Магниторазведка в археологии-4

2.3. Намагниченность.

Магнитные аномалии обусловлены двумя видами намагниченности: индуцированной и остаточной.
Индуцированная намагниченность проявляется как реакция материала на воздействие внешнего магнитного поля (например, поля Земли). Убрать или изменить внешнее поле – исчезнет или изменится индуцированная намагниченность. Для предметов, представляющих поисковый интерес, этот вид намагниченности большого значения не имеет – основную часть магнитных аномалий обеспечивает остаточная намагниченность. Как следует из названия, это намагниченность связана с историей образования материала, из которого предмет состоит. Вызвана она поведением доменов – крошечных кусочков вещества, имеющих магнитные свойства. В неком исходном состоянии домены (и их векторы намагничивания) ориентированы в пространстве хаотично, и суммарное поле предмета невелико. Если же предмет (горную породу, либо кусок железа) расплавить, домены обретут подвижность и ориентируются по внешнему магнитному полю (например, по полю Земли). При охлаждении они останутся в этом положении, и предмет обретёт суммарную, гораздо более сильную, намагниченность. Вот это и есть остаточная намагниченность (поэтому её иногда называют термоостаточной), которая обеспечивает 90% интенсивности всех наблюдаемых магнитных аномалий.

2.4. Аномалии магнитного поля.

Если предмет имеет приблизительно изометричную форму (т.е. ширина и длина его отличаются не более, чем в 2-4 раза), то магнитная аномалия в на расстоянии 3-4 радиусов от него имеет вид аномалии от магнитного диполя (рис.3). Поле диполя затухает обратно пропорционально кубу расстояния от магнитометра до тела. Вертикальный и горизонтальный градиенты поля на таком расстоянии примерно одинаковы. Соотношение положительной и отрицательной частей аномалий зависит от направления вектора остаточной намагниченности объекта и от положения самого объекта в пространстве.

Рис. 13. Поле магнитного диполя в виде изолиний и в виде графиков по маршрутам, пересекающим аномалию.

Если предмет сильно вытянут (трубопровод, трос и т.д.), то графики над ним (при поперечных маршрутах) будут иметь вид графика на final traverse рис.13. Зависимость амплитуды и ширины аномалии от размера и глубины залегания тела показаны на рис. 14. Очевидно, что при одинаковой намагниченности малое тело, залегающее на небольшой глубине, может давать аномалию той же амплитуды, что и большое, однако будет отличаться своей шириной. Обратите внимание, что градиент поля (скорость изменения в пространстве) также будет отличаться – у близповерхностного малого тела градиент больше.

Рис.14. Влияние размера и глубины тела на вид магнитной аномалии.

3. Как это делается?

Технология магниторазведочных работ при археологических исследованиях

3.1. Чем работаем? Магнитометры и градиентометры

Наиболее известный вид магниторазведочной аппаратуры – магнитометр. Его модифицированная разновидность – градиентометр. Принципы измерения магнитного поля в этих приборах одинаковы – они могут быть протонные, феррозондовые, квантовые и т.д, различны лишь конструктивные решения, которые позволяют решать несколько разные задачи.
Рассмотрим наиболее широко применяющиеся виды магнитометров. В первую очередь это, конечно, протонные, феррозондовые и квантовые магнитометры. Все они обладают определёнными преимуществами и недостатками. Есть, конечно, ещё криогенные магнитометры, магнитометры на эффекте Холла, индукционные. Но пешеходные магнитометры, представляющие интерес для археологических изысканий, это, конечно, протонные, феррозондовые и в меньшей степени квантовые. Не станем утомлять читателя описанием физических принципов этих приборов – они подробно рассмотрены во многих источниках. Остановимся лишь на их сравнительных характеристиках.

Казалось бы, основная характеристика магнитометра – чувствительность. Однако это не совсем так. Например, криогенные магнитометры легко достигают чувствительности 0,0001 нТл, но они настолько неудобны, громоздки и капризны, что их не применяют даже в аэроварианте (хотя попытки были).
Квантовые магнитометры также вполне способны показать точность 0,01 нТл, но имеют весьма строгие ограничения по ориентации датчиков. Их уже много лет успешно используют при аэромагнитных съёмках.
Феррозондовые магнитометры, обладая весьма высокой точностью измерений и способностью выдавать не дискретные, как квантовый и протонный магнитометры, а непрерывнй сигнал, чувствительны к изменениям температуры, что доставляет конструкторам определённые хлопоты со «сползанием нуля» прибора.
Протонные же магнитометры, будучи менее чувствительны, оказались очень неплохими в смысле стабильности, малой подверженности температурным изменениям и к ориентации по сторонам света (хотя последняя всё-таки присутствует). К недостаткам протонных следует отнести дискретность измерений, требующую остановки на каждой точке, громоздкость и большой вес датчиков, а также невозможность измерений в сильных полях.
Ещё о чувствительности. Если вы видите в паспорте прибора чувствительность 0,1 нТл, то это совершенно не значит, что вы сможете обнаружить аномалию величиной хотя бы 1 нТл! Во-первых, на эту 0,1 нТл накладывается температурный дрейф нуля прибора (несколько нТл). Во-вторых, влияние пространственной ориентации прибора – ещё 2-4 нТл. Ну, и, естественно, уже знакомые нам вариации геомагнитного поля. Словом, как показывает многолетняя практика, выделить в процессе стандартной площадной пешеходной съёмки аномалию амплитудой менее 3-7 нТл невозможно. При маршрутной же съёмке (когда поисковик идёт по какому-то маршруту, часто по пересечённой местности), стараясь выделить аномалию по текущим показаниям прибора, аномалию даже в 10-20 нТл поймать весьма сложно. Так что, уважаемый поисковик, переключи на своём приборе чувствительность с 0,1 на 1 нТл и с лёгким сердцем приступай к работе, не заморачиваясь разглядыванием десятых долей на дисплее!
Ещё важная характеристика магнитометра – способ регистрации. Если информация выводится только на табло в цифровом виде и (или) на магнитный носитель, то, конечно же, это прибор, предназначенный для площадных съёмочных работ. Эти работы достаточно сложны, требуют материальных и временных затрат, а результат, представляемый в виде карт магнитного поля участка, выдаётся только спустя определённое время.
Поисковый прибор должен иметь световую (изменяющаяся шкала) и звуковую индикацию. Это позволяет оперативно, по ходу полевых исследований, видеть аномалию, отыскивать её центр и сразу принимать решение на предмет её перспективности. Самый распространённый поисковый прибор – ручной металлодетектор, но его глубинность оставляет желать много лучшего.
Требованиям более мощного глубинного поискового прибора отвечают магнитометры-градиентометры. Являясь, по сути, двумя магнитометрами, объединёнными в единый прибор, градиентометр даёт владельцу информацию не о численном значении поля в точке измерения, а о разнице поля между двумя точками пространства – о градиенте. Поскольку градиент поля Земли, геологических структур и временных вариаций исчезающее мал, градиентометр его игнорирует. А вот градиент от результатов человеческой деятельности, напротив, велик. Поле от небольших предметов человеческой деятельности невелико, но затухает настолько быстро, что это затухание (градиент) легко фиксируется градиентометром без предварительного построения карт магнитного поля. Уловит этот перепад и обычный магнитометр, но для этого оператору придётся на каждой точке производить не один, а два замера – внизу, на уровне земли, и выше на 1-2 метра, что, конечно же, неудобно. Но для правильного измерения поля магнитометром в необходимо останавливаться на каждой точке, и это уже неудобно вдвойне.