bài giảng địa vật lý phương pháp thăm dò từ

Nội dung
2.1 Giới thiệu
2.2 Cơ sở vật lý địa chất
2.2.1 Một số khái niệm cơ bản
2.2.2 Các tính chất từ của đất đá
2.3 Trường từ quả đất
2.3.1 Các yếu tố của trường địa từ
2.3.2 Trường từ bình thường và bất thường
2.3.3 Sự biến đổi trường từ theo thời gian
2.4 Công tác thực địa
2.4.1 Nguyên tắc chế tạo máy
2.4.2 Công tác thực địa
2.5 Xử lý tài liệu
2.5.1 Hiệu chỉnh
2.5.2 Biến đổi trường
2.5.3 Minh giải tài liệu
2.6 Phạm vi ứng dụng của phương pháp thăm dò từ
2.1 Giới thiệu
 Thăm dò từ là một phương pháp địa vật lý được áp dụng để
giải quyết các nhiệm vụ địa chất trên cơ sở nghiên cứu đặc
điểm trường từ của Quả đất do mức độ nhiễm từ khác nhau
của các loại đất đá và quặng tạo ra.
 Phương pháp thăm dò từ cũng nghiên cứu trường thế (giống
với phương pháp trọng lực). Tuy nhiên, cường độ trường từ
không chỉ phụ thuộc độ lớn mà còn phụ thuộc phương từ
hóa khác nhau.
2.2 Cơ sở vật lý địa chất
2.2.1 Một số khái niệm cơ bản
 Khối từ và cực từ
Một cách gần đúng có thể coi Quả đất

như một quả cầu bị nhiễm từ và sinh
ra trường địa từ - trường từ của Quả đất
 Lực từ (Định luật Culong)
m
1
, m
2
là khối từ ở các cực, r là khoảng
cách giữa chúng, và  là độ từ thẩm

3
r
mm
1
F
21
r




S (-) (+)N
 Cường độ trường từ
 Thế từ: là công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị khối
từ (+) từ một điểm ra xa vô cùng.
 Đơn vị đo cảm ứng từ:
 Hệ SI: Tesla (T); nanotesla (nT) 1nT=10
-9
T
 Hệ CGS: Gaus (G), gamma () 1=1nT

2
1
1
r
m
m
F

H
Hệ SI A/m
Hệ CGS Oersted (Oe)
2.2.2 Các tính chất từ của đất đá
 Độ từ hóa (J)
Đặc trưng đặc trưng cho mức độ từ
hóa của vật thể nhiễm từ là mô men từ
của một đơn vị thể tích của vật thể bị
từ hóa do tác dụng của trường từ bên
ngoài.
 Độ cảm từ

Đặc trưng cho khả năng nhiễm từ của
các vật thể khác nhau
Đường cong từ trễ
J
H
C
-J
r
+J
r

J
S
H
k
B
A
V
M
J 
HJ


Dựa vào độ cảm từ , người ta chia đất đá, khoáng vật, quặng ra
thành 3 nhóm:
 Nhóm nghịch từ: đất đá có độ cảm từ  âm và rất nhỏ, khoảng
vài đơn vị 10
-6
CGS nhóm thuận từ. Hướng từ hoá của chúng
ngược chiều với hướng của trường từ bên ngoài. Những đất đá,
khoáng vật thuộc nhóm này gồm: thạch cao, thạch anh, muối mỏ,
can xit, dầu mỏ, grafit, vàng, bạc, chì
 Nhóm thuận từ: đất đá có độ cảm từ  > 0 và không lớn
(nn100)10
-6
CGS, phần lớn các đất đá trầm tích, biến chất,
macma đều thuộc nhóm này, ví dụ như nhôm, platin, mangan.
 Nhóm sắt từ: đất đá, khoáng vật có độ cảm từ  > 0 và rất lớn
(n100 n100000)10
-6
CGS. Các khoáng vật sắt từ gồm: manhetit,

titanomanhetit, inmenit,pirotin
Độ cảm từ  của hầu hết các đất đá phụ thuộc trước hết vào tỷ lệ
khoáng vật sắt từ có trong chúng.
 Đất đá trầm tích có từ tính yếu, trừ một số loại như sét, cát kết ra
thì đá trầm tích hầu như không có từ tính.
 Đá magma có từ tính tăng dần từ axit đến mafic và siêu mafic.
 Đá magma xâm nhập có từ tính cao hơn đá phun trào tương ứng.
 Đá biến chất có từ tính rất khác nhau, thường có độ cảm từ thấp
hơn so với magma.
Độ từ hóa cảm ứng và từ hóa dư (J)
Dưới tác dụng của trường từ bên ngoài, đất đá bị nhiễm từ, đó
là từ hóa cảm ứng (J
i
)
Độ từ hóa dư (J
r
) hình thành chủ yếu do yếu tố nhiệt. VD các
đá magma có chứa các khoáng vật sắt từ, lúc hình thành ở
nhiệt độ cao (lớn hơn nhiệt điểm Quiri), sau đó nguội dần và
chịu ảnh hưởng của trường từ ngoài lúc đó.
Độ từ hoá dư là độ từ hoá của đất đá còn giữ lại được trong
thời kỳ thành tạo nó. Như vậy khi nghiên cứu có thể biết được
sự thay đổi của trường địa từ từ trước đến nay, có thể xác định
nguồn gốc sinh thành, tuổi và lịch sử phát triển địa chất của
đất đá. Đây là cơ sở của ngành cổ địa từ.
J
r
J
i
J

Độ từ hóa (J) đo được bao gồm độ
từ hóa cảm ứng và độ từ hóa dư
2.3 Trường từ quả đất
2.3.1 Các yếu tố của trường địa từ
T

Bắc
Đông
Thẳng đứng
I
D
Z

H

X

Y

• Cường độ trường từ toàn phần T
• Thành phần nằm ngang H , phương của H trùng
với phương của kinh tuyến từ
• Thành phần thẳng đứng Z
• Thành phần bắc (hay nam) X
• Thành phần đông (hay tây) Y
• Góc lệch từ D (còn gọi là độ từ thiên).
• Góc nghiêng từ I (còn gọi là độ từ khuynh)
Trường từ của quả đất
/>Con người có cảm nhận được trường từ của quả đất?
2.3.2 Trường từ bình thường và bất thường

• Trường từ của quả đất được coi như
quả cầu bị từ hoá đồng nhất có cường
độ T
0
• Trường từ của các lục địa có độ nhiễm
từ khác nhau và cao hơn hẳn so với các
đại dương có cường độ T
1
• Trường từ của các vật thể địa chất cỡ
lớn có độ nhiễm từ cao có cường độ T
2
• Trường từ của những đối tượng địa
chất tương đối nhỏ có cường độ T
3
• Trường từ biến thiên theo thời gian T.
Như vậy
T ΤΤΤΤΤ
3210


 Trường từ bình thường tại một điểm là trường tổng
cộng của quả cầu bị từ hoá đồng nhất cường độ và
trường từ của các lục địa.
Chú ý: Tuỳ theo nhiệm vụ nghiên cứu mà trong thăm dò
từ người ta qui ước về trường từ bình thường khác
nhau.
 Do đó trường từ bất thường sẽ là hiệu số (gia số) giữa
giá trị trường từ toàn phần với trường bình thường.
erepub
lic.com/focus/f-

news/1920493/posts
The magnetic Earth The World Digital Magnetic Anomaly Map (WDMAM)
shows the variation in strength of the magnetic field after the Earth's dipole
field has been removed. Earth's dipole field is generated by circulating electric
currents in the planet's metal core. It varies from 35,000 nanoTesla (nT) at the
Equator to 70,000 nT at the poles.
2.3.3 Sự biến đổi trường từ theo thời gian
Trường địa từ luôn thay đổi theo thời gian- gọi là sự biến
thiên của trường địa từ.
The starting
point is the
measured
geomagnetic
field at
Nurmijärvi (BX =
north
component, BY =
east component).
/>2.3.3 Sự biến đổi trường từ theo thời gian
 Biến thiên thế kỷ do những quá
trình xảy ra ở bên trong lòng
Quả đất.
This picture which was created by a
computer from a mathematical model,.
Image Source: NASA
2.3.3 Sự biến đổi trường từ theo thời gian
 Các biến thiên theo chu kỳ hàng
chục năm liên quan đến hoạt động
của mặt trời.
 Biến thiên có chu kỳ ngày đêm

biên độ cỡ vài chục . Loại biến
thiên này phụ thuộc vào vĩ độ,
mùa, và có thể liên quan đến hoạt
động của mặt trời đối với các dòng
ở tầng ion.
Image Source: NASA
2.3.3 Sự biến đổi trường từ theo thời gian
 Bão từ là hiện tượng trường từ biến đổi mạnh và không
theo chu kỳ, biên độ có thể biến đổi đến hàng ngàn .
Image Source: NASA
2.4 Công tác thực địa
 Đo giá trị tương đối của cường độ trường từ
toàn phần T hoặc thành phần thẳng đứng Z
 Đo giá trị tuyệt đối
Việc đo giá trị tuyệt đối các yếu tố của trường
địa từ được tiến hành bằng các thiết bị phức tạp
đặt ở các đài thiên văn
2.4.1 Nguyên tắc chế tạo máy
 Nguyên tắc tương tác của trường địa từ lên thanh nam châm. Bộ phận chính
của máy từ - hệ thống nhạy là một thanh từ bền, nó bị lệch đi so với phương
nằm ngang một góc , dưới tác dụng của sự thay đổi trường địa từ từ điểm này
đến điểm kia. Giá trị trường địa từ cần đo được xác định qua góc lệch của
thanh từ.
 Nguyên tắc dựa vào đặc điểm riêng về từ hóa của các vật liệu có độ từ cảm lớn
(từ kế Ferozon). Bộ phận chính gồm có cuộn dây cảm ứng, lõi của nó được làm
bằng hợp kim từ mềm (có độ cảm ứng từ B lớn trong một trường từ yếu và có
lực từ khử rất nhỏ, thường là hợp kim FeNi). Sự thay đổi các tham số điện từ
của yếu tố nhạy từ được ghi bằng các thiết bị điện tử, từ đó có thể xác định
cường độ trường địa từ .
 Nguyên tắc cảm ứng điện từ. Bộ phận chính (hệ nhạy) là một khung dây cảm

ứng được quay bằng mô tơ. Khi đường sức của trường địa từ cắt qua khung
dây thì trong nó xuất hiện một sức điện động tỷ lệ với cường độ trường từ cần
đo.
 Nguyên tắc cộng hưởng từ hạt nhân (từ kế proton). Dựa trên việc đo tần số tuế
sai của các proton (hạt nhân nguyên tử Hydro) trong trường từ của Quả đất.
Tần số tuế sai tỷ lệ với cường độ của trường từ cần đo.
Từ kế proton
Các proton trong nước hoặc trong
các chất lỏng (cồn, kerosen…) được
coi như các lưỡng cực từ nhỏ, khi có
tác dụng của trường từ phân cực thì
chất lỏng đó bị từ hóa và các lưỡng
cực từ này tạm thời bị định hướng
theo hướng của trường từ hóa phân
cực. Trườmg từ phân cực này tạo
với phương của trường từ qủa đất
một góc nào đó (thường vuông
góc). Nếu đột ngột ngắt trường từ
hóa thì các proton sẽ có chuyển
động quay xung quanh trường từ
quả đất, đó là chuyển động tuế sai.
Tần số tuế sai tỷ lệ với cường độ của
trường từ cần đo.
2.4.2 Công tác thực địa
 Đo từ trên mặt đất
Tuỳ thuộc vào nhiệm vụ địa chất và mức độ phức tạp của các
cấu trúc địa chất vùng công tác mà mạng lưới quan sát được
chọn với kích thước khác nhau.
 Phương của các tuyến đo từ phải vuông góc với đường phương
dự kiến của đối tượng khảo sát. Khoảng cách giữa các tuyến phải

chọn sao cho ít nhất có ba tuyến đi qua mỗi đối tượng thăm dò.
 Khoảng cách giữa các điểm đo cũng phải chọn sao cho ít nhất có
3 điểm lọt vào vùng bất thường do đối tượng khảo sát gây ra.
 Mạng lưới khảo sát gồm mạng lưới các điểm tựa (điểm gốc) và
mạng lưới các điểm thường.
 Đo từ hàng không và trên biển
 Đo từ hàng không: đo liên tục
T trên các tuyến bay. Hướng
các tuyến được chọn vuông góc
với đường phương đối tượng,
khoảng cách tuyến đo và độ cao
bay phụ thuộc vào tỷ lệ đo vẽ.
 Đo trên biển: hệ thống gồm 2
từ kế (proton) được kéo theo
tàu.
 Ngoài ra ngày nay còn đo từ vệ
tinh.