مقاله بررسی ميدان مغناطيسي زمين

دسته بندي : علوم پایه » فیزیک
مقاله بررسي ميدان مغناطيسي زمين در 19 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه

پس از پايان جنگ جهاني دوم، دولتها براي جبران خسارت جنگ روي به منابع طبيعي آوردند با شروع جنگ سرد مكتشفان بدنبال منابع مطمئن در كشورهاي نزديك آمريكا بودند كه كانادا بهترين كشور بود هم از نظر وسعت و هم از نظر منابع معدني.

فلزات پايه مانند مس، سرب، روي و نيكل، از طرفي شرايط بد آب و هوايي از قبيل سرماي زياد و يخبندان در قسمتي از سال اكتشافي را سخت مي كرد و مهمترين عامل فاكتور زمان بود كه تأخير در هر مرحله باعث موكول شدن ادامه عمليات به فصل بعدي شود از طرفي روشهاي كند ژئوفيزيكي نيز به اين تأخير كمك مي كرد.

ژئوفيزيك به دليل ويژگيهايي كه دارد كم هزينه بودن و بيشترين سرعت بهترين راه براي برداشت بود اما متدهاي گراويتي بدليل ديگر مشكلات كنار گذاشته شد و روشهاي قديمي مغناطيس بدليل وجود منبع ميدان، وجود الكترود و تفسير پيچيده كمتر استفاده شد. همين عوامل بعدها باعث توسعه روشهاي ژئوفيزيكي شد، اولين تلاش براي استفاده از هواپيما در برداشت هاي EM توسط (1946) Hans land berg و اين سيستم شامل 2 سيم پيچ كه در كابين هليكوپتر مي‎باشد و تنها براي توده هاي مدفون در عمق 5 متري مي‎باشد.

از طرفي با روي كار آمدن كامپيوتر سرعت و دقت محاسبات پيچيده اين روش به عنوان سريعترين و بهترين روش بكار گرفته شد.

نياز به كشف توده هاي عميق باعث شد تا پس از دهه 1970 مطالعات و طراحي هايي در اين زمينه صورت بگيرد. در اين مسير موفقيتهاي (INPUT) (Induced Pulse Transient) (القا پالس زودگذر) چشمگير بوده در دهه 1980 عمده شركتهاي معدني بدنبال اكتشاف طلا بودند. در هر حال نياز اورانيوم و فلزات پايه در نيمه دهه 1980 باعث شد روشهاي اكتشاف عميق استفاده شود شركتهاي Spectrem , Questem , Geotem در سال 1990 اقدام به ارائه اين خدمات كردند.

فصل سوم

مباني مغناطيس سنجي و تئوري

مقدمه:

ميدان مغناطيسي زمين از ديرباز نظر محققان را به خود جلب كرده بود. هميشه اين حقيقت كه سوزن مغناطيسي شده آويزان از نخ هميشه در يك راستا قرار مي‎گيرد دانشمندان را به فكر وامي داشت. تا اينكه ژيلبرت نظريه خود را حدود سه قرن پيش مبني بر اينكه زمين مانند يك مغناطيس بزرگ و تا اندازه اي بي قاعده عمل مي‌كند. اين نظريه به همراه نظريه نيوتن در مورد گرانش را مي‎توان پايه هاي ژئوفيزيك دانست. در واقع به كمك ژئوفيزيك مي‎توان كانسار مدفون در زمين را با اطمينان مدلسازي كرد.

مطالعات ژئوفيزيكي بر مبناي خاصيت فيزيكي مورد اندازه گيري به دو دسته كلي تقسيم مي‎شوند. روشهايي كه ميدانهاي طبيعي زمين را اندازه گيري مي‌كنند (روشهاي استاتيك) كه عبارتند از روشهاي ثقل سنجي، مغناطيسي سنجي، تلوريك، پتانسيل خودزا و راديومتري و روشهايي كه از ميدانهاي مصنوعي ايجاد شده استفاده مي‌كنند (روشهاي ديناميك) كه شامل دو دسته مهم مي باشند. روشهاي الكتريكي و روشهاي لرزه نگاري، روشهاي استاتيك نسبت به روشهاي ديناميك سريع و كم خرج هستند و عموماً در اكتشاف نيمه تفصيلي و شناسايي ساختماني زمين شناسي استفاده مي‎شوند و بيشتر اطلاعات كيفي بدست مي دهند. در روشهاي ديناميكي با مطالعه تغييرات ميدان مصنوعي ايجاد شده در اثر حضور مواد مختلف مي‎توان آناليزهاي بهتر و مشخص تري همراه با تفسيرهاي كمي و كيفي انجام داد. روشهاي ديناميك اغلب وقت گير و پرهزينه هستند ولي تجارب علمي و نتايج بدست آمده، كاربرد موفقيت آميز اين روشها را ثابت كرده است.

3-1-2- ميدان مغناطيسي زمين

شكل ميدان مغناطيسي در سطح زمين بطور تقريب معادل شكلي است كه با قرار دادن يك آهنربا كوچك ولي پرقدرت در مركز زمين بوجود مي‎آيد به شرط آنكه قطب شمال مغناطيسي اين آهنربا رو به جنوب بوده و نسبت به محور چرخش زمين مايل باشد. اگر ميدان كاملاً منظم بود، خطوط نيرو در قطب محور مغناطيسي قائم و در استواي مغناطيسي افقي مي بود. استواي مغناطيسي دايرة عظيمه اي است كه نسبت به استواي واقعي مايل است. (به شكل زير توجه شود.)

3-1-3- مفاهيم اصلي مغناطيس

3-1-3-1- نيروي مغناطيسي

رابطه نيروي مغناطيسي از قانون كولن براي قطبهاي مغناطيسي بدست آمده و نمادگذاري آن تقريباً شبيه قانون نيوتن درباره نيروي گراني است. اين رابطه بدين صورت است:

(3-1)

F نيروي وارد بر m2 بر حسب دين، r فاصلة قطبها برحسب سانتيمتر و جهت نيرو از m1 ، m2 است. قطب ها خودشان مجازيند، زيرا نمي توانند بصورت مجزا وجود داشته باشند و فقط به صورت زوج ظاهر مي‎شوند. تراوايي مغناطيسي است كه كميتي بدون بعد بوده و مقدار آن در خلاء دقيقاً برابر او در هوا نيز عملاً مساوي 1 است.

اگر دو قطب m2 , m1 هر يك به شدت يك emu در خلأ (emu ، واحد قطب مغناطيسي در سيستم تcgs) در فاصله يك سانتيمتري از يكديگر قرار گيرند. نيروي بين آنها برابر يك دين است، برخلاف حالت گراني كه در آن نيرو هميشه ربايشي است، نيروي ايستا مغناطيسي موقعي ربايشي است كه علامت قطبها مخالف يكديگر باشند و زماني رانشي است كه علامتها يكسان باشند. براساس قرارداد قطبي كه به سوي قطب شمال مغناطيسي زمين جذب شود (شمالجو) قطب مثبت و قطبي كه به سوي قطب جنوب مغناطيسي زمين جذب شود، قطب منفي جنوبجو است.

3-1-3-2- قدرت ميدان مغناطيسي

قدرت ميدان مغناطيسي، نيروي وارد بر واحد قطب مي‎باشد.

(3-2)

كه در آن يك قطب مجازي در يك نقطه از فضا است. در سيستم cgs، H بر حسب ارستد، يعني دين بر واحد قطب بيان مي‎شود.


3-1-3-3- گشتاور مغناطيسي

قطبهاي مغناطيسي هميشه به صورت زوج وجود دارند. جوهر اصلي مغناطيسي، دو قطبي مغناطيسي است. دو قطب با قدرت هاي +m و -m را فاصله l از يكديگر جدا مي‌كند، در اين صورت گشتاور مغناطيسي چنين تعريف مي شود:

(3-3)

گشتاور مغناطيسي برداري در جهت بردار واحد از قطب منفي به سوي قطب مثبت است.

3-1-3-4- شدت مغناطيدگي

يك جسم مغناطيسي در يك ميدان مغناطيسي خارجي در اثر القا مغناطيده مي‎شود. شدت مغناطيدگي متناسب با قدرت ميدان و جهت آن جهت ميدان است و طبق تعريف عبارت است از گشتاور مغناطيسي در واحد حجم، يعني

(4-3)

در عمل اين مغناطيدگي به حدي است كه قطبهاي مواد مغناطيسي را به خط مي‌كند. بدين علت I اغلب قطبش مغناطيسي ناميده مي‎شود.

3-1-3-5- خودپذيري مغناطيسي

درجه مغناطيدگي جسم را خودپذيري مغناطيسي آن مشخص مي‎شود و به صورت زير تعريف مي‎شود.

(5-3)

خودپذيري، پارامتري اساسي در كاوشهاي مغناطيسي است، زيرا پاسخ مغناطيسي سنگها و كانيها را مقدار ماده مغناطيسي داخل آنها تعيين مي‌كند و مقدار K در ماده مغناطيسي خيلي بيشتر از خود سنگها و كانيها است.

3-1-3-6- القاي مغناطيسي

چنانچه جسم مغناطيسي در ميدان خارجي H قرار گيرد، قطبهاي داخلي آن در اثر ميدان H كم و بيش در يك خط قرار مي گيرند و خود ميدان H را بوجود مي آورند. اين ميدان باعث افزايش ميدان كل در داخل جسم مي‎شود. اين ميدان اضافي به شدت مغناطيسي بستگي دارد. طبق تعريف، القاي مغناطيسي، B ، ميدان كل در داخل جسم است كه مي‎تواند به صورت زير نوشته شود.

-1-5- بي هنجاريهاي مغناطيسي محلي توضيح بيشتر

تغييرات عمده محلي و منطقه اي به جز تغييرات زماني مربوط به ميدان مغناطيسي زمين در نتيجه محتواي كافي مغناطيسي نزديك به سطح است. مقدار اين بي هنجاريها اغلب كم و بيش زياد است و گاهي حتي به دو برابر ميدان اصلي نيز مي رسد. مرز پايان اين بي هنجاريها نقطه كوري مي‎باشد. بنابراين اين بي هنجاريها به عوامل نزديك سطح زمين مربوط هستند.

هدف از كاوشهاي مغناطيسي پيدا كردن بي هنجاريهاي مغناطيسي محلي در نقاطي است كه در خور توجه باشند. اين بي هنجاريها مي‎توانند مرتبط با نهشته هاي كانساري مورد تجسس در يك منطقه اكتشافي باشند.

استفاده از ايربرن در مطالعات ژئوفيزيكي

امروزه با توجه به پيشرفت تكنولوژي و نياز به هر چه سريع تر انجام دادن پروژه هاي اكتشافي بدليل شرايط نامطلوب برداشت در فيلد، هزينه گروه اكتشاف، شرايط نامطلوب آب هوايي در فصول مختلف دلايل مهمي براي ارتقاء برداشتهاي ژئوفيزيكي هستند كه مكتشفان به دنبال راههايي هستند تا برداشت در زمان كمتر و با هزينه كمتر و دقت بالاتر انجام شود و در اين راه در زمينه بهينه سازي پروژه هاي ژئوفيزيكي ايربرن (مغناطيس هوابرد) يكي از مهمترين ابزارها در دست مكتشفين و از طرفي روي كار آمدن نرم افزارهاي دقيق تفسير و تصحيح داده هاي مغناطيسي نيز باعث افزايش سرعت و دقت تصحيحات مختلف مي شود.