La géophysique utilise les théories et les méthodes de la physique pour étudier la structure interne, la construction et le processus dynamique de la Terre, y compris la théorie des champs potentiels et la théorie des ondes. La théorie du champ de potentiel inclut le champ gravitationnel, le champ magnétique, le champ thermique, le champ électrique naturel et le champ électrique continu de la Terre. Les branches correspondantes de la science comprennent le levé gravimétrique, le levé magnétique, le levé du flux thermique terrestre et le levé électrique. Les théories des ondes comprennent la théorie acoustique, la théorie des ondes sismiques et la théorie des ondes électromagnétiques. Les branches de la science comprennent le levé de profondeur d’eau, le levé sismique et le levé électromagnétique.

1) Champ géomagnétique

       Le champ géomagnétique général ne peut être considéré que comme le champ magnétique de surface de la Terre, différent du champ magnétique global de la Terre (aussi appelé champ magnétique spatial), qui est formé par la rotation du noyau terrestre. La structure interne de la Terre comprend la croûte terrestre, le manteau et le noyau. Le champ magnétique terrestre est un dipôle. Il est semblable à la forme d’un champ magnétique où une tige d’aimant est placée au centre de la Terre, rendant son pôle N sensiblement opposé au pôle Sud. En réalité, il n’y a pas de tige magnétique au centre de la Terre. La théorie généralement acceptée est qu’un champ magnétique est généré par l’effet générateur du courant circulant dans le noyau à liquide conducteur.

    Des scientifiques américains ont découvert dans les expériences que les vitesses de rotation à l’intérieur et à l’extérieur de la Terre sont différentes, et que la vitesse de rotation du noyau terrestre est supérieure à celle de la croûte terrestre.  Autrement dit, bien que les gens à la surface de la Terre ne ressentent aucune rotation de la Terre, ils peuvent ressentir l’effet de champ de masse généré par la rotation du noyau terrestre, c’est-à-dire le champ magnétique qui est généré à la surface de la Terre. Les scientifiques ont également découvert que l’axe de rotation du noyau terrestre n’est pas aligné sur celui de la Terre. Par conséquent, les deux pôles du champ géomagnétique formés par la rotation du noyau terrestre ne coïncident pas avec les pôles géographiques. C’est la raison de l’angle de déclinaison magnétique du champ géomagnétique.

   Les scientifiques ont découvert dans des études sur le champ géomagnétique que le champ géomagnétique change, non seulement son intensité n'étant pas constante et le pôle magnétique changeant, mais aussi l’inversion magnétique se produisant à des intervalles réguliers.  Le champ géomagnétique est affecté par des perturbations externes plutôt qu’isolé ; l’engin spatial a déjà détecté la présence du vent solaire. Le vent solaire est un flux de particules à haute température, à haute vitesse et à faible densité, éjecté de la couronne solaire vers l’espace interplanétaire, et ses principaux composants sont l’hydrogène ionisé et l’hélium ionisé.

    Parce que le vent solaire est un plasma, il a aussi un champ magnétique. Le champ magnétique exerce un effet sur le champ magnétique terrestre, comme si le champ magnétique terrestre était soufflé loin de la Terre. Cependant, le champ magnétique terrestre empêche toujours efficacement l’inondation par le vent solaire. Sous la résistance du champ géomagnétique, le vent solaire contourne le champ géomagnétique et continue d’avancer, formant un champ géomagnétique de type comète entouré par le vent solaire. C’est la magnétosphère.

    La magnétosphère terrestre est située à une hauteur de 600 à 1000 km du sol. Sa limite extérieure est appelée la magnétopause, qui est située à 50.000 km-70.000 km du sol.  Sous la compression exercée par le vent solaire, la ligne magnétique terrestre s’étend loin de l’espace jusqu’au côté du soleil, formant une longue queue appelée la magnétoqueue. Il y a une interface spéciale près de l’équateur magnétique. Des deux côtés de l’interface, la ligne magnétique change soudainement de direction. Cette interface s’appelle la feuille neutre.L’intensité du champ magnétique sur la feuille neutre est très faible avec une épaisseur d’environ 1000 km.La feuille neutre divise la magnétoqueue en deux parties : la ligne magnétique au nord est face à la Terre, et la ligne magnétique au sud quitte la Terre.  

    Le champ géomagnétique est l’une des propriétés physiques de la Terre. Cette notion désigne l’existence d’une répartition objective de la qualité et de la quantité spatiale. Le champ géomagnétique est un champ vectoriel qui affecte directement la cinématique de tous les objets chargés et magnétiques du système terrestre et fournit un système de coordonnées naturel pour tous les objets dynamiques et statiques de la Terre. Le champ géomagnétique est une ressource naturelle stable et fiable, les ressources géomagnétiques sont publiques et le vecteur géomagnétique en chaque point de la Terre est déterminé de façon unique. Dans un système de coordonnées cartésiennes, il y a 7 éléments géomagnétiques : angle de déclinaison magnétique D, angle d’inclinaison magnétique I, intensité totale du champ géomagnétique T, intensité verticale du champ géomagnétique Z, intensité horizontale du champ magnétique H (incluant la composante horizontale X (nord) et la composante horizontale Y (est)).

       

    La relation d’échange des éléments géomagnétiques est la suivante :

Le champ géomagnétique comprend un champ magnétique de base, un champ magnétique changeant et une anomalie magnétique. Dans l’étude du champ géomagnétique, le champ magnétique généré par l’objet d’étude est appelé anomalie magnétique, et l’autre partie est appelée champ normal, champ de fond ou champ de référence. Le champ géomagnétique est un vecteur qui varie dans l’espace et dans le temps. Il est associé à la position et au temps. Le champ géomagnétique B observé à la surface de la Terre est une superposition des composantes de champ magnétique de plusieurs sources :

B=B_n+B_m+B_a+B_e+δB(t)

Où,

B_n-Champ magnétique généré par magnétisation uniforme de la Terre (champ magnétique uniforme) ;

B_m-Champ magnétique généré par une magnétisation inégale à l’intérieur de la Terre (champ magnétique résiduel) ;

B_a-Champ magnétique généré par magnétisation de chaque couche superficielle de la croûte terrestre (champ magnétique anormal) ;

B_e-Champ magnétique généré par une cause externe de la Terre (champ magnétique externe) ;

δB(t)-Champ magnétique qui varie dans le temps (champ changeant).

Habituellement, la somme de Bn, Bm et B_e est appelée Bo, un champ magnétique normal ou un champ magnétique de base. En général, comme l’explique le champ magnétique indiqué sur la carte géomagnétique, la somme de Bn, Bm et B_a est appelée Bi, un champ magnétique interne. Dans le champ géomagnétique, le champ interne représente environ 99 % de l’intensité totale du champ magnétique et le champ externe environ 1 %. Le champ interne comprend le champ magnétique principal et le champ crustal. Le champ magnétique principal comprend le champ magnétique dipolaire et le champ magnétique non dipolaire, qui représentent respectivement 85 % et 10 % de l’intensité totale. L’intensité du champ crustal est pratiquement inchangée et représente environ 4 %. Le champ extérieur comprend principalement le champ ionosphérique, le champ de la couche magnétique et le champ d’induction, qui sont générés par le système de courant spatial, représentant environ 1 % de l’intensité totale. Bien que le champ géomagnétique provienne principalement de l’intérieur de la Terre, il ressort d’études que la variation à court terme provient principalement de l’extérieur de la Terre, c’est-à-dire du rayonnement électromagnétique solaire et du rayonnement particulaire (vent solaire), ainsi que des phénomènes électromagnétiques comme entre autres le courant annulaire causé par le rayonnement cosmiqueau sommet de la Terre (ionosphère et magnétosphère), qui produisent un champ magnétique terrestre à haute altitude et des phénomènes magnétiques connexes tels que des tempêtes magnétiques ou aurores boréales. La tempête magnétique est une forte perturbation magnétique qui se produit simultanément dans le monde, avec une durée d’environ 1 à 3jours et une plage de variation de 10² à 10³ nT. La durée de la micropulsation est de 1 seconde à 10 minutes avec une plage de 1 à 10 nT. La durée ou la période de perturbation de la baie géomagnétique est de 1 seconde à 10 heures, avec une plage de variation du champ magnétique de 10² à 10³ nT. La période ou la durée de la variation diurne solaire est de 24 heures, avec une plage de variation du champ magnétique de 20 à 30 nT. La période ou la durée de la variation diurne lunaire est de 25 heures, avec une plage de variation du champ magnétique de 1 à 2 nT. Les principaux types de variation du champ interne comprennent la variation du champ magnétique non dipolaire, le déplacement des pôles magnétiques, la transition de polarité magnétique, le mécanisme de génération du champ magnétique principal et l’oscillation du moment dipolaire magnétique principal, etc. Généralement, la période de variation est longue, de plusieurs années à des dizaines de milliers d’années, voire des centaines de millions d’années. Par conséquent, la variation à court terme du champ magnétique tient compte principalement de l’influence du champ extérieur sur la variation géomagnétique. De plus, le mouvement d’objets ferromagnétiques dans le champ magnétique terrestre provoque des variations géomagnétiques, ce qui est également un facteur important de variation du champ extérieur.

2) Théorie de la détection des anomalies magnétiques

   Lorsque la distance entre la position du capteur de détection magnétique et la cible ferromagnétique est supérieure à 3 fois la géométrie de la cible, la cible ferromagnétique peut être simplifiée dans un doublet magnétique. L’intensité maximale du champ magnétique B peut être calculée à l’aide de la formule suivante, quel que soit le champ géomagnétique de fond.

                                                                                             

                Où,

μ - Perméabilité ;

m - Moment magnétique du doublet magnétique ;

r - Distance ;

θ - Orientation.

                   Son champ magnétique Br généré dans l’espace P est schématiquement représenté sur la figure suivante :

À partir de cette formule, on peut savoir que l’intensité de l’induction magnétique est liée à l’atténuation cubique de la distance.