A Review of Methods for Reconstructing the Spatial Structure of the Anomalous Magnetic Field of the Earth in the Vicinity of Geomagnetic Observatories

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Complete information on the space-time variability of the Earth’s magnetic field is especially important in the vicinity of geomagnetic observatories. The distribution of sources of anomalies in the Earth’s crust associated with rocks and other geological structures allows a better understanding of the origin of the area and the spatial and temporal peculiarities of the Earth’s magnetic field. The magnetic properties of the geological section are also important for assessing the contribution of geomagnetically induced currents during strong geomagnetic disturbances. Temporal changes in the total values of components of the magnetic induction vector T are recorded by the observatory itself. The next question that arises is what part of the magnetic induction vector T is determined by the normal Earth’s magnetic field T0 and what part is determined by its anomalous component Ta. To select the optimal approach to calculating the components of the anomalous magnetic field, we considered the methods for restoring its spatial structure used in the exploration magnetometry. It should be noted that the solution of the problem is based on the algorithms for modelling the equivalent distribution of magnetic sources of an anomalous field. The use of multilevel magnetic surveys allows us to obtain a more correct model of the magnetic field than that based on single-level ground or aeromagnetic survey data.

About the authors

I. V. Lygin

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University

Email: ivanlygin@mail.ru
Moscow, Russia

A. A. Soloviev

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of the Physics of the Earth Russian Academy of Sciences

Email: a.soloviev@gcras.ru
Moscow, Russia

I. M. Aleshin

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of the Physics of the Earth Russian Academy of Sciences

Email: ima@ifz.ru
Moscow, Russia

O. O. Shevaldysheva

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: o.shevaldysheva@gcras.ru
Moscow, Russia

References

  1. Бабаянц П.С., Блох Ю.И., Буш В.А., Минц М.В., Трусов А.А., Филиппова И.Б. Интерпретация аэрогеофизических данных при геологическом картировании и изучении глубинного строения территорий // Разведка и охрана недр. № 5. С. 8–13. 2006.
  2. Балк П.И., Долгаль А.С., Христенко Л.А. Синтез линейной и нелинейной постановок обратной задачи в гравиразведке и магниторазведке // Геофизический журнал. Т. 33. № 5. С. 51–65. 2011.
  3. Балк П.И., Долгаль А.С., Пугин А.В., Мичурин А.В., Симанов А.А., Шархимуллин А.Ф. Эффективные алгоритмы истокообразной аппроксимации геопотенциальных полей // Физика Земли. № 6. С. 112—128. 2016. https://doi.org/10.7868/S0002333716050021
  4. Блох Ю.И. Интерпретация гравитационных и магнитных аномалий. Учебное пособие. М.: МГРИ, 231 с. 2009.
  5. Булычев А.А. Методы обработки и интерпретации потенциальных полей на основе аппарата спектральных преобразований // Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 25 с. 1985.
  6. Булычев А.А., Гилод Д.А., Кривошея К.В., Зайцев А.Н., Шрейдер А.А. Определение намагниченности магнитоактивного слоя океана // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2005. № 1. С. 28–32. 2005.
  7. Булычев А.А., Гилод Д.А., Куликов Е.Ю., Шрейдер А.А. Методика определения намагниченности в слое // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. № 5. С. 59–67. 1997.
  8. Булычев А.А., Лыгин И.В., Соколова Т.Б., Кузнецов К.М. Прямая задача гравиразведки и магниторазведки (конспект лекций). М.: “Университетская книга”, 176 с. 2019.
  9. Бызов Д.Д., Муравьев Л.А. Вычисление вертикальной компоненты геомагнитного поля с помощью аппроксимации его модуля системой намагниченных отрезков // Уральский геофизический вестник. № 2(26). С. 24–28. 2015.
  10. Гордин В.М., Тихоцкий С.А., Шур Д.Ю. О восстановлении гармонического компонента аномалий модуля магнитного поля // Физика Земли. № 4. С. 69–79. 2006.
  11. Давыденко А.Ю. Инверсия магнитного поля на основе эластичной сети и векторного сканирования для оценки магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности трехмерных объектов / 47-я сессия Международного научного семинара Д.Г. Успенского – В.Н. Страхова “Вопросы теории и практики геологической интерпретации геофизических полей”. 27–30 января 2020 г., Воронеж. Материалы конференции. Воронеж: Научная книга. С. 105–110. 2020.
  12. Долгаль А.С. Аппроксимация геопотенциальных полей эквивалентными источниками при решении практических задач // Геофизический журн. Т. 21. № 4. С. 71–80. 1999.
  13. Долгаль А.С. Гравиметрия и магнитометрия: решение обратных задач. Монтажный метод и аддитивные технологии. Учебное пособие. Пермский государственный национальный исследовательский университет. Пермь: Издательский центр ПГНИУ, 120 с. 2024.
  14. Долгаль А.С., Балк П.И., Деменев А.Г., Мичурин А.В., Новикова П.Н., Рашидов В.А., Христенко Л.А., Шархимуллин А.Ф. Использование метода конечных элементов при интерпретации данных гравиразведки и магниторазведки // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. № 1(19). С. 108–127. 2012.
  15. Долгаль А.С., Костицын В.И., Новикова П.Н., Рашидов В.А. Совместная оценка геометрических параметров и намагниченности геологических объектов монтажным методом // Геофизика. № 5. С. 36–41. 2013.
  16. Долгаль А.С., Пугин А.В., Новикова П.Н. История метода истокообразных аппроксимаций геопотенциальных полей // Физика Земли. № 2. С. 3–26. 2022. https://doi.org/10.31857/S0002333722020028
  17. Есин Е.И., Василевский А.Н., Евменов Н.Д. Исследование S-аппроксимации магнитного поля в задачах инверсии методом DEXP при существенно ограниченных площадях измерений / Международная научная конференция “Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология”. 24–26 апреля 2019 г., Новосибирск. Сборник материалов. Новосибирск: СГУГиТ. С. 216–223. 2019. http://dx.doi.org/10.33764/2618-981X-2019-2-2-216-223
  18. Захарова О.А., Гулин В.Д., Григорьев Г.С., Киселёв А.А., Колпакова А.В., Кошелев Д.С., Мальцев А.В., Подопригора А.М., Шишов Н.И. Способ проведения многоуровневой магнитометрической съемки: пат. RU 2739970 C1 Российская Федерация. МПК G01V 3/08, G01V 3/165.
  19. Заявл. 14.06.2020; опубл. 30.12.2020. Заявитель: Общество с ограниченной ответственностью “Газпромнефть Научно-Технический Центр”.
  20. Керимов И.А. Метод F−аппроксимации при решении задач гравиметрии и магнитометрии. М.: Физматлит, 264 с. 2011.
  21. Лыгин И.В., Чепиго Л.С., Соколова Т.Б., Кузнецов К.М., Булычев А.А. Методика геоплотностного и геомагнитного интерактивного моделирования в зависимости от объема и состава априорной геолого-геофизической информации // Геофизика. № 6. С. 57–70. 2022. https://doi.org/10.34926/geo.2022.95.89.008
  22. Максимов М.А., Суродина И.В., Глинских В.Н. Быстрая инверсия данных разновысотных измерений магнитного поля с БПЛА на примере синтетических моделей с учетом рельефа // Геофизические технологии. № 3. С. 30–38. 2018. https://doi.org/10.18303/2619-1563-2018-3-3
  23. Мартышко П.С., Рублев А.Л., Пьянков В.А. Применение метода локальных поправок для структурных задач магнитометрии // Геофизика. № 4. С. 3–8. 2010.
  24. Мартышко П.С., Рублев А.Л., Федорова Н.В. Метод нахождения поверхностей намагниченных слоев земной коры // Уральский геофизический вестник. № 1(23). С. 61–66. 2014.
  25. Мелихов В.Р., Булычев А.А. Некорректные трансформации при анализе трехмерных магнитных аномалий экваториальных зон / Сборник “Гравиметрические и магнитные исследования на море”. Ред. П.А. Строев, А.Г. Родников. М.: ВИНИТИ. С. 80–89. 1989.
  26. Никитин А.А., Хмелевской В.К. Комплексирование геофизических методов: учебник для вузов. – 2-е изд. испр. и доп. М.: ВНИИгеосистем, 346 с. 2012. ISBN 978-5-8481-0121-8.
  27. Палёнов А.Ю., Черкасов С.В., Стерлигов Б.В., Золотая Л.А., Коснырева М.В. Изучение магнитного поля беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с целью создания аппаратного комплекса для аэромагнитной съемки / Международная научно–практическая конференция и выставка ЕАГО “Инженерная, угольная и рудная геофизика ‒ 2015. Современное состояние и перспективы развития”. 28 сентября – 2 октября 2015 г., Сочи. Материалы. М.: ЕАГО. С. 175–177. 2015.
  28. Пугин А.В. Истокообразные аппроксимации геопотенциальных полей. От теории к практике // Геофизические исследования. Т. 19. № 4. С. 16–30. 2018. https://doi.org/10.21455/gr2018.4-2
  29. Серкеров С.А. Спектральный анализ гравитационных и магнитных аномалий. М.: ОАО “Издательство “Недра”, 437 с. 2002.
  30. Соловьёв А.А., Шур Д.Ю., Гвишиани А.Д., Михайлов В.О., Тихоцкий С.А. Определение вектора магнитного момента при помощи кластерного анализа результатов локальной линейной псевдоинверсии аномалий ΔT // Докл. РАН. Т. 404. № 1. С. 109–112. 2005.
  31. Старостенко В.И., Оганесян С.М. Методы регуляризации и оптимизации в гравиметрии / III Всесоюзный школа-семинар “Теория и практика интерпретации гравитационных и магнитных полей в СССР”. 12–14 июля 1983 г., Киев. Сб. материалов. Киев.: Наукова Думка. С. 87–109. 1983.
  32. Степанова И.Э. S-аппроксимации в методе линейных интегральных представлений при решении задач геофизики // Автореферат дисс. д-ра. физ.-мат. наук. М.: ИФЗ РАН, 48 с. 2003.
  33. Степанова И.Э. Результаты опробования компьютерных технологий S-аппроксимации на материалах детальной гравиметрической и магнитотермических съемок // Физика Земли. № 6. С. 88–96. 2004.
  34. Страхов В.Н. О задачах, решаемых в рамках второй парадигмы в теории интерпретации гравитационных и магнитных полей // Изв. АН СССР. Физика Земли. № 3. С. 56–67. 1987.
  35. Страхов В.Н. Три парадигмы в теории и практике интерпретации потенциальных полей (анализ прошлого и прогноз будущего). М.: ОИФЗ РАН, 78 с. 1999.
  36. Страхов В.Н., Керимов И.А., Степанова И.Э. Разработка теории и компьютерной технологии построения линейных аналитических аппроксимаций гравитационных и магнитных полей. М.: ИФЗ РАН, 254 с. 2009.
  37. Страхов В.Н., Лапина М.И. Решение обратной задачи гравиметрии методом регулируемой направленной кристаллизации / Сборник “Перспективы развития методов геологической интерпретации гравитационных аномалий”. М.: деп. в ВИНИТИ. № 3053–76. С. 66–78. 1976.
  38. Тихоцкий С.А., Шур Д.Ю. Применение многоуровневых истокообразных аппроксимаций к задачам магнитной картографии и анализа магнитного поля / 28-й Международный семинар им. Д.Г. Успенского “Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей”. 26–29 января 2001 г., Москва. Сб. материалов. М.: ОФИЗ РАН. С. 130–131. 2001.
  39. Цветков Ю.П. Аэростатная стратосферная градиентная магнитометрия и ее использование для решения задач внутреннего строения Земли // Автореферат дисс. д-ра. физ.-мат. наук. М.: Ин-т земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, 48 с. 2001.
  40. Цирель В.С., Паршин А.В., Анцев В.Г., Капштан Д.Я. Прогресс в технологии геомагнитных измерений. Беспилотная аэромагнитометрия, 1995–2017 гг. / IV Школа-конференция “Гординские чтения”. 20–22 ноября 2017 г. Москва. Сборник материалов Президиум РАН. Отв. сост. А.А. Макарова. М.: ИФЗ РАН. С. 191–198. 2017.
  41. Цирульский А.В., Никонова Ф.И., Федорова Н.В. Метод интерпретации гравитационных и магнитных аномалий с построением эквивалентных семейств решений. Свердловск: УНЦ АН СССР, 135 с. 1980.
  42. Чепиго Л.С. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022610137 GravMagInv. 2022.
  43. Чепиго Л.С. Методы анализа гравитационного поля с учетом сферичности. Дисс. канд. техн. наук. М.: МГУ, 88 с. 2023. https://dissovet.msu.ru/dissertation/2723
  44. Чепиго Л.С., Лыгин И.В., Булычев А.А. Решение обратной задачи гравиразведки с переменной скоростью градиентного спуска // Геофизические исследования. Т. 23. № 1. С. 5–19. 2022. https://doi.org/10.21455/gr2022.1-1
  45. Черкасов С.В., Стерлигов Б.В., Золотая Л.А. О возможности использования беспилотных летательных аппаратов для производства высокоточных измерений аномалий магнитного поля Земли // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. № 3. С. 17–20. 2016. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2016-3-17-20
  46. Aleshin I.M., Soloviev A.A., Aleshin M.I., Sidorov R.V., Solovieva E.N., Kholodkov K.I. Prospects of using unmanned aerial vehicles in geomagnetic surveys // Seismic Instruments. V. 56. № 5. P. 522–530. 2020. https://doi.org/10.3103/S0747923920050059
  47. Aleshin I.M., Soloviev A.A., Kholodkov K.I., Perederin F.V., Taran Y.V. Vertical gradient of the geomagnetic field by multiple altitude aeromagnetic survey // Dokl. Earth Sci. V. 519. № 2. P. 2232–2235. 2024. https://doi.org/10.1134/S1028334X24603626
  48. Bhattacharyya B.K., Chan K.C. Reduction of magnetic and gravity data on an arbitrary surface acquired in a region of high topographic relief // Geophysics. V. 42. № 7. P. 1411–1430. 1977. https://doi.org/10.1190/1.1440802
  49. Davis K., Li Ya. Joint processing of total-field and gradient magnetic data using equivalent sources / 77th SEG International Exposition and Annual Meeting. September 23-26, 2007, San Antonio, Texas. Expanded Abstracts. NY: Curran Associates, Inc. P. 775–779. 2008. https://doi.org/10.1190/1.2792527
  50. Emilia D.A. Equivalent sources used as an analytic base for processing total magnetic field profiles // Geophysics. V. 38. № 2. P. 339–348. 1973. https://doi.org/10.1190/1.1440344
  51. Hansen R.O., Miazaki Y. Continuation of potential fields between arbitrary surfaces // Geophysics. V. 49. № 6. P. 787–795. 1984. https://doi.org/10.1190/1.1441707
  52. Huang S., Qiu J., Li M., Sun H., Zhang S. 3D inversion of magnetic gradient data based on equivalent source weighting method // AIP Adv. V. 14. № 1. ID 015057. 2024. https://doi.org/10.1063/9.0000768
  53. Jia R., Groom R.W. Processing gradients of magnetic data utilizing an equivalent technique / 77th SEG International Exposition and Annual Meeting. September 23-26, 2007, San Antonio, Texas. Expanded Abstracts. NY: Curran Associates, Inc. P. 785–789. 2008. https://doi.org/10.1190/1.2792529
  54. Kulüke C., Virgil C., Stoll J., Hördt A. A new system to measure the gradient vector of the magnetic field on unmanned aerial vehicles – data processing and field experiment // RAS Techniques and Instruments. V. 1. № 1. P. 65–80. 2022. https://doi.org/10.1093/rasti/rzac008
  55. Liu S., Sui Y., Cheng H., Zhang Z., Clark D. Accuracy evaluation of calibrating magnetic tensor gradiometers from total-field gradient measurements in aeromagnetic survey // IEEE T. Instrum. Meas. № 70. ID 1007715. 2021. http://dx.doi.org/10.1109/TIM.2021.3079559
  56. Nakatsuka T., Okuma Sh. Reduction of magnetic anomaly observations from helicopter surveys at varying elevations // Explor. Geophys. V. 37. № 1. P. 121–128. 2006. https://doi.org/10.1071/EG06121
  57. Nara T., Suzuki S., Ando S. A closed-form formula for magnetic dipole localization by measurement of its magnetic field and spatial gradients // IEEE T. Magn. V. 42. № 10. P. 3291–3293. 2006. http://dx.doi.org/10.1109/TMAG.2006.879151
  58. Scrivens S., Raymond R., Labranche S., Laliberte H. Gradient magnetic geophysical survey / Technical survey report. Belleterre, QC: Eagle Geophysics, 56 p. 2015.
  59. Senchina N., Grigoriev G., Gulin V. The applicability of multilevel magnetometry for reducing the level of geological uncertainties in the data interpretation // International Journal of Applied Engineering Research. V. 15. № 5. P. 492–497. 2020.
  60. Silva J.B.C. Reduction to the pole as an inverse problem and its application to low-latitude anomalies // Geophysics. 1986. V. 51. № 2. P. 369–382. https://doi.org/10.1190/1.1442096
  61. Von Frese R.R.B., Hinze W.J., Braile L.W. Spherical earth gravity and magnetic anomaly analysis by equivalent point source inversion // Earth Planet. Sc. Lett. V. 53. № 1. P. 69–83. 1981. https://doi.org/10.1016/0012-821X(81)90027-3
  62. Walter C., Braun A., Fotopoulos G. High-resolution unmanned aerial vehicle aeromagnetic surveys for mineral exploration targets // Geophys. Prospect. N 68. № 1. P. 334–349. 2020. http://dx.doi.org/10.1111/1365-2478.12914

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).