У першому наближенні магнітне поле Землі може бути уподібнено полю однорідно намагніченої кулі, або полю диполя (), розташованого в області центру Землі. Ось такого диполя по відношенню до осі обертання Землі становить 11,5. Місця виходу продовжень осі цього диполя на земну поверхню називають геомагнітними полюсами. Прийнято вважати магнітний полюс, близький до північного географічного полюса (між ними близько 1400 км), південним (негативним) геомагнітних. Навпаки, магнітний полюс, що знаходиться в Антарктиді, - північним (позитивним) геомагнітних полюсом. На полюсах вертикальні складові магнітної індукції приблизно рівні 60 мкТл, а горизонтальні - нулю. На екваторі горизонтальна складова приблизно дорівнює 30 мкТл, а вертикальна - нулю.
Як видно з карти (рис. 2.2), геомагнітне поле Землі помітно відрізняється від поля диполя, утворюючи принаймні 4 (дві в північному, одну в південному, одну в Африці) потужні геомагнітні аномалії. Їх називають материковими, або континентальними (), а походження пов'язують з наявністю додаткових магнітних диполів на верхній (
3000 км) і нижньої (
5000 км) кордонах "рідкого" ядра. На території Росії знаходиться позитивна частина Східно-Азіатської аномалії.
Нормальним (або головним) геомагнітних полем () прийнято вважати поле однорідно намагніченої кулі () і додаткових диполів в ядрі, які обумовлюють материкові аномалії (), тобто Карта епохи якогось року є Міжнародним еталонним геомагнітних полем або нормальним магнітним полем.
Карти прийнято будувати через 5 років. Вони дещо змінюються за ці роки, що пояснюється як варіаціями поля в часі, так і появою нових даних глобальних магнітних зйомок (космічних, повітряних, наземних, аквальних).
Відхилення спостережених значень магнітних векторів () від нормального поля становитимуть аномалії регіональні () або локальні () в залежності від площі, на яких вони отримані:. Аномальна частина постійного магнітного поля Землі несе в собі інформацію про геологічну будову верхніх шарів земної кори.
Регіональні аномалії - наприклад, Курська - простягаються на великих територіях і пов'язані з наявністю великих структур, складених породами і залізними рудами з високими магнітними властивостями. Перебуваючи в магнітному полі Землі, вони Намагнітити і створили додаткове аномальне поле, що перевищує нормальний поле в окремих місцях в 2 - 4 рази.
Локальні аномалії обумовлені різною намагніченістю геологічних структур або покладів руд. Регіональні та локальні аномалії бувають позитивними і негативними. За позитивні прийнято вважати ті, для яких і збігаються з відповідної складової нормального поля, а негативні - ті, для яких вони протилежні за напрямком. У північній півкулі і на території Росії переважають позитивні аномалії.
Таким чином, повне постійне магнітне поле Землі () складається з нормального і аномального полів:
Спостереження магнітного поля Землі протягом тривалого часу і палеомагнітні дослідження показують, що напруженість магнітного поля і його елементи змінюються в часі. Ці зміни отримали назву варіацій. Прийнято розрізняти чотири види магнітних варіацій: вікові, річні, добові і магнітні збурення (бурі).
На постоянноe поле Землі накладається змінне магнітне поле або варіації (річні, добові, магнітні бурі), викликані зовнішніми процесами, що відбуваються в іоносфері. Річні варіації - це зміни середньомісячних значень напруженості магнітного поля. Вони характеризуються невеликою амплітудою (десятки нТл).
Добові варіації пов'язані з солнечносуточнимі і лунносуточнимі змінами напруженості геомагнітного поля через зміну сонячної активності. Максимуму варіації досягають днем і при протистоянні Місяця. Річні і добові варіації є плавними, періодичними, незбурених варіаціями. Їх інтенсивність зростає від екватора до полюсів, досягаючи 200 нТл.
Крім незбурених варіацій, існують обурені варіації, до яких відносяться неперіодичні імпульсні варіації і магнітні бурі. Магнітні бурі бувають різної інтенсивності - до 1000 нТл і більше, частіше в північних і південних широтах. Вони виникають спорадично і проходять по всій земній поверхні або одночасно, або з запізненням на кілька годин. Тривалість магнітних бур коливається від декількох годин до декількох діб. Намічається чіткий зв'язок між інтенсивністю магнітних бур і сонячною активністю. У роки максимумів сонячної активності, період яких близько 11 років, спостерігається найбільше число бур. Магнітні бурі залежать від збурень в іоносфері, які, в свою чергу, пов'язані зі спалахами на Сонці і приходом на Землю корпускулярних потоків. Магнітним бурям супроводжують полярні сяйва, погіршення радіозв'язку, виникнення магнитотеллурических полів (див. 7.1). При магніторазведке необхідно враховувати і виключати варіації магнітного поля.
Таким чином, в більш загальному вигляді повний вектор напруженості змінного поля Землі і аномалії можна представити у вигляді:
Регіональні та локальні магнітні аномалії залежать від інтенсивності намагнічування порід як сучасним (індукована намагніченість), так і древнім (залишкова намагніченість) магнітними полями, тобто це векторна сума. Индуцированная намагніченість будь-якого зразка породи дорівнює, де (каппа) - його магнітна сприйнятливість, а - повний вектор постійного геомагнітного поля. Однак цей же зразок несе в собі інформацію про ту намагніченості, яка існувала в момент утворення породи і складним чином змінювалася до теперішнього часу. Її називають залишкової (). Разом з відношенням залишкова намагніченість кількісно характеризує властивість породи зберігати або змінювати намагніченість за весь свій вік, може бути, що становить не один мільйон років.
Прикладом матеріалів і руд, що володіють сильним магнітним полем навіть при екранування від земного магнітного поля, є штучні магніти або природні зразки магнетиту, у яких намагніченість стійка за рахунок залишкової.
Здатність матеріалів і гірських порід намагнічуватися характеризується магнітною сприйнятливістю () - основним магнітним властивістю гірських порід.
В системі Сі це безрозмірна величина. Практично її вимірюють в 10 -5 од. Сі. У різних гірських порід вона змінюється від 0 до 10 од. Сі. За магнітними властивостями мінерали і гірські породи діляться на три групи: діамагнітниє, парамагнітні і феромагнітні. У діамагнітних порід магнітна сприйнятливість дуже мала (менше 10 -5 од. Сі) і негативна, їх намагничение направлено проти намагнічує поле. До діамагнітним відносяться багато мінералів і гірські породи, наприклад, кварц, кам'яна сіль, мармур, нафта, лід, графіт, золото, срібло, свинець, мідь і ін.
У парамагнітних порід магнітна сприйнятливість позитивна і також невелика. До парамагнітним відноситься більшість мінералів, осадових, метаморфічних і вивержених порід.
Особливо великими (до декількох мільйонів 10 -5 од. Сі) мають феромагнітні мінерали, до яких відносяться магнетит, титаномагнетит, ільменіт, пирротин.
У таблиці 2.1 наведені значення деяких породоутворюючих мінералів і порід. З таблиці видно, що сильно магнітними є феромагнітні мінерали. Серед вивержених порід найбільшою магнітною сприйнятливістю мають ультраосновні і основні породи, слабо магнітні та магнітні кислі породи. У метаморфічних порід магнітна сприйнятливість нижче, ніж у вивержених. Осадові породи, за винятком деяких пісковиків і глин, практично немагнітних.
Т а б л і ц а 2.1
Магнітна сприйнятливість пара- і феромагнетиків зменшується з підвищенням температури і практично зникає при температурі Кюрі, яка у різних мінералів змінюється від +400 до +700 С. Максимальна глибинність магниторазведки приблизно становить 25 - 50 км. На великих глибинах температури надр перевищують точку Кюрі, і все що залягають тут породи стають практично однаково немагнітними.
Магнітна сприйнятливість в гірській породі не завжди однакова в усіх напрямках, або изотропна. Вона може змінюватися за різними напрямками, збільшуючись в площині нашарування осадових і Сланцеватая метаморфічних порід, зменшуючись в перпендикулярному напрямку. Відмінності можуть досягати 20%.
Розвідувати геологічні структури та руди з магнітною сприйнятливістю залягають серед порід, що вміщають з сприйнятливістю. Тому, як і в гравиразведки, представляє інтерес надлишкова, або ефективна, магнітна сприйнятливість. Величини можуть бути і позитивними, і негативними, різними за величиною. Завдяки відмінності від нуля і виникають магнітні аномалії.
Магнітну сприйнятливість вимірюють як на зразках гірських порід, так і в природному заляганні. За допомогою так званих астатичних магнітометрів (див. 5.1) вимірюються магнітні властивості зразків довільної форми. Число зразків однієї породи має становити кілька десятків, щоб результати були статистично обгрунтовані. Для вивчення в природних умовах залягання порід застосовуються різного роду каппаметрии.