Магнитометрическая съемка при поиске метеоритов

Магнитометрическая съемка при поиске метеоритов

Л.А.Муравьев - институт геофизики УрО РАН

Наземная магнитометрия, наряду с электромагнитными методами (металлоискателями) является одним из основных методов обнаружения погребенных железосодержащих предметов (неразорвавшиеся боеприпасы, а также метеориты). Несмотря на наличие в арсенале поисковиков современных высокочувствительных глубинных металлоискателей [1], магнитометрический метод поиска не теряет актуальности, хотя и является более затратным и медленным.

Магнитометр, как поисковый прибор обладает большей глубиной детектирования предмета, т.к. магнитное поле объекта убывает пропорционально кубу расстояния, а сигнал электронного металлоискателя - в шестой степени. За рубежом магнитные съемки высокой детальности для целей поиска неразорвавшихся боеприпасов, метеоритов, а также и археологических объектов являются одним из основных предназначением наземных магнитометров [2],[3],[4],[5].

В России исследованиями возможности применения магнитометров для целей поиска железных объектов занимаются сотрудники геологического факультета МГУ [6], применением магнитометрии в археологии в археологии занимается Т.Н.Смекалова [7]. Интересной методикой является технология так называемого <свободного поиска> [8],[9].

Метеоритная экспедиция УГТУ-УПИ в течении многих лет под руководством автора применяет пешеходные магнитометры (MMП-203, POS) для поиска метеоритов[10].

Задачи поиска вещества метеоритного дождя - это фактически разработка методики поиска с помощью магнитометра любых тел, содержащих магнитные элементы или вещества (в частности железо), а также метода оценки по типу аномалии размера, формы, и других характеристик тела - источника аномалии. Решение данного вопроса позволит сразу отличать метеорит от других железосодержащих предметов, находящихся в почве, а также сделать шаг к построению универсального поискового прибора, основанного на ЭВМ или с привлечением оператора.

В работе была использована следующая методика:

1) Многократными измерениями определяется среднее значение магнитного поля в пределах исследуемого участка и примерный ход его в зависимости от высоты, рельефа, времени.

2) Производятся систематические измерения магнитного поля вдоль выбранной сети, в ходе которых обнаруживаются аномалии (скачки, большие градиенты).

3) При обнаружении аномалии проводятся измерения в окрестности этой точки, целью которых является определение типа аномалии (локальные повышения/ понижения, волна, большие хаотические градиенты поля).

4) По типу аномалии производится оценка качественных характеристик, размера тела и т. д. и принимается решение о его извлечении.

Нами накоплен опыт применения указанной методики в различных условиях: 

1) при наличии больших скачков магнитного поля, обусловленных геологическими неоднородностями, характерными для Урала (север Челябинской области, поиск вещества метеоритного дождя Кунашак). В сильноградиентном поле теряется смысл в увеличении чувствительности прибора и могут быть уверенно обнаружены лишь достаточно большие объекты.

2) в условиях достаточно однородного магнитного поля, характерного для степей Нижнего Поволжья (поиск вещества метеоритного дождя Царев). В этом случае при соответствующем учете суточных вариаций может быть проведена съемка обширных территорий и найдены довольно глубокозалегающие объекты (недоступные для металлоискателя)

3) при работе над водными поверхностями озер при поиске метеорита, предположительно упавшего в водоем

В то же время имеется и отрицательный опыт: при поиске вещества железного метеоритного дождя Дронин (Рязанская области) градиентометр оказался менее эффективным по сравнению с глубинным импульсным металлоискателем LORENZ PULSE 5 (Lorenz detecting systems, Гемания), Аномальное магнитное поле высоконикелистого метеорита было невелико, в связи с тем что почти все образцы подверглись коррозии и выветриванию под действием грунтовых вод, т.к. находились в земле тысячи лет.

Имеется опыт проведения магнитометрической съемки для исследования воронки, имеющей предположительно метеоритное происхождение (обнаруженной в окрестностях г. Североуральска) [11].

Магнитная аномалия вблизи воронки, обнаруженной в окрестностях г. Североуральска

Иллюстрированное повествование о данной работе было сделано журналистом <Комсомольской правды-Урал> А.Кучук и фотографом П.Тараном. Привожу ссылку на копию данного материала (на сайте КП-Урал он почему то отсутствует) http://meteorite.narod.ru/proba/stati/stati103.htm 

В адрес метеоритной экспедиции УГТУ-УПИ поступило сообщение от жителя г. Североуральска об обнаружении им 17 лет назад свежего образования, внешне напоминающего метеоритный кратер. С целью осмотра места, проведения магнитной съемки и определения происхождения этого объекта был организован выезд полевого отряда экспедиции.

В 25 км к югу от города на указанном месте была обнаружена воронка круглой формы диаметром около 6 м, заполненная водой. Внешний осмотр не выявил следов техногенного возникновения воронки. Кроме того, наблюдается несимметричный характер вывала почвы, что позволяет исключить взрывное и предположить ударное происхождение воронки (падение метеоритного тела). 

Для определения наличия в воронке метеорита была проведена магнитная съемка с помощью градиентометра на базе процессорного оверхаузеровского датчика POS-2. Данный прибор разработан в лаборатории квантовой магнитометрии ФтФ УГТУ. 

Для определения наличия в воронке метеорита была проведена магнитная съемка с помощью градиентометра POS-2. Площадная съемка с шагом 0,5 м на площади 10´10 м вокруг воронки на разных высотах (от 0 до 4 м), пределах размеченного участка не выявила четкой магнитной аномалии. Имеющиеся скачки поля в пределах 10-20 нТл, обусловлены присутствием в грунте слабомагнитных мелких объектов. (образцы в большом количестве обнаруживались металлоискателем).



Рис. 1. Магнитная съемка по профилю

Приведенный на рис. 1 график иллюстрирует результат съемки по профилю длинной 50 м, проходящему через воронку. Видно повышение поля вблизи воронки на 100-150 нТл относительно окружающего.

Для интерпретации аномалии и определения ее источника был проведен численный расчет величины аномалий для тел различного размера и магнитной восприимчивости. Применялась программа конечно-элементного расчета FEMM. Согласие расчета и результата съемки было достигнуто лишь при значениях m = 1.5, диаметра 4 м, глубины 15 м. График магнитной аномалии на двух высотах для такого тела приведен на рис. 2



Рис. 2. Расчет магнитной аномалии от модели тела - источника.

Не вполне ясно, мог ли метеорит проникнуть на такую глубину. Нельзя исключать дробление метеорита при контакте с твердыми коренными породами на меньшей глубине а также существенное искажение аномалии присутствующими в грунте магнитными породами. Таким образом, тело, вызвавшее обнаруженную магнитную аномалию локализованую около воронки ее находится на достаточной глубине.

Данная работа проводилась по ФЦП Интеграция 2.10.

Отработка методики приборного поиска железных объектов на примере метеорита Дронино[12]

(соавторы и соучастники данной работы: Зубарев Дмитрий, Манжос Георгий, руководитель: к.т.н. Гроховский В. И.)

В апреле 2003 года в Касимовском районе Рязанской области был найден крупный метеоритный дождь, получивший название Дронино. В результате нескольких экспедиций Лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН, а также ряда частных поисковиков в районе находки было найдено более 550 фрагментов атаксита общим весом около 2800 кг.

С целью сбора вещества метеорита в район находки был командирован полевой отряд Метеоритной Экспедиции УГТУ-УПИ.

В ходе поиска, совместно с сотрудниками Лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН, нами была отработана методика поиска подобных железосодержащих тел.

При поисковых работах применялась следующая аппаратура: 

- глубинный импульсный металлоискатель LORENZ PULSE 5 с набором сменных катушек (Lorenz detecting systems, Гемания),

- протонный магнитометр и градиентометр на базе оверхаузеровского датчика POS (Лаборатория Квантовой Магнитометрии, УГТУ, ФтФ, КТФ),

- металлоискатели TigerShark (Tesoro), White's GoldMaster (White's).

Следует отметить некоторые характерные особенности, выявленные в ходе проведенных работ: высокое содержание в метеорите железа позволило использовать глубинный импульсный металлоискатель. Отсутствие выраженных магнитных аномалий связанных с геологическим строением позволило с успехом применить градиентометр. Поскольку почти все найденные фрагменты метеорита находились на глубине от 30 см и больше, применение металлоискателей непосредственно для поиска метеорита результатов не дало, однако они применялись для локализации и обнаружения приповерхностного железного мусора. 

По результатам работ можно предложить следующую методику приборного поиска железных метеоритов: с помощью глубинного металлоискателя с метровой катушкой или градиентометра выявляется обширная делокализованная аномалия (размером 1,5-2 м). Если при проверке металлоискателем неглубокий железный объект не выявляется, то проводится извлечение тела-источника аномалии. Им, как правило, оказывается метеорит. 

В результате работ, проведенных по подобной схеме, нами найдено 8 новых образцов атаксита Дронино общей массой около 40 кг.

Работа проводится по ФЦП Интеграция 5.1

Приведенные результаты свидетельствуют о возможности использования магнитометрических съемок, как площадных, так и в режиме <свободного поиска> для обнаружения различных железосодержащих объектов, в том числе и метеоритов. Перспективной является задача создания на базе магнитометра POS универсального прибора для локального поиска с автоматическим определением типа объекта. Имеются первые попытки создания таких комплексов [13]

Список литературы

 [1] А.И.Щедрин, Осипов И.Н. Металлоискатели для поиска кладов и реликвий. М.: - Горячая линия - Телеком 2001, 192 с.. Текст доступен здесь. 

[2] Geophysical exploration instruments: Booklet/ Geometrix, USA, 1988. -148р. 

[3] Breiner S. Application Manual for portable magnetometers. 1973, Geometrics, San Jose, USA, 58 с 

[4] Ormö, Jens; Gomez-Ortiz, David; McGuire, Patrick C.; Henkel, Herbert; Komatsu, Goro; Rossi, Angelo Pio. Magnetometer survey of the proposed Sirente meteorite crater field, central Italy: Evidence for uplifted crater rims and buried meteorites. Meteoritics & Planetary Science, Volume 42, Issue 2, Pages 155-304 (February 2007) , pp. 211-222(12) abstract (free) 

[5] Stanley, J.M., Cattach, M.K. Геофизические методы при поиске неразорвавшихся боеприпасов. First Break, т.22, сентябрь 2004, с.55-61 

[6] Булычев А.А., Горбунов А.А., Золотая Л.А., Лыгин И.В., Модин И.Н., Паленов А.Ю., Муравьев Л.А. Геофизическая разведка неразорвавшихся боеприпасов. // Труды конференции Геомодель 2006. 

[7] T.N. Smekalova, O.Voss, S.L. Smekalov. Magnetic survey in archaeology. 10 years of using of Overhauser GSM-19 gradiomenter. SPb.: Publishing house of Polytechnic University 2005. 68 p 

[8] Станюкович А.К. Ружин Ю.Я. Методы обнаружения локальных ферромагнитных объектов в грунке при помощи цифровых магнитометров. Препринт ИЗМИРАН N73 (827) Москва 1988 

[9] Станюкович А.К. Ружин Ю.Я. Реализация метода свободного поиска (Иллюстрации и аномалии). Препринт ИЗМИРАН N71 (825) Москва 1988 

[10] Муравьев Л.А. Опыт использования протонных магнитометров в полевых работах по поиску метеоритов // III Всероссийская научная конференция студентов-радиофизиков. Тезисы докладов. С-Пб. 1999 г 2 с 

[11] Муравьев Л.А. Магнитная аномалия вблизи воронки, обнаруженной в окрестностях г.Североуральска // Научные труды III отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ,2002 2с. 

[12] Зубарев Д., Манжос Г., Муравьев Л. А., Гроховский В.И. Отработка методики приборного поиска железных объектов на примере метеорита Дронино. // Научные труды IV отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ,2003 2с 

[13] Гроховский В.И. Железнов Д.И. Сапунов В.А. Савельев Д.В. Аппаратно-программый комплекс для геомагнитной съемки. // тезисы докладов 3 конференции <Информационные технологии и электроника>. Екатеринбург, 1999.