Элементы
геомагнитного поля и его происхождение.
В любой точке земной поверхности существует магнитное
поле, которое определяется полным вектором напряженности Т,
т.е. направлением действия и модулем. Вдоль вектора Т
устанавливается подвешенная у центра тяжести магнитная стрелка. Проекция этого
вектора на горизонтальную поверхность и вертикальное направление, а также углы,
составленные этим вектором с координатными осями, носят название элементов
магнитного поля (рис. 1).
Рис. 1. Элементы земного магнитного поля.
Направление координатных осей:
x— север; y—восток; z — к центру Земли
Если ось x прямоугольной
системы координат направить на географический север, ось y
- на восток, а ось z - вертикально вниз, то проекцию
полного вектора Т на ось z
называют вертикальной составляющей и обозначают Z. Проекцию полного
вектора Т на горизонтальную плоскость называют
горизонтальной составляющей Н. Направление Н совпадает с
магнитным меридианом и задается осью стрелки компаса или буссоли.
Проекцию Н на ось x называют северной (или южной) составляющей X,
проекцию Н на ось y - восточной (или западной)
составляющей Y. Угол между осью x и
составляющей Н называют склонением и обозначают D. Принято
считать восточное склонение положительным, западное — отрицательным. Угол между
вектором Т и горизонтальной плоскостью называют
наклонением и обозначают J. При наклоне северного конца стрелки
наклонение называют северным (или положительным), при наклоне южного конца
стрелки — южным (или отрицательным). Взаимосвязь полученных элементов
магнитного поля Земли выражают следующими формулами:
При магнитной разведке измеряют лишь одну-две
составляющие поля или их приращение (как правило, это Z и Т).
Распределение значений элементов магнитного поля на земной поверхности обычно
изображают в виде карт изолиний. Изолинии склонения называются изогонами,
изолинии наклонения - изоклинами, изолинии Н, Z или Т — соответственно изодинамами
Н, Z или Т. Эти карты строят на 1 июля каждого года и называют их картами эпохи
такого-то года (например, карта эпохи 2014 г.).
Единицей напряженности магнитного поля в
системе СИ является ампер на метр (А/м), а в системе СГС – эрстед (Э). В
практике магниторазведки широко применяется также внесистемная единица
напряженности магнитного поля – гамма (y). Перечисленные единицы измерения
напряженности магнитного поля соотносятся следующим образом:
В реальных средах измеряемым параметром магнитного
поля служит магнитная индукция
В =μ0 Т(1+ χ),
где μ0— абсолютная магнитная
проницаемость вакуума (в СИ μ0 = 4π 10-7 Гн м-1);
χ — магнитная
восприимчивость.
Единицей измерения магнитной индукции в СИ является
тесла (Тл). В магниторазведке используется более мелкая единица - нанотесла (нТл), 1 нТл = 10-9Тл.
Магниторазведочная аппаратура обычно находится в немагнитной среде — воздухе
или воде, для которых χ = 0,
поэтому B= μ0T. Следовательно, магнитное поле Земли может быть
выражено либо в единицах магнитной индукции (нТл), либо в единицах
напряженности, при этом 1 нТл соответствует 1 гамма.
В первом приближении магнитное поле Земли может быть
уподоблено полю намагниченного шара или полю магнитного диполя Tдип, расположенного в
области центра Земли, ось которого по отношению к оси вращения Земли составляет
11°. Места выхода продолжений оси этого диполя на поверхность Земли называют
геомагнитными полюсами Земли. Область выхода южного конца оси диполя носит
название северного магнитного полюса, а область выхода северного окончания оси
диполя — южного. Северный магнитный полюс находится на 72° с.ш.
и 96° з. д. в 1400 км от северного географического
полюса Земли. Многочисленными наблюдениями значений магнитного поля Земли
показано, что в среднем полный вектор напряженности Т
изменяется от 0,66*105 нТл на полюсах до 0,33*105 нТл в
районе экватора. При этом вертикальная составляющая Z уменьшается от
0,66*105 нТл до нуля, а горизонтальная составляющая Н
увеличивается от нуля до 0,33*105 нТл. Детальное изучение магнитных
свойств горных пород различного возраста на разных континентах установило
миграцию (изменение местоположения) магнитных полюсов и их инверсию, т. е.
смену знаков (направления), происходящую с периодом от 0,5 до нескольких
десятков миллионов лет.