магнитометром М-27М.

Цель работы: Освоить приёмы работы с магнитометром на точке наблюдения и методику заполнения полевого журнала.

Оснащение: плакат «Конструкция М-27М», магнитометр М27-М, полевой журнал.

Теоретические основы:

Необходимо усвоить, что наблюдения на каждом пункте с магнитометром – тонкий физический эксперимент. Следовательно, любые помехи, особенно грубые, могут исказить результаты т.п. «чистого опыта». Для изображения «грубых» помех, «грубых» промахов необходимо перед наблюдением тщательно отрегулировать приборы, а при наблюдениях обращаться с ними исключительно осторожно.

При перевозке или переносе приборов необходимо оберегать их от тряски, случайных толчков и, в случае необходимости, при плохих усло­виях транспортировки делать специальные амортизаторы, хотя 6ы в самом простейшем виде (мягкие прокладки). При переносе прибора ни в коем случае нельзя его раскачивать и тем более ударять.

Приборы надо беречь от пыли и влаги. Если же после работы прибор попал под дождь, то его следует вытереть насухо мягкой тряпкой.

Приборы надо обepeгать от ветра и прямых солнечных лучей. Для этого, по возможности, следует paботать в тени и местах, защищенных: от ветра. Если же это невозможно, то от воздействия ветра и солнечныx лучей прибор следует закрывать подсобными cpeдствaми (палаткой, плащом и т.д.).

Приборы следует устанавливать на устойчивое основание. Если такой возможности нет (наблюдения в сплошном болоте), то под ножки приборов следует подложить "пятачки" - какие-либо предметы с большой площадью основания.

Некоторые регулировки приборов (регулировки уровней, смена диапазона, сменa осветительной лампочки, посадка магнитной системы и пр.) во время рейса допустимы при непременном условии возвращения на опорный пункт, либо повторение не менее двух пунктов отработанного рядового рейса. То же самое необходимо сделать при случайном нарушении режима прибора (толчок, отскок отсчета по неизвестной причине и пр.).

Рекомендуется приборы в течение полевого периода держать при постоянной внешней температуре, а при резких изменениях температуры не вносить в теплое помещение при перерыве в работе.

Работа с магнитометрами имеет некоторые особенности, касающиеся магнитных полей, не связанных с магнитными полями, вызванными исследуемыми возмущающими объектами. Поэтому к изложенным выше правилам при работе с магнитометрами добавим следующие:

1. В радиусе 2-3 метров от магнитометра не должно быть намагничивающих материалов. Это относится как к самому наблюдателю (ножи, ключи, часы и т.д.), так и к окружающим предметам (железные столбы, металлические реперы, прочие металлические предметы, буссоль столика магнитометра и т.д.).

2. В достаточно большом радиусе, что может быть установлено показаниями прибора, не должно быть электросиловых установок, линий электропередач, электрифицированных железных дорог и других помех, создающих сильное магнитное поле.

3. В любом случае при резком изменении отсчета между двумя соседними пунктами наблюдения должны быть повторены при небольшом смещении места установки прибора.

1. Принцип действия прибора. Чувствительным элементом М-23 (рис. 1, а) является подвижный постоянный магнит 1 с зеркалом 2, вращающийся в вертикальной плоскости. Магнит укреплен на металлической нити 3, натянутой на рамке 4. Под действием магнитного поля магнит 1 будет отклоняться от горизонтального положения на угол, пропорциональный величине действующего поля. В магнитометре М-23 применен нулевой способ отсчета, т. е. на каждой точке магнит 1 выводится в горизонтальное положение двумя постоянными компенсационными магнитами: магнит 5, называемый измерительным, осуществляет плавную компенсацию магнитного поля в пределах 6000 гамм, магнит 6, называемый диапазонным, служит для расширения диапазона измерения компенсируемого поля и применяются в том случае, когда напряженность измеряемого поля превышает по абсолютной величине 6000 гамм. Оба компенсационных магнита вращаются в вертикальных плоскостях, вследствие чего меняется расстояние между чувствительным элементом 1 и компенсационными магнитами и, следовательно, величина взаимодействующего момента.

При помощи диапазонного магнита осуществляется грубая ступенчатая компенсация магнитного поля через 2500-3500 гамм. Всего ступеней 16 (по 8 ступеней в сторону увеличения и в сторону уменьшения напряженности магнитного поля). Так как магнитная система в магнитометре М-23 приводится в горизонтальное положение на каждой точке, то тем самым действие Н-составляющей магнитного поля исключается и в принципе ориентировка прибора не требуется. Действие Н-составляющей полностью исключается из результатов наблюдений только в том случае, когда ось вращения чувствительного магнита и его магнитная ось горизонтальны, т.е. когда магнит занимает строго горизонтальное положение. Однако на практике очень трудно осуществить строгую горизонтальность магнитной оси системы, поэтому при точных измерениях рекомендуется на глаз ориентировать магнитную стрелку перпендикулярно магнитному меридиану, чтобы избежать погрешностей за счет влияния Н-составляющей. Поскольку при работе с магнитометром М-23 не требуется строгой ориентировки, прибор можно не снимать с треноги при переходе с одной точки на другую.

а б

Рисунок 1 - Принципиальная схема действия магнитометра М-23.

2. Устройство прибора. Магнитометр М-23 состоит из следующих основных узлов: магниточувствительного блока, отсчетного устройства, корпуса и треноги.

В магниточувствительный блок входят подвижный, измерительный и диапазонный магниты, магнит температурной компенсации, юстировочный магнит, арретир.

Подвижный магнит 1 (рис. 1, а) – чувствительный элемент магнитометра – представляет собой магнитный стержень, заключенный в оправу несущую на себе зеркало.

Для предохранения чувствительного элемента и металлической нити от повреждений при переездах и переходах с одной точки на другую система снабжения арретирующим устройством. Арретирующее устройство представляет собой П-образный рычаг с ползунками, который захватывает оправу и выводит ее в нерабочее положение. Ручка 4 арретира (рис. 1, б) выведена наружу корпуса прибора; она имеет два фиксированных положения, обозначенных буквами А (арретированно) и Р (разареттировано).

Измерительный магнит, которым осуществляется плавная компенсация магнитного поля, жестко связан со шкалой, укрепленной на кронштейне; ручка 5 измерительного механизма находится на внешней стороне прибора.

В узел диапазонного магнита входят магнит 6 (рис. 1, а и б) и связанный с ним переключатель ступеней компенсации. Переключатель представляет собой круглый диск с фиксатором. Под ручкой диапазонного механизма, выведенной к внешнему корпусу прибора, прикреплена шкала с указанием ступеней компенсации.

Температурный коэффициент магнитометра М-23 очень мал – всего 1 гамм/град. Он достигается путем применения температурного компенсатора, представляющего собой магнит 7 (рис. 1, а), укрепленный на биметаллической пластине 8. Этим магнитом компенсируются показания прибора, обусловленные влиянием температуры.

Положение магнита температурного компенсатора изменяют при помощи стопорной гайки в случае, если получена величина температурного коэффициента, превышающая 1 гамм/град. Доступ к магниту температурного компенсатора открывается после снятия теплоизоляционного кожуха и боковой крышки корпуса.

Магнит температурной компенсации, положение которого меняется при регулировки температурного коэффициента, будет создавать дополнительное поле, влияющее на показания прибора. Компенсация вертикальной составляющей этого поля осуществляется так называемым юстировочным магнитом 9, который крепится к корпусу прибора и может вращаться вокруг своей оси на 360°; его гайка выведена наружу. Юстировочным магнитом пользуются только при регулировке температурного коэффициента.

Отсчет по шкале прибора берут в момент, когда чувствительный элемент – подвижный магнит – занимает горизонтальное положение. Горизонтальность магнита определяют по совпадению индекса на нем с нулевой линей оптического устройства. Нулевая линия – индекс нанесенный на пластинке 13, расположенной в окуляре прибора.

Рассмотрим ход лучей в оптической схеме (рис. 1, а). Луч света от зеркала 14 подсветки индекса направляется к призме 15, преломившись в ней, пройдя пластинку 13 с индексом и объектив 12, попадает на зеркало 2 магнита, на котором нанесены две параллельные риски, представляющие собой подвижный индекс. Отразившись от зеркала, луч света попадает в окуляр 11. шкала измерительного устройства видна также в окуляре. Ход лучей, дающих изображение шкалы: зеркало подсветки 17 – шкала 10 – призма 16 – окуляр 11. Таким образом, в окуляре видна неподвижная нулевая линия, находящаяся в центре поля зрения, подвижный индекс магнита и шкала, на которой нанесены 600 делений.

Отсчет по шкале записывают (относительно нулевой линии) в момент совпадения нулевой линии с подвижным индексом.

Все детали прибора помещены в металлическом корпусе. Для защиты магнитометра от резких колебаний температуры на его корпус надевают теплоизоляционный кожух из пенопласта, состоящий из двух половин, которые скрепляются защелками.

В верхней части корпуса находятся оптическая труба 1 (рис. 1, б), ампула 2 с силикагелем, предназначенная для уменьшения влажности внутри прибора, один круглый и два цилиндрических уровня. На боковой поверхности прибора, один круглый и два цилиндрических уровня. На боковой поверхности прибора имеются два окна, закрытые съемными крышками. Эти окна открывают доступ к внутренним деталям прибора при его настройке.

С внутренней стороны корпуса магнитометра расположены термометры, по которым снимают показания температуры в диапазоне от -5° до +45°С. Во время снятия показаний термометры отражаются в зеркале откидной дверцы кожуха. В нерабочем положении дверца закрывается.

На внешнюю боковую поверхность корпуса выведены ручки управления диапазонным 6 и измерительным 5 магнитами, ручка 4 арретира, гайка юстировочного магнита и зеркала 3 подсветки шкалы и индекса. Положение северного конца подвижного магнита отмечено буквой «С».

Магнитометрии может вращаться вокруг своей оси на 360° и быть закреплен в определенном положении стопорным винтом.

Для установки прибора над точкой наблюдения служит тренога со столиком 7. На столике имеются три нивелировочных винта, при помощи которых прибор устанавливают в горизонтальное положение по уровням. В нижней части столика находится невыпадающий винт 8, позволяющий жестко скреплять прибор с треногой.