Download Magnetometria_-_Clase_1ra (04/09/2014)

Magnetometría
Magnetometría
- Dipolo
p
magnético
g
- Materiales magnéticos naturales
- Campo magnético terrestre
- Remanencia magnética
- Técnicas de adquisición, procesamiento e
i t
interpretación
t ió
Líneas de fuerza y equipotenciales de un campo monopolar
(ej. gravitatorio)
Dipolo magnético
Dos “cargas” o “masas” magnéticas de igual intensidad y signo opuesto
Corriente en un conductor
rectilíneo genera un campo
magnético concéntrico
Corriente circular en una
espira genera un campo
magnético
éti a llo llargo d
de su eje
j
Imán
Espira conductora
Esfera
magnetizada
uniformemente
Lowrie, 2007
1 P0 P1
F
2
 r
Teoría clásica:
Ley de Coulomb
La
ae
expresión
p es ó adop
adopta
a ssigno
g o pos
positivo
o pa
para
a po
polos
os de igual
gua ssigno
g o ((repulsión)
epu s ó )
Y signo negativo para polos de distinto signo (atracción)
C
Convención:
ió polo
l positivo
iti es ell que es atraído
t íd h
hacia
i ell polo
l N
Norte
t tterrestre
t
Campo magnetizante,
magnetizante o intensidad de campo magnético:
Fuerza p
por unidad de p
polo
P
H  2
r
Unidades: Oersted (Oe)
Teoría clásica: Ley de Coulomb
Momento magnético del dipolo
M  2l P
Unidades: emu
Magnetización: momento por unidad de volumen
Unidades: emu cm-3
Teoría electromagnética:
Ley de Biot-Savart:
S
Toda corriente eléctrica
é
genera un campo
magnético. En un conductor rectilíneo, las líneas de campo son
concéntricas al conductor
Para una espira
P
i circular
i l d
de radio
di r, por lla que circula
i l una corriente
i t
I, el campo magnético H en el centro de la espira es:
H
I
2 r
Unidades: A m-1
Teoría electromagnética:
Para una espira circular de radio r, por la que circula una corriente
I, el momento magnético M es:
M I r
2
Unidades: A m2
Magnetización: momento por
unidad de volumen
Unidades: A m-1
Imán
Espira conductora
Esfera
magnetizada
uniformemente
Lowrie, 2007
Densidad de flujo magnético
magnético, o inducción magnética
µ: permeabilidad magnética
En SI, unidades Wb A-1 m-1
U id d d
Unidades
de B
B, Wb m-22: Tesla
T l (T)
En cgs, permeabilidad
adimensional
Unidades de B, Gauss (G)
Susceptibilidad magnética
κ: susceptibilidad magnética
Adimensional en ambos sistemas, pero magnitudes difieren en 4π
H es el campo magnetizante en el espacio
B es el campo magnético resultante en el objeto
µr es la permeabilidad magnética relativa del
objeto (su relación con la permeabilidad del
vacío µ0)
µ0 = 4π x 10-7 Wb A-1 m-1
La inducción magnética B en el interior de un material estará
compuesta
t por ell campo externo
t
aplicado
li d H
H, y por lla magnetización
ti
ió J
La inducción magnética B en el interior de un material estará
compuesta
t por ell campo externo
t
aplicado
li d H
H, y por lla magnetización
ti
ió J
Densidad de flujo magnético
magnético, o inducción magnética
µ: permeabilidad magnética
En SI, unidades Wb A-1 m-1
U id d d
Unidades
de B
B, Wb m-22: Tesla
T l (T)
En cgs, permeabilidad
adimensional
Unidades de B, Gauss (G)
Susceptibilidad magnética
κ: susceptibilidad magnética
Adimensional en ambos sistemas, pero magnitudes difieren en 4π
Unidades
Propiedad
cgs
SI
Factor de conversión
Gauss (G)
Tesla (T)
1 T = 104 G
oersted (Oe)
A/m
1 A/m = 4π 10-33 Oe
K (suscept. vol.)
adimensional
adimensional
1 (SI) = 1/4π (cgs)
M (momento)
emu = G cm3
A m2
1 A m2 = 103 emu
emu / cm3
A/m
G cm2
Am
B (inducción)
H (campo)
J ((magnetización)
g
)
P (intensidad de polo)
1 A/m = 103 emu / cm3
1 Am = 10 G cm2
Propiedad
que mido
Propiedad
que
determina
el contraste
En relevamientos magnetométricos se usa la unidad de campo
magnético:
gamma (γ) 1 γ = 10-5 Oe (cgs) o nanotesla (nT) 1 nT = 10 -9 T (SI)
1 γ = 1nT
P
H 2
r
Componente
p
vertical
p
horizontal
Componente
H z  H sen Q
H x  H cos Q
P z
Hz   2 *
r
r
P x
Hx   2 *
r
r
Hz  
x
Pz
2
z
2

3
2
Hx  
Px
x
2
z
2

3
2
P1
P2
Programa DIPOLO
Sólo componente vertical
P1
P2
Programa DIP_INCV
Sólo componente horizontal
P1
P2
Programa DIP_INCH
En presencia del
CMT, los cuerpos
g
magnetizables
experimentarán
inducción.
Es decir
decir, adquirirán
una magnetización
paralela a la del CMT
Lowrie, 2007
Los magnetómetros están diseñados para medir el módulo del campo
resultante.
Por lo tanto
tanto, se determina la componente del campo anómalo en la dirección
del campo ambiente.
En el polo magnético norte, la señal de un cuerpo
magnético enterrado con contraste de
susceptibilidad positivo, es una anomalía con esta
forma:
Intensidad
del campo
total
¿Qué ocurre en
el polo sur?
Intensidad del campo ambiente
¿Cuál es el contraste de susceptibilidad magnética?
¿Y ahora?
En el polo magnético norte (o sur), la señal de un
cuerpo magnético enterrado con contraste de
susceptibilidad negativo, es una anomalía con esta
forma:
Intensidad del campo ambiente
Intensidad
p
del campo
total
En el ecuador magnético, la señal de un cuerpo
magnético enterrado con contraste de
susceptibilidad positivo, es una anomalía con esta
forma:
Intensidad del campo ambiente
Intensidad
p
del campo
total
En latitudes
E
l tit d iintermedias,
t
di
lla señal
ñ ld
de un cuerpo
magnético enterrado es una anomalía asimétrica
con esta
t forma:
f
Intensidad del campo
p ambiente
IIntensidad
t
id d
del campo
total
El pico positivo de la anomalía se encuentra al sur del cuerpo
cuerpo, en el hemisferio norte
norte.
El pico positivo de la anomalía se encuentra al norte del cuerpo, en el hemisferio sur.
Mido intensidad del campo
magnético total (IMT o TMI)
Es el módulo del vector resultante de
sumar:
1) El CM terrestre (principal, de entre
30000 y 70000 nT)
2) La contribución anómala debida al
campo local del cuerpo
magnetizado (variable entre
d
decenas
y miles
il d
de nT)
T)
Anomalía positiva donde CM terrestre es reforzado por campo local
g
donde CM terrestre es contrarrestado p
por campo
p local
Anomalía negativa
El modo en que se polaricen magnéticamente los cuerpos dependerá de su geometría
y de
d su orientación
i t ió relativa
l ti con respecto
t a lla di
dirección
ió d
dell CM tterrestre,
t
del siguiente modo:
Si el cuerpo no es puntual, su
respuesta se calcula integrando la
d iinfinitos
de
fi it di
dipolos.
l
Como los polos de dipolos sucesivos
se cancelan mutuamente, sólo
tendrán efecto los polos “libres” en
los límites del cuerpo.
En términos
E
té i
generales
l valen
l llas
mismas consideraciones vistas en
gravimetría en cuanto a longitud
de onda vs. profundidad, amplitud
vs. contraste, etc.
Pero se agrega
g g la
dependencia en cuanto a
ubicación geográfica y
orientación espacial
Dentith y Mudge, 2014
Para un dique de extensión infinita en el rumbo, uniformemente magnetizado, la
componente vertical de la anomalía del campo magnético causado por él en cualquier
punto se aproxima a (Cook, 1950):
Z  2  sen 
 H o sen  sen   Z o cos   log e r2 r3 / r1 r4






H
sen

cos


Z
sen

(







)

o
o
1
2
3
4 

Parámetros que dependen de la
geometría del cuerpo: r, θ, δ
Parámetros que dependen de la
dirección del CM y de la orientación
del cuerpo con respecto al CM: α, Ho,
Zo
La intensidad de la anomalía estará
controlada por la susceptibilidad
magnética
éti κ
Z  2  sen 
 H o sen  sen   Z o cos   log e r2 r3 / r1 r4 


 H o sen  cos   Z o sen   (1   2  3   4 )
En latitud intermedia del hemisferio Sur
Dique de rumbo N
N-S,
S profundidad infinita
Anomalía sencilla, simétrica y positiva
En latitud intermedia del hemisferio Sur
Dique de rumbo N
N-S,
S profundidad finita
En latitud intermedia del hemisferio Sur
Dique de rumbo E-O
EO
Anomalía compuesta: doblete de pico positivo al norte y pico negativo al sur
Dique de rumbo N-S
Dique de rumbo 25o
Dique de rumbo E-O
Dique de rumbo 65o
En latitud intermedia del hemisferio Sur
Di
Dique
d
de rumbo
b N
N-S,
S iinclinado
li d all oeste
t
•
Campo magnético local del cuerpo: depende de
o Forma y tamaño
o Orientación, posición con respecto al CMT
o Susceptibilidad
p
magnética
g
•
La forma de la anomalía depende de cómo interactúa el CMT
principal con el campo local del cuerpo
•
Valen generalizaciones sobre relación profundidad/longitud de
onda contraste/amplitud,
onda,
contraste/amplitud pero la forma de la anomalía es
compleja debido a los múltiples factores que la controlan.
Ambigüedad!
•
Para describir anomalías:
-Simetría
-Ubicación del pico de anomalía con respecto al cuerpo
-Ubicación de máximos respecto a mínimos
Relación de amplitudes entre máximos y mínimos
-Relación
-Variaciones de amplitud y/o longitud de onda al cambiar parámetros