Способ определения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля

Изобретение относится к геофизике, в частности к палеомагнетизму. Технический результат: дистанционное определение положения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах льда, увеличение глубины исследования. Сущность: Положение границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля, определяют радиолокацией импульсами магнитного поля с помощью радиолокационных станций с энергетическим потенциалом 500-600 дВ. В состав излучающего и приемного устройств радиолокационных станций входят горизонтальные магнитные диполи. Выделяют границы сравнением данных радиолокации импульсами магнитного поля и радиолокации импульсами электрического поля.

 

Изобретение относится к физике земной коры, в частности к палеомагнетизму.

Известен способ определения положения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах горных пород, с помощью отбора ориентированных образцов горных пород из обнажений, скважин и других горных выработок и далее определения направления вектора остаточной намагниченности в лаборатории [1]. Прототип.

Недостатками этого способа для изучения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах льда, являются:

- необходимость не всегда технически возможной (без бурения специальных скважин) трудоемкой операции - отбора ориентированных образцов, особенно при изучении значительных по площади территорий;

- трудности лабораторного изучения намагниченности льда ввиду того, что она очень мала.

Примеры палеомагнитных исследований льда в научной литературе отсутствуют.

Техническая задача заключается в дистанционном определении границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах льда ледниковых щитов и других полярных покровных ледников без отбора образцов.

Предлагается способ определения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах льда ледниковых щитов и других покровных полярных ледников, отличающийся тем, что положение этих границ раздела определяют дистанционно радиолокацией импульсами магнитного поля с применением радиолокационных станций с энергетическим потенциалом 500-600 дБ, имеющих в составе излучающего и приемного устройств горизонтальные магнитные диполи, а выделяют их, среди прочих, сравнением данных радиолокации импульсами магнитного поля и радиолокации импульсами электрического поря.

Введенный в формулу изобретения такой существенный элемент, как радиолокация, позволяет дистанционное определение положения изучаемых границ.

Введенный в формулу изобретения такой существенный элемент, как радиолокация импульсами магнитного поля с применением для их создания и регистрации горизонтальных магнитных диполей, позволяет дистанционное определение положения границ раздела, на которых меняется только магнитная проницаемость.

Введенный в формулу изобретения такой существенный элемент, как радиолокация импульсами магнитного поля радиолокационной станцией (РЛС) с энергетическим потенциалом 500-600 дБ, позволяет устанавливать положение границ раздела слабоконтрастных сред и многократно увеличить глубину исследования в сравнении с радиолокацией импульсами электрического поля.

Введенный в формулу изобретения такой существенный элемент, как одновременная радиолокация импульсами магнитного и электрического полей, позволяет выделить среди прочих границ раздела те, которые образованы инверсиями геомагнитного поля, поскольку радиолокацией импульсами электрического поля они не обнаруживаются.

Способ осуществляют следующим образом. Производят одновременно или поочередно радиолокацию импульсами магнитного и электрического полей либо в точках по профилю, либо в движении по земной поверхности, либо с воздуха. РЛС для зондирования импульсами магнитного поля содержит горизонтальные магнитные диполи в излучающем и приемном устройствах, генератор магнитных моментов на основе сверхпроводников и SQUID-магнитометр, что позволяет довести энергетический потенциал РЛС до 560 дБ, а при работе с накоплением отраженных сигналов до 600 дБ [3]. На границе раздела, соответствующей магнитной инверсии, в однородной по всем прочим параметрам толще льда с остаточной намагниченностью J_n в оправдывающемся на опыте предположении, что напряженность магнитного поля Н после инверсии по величине полностью восстанавливается, эффективная магнитная проницаемость горных пород меняется с μ ₁=l+4π (J_n/H+χ )H на μ ₂=1+4π (-J_n/Н+χ )Н (здесь χ - магнитная восприимчивость). Отсюда на этой границе меняется и импеданс в поле достаточно высокой частоты от √ μ ₁/εдо √ μ ₂/ε. Эта граница раздела является достаточно резкой, поскольку время ее образования и скорость накопления толщ льда, за отдельными исключениями локального характера, в геологическом масштабе времени малы. Опуская вычисления, получим приближенно, что коэффициент отражения R=2π J_n. Лед относится к числу диамагнитных веществ. В силу того, что он содержит в себе частицы космического происхождения, тонкодисперсные продукты вулканических извержений, в том числе далеких, захваченные в ходе накопления газообразные вещества и в прибрежных районах соли, содержащиеся в морской воде, лед в процессе накопления приобретает остаточную намагниченность J_n, хотя заведомо малую. Для простоты положим J_n=10^-5/2π . Тогда R=10^-5 и потери на отражение (-20 lgR) равны 100 дБ. Главные потери - поглощение на пути 2h туда и обратно - равны 2hN, где N удельное поглощение электромагнитного импульса, равное для полярных ледников 0,1 дБ/м [2]. Общие потери в децибеллах включают еще потери вследствие расхождения фронта волны, равные 5+20 lgh, суммарные потери на рассеяние и деполяризацию волны с учетом ее фокусировки, равные 40,7 дБ [2]. Отсюда, с учетом всех потерь, возможная глубина определения границы раздела, образованной инверсией геомагнитного поля, в однородной толще льда при энергетическом потенциале 560 дБ может достигнуть 1700 м, с увеличением энергетического потенциала до 600 дБ - 2000 м. Использование летательных аппаратов (потери при двойном прохождении границы воздух - земля ~ 20 дБ) уменьшает глубину исследования до 1500 и 1800 м соответственно. В наземном варианте глубина исследования может быть увеличена помещением датчика приемного устройства в имеющейся или специально пробуренной скважине. Энергетический потенциал РЛС, использующих импульсы электрического поля, равен ~ 150 дБ. Очевидно, что сигналы, отраженные от границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля, радиолокацией импульсами электрического поля, не могут быть обнаружены. Отсюда сравнение данных радиолокации импульсами магнитного и электрического полей позволяет выделить эти границы раздела, проследить их на местности и определить глубину их расположения.

Преимущество предлагаемого способа состоит в дистанционном обнаружении, выделении среди прочих границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля, и определении их положения в толще льда.

Источники информации

1. Магниторазведка (справочник геофизика). М.: изд. "Недра", 1980 - 367 с. (см. с.210 и далее).

2. В.Богородский, Ч.Бентли, П.Гудмандсен. Радиогляциология. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 312 с.

3. B.C.Якупов, С.В.Якупов. Зондирование земных сред импульсами магнитного поля. //ДАН, 2002. т.384, №6. С.815-817.

Способ определения границ раздела, образованных инверсиями геомагнитного поля в толщах льда ледниковых щитов и других покровных полярных ледников, отличающийся тем, что положение этих границ раздела определяют дистанционно радиолокацией импульсами магнитного поля с применением радиолокационных станций с энергетическим потенциалом 500-600 дБ, имеющих в составе излучающего и приемного устройств горизонтальные магнитные диполи, а выделяют их, среди прочих, сравнением данных радиолокации импульсами магнитного поля и радиолокации импульсами электрического поля.