KAEDAH MAGNET

Perubahan medan daya magnet bumi yang disebabkan oleh perbezaan kemagnetan batuan secara lateral boleh dikesan dan ini memungkinkan struktur bawah permukaan ditentukan.

Serupa dengan prinsip survei graviti dan juga digunakan untuk penjelajahan tinjau petroleum. Berguna juga dalam pemetaan geologi dan kajian geologi struktur, mencari bijih dan dalam sejarah pemuaian dasar laut.

Definisi (dalam unit SI)

(i) Momen magnet (M)

Arus dalam gegelung mempunyai momen magnet yang didefinisikan sebagai

M = i.A (I = arus dalam Ampir) (A = Area (m2)

Dimensa = Amp-m2 = (Kuantiti vektor)

(ii) Medan-B Didefinisikan daripada tork maksimum yang bertindak keatas gegelung arus di dalam medan-B.

Tork = i.A.B:

i = arus Amp

A = Luas ~ m2

Tork = N-m

 

Dimensa = N-M/amp.m2

= N/amp.m

Nama = Tesla

Unit biasa = Nano Tesla (nT)

Serupa dengan unit cgs ~ Gamma (d )

 

(iii) Kekuatan Kutub (P) Definisi diperolehi dari (i) di atas.

M = 1. P; maka P = m/1

Dimensa amp.m2/m = amp-m atau unit kutub.

Nota: B selalu dianggap sebagai daya per unit kutub.


(iv) Daya disesuatu titik jarak daridapa kutub (medan-B)

Hukum daya antara dua kutub ialah F = ( o/4) p1.p2/r2 dimana o/4 = 10-7

P1 ___________r_____________ P2

Jadi B = (o/4 ) P/r2

(v) Fluks magnet dan medan - H

Jumlah fluks daripada satu kutub didefinisikan sebagai sama dengan kekuatan kutub. Jadi ketumpatan fluks pada jarak r adalah P/4r2 = B/o = H medan H kadangkala dikenali sebagai 'daya pemagnetan' pada titik tersebut dan memberikan medan B yang bergantung kepada sifat bahan dititik tersebut.

Dimensa H = amp/m



(vi) Pemagnetan, M (magnetization)

Didefinisikan sebagai jumlah momen magnet per unit isipadu bahan m/v. Dimensa = amp - m2/m3 = amp/m ie. serupa spt H dan tidak seperti B.

Boleh juga dianggap sebagai kekuatan kutub per unit luas di atas permukaan jasad termagnet.

Kuantiti Vektor; Boleh dihasilkan oleh hasil aruhan, oleh pemagnetan Remanen Asli (NRM) atau sebagai vektor jumlah dari kedua-duanya.

(vii) Kerentanan (k) (susceptibility)

Pemagnetan Teraruh dalam bahan adalah berkadar terus terhadap medan - H yang mengaruh. Jadi M H atau M = kH dimana k ialah kerentanan isipadu.

 

 

 

 

Beberapa idea analogi diantara Graviti & Magnet:

GRAVITI MAGNET

Hukum daya F = G.M1M2/r2 F = (mo/4p). P1P2/r2

Medan pada jarak r g = G.M/r2 B = (mo/4pP/r2

Punca kepingan mendatar Jisim perunit luas = h.d Kekuatan kutub per unit

luas = M

Anomali komponen

menegak Dgz = 2Gh DZ = 2 (o/4) M.f

Punca titik Dgz = G(M/Z2) DZ = (mo/4)(P/Z2)

(1+ x2)3/2 (i + x2) 3/2

z2 z2

Punca Garis Dgz = 2G(m/z)i DZ = 2(o/4) (P/z)i

(1 + x2) (i+ x2/z2)

z2


Persetaraan SI dan Cgs

Kualiti SI Cgs Perkaitan: Untuk menukar

ke SI unit darabkan cgs dengan:

Medan B Tesla(N/amp.m) Gauss 10-4

(1 = 10-5 Gauss)

Medan H Amp/m Oersted 1/(o x 10-4)

Pemagnetan Amp/m Kutub/cm2 4p/(o x 104)

("emu Cgs")

Kerentanan - - 4p






MEDAN MAGNET BUMI






Nilai To berubah daripada 60,000nT di kutub ke nilai 30,000nT di khatulistiwa.


 

KONFIGURASI Medan Bumi (am)







(i) 80% medan boleh diterangkan oleh satu dwikutub geopusat yang condong kira-kira 11 1/2o thd paksi putaran garis 20% lagi medan adalah medan bukan dwikutub.

(ii) Tan I 2 Tan untuk dwikutub geopusat sehari terhadap paksi bumi

 

f = latitud

I > 60o untuk f > 41o

Di Malaysia I = 0o

(iii) Perubahan dengan masa

Sekular: Perubahan mantap sebanyak 20 - 100 nT/tahun

Harian: Fluktuasi sebesar 10-100 nT/harian dari nilai min.


(iv) Asal usul medan magnet

i) Asal dalaman bumi & teori dinamo (Lamor 1919)

(Elsessor 1966)

(Bullard 1949)



ii) Asal luar

Apa yang diukur oleh magnetometer dan apa yang diukur sebagai anomali?

(i) Magnetometer medan menegak merekodkan magnitud komponen menegak medan terganggu i.e. Izal. Tolakkan medan menegak terganggu dengan medan tak terganggu 1 Zo 1 ma ka kuantiti yang tinggal dipanggil Anomali Medan menegak DZa.





 

(ii) Magnetometer medan horizontal merekodkan medan dalam arah utara magnet lokal i.e. sepanjang Ha. Tolakkan dengan magnitud Ho - DHa - Kuantiti paduan dipanggil anomali DHa.



 

(iii) Magnetometer Medan Jumlah merekodkan magnitud Ta. Tolakkan dengan magnitud To yang tidak terganggu dan kuantiti paduannya dipanggil Anomali Medan Jumlah DTo.


Untuk tujuan mengira anomali teori bagi dibandingkan dengan anomali cerapan - kita boleh merengkaskan matematik dengan mengira komponen DT diunjurkan sepanjang To; DTo = DT. Cos

Untuk anomali dibawah 5000 nT beza antara DTo dan DTa adalah boleh diabaikan.


Magnetometer lapangan

(i) Torsion (alat yang menggunakan konsep 'null-reading')





- Perbezaan dalam bacaan skala diantara stesen perbezaan dalam kekuatan medan magnet.

- Boleh mengukur komponen menegak atau mendatar.

- Kejituan 1nT (penjituan pengarusan). Lambat ?

- Perlu Kalibrasi

- Ada kesan rayapan

 

 

 

(ii) Magnotometer Fluk-get (Fluk-gate)






P = Primary winding

CC = Terus (indentical)

S = Secondary winding

- Medan Amplitud volton output

- Tiada rayapan

- Respon mengaruh

- Tiga unit boleh mengukur medan jumlah

- Kejituan ~ InT

- Pengarasan jitu dan pantas.

Bahagian unsor sensitif Fluks-get

- Arus dibekalkan dalam 'primary coil' dalam arah berlawanan.

- Teras teraruh dalam 2 arah berlawanan i.e. arah medan magnet akantepu lebih awal.

- Voltan terarah dalam 'secondary coil' adalah jumlah dari kedua-dua primari coil.

- Jika tiada medan luar voltan dalam 'secondry coils' = kosong.

n    Jika ujud medan luar voltan dalam 'secondaru coil' kosong a med.

 

 

 

 

Magnetometer liukan Proton (Proton precession magnetometer)





        Kekuatan medan a Prekuensi liukan proton

        Merekod medan jumlah dalam sebarang arah

        Pantas

        Tiada Kalibrasi

        Kecerunan medan tinggi

 

Presedur Servei

Survei didaratan (permukaan)

        Boleh gunakan Fluk-get (Z) atur proton liukan (Ta)

        Jarak antara stesen 5-50 m

        Jarak antara trabes 50-500 m

        Arah trabes normal thd Jurus

        Pembetulan diurnal (harian)

        Pembetulan latitud ( 2nT/km)

        Sampel untuk mengukur k (kerentanan) dan NRM

 

 

Survei aeromagnet

        Fluks-get atau proton magnetmeter. Kesemua DTa (anomali medan magnet jumlah)

        Jarak antara trabes 300m kebeberapa km

        Ketinggian: Tetap di atas paras terain purata

        Navigasi: Fotografi permukaan, penentuan radio, radar doppler.

        Pembetulan diurnal

        Pendigitan

 

Pemagnetan mineral dan batuan

(i) Apakah mineral yang boleh memberi aruhan magnet tinggi?

(ii) Apakah keadaan (kandongan, sejarah) yang boleh memberi NRM yang tinggi.

 

Mineral magnet

Diamagnet k ; kecil, negatif contoh kuarza, k = -15 x 10-6

Paramagnet k ; kecil, positif contoh Fe, Ma, Ni atoms

eg. Fayolite, k = 3.6 x 10-3

Honblen, k = 2 x 10-3

Millerite, k = 0.8 x 10-3

Feromagnet

        Fe - Ti ores. Eg. Magnetit, ilmenit dll.

        Pemagnetan mengikut domain (kekisi hablur) sebesar beberapa mikron

        Lengkung Histerisis

C = Daya coercive

R = Remanen

        Suhu Curie

        Domain 'tunggal - NRM yang 'hard'

        Saiz butiran magnet - Julat 'blocking' temprature

 

Pemagnetan batuan

Komponen magnet ARUHAN - kerentanan

Sedimen < 10-3 SI K = 0.0146 V1.39 di mana

Igneus asid 10-3 - 10-2 V ialah % isipadu magnetit

Lampau basa ~10-1

Nota:

(i) Julat tinggi

(ii) Banyak pengecualian dan hal-hal 'unsual'.

eg. Ironstone sediment/metamorphic

hornfelses, anorthosites

Perlu membuat pengukuran kerentanan dari semua batuan dalam sesuatu kawasan. Dinilai dengan membuat plat secara histogram - biasanya Log-normal diutiondan ambil purata log tsb.



Pengukuran kerentunan

 

 

        Dilakukan dengan INDUCTANCE BRIDGE:

        Spesimen diletakkan di Pusat salah satu gegelong yang telah ditimbang dalam satu litar bridge AC. 'Bridge' menjadi tidak seimbang kerentanan magnet spesimen.

        Kalibrasi dilakukan dengan bahan piawai eg. Garam Fe.

        Boleh juga digunakan dilapangan dengan pengubah suaian tertentu (Field version).

 

Koponen Remanen: NRM

Komponen Pemagnetan yang membentuk NRM ialah:

TRM - Thermo - remanent magnetization.

(Pemagnetan remanenTerma)

Paling penting kerana kekuatannya melebihi komponen lain.

IRM - Isothermal Remaent Magnetization - Masa

VRM - Viscous Remanent Magnetization - Masa

DRM - Depositional Remanent Magnetization - Semasa endapan

CRM - Chemical Remanent Magnetization - Pertumbuhan hablur magnet kecil

 

Pengukuran NRM





(i) Dilakukan dengan magnetometer jenis Astatik

- Spesimen bertindak pada magnet bawah sahaja

- pesongan komponen momen magnet sepanjang paksi x sajaha. Dikira ketiga-tiga x, y dan Z komponen dan dari kaedah paduan vektor NRM boleh diperolehi.

(ii) spinner magnetometer

 

Anomali magnet

Dua kumpulan mineral yang memberikan kemagnetan pada batuan ialah:

(i) Fe-Ti-o group dari magnetit (Fe3O4) - > Ulovospinel (Fe2 Tio4)

(ii) Fe-S group eg. pyrrhotite (Fe S1+x; 0 < x < 0.15)

Batuan igneus basa bersifat magnet kerana kandungan magnetit yang tinggi.

        Batuan igneus asid kurang bermagnet kerana kandungan magnetitnya rendah (sedikit).

        Batuan sedimen biasanya tidak bermagnet kecuali jika ia mengandungi magnetit. Anomali magnet di kawasan sedimen adalah kerana batuan hampar yang bersifat basa. Atau intrusi basa kedalam sedimen tersebut.

 

Punca anomali magnet

        Korok

        Sill atau aliran lava yang tersesar dan terlipat

        Intrusi basa besar

        Batuan hampar metamorf

        Jasad magnetit

 

Magnitud anomali 10 - 1000 nT (bijih magnetit)

Sifat anomali magnet

        Lebih rencam dari anomali graviti - pada graviti anomali bergantung kepada geometri yang beza ketumpatan.

        Tapi anomali magnet sesuatu jisim bergantung:

(i) Geometri jisim

(ii) Arah medan magnet bumi dilokaliti tsb.

(iii) Orientasi jasad terhadap arah medan bumi.

(iv) Orientasi garis cerapan terhadap paksi jasad.

 

Contoh: spera - Termagent dalam arah medah bumi (medan magnet jumlah untuk beberapa perubahan mklinasi).






Simetri dan Positif anomali




        Puncak mengecil dan bergerak ke Selatan

        Tak semetri

        Anomali negatif mula terbentuk di bahagian utara.








        Amplitud maksimum semakin mengecil

        positif anomali semakin beranjak kekiri

        Anomali negatif semakin kuat


- Lengkung semakin menjadi simetri iaitu positif dan negatif hampir serupa.






        Minimum anomali semakin jelas dan simetri pada saya lengkung.





 

(i) Mono kutub (satu kutub)

Contoh: Pipa Volkano atau telerang (fitur yang panjang dan menegak)



(ii) Dwikutub (dipole)

Contoh : Jasad berbentuk sfera



(iii) Garisan kutub (line of pole)

Contoh: Korok

 

(iv) Kepingan dwikutub kutub (pipe pole sheet)

Contoh : Sil, Lakolit (laccolith)

 

(v) Garisan dwikutub (line of dipole)

contoh : Pipa volkano mendatar

 

 

Bentuk anomali DZ

Satu Kutub ---------- Dalam plan berbentuk membulat simetri dan tiada negatif.

Garis kutub ---------- Dalam plan berbentuk memanjang simetri dan tiada negatif.

Penafsiran data magnet

Kualitatif:

Anolami magnet dikontorkan sebagai peta anomali.

Dari peta ini beberapa maklumat diperolehi:

a) Anomali Tinggi : - Batuan hablur mafik

- Batu hampar basa di bawah sedimen.

b) Anomali Rendah: - Perlu berhati-hati

- Berlawanan seperti di atas

- Boleh disebabkan oleh pemagnetan songsang.

c) Fitur linear : - Kecerunan curam, Rantaian anomali tinggi/rendah; selalu disebabkan oleh sesar atau sempadan linear yang curam. Boleh juga berubah linear tiba-tiba dalam trend.

- Boleh menentukan kawasan beranomali

- Geologi boleh ditentukan

- Keadaan jurus dan kecondongan jasad batuan.

Kuantitatif

        Boleh menentukan beberapa variabel:

1. Geometri

2. Pemagnetan

3. Latitud

4. Jurus

 

        Penentuan kedalaman dengan hukum - lebar untuk satu kutub dan dwikutub yang mudah.

        Padanan anomali dengan master curve. eg. untuk anomali korok (depth, dip, width).

        Permodelan 2 dimensa

        Mengira kedalaman daripada kecerunan anomali dalam survei baru sedimen.