Физические поля и аномалии

Под физическим полем понимают пространство, каждая точка которого может быть охарактеризована некоторой величиной постоянного или меняющегося значения соответствующего физического свойства (параметра).

В зависимости от того, имеет ли данная физическая величина направление или не имеет, физическое поле может быть векторным или скалярным.

Если в некоторый момент времени абсолютная величина (модуль) и направление физической величины во всех точках некоторой области одинаковы, то поле называют однородным в этой области. Различают изотропное и анизотропное физические поля. Изотропное поле однородно по любому направлению, анизотропное - по некоторым направлениям, обычно по двум.

Если абсолютная величина (модуль) и направление физической величины меняются от одной точки к другой, то такое поле называется неоднородным. Его можно охарактеризовать линиями (в сечениях) или поверхностями (в объеме) равных значений.

Если модуль и направление физической величины в каждой точке пространства в те­чение длительного времени не меняются, то такое поле называют постоянным, в противном случае поле будет переменным. В зависимости от закона, по которому изменяется физическая величина, поле называют гармоническим (величина меняется по закону синуса-косинуса), импульсно-периодическим, апериодическим и т.д.

Физическое поле, особенности которого зависят от геологического строения земной коры, называется геофизическим. Каждому сочетанию геологических объектов соответствует определенное геофизическое поле. Только благодаря этому существует возможность рас­шифровать полученные геофизические данные.

При решении геологических задач геофизическими методами используется отличие объекта от вмещающей среды по физическим свойствам, специфически проявляющееся в изучаемых физических полях. Чем больше разница в физических параметрах геологического тела по отношению к вмещающим породам, тем контрастнее оно будет проявляться в соответствующих физических полях в виде так называемых геофизических аномалий. Возникновение аномалий обусловле­но одной из двух причин: локальный объект представляет собой аномальный источник естественного фи­зического поля, либо он вызывает искажения естественного или искусственно созданного поля.

Например, обладающий относительно пониженной плотностью соляный купол создает отрицательную аномалию силы тяжести; линза глин, обладающая повышенной магнитной восприимчивостью, изменяя магнитное поле Земли, создает положительную аномалию; кристаллическая порода, обладающая повышенным электрическим сопротивлением, экранирует пропускаемый в землю электрический ток и создает положительную аномалию в искусственно созданном электрическом поле.

Таким образом, геофизическая аномалия - это особенность геофизического поля, обуслов­ленная влиянием одного или нескольких искомых геологических тел. Аномалии проявляются на фоне нормального геофизи­ческого поля, тоесть такого его распределения, которое отмечалось бы в любой данной точке пространства, если бы интересующего нас объекта, создающего изучаемую аномалию, не существовало. В про­стейшем случае нормальное поле - это однородное геофизическое поле, отвечающее одно­родной геологической среде. Нормальное поле может быть и неоднородным, если создаю­щая его геологическая среда сложена толщей однотипных пород с различными физическими свойствами. В общем случае под нормальным полем понимают поле крупной фоновой геологической структуры или целого региона по отношению к полю, создаваемому более мелкой искомой структурой.

Понятия нормального физического поля и геофизической аномалии носят относи­тельный характер. Локальные магнитные аномалии от кимберлитовых трубок проявляются на фоне региональной аномалии от массива основных пород, залегающего на глубине (рис. 3.2). По­следняя при изучении трубок будет принята за нормальное поле. Если же будет исследо­ваться массив основных пород, то нормальным будет считаться поле созданное вмещающи­ми его породами гранитоидного состава.

Геофизические поля, создаваемые зонами интенсивной трещиноватости во вмещающих кимберлитовую трубку породах, являются аномальными, если эти зоны являются объектом исследований, и - осложнениями нормального поля, если объектом исследований является кимберлитовая трубка.

Геологические тела, вызывающие аномалии, принято называть возмущающими или аномалиеобразующими объектами.

Геофизическая аномалия характеризуется интенсивностью, формой и размерами - в зависимости от того, наcколько физические параметры объекта отличаются от свойств вме­щающих пород: от размеров, глубины залегания, формы и других геометрических характе­ристик возмущающего объекта.

Обязательной причиной появления геофизической аномалии является разница в фи­зических свойствах возмущающего объекта и вмещающих его пород. Если его плотность или намагниченность не отличаются от плотности и намагниченности вмещающей среды, то он не проявится в гравитационном или магнитном полях. И наоборот, чем больше разница в фи­зических свойствах, тем более интенсивной будет наблюдаемая над объектом аномалия.

Площадь аномалии в плане зависит от размера аномалиеобразующего объекта и глу­бины залегания его верхней кромки. Чем ближе к поверхности расположен объект, тем более компактную по размерам и форме и более интенсивную и контрастную по амплитуде аномалию он создает (рис. 3.3).

Геофизические поля условно разделяются на поля информативные и поля-помехи. К информативным - относятся поля, отражающие влияние изучаемых геологических объектов, к помехам - поля, вызванные объектами, которые для данных исследований не пред­ставляют интереса. В каждом геофизическом методе существуют свои поля-помехи, для борьбы с которыми создаются специальные методы. В электрическом методе помехами являются промышленные (блуждающие) токи и естественные (теллурические) токи; в гравитационном методе – влияние притяжения Луны и Солнца.