Общая характеристика намагниченности горных пород

Связь между изменениями магнитного поля и геологическим строением наглядно подтверждается сопоставлением магнитных и геологических карт районов, где геологическое строение хорошо известно. Сравнивая карты, можно установить, что простирание осей магнитных аномалий совпадает с простиранием геологических образований, нарушение простирания магнитных пород находит соответствующее изменение в контурах изолиний магнитного поля; при неглубоком залегании тел и крутом их падении контуры положительной части аномалий, как правило, приблизительно определяют контуры выхода тел; наклонное положение намагниченных тел в пространстве вызывает специфические изменения формы магнитных аномалий, которые могут быть использованы для суждений об угле падения намагниченных тел в закрытых районах; на картах магнитного поля достаточно ясно отражаются такие факты, как распространение магнитных пород в глубину, глубина залегания верхней кромки намагниченных тел.
Удобным способом решения перечисленных задач о форме и положении тел в пространстве является аналитическое выражение напряженности аномального поля намагниченных тел и применение к нему современных средств анализа.
Изучая связь между магнитным полем и геологическим строением в открытых районах, нетрудно заметить, что изменение интенсивности аномалий связано с изменением состава пород. Интенсивность же аномалий в данном случае (при неглубоком залегании намагниченных тел) зависит в основном от намагниченности пород. Этот признак не является единственным, так как для некоторых пород и рудных образований характерными являются форма тел, изменчивость содержания ферромагнитных минералов и др. Так, например, пласты железистых кварцитов создают линейно вытянутые аномалии высокой интенсивности, кимберлитовые трубки — аномалии овальной формы; траппы Сибирской платформы имеют ярко выраженные особенности в виде резко меняющихся значений знака аномального поля; резко меняющиеся значения напряженности поля наблюдаются над выходами серпентинитов и т. д. Однако с увеличением глубины залегания намагниченных тел аномальное магнитное поле уменьшается по напряженности и сглаживается, вследствие чего при глубоком залегании намагниченных пород намагниченность их, вычисляемая по наблюдаемым аномалиям, становится в большинстве случаев единственным признаком для суждения о вещественном составе пород, если нет никаких других данных, полученных независимо от магниторазведки.
С различной степенью приближения средняя намагниченность пород, создающих магнитные аномалии, может быть вычислена. Для практического использования этой величины при геологических исследованиях нужно располагать достаточно полными сведениями о намагниченности различных горных пород, накопленными в процессе выполнения предшествующих работ.
Уже в первые годы применение магнитного метода в геологических работах сопровождалось измерением магнитных характеристик горных пород по образцам, собираемым на выходах пород и в горных выработках. Основное внимание было направлено на измерение магнитной восприимчивости пород в предположении, что магнитные аномалии возникают вследствие индуктивного воздействия современного магнитного поля. Значительная роль остаточной намагниченности горных пород отмечалась в советской литературе в середине 20-х годов в работах Ф.Ю. Левинсона-Лессинга и Н.К. Щодро. В середине 30-х годов в магнитной лаборатории ВСЕГЕИ (Всесоюзный геологический институт) в связи с явной невозможностью объяснить некоторые сильные магнитные аномалии индуцированной намагниченностью вызванной современным земным полем, были выполнены измерения остаточной намагниченности большого количества образцов пород различного состава. Было установлено, что некоторые породы обладают остаточной намагниченностью, в десять и более раз превышающей индуцированную современным полем, в связи с чем были разработаны методика и техника лабораторных и полевых измерений одновременно остаточной и индуцированной намагниченности по образцам произвольной формы для широкого распространения в практике магниторазведочных работ. Основные положения методики и техники измерения остаточной намагниченности образцов горных пород в связи с производством магниторазведочных работ используются до настоящего времени.
Полевые геофизические партии ежегодно производят большое количество определений магнитной восприимчивости образцов горных пород и остаточной намагниченности некоторых из них. Специальные исследования производятся в научно-исследовательских институтах. Установлено, что магнитные породы одного наименования обладают намагниченностью, меняющейся в широком диапазоне, благодаря чему одинаковая намагниченность может быть свойственна породам различного состава и названия.
Это обстоятельство ставит под сомнение целесообразность вычисления намагниченности горных пород в процессе геологической интерпретации магнитных аномалий. Однако ни один метод геологических исследований не применяется изолированно от других. В любом случае некоторые сведения о геологическом строении уже имеются; опираясь на них, из многих возможных предположений о составе пород можно принять лишь немногие достаточно вероятные и даже вполне достоверные. Примером могут служить многочисленные открытия магнетитовых месторождений, оконтуривание массивов изверженных пород определенного состава и др. При изучении глубинного геологического строения в связи с поисками нефти и газа магниторазведка, как правило, планируется вместе с геологической съемкой и другими геофизическими методами. Сведения о намагниченности, электропроводности, плотности и упругих свойствах горных пород, с учетом имеющихся результатов опорного, а иногда и разведочного бурения, обеспечивают возможность весьма эффективного использования совокупности физических характеристик горных пород района исследований. По этой причине данные о физических свойствах горных пород сохраняют свое важное значение, особенно в границах отдельных геологических регионов, когда намагниченность одновозрастных пород одного наименования часто оказывается практически одинаковой (т. е. вычисленные средние значения намагниченности расходятся в пределах погрешности вычисления).
Использование сведений о намагниченности горных пород как справочных данных для определения вещественного состава источника аномалии по вычисленной величине намагниченности имеет наиболее важное, но не единственное значение. Эти сведения необходимы при проектировании геологосъемочных, поисковых и разведочных работ, во-первых, для решения вопроса о целесообразности применения магнитного метода и, во-вторых, для выбора наиболее рациональной методики работ. Сведения о намагниченности пород и руд приобретают особо важное значение при оценке размеров рудных тел, создающих магнитные аномалии, когда они могут быть получены независимым от измерения данной аномалии путем, например по образцам из горных выработок или скважин на данной аномалии (при условии, что образцы достаточно представительны) или из расчетов по аномалиям над хорошо разведанными другими рудными телами того же месторождения.
Аналитические способы вычисления намагниченности неразрывно связаны с предварительным вычислением размеров, формы и положения тела в пространстве. Грубые ошибки в нахождении геометрических параметров соответственно влияют, на качество вычислений намагниченности. В том случае, когда размеры тела вычислены, независимое определение намагниченности используется в качестве контрольного. Ho при поисках и разведке рудных месторождений довольно часто встречаются случаи, когда наблюдаемое поле отождествляется с полем над телами такой формы, для которых может быть вычислено только произведение величин намагниченности и объема (шар) или намагниченности и площади нормального сечения (круговой цилиндр и другие близкие к нему тела). Определенная независимым путем величина намагниченности открывает простой путь для определения размеров тела. Вообще говоря, заранее известная намагниченность тел, создающих магнитные аномалии, позволила бы во многих случаях получить объем V намагниченного тела, так как вычисление магнитного момента M=JV по наблюдаемой аномалии является относительно простой задачей. Ho, очевидно, если бы во всех случаях была заранее известна намагниченность горных пород по любому геологическому разрезу, то это означало бы столь подробную геологическую изученность территории, при которой не было бы нужды в применении магнитного метода.
Чтобы дать числовую характеристику намагниченности определенной породы (или руды), отбираются образцы в различных точках и, по возможности, с различных горизонтов в большом количестве. По измеренным значениям индуцированной и остаточной намагниченности или только по магнитной восприимчивости находят среднее арифметическое или наиболее вероятное (а некоторые авторы предлагают определять среднее геометрическое) значение, распространяемое на породы в целом. При большом количестве образцов вычерчиваются кривые частот (вариационные кривые) и составляются карты намагниченности или магнитной восприимчивости пород различных генетических типов и состава.
Среднюю намагниченность можно получить из данных о напряженности аномального поля, если размеры, форма и положение тела в пространстве известны. Кроме простоты в данном случае нельзя недооценивать и большую надежность полученной величины, тогда как при определении намагниченности по образцам (особенно в тех случаях, когда они отобраны только с поверхности) всегда остается сомнение в их достаточной представительности. В случае ярко выраженной неоднородности намагничивания данной породы (руды) это явление можно дополнительно иллюстрировать приложением карты магнитного поля и геологических разрезов с кривыми магнитного поля.
Опыт применения магниторазведки показал, что далеко не все магнитные аномалии укладываются в простую схему, предполагающую намагничивание горных пород в соответствии с величиной и направлением современного магнитного поля. Обнаружены многочисленные случаи обратной полярности намагниченных тел, когда отрицательная часть аномалии наблюдается над выходом тела и во много раз превосходит по интенсивности положительную часть, наблюдаемую за границами выхода. Над многими эффузивными породами отмечаются резко меняющиеся значения напряженности поля, указывающие на большие отклонения вектора намагниченности от направления современного магнитного поля. В угольных бассейнах на площадях развития осадочных пород, среди которых нет сильно магнитных, обнаружены интенсивные магнитные аномалии над пластами выгоревших углей; наблюдаемые аномалии свидетельствуют о том, что направление намагниченности пород, подвергавшихся нагреванию, далеко не одинаково.
Список примеров можно было бы продолжить, но и приведенных вполне достаточно для того, чтобы объяснить большой интерес к выяснению причин намагниченности горных пород, не соответствующей намагничивающему земному полю. Выполненные к настоящему времени исследования расширяют возможности более полного использования магнитных аномалий и намагниченности горных пород для выяснения современного геологического строения и некоторых суждений о тектонических процессах и относительном возрасте пород.
Изучение связи между минералогическим составом пород и их магнитными свойствами открыло путь для разработки нового метода минералогического анализа, названного автором метода магнитно-фракционно-минералогическим.