Особливості магніторозвідки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

кафедра польової нафтогазової геофізики

МАГНІТОРОЗВІДКА

ЛАБОРОТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

В.Ю. Максимчук, І.М. Казюка

Івано-Франківськ

2011



УДК 550.838+550.831

ББК 26.21

М-17

Рецензент:

Степанюк В. П. кандидат геолого-мінералогічних наук, професор кафедри польової нафтогазової геофізики Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол №15 від 15.12.2011 р.)

Максимчук В. Ю., Казюка І. М

М-17 Магніторозвідка: лабораторний практикум. - Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2011. - 32 с.

МВ 02070855-3654-2011

Лабораторний практикум містить методичні вказівки для проведення практичних занять з дисципліни «Магніторозвідка». Розроблений відповідно до робочої програми навчальної дисципліни.

Призначений для підготовки бакалаврів за напрямом 6.040103 - «Геологія».

УДК 550.838+550.831

ББК 26.21

МВ 02070855-3654-2011 ©Максимчук В. Ю.,

Казюка І. М.

© ІФНТУНГ, 2011

УДК 550.838+550.831

ББК 26.21

М-17

Рецензент:

Степанюк В. П. кандидат геолого-мінералогічних наук, професор кафедри польової нафтогазової геофізики Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол №15 від 15.12.2011 р.)

Максимчук В. Ю., Казюка І. М.

М-17 Магніторозвідка: лабораторний практикум. - Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2011. - 32 с.

МВ 02070855-3654-2011

Лабораторний практикум містить методичні вказівки для проведення практичних занять з дисципліни «Магніторозвідка». Розроблений відповідно до робочої програми навчальної дисципліни.

Призначений для підготовки бакалаврів за напрямом 6.040103 - «Геологія».

УДК 550.838+550.831

ББК 26.21

МВ 02070855-3654-2011 © Максимчук В. Ю.

Казюка І. М.

© ІФНТУНГ, 2011

Відповідальний за випуск,

завідувач кафедри польової нафтогазової геофізики О. П. Петровський

Узгоджено:

Завідувач кафедри польової геофізики О. П. Петровський

Член експертно-рецензійної комісії університету В. А. Старостін

Нормоконтролер Г. Я. Онуфрик

Інженер І категорії НТБ Л. З. Костюк

Зміст

магнітний потенціал аномалія геологічний

Загальні методичні вказівки

Лабораторна робота № 1. Моделювання нормального магнітного поля Землі та його потенціалу

Лабораторна робота № 2. Моделювання аномалій магнітного поля для елементарних тіл

Лабораторна робота № 3. Моделювання аномалій магнітного поля для геологічних схем

Лабораторна робота № 4. Трансформація магнітних полів

Лабораторна робота № 5. Інтерпретація локальних магнітних аномалій експрес-методами

Лабораторна робота № 6. Первинна обробка магнітних спостережень

Лабораторна робота № 7. Магніторозвідувальна апаратура

Перелік рекомендованих джерел

Загальні методичні вказівки

Лабораторний практикум з дисципліни «Магніторозвідка», яка читається на 3 курсі в 6 семестрі, розроблений згідно з робочим навчальним планом підготовки бакалаврів за спеціальністю «Геофізика», затвердженим 2011 р.

Лабораторний практикум складається з 7 лабораторних робіт, розрахованих на 34 ак. годин.

У процесі виконання даних робіт студент поглиблює теоретичні знання та отримує практичні навички з питань:

класифікації геологічних утворень, які можна описати заданими тілами;

методики польових спостережень та її проектування;

первинної обробки польових вимірів магнітного поля;

математичного апарату моделювання для рішення задач нафтогазопошукової геології.

Студент повинен навчитися:

аналізувати геологічну ситуацію при виборі геомагнітної моделі середовища;

обирати метод рішення прямої задачі магніторозвідки для моделювання магнітного поля;

вміти застосувати моделювання на різних етапах магнітних досліджень;

вміти застосовувати обчислювальну техніку для вирішення практичних завдань як загального, так і спеціалізованого призначення.

Лабораторна робота №1. Моделювання магнітного поля Землі та його потенціалу

Мета роботи: вивчення розподілу на поверхні Землі потенціалу та напруженості нормального (головного) геомагнітного поля.

Завдання роботи: розрахувати значення магнітного потенціалу та його перших похідних за аналітичними формулами для прийнятої моделі Землі і виконати графічні побудови за результатами моделювання.

В результаті виконання роботи студент повинен:

Поглибити теоретичні знання про закони розподілу нормального геомагнітного поля;

Вміти аналізувати результати розрахунку.

Короткий опис роботи з програмою розрахунків

Нормального магнітного поля Землі

World Magnetic Model (WMM) (Версія 2.0, вересень 2005 р.)

Програма point.exe

1) Перше вікно програми, для інформації потрібно натиснути h+Enter, а для продовження c+Enter

2) Другий крок - вибір географічної широти точки (північна - позитивна, південна - негативна). Для прикладу вводимо 42.4 градуси, натискаємо Enter.



3) Третій крок - вибір географічної довготи точки (західна - позитивна, східна - негативна). Для прикладу вводимо 22.7 градуси, натискаємо Enter

4) Четвертий крок - вводимо висоту над рівнем моря в системі WGS84. Для прикладу вводимо 50 м., натискаємо Enter.

5) Далі необхідно ввести епоху, на яку розраховуються значення складових магнітного поля. Наприклад 2010.3, натискаємо Enter.

6) Отримуємо результати

7) Програма надає можливість продовжити для іншої точки, або вийти

(продовжити - y+Enter, вийти - n+Enter)



Програма grid.exe

1) Перше вікно програми, для інформації потрібно натиснути h+Enter, а для продовження c+Enter

2) Другий крок - вводимо висоту над рівнем моря в системі WGS84. Для прикладу вводимо 50 м, натискаємо Enter.

3) Третій крок - вибір координат регіону (південна широта, північна широта, східна довгота, західна довгота). Для прикладу вводимо 41,42,22,23, натискаємо Enter.

4) Далі необхідно ввести епоху, на яку розраховуються значення складових магнітного поля. Наприклад 2010.3, натискаємо Enter.



5) Задаємо крок сітки в мінутах. Наприклад 60, натискаємо Enter.

6) Вибираємо одну з компонент магнітного поля. Наприклад схилення D - натискаємо 1, натискаємо Enter.

7) Вибираємо або головне поле, або його варіації. Наприклад головне - натискаємо 1, натискаємо Enter.

8) Включаємо або виключаємо вивід даних на екран. Наприклад 1, натискаємо Enter)

9) Отримані результати



Крім виводу даних на екран, програма створює файл з даними MAG.DAT

Порядок проведення роботи

Створити комп'ютерну програму розрахунків розподілу нормального геомагнітного потенціалу U та складових нормального магнітного поля Землі Z, H і Т за відомими аналітичним формулами вздовж заданого профілю на поверхні Землі.

Розрахувати розподіл потенціалу U та складових нормального магнітного поля Землі Z, H, Т по заданому профілю.

Параметри профілю:

початок профілю - п= 42+n*0.1, де - географічна широта в градусах, n - номер студента за списком;

кінець профілю - k= п+90;

= n+200, де - географічна довгота в градусах;

крок розрахунків по профілю = 0.30.

Ознайомитися з алгоритмом та програмою World Magnetic Model (WMM) для моделювання нормального магнітного поля Землі.

За допомогою програми World Magnetic Model (WMM) провести обчислення D, I, F, X, Y, Z, H, Т, GV компонент магнітного поля Землі по заданому профілю (висоту точок розрахунку задавати з врахуванням номеру студента h=10*n (м)).

Побудувати графіки компонент магнітного поля за двома варіантами розрахунку та виконати їх порівняння.

Оформлення результатів роботи

Результати роботи повинні включати:

Роздруківку програми розрахунків потенціалу та складових нормального магнітного поля Землі.

Графіки розподілу потенціалу та складових нормального магнітного поля Землі на листах формату А4 із співставленням двох варіантів розрахунків.

Аналіз результатів розрахунку, висновки.

Контрольні питання

Зміст розбіжностей між формулами визначення геопотенціалу і магнітного поля Землі для однорідно намагніченої земної кулі та їхнім представленням сферичними гармонічними рядами.

Вказати напрямок вектора магнітного поля на магнітному екваторі.

Фізичний зміст членів ряду Гауса при n=1,2.

Вираз для компонент магнітного поля для диполя.

Лабораторна робота № 2. Моделювання аномалій магнітного поля для елементарних тіл

Мета роботи: дослідження зв`язку між джерелами простої форми та їх аномальними проявами у магнітному полі.

Завдання роботи: розгляд будови джерел магнітного поля, їхніх характеристик, вивчення аналітичних виразів рішення прямих задач для елементарних тіл, створення програмного забезпечення та його використання для розрахунків теоретичних аномалій магнітного поля, графічне представлення результатів моделювання.

Порядок проведення роботи

Проаналізувати аналітичні вирази розрахунку складових магнітного поля H, Z та T, форму аномалій та приклади геологічних утворень, які можуть бути наближено описані елементарними тілами.

Створити комп'ютерні програми рішення прямих задач від елементарних тіл із наступними параметрами (усі розміри елементарних тіл приведені в метрах):

намагніченість тіл Ja = (1.0+0.1n) А/м, де n - номер студента за списком;

J0 = 0.1 А/м - намагніченість середовища, в якому розташоване тіло;

глибина залягання верхньої кромки тіла h1 = 100n;

радіус кулі (циліндра) R = 100n;

розміри призми або пласта - (100n)(100n);

горизонтальна товщина вертикального тонкого пласта - 10n;

вертикальна товщина горизонтального тонкого пласта - 10n;

довжина горизонтального циліндра , в іншому варіанті - ;

кут нахилу бокової грані уступу або кут падіння нахиленого пласта: = 600 , 1200 ;

геометричний центр тіла (або початок уступу) під центром профілю;

довжина профілю = 1000n, початок координат співпадає з початком профілю;

крок визначення поля: x = 10n;

Розрахувати аномалії від заданих елементарних тіл при різних глибинах їхнього залягання: h1 та h2 = 2h1.

Оформлення результатів роботи

Результати роботи повинні включати:

Роздруківка комп'ютерних програм рішення прямої задачі від заданих елементарних тіл.

Графіки аномалій складових магнітного поля, розраховані для двох варіантів: при h = h1 та h = h2, із перерізом тіл (рисунок 2.1).

Аналіз змін у формі аномалій; висновки.



Рисунок 2.1 - Аномалії складових магнітного поля кулі

Контрольні питання

Відмінність між і ?

Співвідношення складових поля Z та Н, які зумовлені кулею та горизонтальним циліндром , якщо їхні параметри (глибина залягання, розміри перетину і надлишкова намагніченість) однакові. Відповідь надати графічно.

Співвідношення аномалій Z та Н тіл однакової геометричної форми, однак розташованих на різних глибинах. Відповідь надати графічно для кулі, горизонтального циліндра та уступу.

Характеристики магнітних властивостей гірських порід.

Визначення об'ємної, лінійної та поверхневої намагніченості.

Геологічні утворення, які можна описати заданими тілами.

Одиниці виміру магнітних параметрів?

Одиниці виміру магнітної індукції та напруженості магнітного поля?

Лабораторна робота № 3. Моделювання аномалій магнітного поля для геологічних схем

Мета роботи: вивчення геологічних схем блокової будови геологічного розрізу і зв'язку між схемами і аномаліями складових магнітного поля.

Завдання роботи: аналіз структури геологічних схем і підготовка їх у форматах вихідних даних до комп'ютерних програм, які створюються студентами, розрахунок аномальних полів від схем та графічне представлення результатів моделювання.

Порядок проведення роботи

Проаналізувати структуру геологічної схеми (варіанти схем на рисунках 3.1-3.5) з метою визначення кількості та форми елементарних тіл.

Визначити параметри елементарних тіл (розташування по профілю, розміри, глибину залягання).

Вибрати програми рішення прямих задач, які підготовлені при виконанні попередніх лабораторних робіт, для визначеного переліку елементарних тіл.

Елементарні тіла, які обмежені боковими границями схеми, рахувати такими, що мають нескінчене продовження за межі схеми; обмеження тіл нижньою границею схеми вважати дійсним.

Визначити надлишкову намагніченість тіл:

Jі=Jі-J0.

Намагніченість блоків гірських порід (в A/м): J0= 0.01, J1= 0.50; J2 = J4 = 1.0; J3= -1.0; Jm = 1.00 + n0.05(-1) m, якщо n>8, або Jm = 1.00 - n0.01(-1) m, якщо n<8

(m- номер блоку, n - номер варіанту)

Рішити прямі задачі магніторозвідки (розрахунок модуля повного вектора Т) для тіл, що складають схему.

Визначити суму аномалій, які розраховані від кожного елементарного тіла. Сумарне поле є аномальним полем схеми.

Аномальне поле схеми слід визначати по профілю з кроком у 100м за наступними варіантами.

Перший - профіль співпадає з денною поверхнею .

Другий - профіль розташований на висоті h = 100м.

Третій - профіль розташований на висоті h = 500м.



У четвертому варіанті пряму задачу рішити за умовами J0= 0.5, J1= 0.08; J2 = 0.01, J4 = 1.0, профіль співпадає з денною поверхнею.

Рисунок 3.1 - Схема розташування елементарних тіл в геологічному розрізі (варіант 1)

Рисунок 3.2 - Схема розташування елементарних тіл в геологічному розрізі (варіант 2)

Рисунок 3.3 - Схема розташування елементарних тіл в геологічному розрізі (варіант 3)



Рисунок 3.4 - Схема розташування елементарних тіл в геологічному розрізі (варіант 4)

Рисунок 3.5 - Схема розташування елементарних тіл в геологічному розрізі (варіант 5)

Оформлення результатів роботи

Результати роботи повинні включати:

перелік елементарних тіл, які складають схему, і їхніх параметрів.

графічне зображення варіанту геологічної схеми на листі формату А4.

графічне зображення аномальних полів за всіма варіантами на зведеному графіку на листі формату А4.

висновки щодо характеру змін в аномальних полях за варіантами завдання.

висновки щодо можливості візуального виділення з сумарного поля локальних аномалій.

Контрольні питання

Поняття геологічної схеми.

Порядок розрахунків (алгоритм) аномального поля геологічної схеми.

Достовірність і точність побудов у геологічній схемі.

Поняття про методи підбору.

Лабораторна робота № 4. Трансформація магнітних полів

Мета роботи: ознайомлення з трансформаціями магнітного поля, дослідження зв`язку між результатами трансформацій та характером розподілу аномалій у спостереженому полі, параметри яких залежать від будови й глибини залягання геологічних утворень.

Завдання роботи: вивчення трансформацій і умов їхнього застосування. В результаті виконання роботи студент повинен уміти аналізувати залежність результатів трансформацій від їхніх параметрів і характеру розподілу аномальних полів.

Порядок проведення роботи

Перед розрахунками осереднення й згладжування полів оптимальні розміри вікна трансформації визначають у роботі 8 (вихідні графічні матеріали отримати у викладача).

Виконати трансформацію згладжування заданого поля по профілю з метою послаблення випадкових похибок спостережень.

Виконати трансформацію осереднення поля з метою розділення поля на регіональні складові та на локальні аномалії.

Виконати трансформацію згладжування заданого поля з метою визначення регіональних складових та локальних аномалій.

Визначити аномалії поля за методом Андреєва.

Виконати перерахунок поля у верхній півпростір на три різні висоти.

Виконати перерахунок поля у нижній півпростір на три різні глибини.

Оформлення результатів роботи

Результати роботи повинні включати:

графіки трансформант та заданого поля, наприклад, в середовищі графічного редактора SURFER на листі формату А4 або А3 (альбомний варіант) із відповідним коментарем: для кожної кривої позначити, яка трансформанта і її параметри. Усі криві мають бути в одному масштабі.

геологічне тлумачення змін у магнітному полі після того чи іншого перетворення.

Контрольні питання

Перелік основних трансформацій магнітного поля та їхнє призначення?

Завдання, які вирішуються за допомогою трансформацій?

Проблеми, пов'язані з використанням трансформацій?

Варіанти отримання локальних аномалій?

Вікно трансформації. Алгоритм трансформації.

Формальна залежність між параметрами трансформацій і трансформованим полем (на прикладах)?

Залежність між геологічними задачами і вибором певної трансформації та її параметрів?

Залежність параметрів трансформацій від передбачень щодо будови геологічного розрізу?

Лабораторна робота № 5. Інтерпретація локальних магнітних аномалій експрес-методами

Мета роботи: вивчення швидких методів кількісної інтерпретації локальних аномалій спостереженого магнітного поля.

Завдання роботи: інтерпретація локальних аномалій спостереженого магнітного поля експрес-методами. В результаті виконання роботи студент повинен уміти користуватись способами дотичних і характерних точок при інтерпретації магнітних полів.

Порядок проведення роботи

На графіку локальних аномалій спостереженого поля, трансформації якого отримані у роботі 10, вибрати не менше трьох аномалій, які чітко виділяються на фоні регіональних аномалій. Регіональний фон уточнити візуально для кожної аномалії окремо.

Одну з обраних аномалій вважати такою, що зумовлена двовимірним тілом (навести перелік можливих форм тіла), другу - тривимірним (навести перелік можливих форм тіла), третю - уступом.

Перші дві аномалії інтерпретувати не тільки за різними способами, але як мінімум і для двох тіл, які зумовлюють аномалії подібної форми. У результаті інтерпретації отримати достовірні інтервали значень параметрів геологічних утворень.

Третю аномалію інтерпретувати за методом Д.С.Мікова.

У результаті інтерпретації отримати глибину залягання, надлишковий магнітний момент, намагніченість і розміри геологічного об'єкта.

Примітка: У результаті інтерпретації отримати глибину залягання, надлишковий магнітний момент, намагніченість і розміри геологічного об'єкта.

Для аномалії найбільшої інтенсивності за допомогою інтегральних методів визначити глибину залягання покрівлі геологічного утворення для двох варіантів його наближеного представлення: вертикальним пластом, вертикальним штоком.

Оформлення результатів роботи

Результати роботи повинні включати:

графік аномального поля з виділеними аномаліями та графічно визначеним фоновим рівнем.

результати інтерпретації кожної аномалії з відповідними графічними побудовами на виділених аномаліях.

геологічна схема у масштабі профілю з позначенням координат розташування, розмірів та назви елементарних тіл.

висновки щодо достовірності та точності результатів інтерпретації.

Контрольні питання

Визначення поняття "характерної точки"?

Спосіб характерних точок на прикладі?

Спосіб дотичних на прикладі?

Зміст інтегральних методів?

Способи Міронова В.С. і Булаха Є.Г.?

Способи інтерпретації за третьою похідною гравітаційного потенціалу?

Переваги методу півмаксимуму та методів Д.С.Мікова?

Умови достовірності та точності інтерпретації аномалій за експрес-методами?

Лабораторна робота №6. Первинна обробка магнітних спостережень

Мета роботи: вивчення способів обробки магнітометричних спостережень, послідовності й техніки введення інструментальних поправок та аналітичного згладжування, які спрямовані на послаблення впливу завад і похибок на спостережені аномалії магнітного поля.

Завдання роботи: полягає у проведенні первинної обробки магнітометричної зйомки й послаблення впливу похибок спостережень.

Порядок проведення роботи

Створити комп'ютерну програму обробки магнітометричних рейсів (профіля).

Провести обробку спостережень рядового рейсу (профіля) яка включає:

знаходження середнього значення вимірного поля для кожного пікету;

введення поправок за добові варіації магнітного поля;

оцінку за результатами контрольних спостережень точності зйомки.

Побудувати криву різницевого магнітного поля.

Провести згладжування аномалій поля по профілю. Згладжену криву поля навести на графіку поряд із кривою аномального поля.

Оформлення результатів роботи

Результати роботи повинні включати:

комп'ютерна програма обробки рядових рейсів.

журнал (таблиця) обробки спостережень рядового рейсу.

графік початкової та згладженої кривої аномального магнітного поля.

Таблиця 6.1 - Обробка рядового магнітометричного профілю (рейсу)

Профіль №101, 21 червня 2011 р.	Ділянка „Північна”, магнітометр ММП-203, №2147
№ пікету	Час	Значення поля на профілі, Тпр, нТл	Середнє значення поля на профілі, Тпр, нТл	Значення поля на баз.пункті Тбаз, нТл	Різницеве поле Т, нТл
	Години	Хвилини	Секунди
0	09	00	00	49472	49472	49471	49471,67	49445,3	26,37
0,5	09	00	40	49477	49478	49477	49477,33	49444,9	32,43
1,0	10	01	20	49466	49468	49467	49467	49445,4	21,6
1,5	10	02	00	49468	49468	49468	49468	49445,5	22,5
2,0	10	03	40	49465	49466	49466	49465,67	49445,5	20,17
2,5	10	05	40	49479	49479	49480	49479,33	49445,4	33,93
3,0	10	08	20	49470	49469	49470	49469,67	49445,9	23,77
3,5	10	09	40	49479	49478	49480	49479	49445,1	33,9
4,0	10	11	20	49462	49462	49464	49462,67	49446,5	16,17
4,5	10	13	40	49459	49459	49460	49459,33	49445,9	13,43
5,0	10	15	00	49465	49465	49465	49465	49446,7	18,3

Лабораторна робота № 7. Магніторозвідувальна апаратура

Мета роботи: вивчення будови, принципу дії та технічних характеристик квантового магнітометра М-33 та протонного ММП-203.

Завдання роботи: вивчення будови магнітометрів і порядок роботи з ним на точці виміру.

Короткі теоретичні відомості

Магнітометр М-33

Даний прилад відноситься до квантових і призначений для виконання наземних магнітних вимірювань повного вектора магнітного поля T або його приросту ДT. На рисунку 7.1 показано зовнішній вигляд приклада.



Рисунок 7.1 - Зовнішня панель магнітометра М-33

Прилад може також використовуватися в якості автоматичної станції для реєстрації варіацій геомагнітного поля дT.

Рисунок 7.2 - Будова магнітометра М-33

До складу магнітометра входить (див. рис. 7.2):

1 - магніточутливий блок; 2 - вимірно-реєстраційний блок; 3 - кабель; 4 - акумулятор; 5 - штанга; 6 - попередній підсилювач.

Принцип дії магнітометра М-33 базується на ефекті Зеемана (розщеплення енергетичних рівнів речовини в магнітному полі на декілька енергетичних підрівнів). Частота вимірювання (Гц) або поглинання світла при переході атомного електрона з одного підрівня на другий пов'язана з напруженістю магнітного поля H співвідношенням:

,

де - магнетон Бора; h - постійна Планка.



1 - магніточутливий блок; 2 - електронний частотомір;

3 - цифродрукарський пристрій; 4 - акумулятор; 5 - перетворювач напруги

Рисунок 7.3 - Блок-схема магнітометра М-33

На рисунку 7.3 приведена блок-схема магнітометра М-33.

Магніточутливий елемент квантовий перетворювач само генерації 1 з'єднаний з електронним часоміром 2 дискретної дії, який перетворює поступаючи в нього сигнали безпосередньо в нанотесли або в десяті долі нанотесли.

Дискретний частомір прямого відліку підраховує числа періодів вимірювальної величини частоти за жорстко фіксований проміжок часу , який квантується за допомогою еталонного генератора.

Для атомів лужних металів зеєманівське розщеплення в зовнішньому магнітному полі виконується згідно закону:

,

де - частота зеєманівського переходу; , - коефіцієнти, що визначаються атомними сталими робочої речовини (лужних парів цезію).

Не звертаючи уваги на квадратний член, можна записати

,

оскільки



, то ,

Для того, щоб вимірювальна величину N виразити в одиницях магнітного поля в дискретному частомірі виконується умова

,

де n - відлікова похибка нТл.

З метою скорочення часу виміру виміряне значення збільшують у разів. Тому

,

Звідси часовий інтервал виміру:

Для магнітометра М-33 Гц/нТл (пари цезію), ; нТл (c) і нТл (c). Запис показів частотоміру здійснюється малогабаритним цифро друкуючим механізмом з напіватоматичної дії з стрічкопротяжним механізмом, який фіксує значення поля у вигляді цифр на паперовій стрічці. На неї наносять також мітки часу (автоматично) і реперні відмітки (напівавтоматично).

Магнітометр живиться від акумулятора 4 напругою 6-7.5 В через перетворювач напруги 5.

Магнітовимірний перетворювач складається з двох блоків: у пластмасовому корпусі знаходиться оптична система квантового самогенеруючого перетворювача, а в металевому корпусі - електронні вузли перетворювача. Щоб не було значного впливу на покази, дані блоки розміщені на різних кінцях штанги. В процесі вимірювання один оператор переносить магнітовимірювальний перетворювач, а другий - вимірювально-реєстраційний блок і акумулятор.

Функціональна схема перетворювача магнітометра М-33 наведена на рисунку 7.4.

Термостат

1 - генератор збудження спектральної лампи; 2 - Котушка збудження;

3 - спектральна лампа; 4 - конденсатор; 5 - поляроїд; 6 - пластина ; 7 - комірчина поглинання;8 - котушка зворотнього зв'язку; 9 - фокусуючи лінза; 10 - фотодетектор; 11 - підсилювач; 12 - фазообертаючий пристрій.

Рисунок 7.4 - Функціональна схема квантового магнітометра М-33

Етапи підготовки магнітометра М-33 до роботи.

Заповнити друкуючий механізм фарбою.

Заправити паперову стрічку.

Встановити за допомогою перемикача ручний режим роботи магнітометра, необхідну похибку вимірів (1.0 або 0.1 нТл).

Встановити всі перемикачі вимірювального блоку в позицію «Выкл».

Приєднати кабель зі штепсельним роз'ємом до магнітореєструючого блоку та акумулятора.

Увімкнути перемикачі «Питание» і «Прогрев» та за допомогою перемикача вивід роботи по стрілочному індикатору перевірити режим живлення (стрілка індикатора повинна знаходитись в межах червоного сектора). При цьому схема термоавтоматика магніточутливого блоку (МЧБ) може знаходитись в довільному напрямку. Для приведення її в робочий стан необхідно виконати один вимір натисканням перемикача «Пуск» (в режимі автоматичного виміру - натиснути перемикач «Синхр.»).

Встановити контрольний перемикач в позицію «ТК». При увімкненні та вимкненні індикатора (стрілка в районі червоного сектора) переконатися в роботі кварцового термостата. Тривалість першого циклу нагріву при зовнішній температурі плюс 20 °С не перевищує 7 хв. В подальшому циклічність роботи термостата становить 1 хв. - нагрів, 2 хв. - охолодження.

Встановити контрольний перемикач в позицію «ТП» і за тими ж ознаками (див. попередній пункт) переконатися в роботі термостата плюс 20 °С наступає приблизно через 15 хв. після увімкнення перемикача «Прогрев». Надалі циклічність роботи термостата МЧБ становить: 1 хв. - нагрів, 7 - хв. - охолодження.

Встановити перемикач в позицію «СЛ». Стрілка індикатора при збудженні спектральній лампі буде знаходитись в червоному секторі.

Встановити перемикач в позицію «РС» і перевірити роботу схеми регулювання світла. У момент увімкнення перемикача «Питание» генератор працює в режимі збудження «СЛ». Стрілка індикатора знаходиться в крайній правій позиції. Через 2-5 хв. (залежно від зовнішньої температури) починає працювати схема РС і стрілка індикатора повинна знаходитись біля лівого краю червоного сектора або біля правого краю зеленого сектора.

Встановити перемикач в позицію «СИГ» і перевірити наявність амплітуди сигналу прецесії. При цьому МЧБ повинен бути розташований на всю довжину кабеля і віднесений в сторону від намагнічених, металевих предметів, а оптична вісь МЧБ має бути орієнтована під кутом 45 ° до напрямку магнітного поля Землі. На час перевірки сигналу перемикач «Нагрев» необхідно вимкнути (попередньо переконайтесь, що термостат МЧБ увійшов в нормальний режим). Сигнал рахується нормальним, якщо при оптимальній позиції МЧБ стрілка індикатора перебуває в межах червоного сектора і амплітуда сигналу зменшується при його відхиленні від заданого напрямку.

Перевірити роботу вимірювально-реєструвального блоку (ВРБ). Для цього встановити перемикач «Работа-Контроль» в позицію «Контроль». Увімкнути перемикачі «Табло», «Мотор» і «Печать». Коротким натисканням перемикача «Пуск» виконати вимірювання опорної частоти ГК. У випадку правильної роботи вимірювально-реєструючого тракту на паперовій стрічці повинно надрукуватись контрольне число, що вказано в паспорті приладу. Після цього світлове табло можна вимкнути.

Перевірити роботу електронного годинника за мітками (крапкам) на лівому полі паперової стрічки і коротким натисненням кнопки «Синхр.» засинхронізувати їх хід з зовнішнім «еталоном» часу.

Перевірити роботу перемикача «Репер». При натисненні на дану кнопку на правому полі паперової стрічки повинні появитися реперні відмітки (риски).

Перевести перемикач «Работа-Контроль» в позицію «Работа» і виконати серію (2-3) вимірювань на контрольній точці з інтервалом 2-3 с. При цьому просторова орієнтація МЧБ повинна з точністю ± 15 ° відповідати оптимальній. Якщо в районі знаходження МЧБ відсутні сильні магнітні завади змінного струму, то покази магнітометра при похибці ±1 нТл не повинні відрізнятися більше чим на 1 нТл.

При роботі магнітометра в автоматичному режимі всі вказані операції зберігаються тільки з тією різницею, що інтервал часу між вимірами буде визначатися виходом електронних імпульсів (марки часу на паперовій стрічці не буде).

Після завершення операції по підготовці магнітометра до роботи позиції перемикачів управління та контролю на передній панелі вимірювально-реєструючого блоку повинні бути наступними: контрольний перемикач в позиції «Сиг», перемикач «Работа-Контроль» в позиції «Работа», перемикач «Табло» в позиції «Выкл»; всі інші перемикачі увімкнені.

Порядок проведення роботи

Познайомитись з будовою магнітометра.

Підготувати магнітометр до роботи.

Провести серію вимірів магнітометром по профілю (20-25 пікетів).

Паралельно проводити вимірювання іншим приладом.

Магнітометр ММП-203

Магнітометр пішохідний протонний ММП-203 відноситься до прецезійних польових вимірювальних приладів переносного типу і призначеня для вимірювання абсолютного значення магнітної індукції поля Землі та його варіацій.

Прилад виконаний у портативному варіанті і дуже зручний у використанні. Систематична похибка абсолютних вимірів складає не більш ніж ± 2,5 нТл. Відлікова похибка приладу дорівнює ± 1 нТл. Час одного виміру не більше 3 сек. Загальна маса робочого комплекту складає 6 кг. Виміри позначаються на цифровому табло. З приладом працює один оператор. Живлення забезпечується батареєю сухих елементів з напругою 13 ± 3В. Загальний вигляд приладу показано на рис.7.4.

1-магнитовимиірювальний перетворювач (МВП), 2- вимірювальний пульт, 3- касета

Рис.7.5 - Магнітометр ММП-203

Явище вільної ядерної прецесії виглядає наступним чином. Вектор магнітного поля Землі Т з частотою (співвідношення Ламора)

де гіромагнітне відношення ядра ( відношення його магнітного моменту до механічного); - деяка мала величина, що визначає ступінь магнітного екранування ядра електронною оболонкою. З цього рівняння випливає, що частота прецесії залежить для ядер даної речовини лише від зовнішнього магнітного поля Т (г - постійна).

Вводимо позначення:

К = г (1-у) / 2

Тоді попередня формула набуває наступного вигляду:

щ = КТ

Таким чином зрозуміло, що при визначенні щ можна визначити і значення модулю вектора Т.

В якості матеріалу для створення ефекту прецесії використовуються збагачені протонами рідини (вода, спирт, керосин, бензол та інші). Якщо ємність з такою рідиною розмістити в котушці індуктивності, то в котушці виникне електро-рушійна сила (ЕРС) з частотою, що дорівнює частоті прецесії протонів, але амплітуда такої ЕРС буде дуже малою і такою, що важко вимірюється. Для підсилення інтенсивності сигналу використовують штучно створене досить сильне постійне магнітне поле. Таке поле Н створюється за допомогою котушки (соленоїду), всередині якої розміщують ємність з рідиною. Таке поле має напрямок, що приблизно перпендикулярний до напрямку вектору магнітного поля Землі Т.

З моменту створення штучного поля Н, воно починає екранувати ємність з рідиною від зовнішнього магнітного поля, і вектор ядерного намагнічування ядер почне орієнтуватися у напрямку, що є близьким до напрямку штучного поля Н. Після різкого відключення поля Н вектор ядерного намагнічування знову починає орієнтуватися в напрямку попереднього магнітного поля - за напрямком вектору Т. Час переходу ядерного намагнічування з напрямку Н до напрямку Т називають часом релаксації.

Протони - це ядра атомів водню. Їм властива деяка кількість моменту руху (спін) та магнітний момент. В магнітному полі протони рухаються навколо силових ліній цього поля таким чином, що вісь їх обертання (напрямок вектору магнітного моменту) описує конічну поверхню. Цей рух подібний до руху відхиленої від вертикалі вісі обертання дзигі навколо вертикальної вісі і має назву прецесія. Прецесія, що відбувається без впливу зовнішньої сили, називається вільною. Частота вільної прецесії протонів у магнітному полі, як вже було зазначено, прямо пропорційна модулю вектору напруженості цього поля.

Вектор магнітного моменту протонів (вектор ядерного намагнічування) після відключення поля Н, прецесіє навколо вектору Т, наводить змінну ЕРС у приймальній котушці, в середині якої знаходиться ємність з рідиною. У магнітометрі котушка збурення (поляризації) є одночасно й приймальною котушкою. Потужність ЕРС,що індуктується, падає за час релаксації згідно експоненціального закону. Час релаксації вимірюється долями секунди, але це є цілком достатньо для вимірів. Сигнал підсилюють та подають на частотомер. Вимірюють частоту, а за її значенню - значення модулю Т (згідно з формулою (3)). Час вимірювання дорівнює декільком секундам.

У Магнітометрі ММП-203 як робочу речовину використовують керосин. Він має відносно малий час релаксації (близько 1,2 сек) та низьку температуру замерзання (мінус 70 єС). Конструктивно МПП-203 складається з двох блоків - магніто-чутливого перетворювача (МЧП) та вимірювального пульту (див. рис. 7.5). У вимірювальному пульті є місце для розміщення сухих елементів живлення.

До складу магнітометра входить:

Магніточутливий елемент (давач)

Вимірювальний блок

З'єднувальний кабель

Акумулятор

Штанга

Етапи підготовки магнітометра ММП-203 до роботи.

Встановити ручку перемикача діапазонів в положення “Викл.”

Повернути на 5-6 обертів вліво два невипадаючих гвинти, розміщених з боку дна батарейної касети, від'єднати батарейну касету від корпусу вимірювального блоку.

Відкрутити гвинт кришки люка, розміщеного на дні вимірювального блоку, зняти кришку. Перемикач “Робота-Контроль” встановити в положення “Контр.” (контроль).

Перемикач “Нагрів” встановити в положення “Викл.”.

Перемикач “Авт.-Руч.” Встановити в положення “Руч.” (ручне управління роботою магнітометра).

Встановити елементи “373” в батарейній касеті згідно надрукованого на на контактних пружинах.

З'єднати кабель, що приєднаний з лицевого боку панелі з давачем.

Включити магнітометр поворотом ручки управління в дудь-яке положення перемикача піддіапазонів. Короткотривалим натискуванням на ручку управління провести виміри контрольної частоти. Після завершення циклу вимірювань на цифровому індикаторі висвітиться контрольне число 45879±1 а на сегментах 6-го розряду індикатора - символи контролю джерела живлення та проходження сигналу.

Виключити магнітометр. Від'єднати батарейну касету. Встановити перемикач “Робота-Контр.” в положення “Робота” і закрити кришкою люк з додатковими органами управління. Приєднати батарейну касету до вимірювального блоку.

Вибрати місце за межами приміщення, яке вільне від впливу сильних завад і градієнтів більше 200 нТл/м і в робочому положенні давача провести серію вимірів магнітної індукції, попередньо встановивши ручку управління на необхідний діапазон. Якщо різниця в показах магнітометра не перевищує ±2 нТл, магнітометр справний і готовий до роботи.

Перед початком геомагнітних зйомок необхідно:

закріпити вимірювальний блок магнітометра на ранцевій підвісці на грудях оператора;

перевірити відсутність намагнічених предметів у оператора (годинник, мобільний телефон, ключі і т.п.);

зорієнтувати давач в положенні, коли смуга на його корпусі (її напрямок) збігався з площиною магнітного меридіана (відхилення не більше ± 5-10о) ;

пробними вимірами встановити ручку перемикача під діапазонів в потрібне положення (в районі корпусів ІФНТУНГа робочий під діапазон 49600 нТл (№7) ;

при появі сумнівного результату вимірювання оператор зобов'язаний повторити виміри і переконавшись в ідентичності отриманих значень, записати покази в журнал спостережень. При цьому необхідно також зазначити дату, ділянку, профіль, пікет та час (год., хвил.) спостереження.

По завершенню роботи магнітометр виключити, розібрати на блоки і скласти в пакувальний ящик.

Оформлення результатів роботи

Результати роботи повинні включати:

Опис будови і принципу дії магнітометра М-33.

Опис будови і принципу дії магнітометра МПП-203.

Опис методики підготовки магнітометрів до роботи.

Контрольні питання

До якого типу магнітометрів відноситься магнітометр М-33?

До якого типу магнітометрів відноситься магнітометр МПП-203?

З яких основних блоків складається магнітометр М-33?

З яких основних блоків складається магнітометр МПП-203?

Які основні складові магнітного поля можна виміряти М-33?

Які основні складові магнітного поля можна виміряти МПП-203?

Поясніть ефект Зеемана.

Перелічіть етапи підготовки М-33 до роботи.

Перелічіть етапи підготовки МПП-203 до роботи.

Як проводиться вимірювання магнітометром на точці?

За якою формулою визначається аномальне магнітне поле?

Яка точність вимірювання магнітометром М-33?

Яка точність вимірювання магнітометром МПП-203?

Перелік рекомендованих джерел

1. Анікеєв С. Г., Степанюк В. П., Гравірозвідка і магніторозвідка: Навчальний посібник: Івано-Франківськ: - Факел, 2003. - 247 с.

2. Степанюк В. П., Штогрин М. В. Основи геофізики. Лабораторний практикум: Івано-Франківськ: - Факел, 2004. - 141 с.

3. Степанюк В. П., Штогрин М. В., Анікеєв С. Г. Навчальна практика. Програма та методичні рекомендації для студентів V курсу спеціальності «Геофізика». - Івано-Франківськ: - Факел, 2005. - 49 с.

Размещено на Allbest.ru

...