Метод переходных процессов при изучении геологических сред с магнитной вязкостью

Abstract

У статті обговорено вплив магнітної в'язкості геологічних середовищ на індукційні перехідні характеристики. Магнітна в'язкість — одна з властивостей феромагнетизму. В гірських породах і ґрунтах вона пов'язана передусім з релаксацією намагніченості суперпарамагнітних ультрадисперсних часточок феримагнітних мінералів. В методі перехідних процесів (МПП) магнітна в'язкість проявляється у вигляді ЕРС, яка спадає обернено пропорційно першому степеню часу. Здебільшого вплив магнітної в'язкості розглядають як геологічну перешкоду, яка утруднює та унеможливлює інтерпретацію індукційних перехідних характеристик у термінах електропровідності. Водночас є свідоцтва того, що прояви магнітної в'язкості в МПП відбивають історію формування та деякі особливості мінералогії геологічних середовищ. Унаслідок цього уявляється актуальним навчитися, по-перше, застосовуючи установки різної геометрії, послабляти або підвищувати ефекти магнітної в'язкості і, по-друге, інтерпретувати їх в термінах, які вживають фахівці у сфері магнетизму гірських порід. Розглянуто способи і результати розрахунків індукційних перехідних характеристик за наявності середовищ з магнітною в'язкістю, а також дані лабораторних вимірів цього параметра на частотній та тимчасовій ділянках. На прикладі інверсії польових матеріалів у межах моделі середовища з магнітною сприйнятливістю, яка залежить від часу, показано, яка магнітна в'язкість може бути використана як джерело важливої геологічної інформації. Відображено перший досвід застосування МПП для цілеспрямованого вивчення релаксації намагніченості геологічних середовищ. У статті не висвітлено проблеми еквівалентності, роздільної здатності, впливу похибок вимірювань на якість розв’язку оберненої задачі, які мають скласти предмет спеці ального дослідження.

The paper discusses the effect of magnetically viscous geological materials on the TEM response. Magnetic viscosity is a property of ferromagnetism. In rocks and soils it is often associated with superparamagnetism, or magnetic relaxation of ultra-fine ferrimagnetic mineral grains. Magnetic viscosity in TEM data shows itself as voltage decaying inversely proportional to the first power of time. Most often it is treated as a geologic noise that hinders inversion of TEM response in terms of electrical conductivity. On the other hand, there is evidence that magnetic viscosity effects are related to the mineralogy and history of natural and man-made geological materials. Therefore, it appears reasonable to learn how, (1) using TEM systems of different geometry, to amplify or depress the magnetic viscosity response and (2) interpret it in terms of rock magnetism. We show, through forward calculation of TEM responses, laboratory magnetic viscosity measurements both in time and frequency domains, and inversion of the field TEM data in terms of time-dependant magnetic susceptibility, how magnetic viscosity effects can be used as a source of important information on the near-surface geology. The discussed results present a first experience in applying the TEM method to purposeful investigation into magnetic relaxation of rocks. There are still a number of important issues that remain beyond this consideration and will be a subject of a special study, namely, equivalence, resolution, and influence of measurement errors on the inversion quality.

В статье обсуждается влияние магнитной вязкости геологических сред на индукционные переходные характеристики. Магнитная вязкость - одно из свойств ферромагнетизма. В горных породах и грунтах она связана преимущественно с релаксацией намагниченности ультрадисперсных частиц ферримагнитных минералов - явлением суперпарамагнетизма. В методе переходных процессов магнитная вязкость проявляется в виде ЭДС, убывающей обратно пропорционально первой степени времени. В большинстве случаев влияние магнитной вязкости рассматривается как геологическая помеха, затрудняющая или делающая невозможным интерпретацию индукционных переходных характеристик в терминах электропроводности. В то же время, имеются свидетельства того, что проявления магнитной вязкости в методе переходных процессов отражают историю формирования и некоторые особенности минералогии геологических сред. Поэтому представляется актуальным научиться, во-первых, используя установки разной геометрии, ослаблять или усиливать эффекты магнитной вязкости и, во-вторых, интерпретировать их в терминах, используемых специалистами в области магнетизма горных пород. В статье обсуждаются способы и результаты расчетов индукционных переходных характеристик при наличии сред с магнитной вязкостью, а также данные лабораторных измерений магнитной вязкости в частотной и временной областях. На примере инверсии полевых материалов в рамках модели среды с зависящей от времени магнитной восприимчивостью показано, как магнитная вязкость может быть использована в качестве источника важной геологической информации. Приведенные материалы отражают первый опыт применения метода переходных процессов для целенаправленного изучения релаксации намагниченности геологических сред. В статье не рассмотрены проблемы эквивалентности, разрешающей способности, влияния погрешностей измерений на качество решения обратной задачи, которые должны составить предмет специального исследования.