CC BY
12
ФИЗИКА ЗЕМЛИ, АТМОСФЕРЫ И ГИДРОСФЕРЫ
Палеоинформативность естественной остаточной намагниченности
некоторых траппов Якутии
Ж. Р. Мбелеа, В. И. Максимочкин, В. И. Трухин
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, физический факультет, кафедра физики Земли. Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2.
E-mail: а[email protected]
Статья поступила 13.07.2011, подписана в печать 20.07.2011
Исследована возможность определения направления и величины древнего геомагнитного поля (.Нш) по естественной остаточной намагниченности (/„) девяти ориентированных образцов траппов Мало-Ботуобинского района Якутии возрастом 260 млн лет.
Наклонение 1п пяти образцов (Пи-10, К-4, К-6, 315-13, Ки-2) было отрицательным, на четырех образцах (№ 334-5, 331-2, 315-11, 299-2) — положительным, т.е. совпадало с полярностью современного геомагнитного поля в этом районе.
Ферримагнитная составляющая образцов с обратной полярностью 1п оказалась довольно разнообразной: были выявлены образцы К-4 и К-6 с низкими точками Кюри (Тс к, 200 °С) ферримагнитной фазы, образец Ки-2 содержал однофазно-окисленный титаномагнетит с Гси310°С, образец Пи-10 с Тс = 540 ° С.
Сделан вывод, что первичная остаточная намагниченность первых двух образцов образовалась в поле обратной полярности. Эти образцы также могут использоваться для определения палеонапря-женности ГМП. Свойства траппов, содержащих однофазно-окисленный титаномагнетит (обр. Ки-2) и распавшийся титаномагнетит (обр. Пи-10), требуют дополнительных исследований.
На образцах с положительной полярностью 1п обнаружено явление самообращения при терморазмагничивании естественной остаточной намагниченности, обусловленной, вероятно, наличием в ферримагнитных зернах структур распада титаномагнетита. Палеоинформативность 1п этих образцов вызывает сомнение.
Ключевые слова: геомагнитное поле, палеонапряженность, траппы, самообращение, метод Телье.
УДК: 550.384. PACS: 91.25.-r, 91.25.N-, 91.25.Ng.
Введение
Горные породы во время своего образования намагничиваются в геомагнитном поле {Нш), которое было в это геологическое время. Содержащиеся в горных породах, в небольших количествах магнитоупорядочен-ные минералы, обнаруживающие свойства «магнитной памяти», приобретают естественную остаточную намагниченность (/„), которая несет информацию о направлении и напряженности древнего геомагнитного поля Нш) эпохи образования породы [1]. Зная величину и направление первичной 1п породы, можно решать обратную задачу о величине и направлении древнего геомагнитного поля. Палеомагнитные исследования, выполненные в последние пятьдесят лет, дали информацию о намагничивании древних горных пород, возраст которых достигал 400 млн лет, и прежде всего о направлении их намагниченности относительно направления современного геомагнитного поля (ГМП). Было обнаружено, что направление намагниченности древних горных пород изменялось от направления, близкого к современному ГМП, до противоположного направления. Такие палеомагнитные данные имели глобальный характер. Был сделан вывод о том, что различные направления намагниченности древних горных пород вызваны тем, что ГМП начиная с древних времен
(400-600 млн лет назад) и до наших дней изменяло свою полярность с такой же периодичностью, которая наблюдалась на направлении намагниченности горных пород разного возраста [2-4].
Наблюдаемое на поверхности Земли современное ГМП может быть создано электрическим током, текущим в ядре Земли, интенсивностью в 600 млн ампер. В процессе переполюсовки (инверсии ГМП) такой громадный ток должен изменить направление на противоположное. Для этого необходима огромная энергия. Откуда берется эта энергия, пока совершенно неясно.
Исследования магнитных свойств ферримагнитных минералов горных пород показали, что ферримагнитные минералы, входящие в состав горных пород, могут обладать таким свойством, как намагничивание против намагничивающего поля. Этот эффект наблюдается на некоторых горных породах при их лабораторном термонамагничивании. Явление намагничивания ферри-магнетиков антипараллельно намагничивающему полю называется «самообращением намагниченности». Таким образцом, следует проводить специальные исследования, чтобы определить причину обращенной по отношению к современному ГМП намагниченности горных пород: за счет инверсий ГМП или «самообращения намагниченности»?
Исследование инверсий ГМП в режиме реального времени невозможно в связи с тем, что, согласно палео-магнитным данным, смена полярности ГМП происходит один раз в 0.5-1.0 млн лет, а продолжительность инверсии составляет около 5000 лет. Это стало поводом для проведения тщательных исследований альтернативного инверсиям ГМП механизма образования антипараллельной самообращенной намагниченности горных пород. В зависимости от вероятности существования явления «самообращения намагниченности» горных пород можно будет рассчитать вероятность действия инверсий ГМП.
Многочисленные исследования по магнетизму горных пород свидетельствуют о том, что в течение геологической жизни породы ее первичная намагниченность может изменяться как за счет магнитовязких процессов, так и за счет химических процессов в ферримаг-нитных минералах — носителях /„.
Важной задачей при определении характеристик Нш является оценка природы /„ и доказательство ее палеоинформативности. При решении задачи определения характеристик древнего геомагнитного поля существенной проблемой, как уже было отмечено, является доказательство соответствия направления первичной намагниченности горных пород с направлением Нш. Известно, что при лабораторном моделировании явления термонамагничивания горные породы иногда намагничиваются антипараллельно приложенному полю, т. е. наблюдается самообращение намагниченности [5, 6]. Решение этой проблемы на конкретных образцах определенного возраста позволяет ответить на вопрос, является ли обратная намагниченность древних горных пород свидетельством их образования в геомагнитном поле обратной полярности или она образовалась в процессе самообращения.
Настоящая работа посвящена изучению возможности определения величины и направления древнего магнитного поля (Нт) по естественной остаточной намагниченности /„ траппов Якутии и относится к циклу ранее опубликованных нами работ, посвященных исследованию особенностей намагничивания ферримаг-нитных минералов.
1. Магнито-минералогические свойства траппов Якутии (по литературным данным)
Подробное изучение траппов Мало-Ботуобинского района Якутии проводилось ранее [7]. В этом районе наблюдается неоднородное и сложное аномальное геомагнитное поле, обусловленное особенностями строения и намагниченностью трапповых образований. Определение параметров, характеризующих естественное магнитное состояние ферримагнитной фракции траппов, было проведено без ее выделения из породы. Для оценки характера доменной структуры зерен ферримагнитной фракции траппов использовалось отношение остаточной намагниченности насыщения к намагниченности насыщения /гх//х. Согласно работе [7], в изученных траппах наблюдались значительные колебания величин магнитных параметров. По особенностям ферримагнитной фракции траппы были разделены на пять групп.
Первая группа состояла из образцов траппов, содержащих титаномагнетит со структурами распада (самая поздняя стадия распада), который при термообработке до точки Кюри Тс подвергается регомогенизации, и ильменитом, не обладающим ферримагнитными свойствами при комнатной температуре. Эта группа образцов характеризовалась высокими значениями остаточной намагниченности насыщения Irs, отношения к намагниченности насыщения /rs//s, коэрцитивной силы Нс, остаточной коэрцитивной силы Нсг.
Образцы второй группы, кроме того, содержат хром-шпинелиды, возможно, не обладающие магнитными свойствами в естественном состоянии. На основе минералогического анализа [7] было также обнаружено наличие сульфидов железа, которые при нагреве могут превращаться в магнетит, а ферришпинелиды обогащаются ионами железа, т. е. имеют более сложный состав ферримагнитной фракции. Траппы данной группы имели выпуклые кривые IS(T) как при нагреве, так и при охлаждении, причем кривые IS(T) имели точку пересечения в области низких температур. Кривая охлаждения в основном идет выше кривой нагрева. Величины /„, Qn и Is для траппов данной группы максимальны.
Образцы третьей группы содержат титаномагнетит в состоянии незавершенного распада (самая ранняя стадия) твердого раствора и ильменит. Термообработка также приводит такие образцы к регомогенизации твердых растворов. Данные образцы имеют вогнутые кривые IS(T) как при нагреве, так и при охлаждении, причем кривые IS(T) при охлаждении идут ниже кривых нагрева.
Образцы четвертой группы испытали однофазное окисление титаномагнетита в природных условиях и поэтому содержат титаномаггемит. У этих образцов не было обнаружено сульфидов железа.
В ферримагнитную фракцию образцов пятой группы кроме ильменита входит титаномагнетит в стадии незавершенного распада (промежуточная стадия между первой и третьей стадиями), но эта стадия более поздняя, чем у образцов третьей группы. Большинство образцов группы 5 характеризуются вогнутыми кривыми IS(T) при их нагреве и охлаждении.
Таким образом было установлено, что основным компонентом ферримагнитной фракции траппов следует считать титаномагнетит на различных стадиях распада твердого раствора, от самой ранней (более редко) до более поздней стадии, что и отражает специфику формирования траппов в их последующей геологической истории.
В этой же работе [7] траппы Мало-Ботуобинского района были разделены на петромагнитные комплексы (ПМК1 и ПМК2), образцы которых имели разную полярность /„ (п — normal) соответственно по отношению к современному ГМП.
Однако природа /„ не была изучена, не была оценена сохранность первичной остаточной намагниченности траппов. Остается неясным, насколько величина и направление 1п отражают величину и направление Нш.
Определение Нш по 1п траппов, ферримагнит-ная фракция которых сильно изменена, проблематично
и требует дополнительных, более тщательных исследований.
2. Объекты и методы исследования
Для выяснения возможности определения параметров древнего геомагнитного поля по траппам Якутии были исследованы ориентированные образцы траппов (№ Пи-10, К-4, 334-5, К-6, 315-13, Ки-2, 331-2, 299-2 и 315-11), имеющие возраст 260 млн лет [7] и отобранные на территории от г. Чернышевский до г. Мирный (Мало-Ботуобинский район). Проводилось определение параметров, характеризующих естественное магнитное состояние ферримагнитной фракции траппов без ее выделения из породы: естественная остаточная намагниченность /„ , начальная магнитная восприимчивость щ, фактор Кенигсбергера Qn = 1п/(щНг), где Нг = 40 А/м (г — reverse). Исследовались свойства /„ путем размагничивания образцов переменным магнитным полем. Был проведен фазовый термомагнитный анализ и оценены точки Кюри Тс ферримагнитной фазы образцов.
Для оценки доменной структуры также определялись магнитные параметры насыщения (Is и Irs) и коэрцитивные параметры (Нс и Нсг).
3. Приборы и методика экспериментов
Измерения величины и направления остаточной намагниченности образцов относительно выбранной системы координат при комнатной температуре проводились на магнитометре JR-6 на ориентированных образцах, где направление оси х совпадало с направлением горизонтальной составляющей ГМП в месте отбора образцов. Величина магнитной восприимчивости измерялась на приборе KLY-2. Точка Кюри определялась по кривым зависимости намагниченности от температуры (по пересечению прямой резкого спада намагниченности с осью температур) в магнитном поле Н = 0.24 Тл и в слабом поле Н = 0.25 мТл. Образец предварительно размагничивался переменным магнитным полем hmax = 80 мТл, т.е. приводился в нулевое состояние (НС).
Гистерезисные и термомагнитные свойства исследовались на вибрационном магнитометре ВМА-1 [8].
Магнитные
Нс и Нсг определялись по «спинке» размагничивания петли гистерезиса после предварительного намагничивания образца в поле Н = 0.4 Тл. С помощью мик-ровеберметра по методу Вейса и Форрера измерялась намагниченность насыщения Is в поле Н = 0.4 Тл.
4. Результаты исследований
Естественные параметры /„, щ, и Qn представлены в табл. 1, а параметры насыщения Is, Irs, и Нс, Нсг — в табл. 2. Точки Кюри, полученные по термозависимостям намагниченности 1{Т) в сильном магнитном поле Н = 0.24 Тл и в поле Н = 0.25 мТл (рис. 3 и 4 соответственно), представлены в табл. 2.
Таблица 1 Естественные магнитные характеристики траппов Якутии
Траппы Inx/Iny/Inz, А/м /„, А/м Полярность щ- Ю^2 ед. СИ Qn
ПИ-10 0.156/—0.359/ — 1.655 1.701 R 0.94 4.52
К-4 1.14/1.95/—5.05 5.527 R 1.95 7.06
334-5 -0.2/2.39/6.41 6.844 N 3.00 5.7
К-6 1.853/-1.275/-1.447 2.674 R 3.3 2.03
315-13 1.86/—8.22/0.53 8.44 ? 3.47 6.08
Ки-2 0.605/—0.001/—1.183 1.328 R 0.83 3.99
331-2 -0.12/0.19/4.4 4.409 N 1.58 6.99
299-2 -0.97/6.01/6.55 8.942 N 2.69 8.30
315-11 0.87/0.69/2.18 2.447 N 2.15 2.85
Таблица 2
траппов Якутии
Траппы Irs, А/м Is, А/м Ясг, мТл Нс, мТл hs/Is На/Нс /г 1/2, мкТл Те, max, С (при нагр., Я = 0.25 мТл) Тс, шах, С (при нагр., Я = 240 мТл)
ПИ-10 174 2035 20.4 9.6 0.09 2.13 13 542 540
К-4 312 2613 13.9 6.2 0.12 2.23 14 300 195
334-5 449 4565 17.3 8.8 0.1 1.98 11.5 517 520
К-ба 426 2943 8.9 3.8 0.15 2.34 10.5 234 190
315-13 402 6050 14.0 6.2 0.07 2.25 6.5 492 420
Ки-2 306 2283 15.3 11.0 0.13 1.39 13.5 500 310
331-2 753 4125 49.6 28.2 0.18 1.76 35.5 528 350
299-2 228 3410 11.7 5.0 0.07 2.36 3.5 295 275; 580
315-11 418 4125 18.5 10.6 0.10 1.75 — — 480
4.1. Естественная остаточная намагниченность и ее свойства
В табл. 1 указана величина 1п и ее составляющие по осям х, у, z (/,гх, 1пу, /лг). которые позволяют определить направление 1п породы в выбранной системе координат относительно современного поля. Величины /„ изученных образцов варьируют от 1.33 А/м до 8.94 А/м, а величины х0 — от 0.83 • 10^2 до 3.47 • 10^2 ед. СИ. Фактор Кенигсбергера меняется от 2.03 до 8.30. Будем считать, как в работе [7], что если г-компонента положительна, то 1п таких пород имеет нормальную полярность (образцы N-типа); если ¿■-компонента отрицательна, образцы будут R-типа. Как видно из табл. 1, образцы траппов Пи-10, К-4, К-6 и Ки-2 имеют обратную полярность 1п (R-типа), т.е. ¿■-компонента перечисленных образцов траппов отрицательна. Образцы 334-5, 331-2, 299-2, и 315-11 имели положительную г-компоненту 1п, т.е. образцы N-типа. Образец 315-13 имел положительную компоненту г. Однако его восточная //-компонента отрицательна, причем \Imj\ » \Inz\- Вероятно, направление горизонтальной составляющей ГМП было нанесено на образцы этого номера неправильно.
На рис. 1 представлены кривые разрушения 1п в относительных единицах (/ш/7,го) при размагничивании образцов переменным магнитном полем. Видно, что все образцы траппов после воздействия переменного магнитного поля с максимальной амплитудой hm-лк = 80 мТл размагничиваются на 90-95%. Диаграммы Зейдервильда, полученные при размагничивании образцов переменным магнитным полем, представлены на рис. 2.
^nr^no
Рис. 1. Кривые разрушения /„ в относительных единицах при размагничивании образцов траппов Якутии переменным магнитным полем
В начале процесса размагничивания 1п (в интервале /г = 4-5 мТл, рис. 1) для образца К-4 (образец И-типа) заметно увеличение значения остаточной намагниченности на 18%. Вероятно, это связано с размагничиванием компоненты намагниченности, направленной противоположно общему вектору намагниченности. По-видимому, данная намагниченность имеет вязкую природу, поскольку неустойчива и после воз-
действия переменного поля /г = 8 мТл (рис. 1 и 2,6) размагничивается. Образцы Пи-10 и Ки-2, вероятно, также имеют неустойчивую компоненту намагниченности вязкой природы (рис. 1, 2,о, е), но ее вклад меньше (5-7% от /„), чем для образца К-4. Наиболее вероятное направление вязкой намагниченности /,-0 соответствует современному направлению ГМП. На образце 334-5 также была обнаружена (рис. 1 и 2, в) обратная по отношению к основной части естественной остаточной намагниченности компонента 1п, однако эта компонента более устойчива и размагничивается при к = 40 мТл.
Для образца К-6 (рис. 2, г) можно предполагать, что существует магнитомягкая компонента намагниченности /„, которая направлена обратно общему вектору намагниченности и разрушается уже после воздействия размагничивающего поля примерно в 6 мТл.
Образец 331-2 отличается от всех других большей устойчивостью ее /„ при размагничивании переменным полем. Действительно, поле к\/2, в котором разрушается половина /гг, равно 35.5 мТл (табл. 2), тогда как значение /г 1 /2 для всех других образцов меньше 14 мТл. Образец 331-2 также имеет наибольшее значение коэрцитивной силы (#с = 28.2 мТл, табл. 2).
Как видно из диаграмм Зейдервильда (рис. 2), образцы 334-5 и 331-2 (рис. 2, в, ж) имеют однокомпо-нентную намагниченность, которая плавно размагничивается при увеличении значения размагничивающего переменного поля.
На образцах 315-13, Ки-2 и 299-2 (рис. 2,д,е,и) вклад в /„ вязкой и менее стабильной компоненты более значителен, чем для остальных изученных в работе образцах.
4.2. Результаты термомагнитного анализа.
Гистерезисные характеристики
Для оценки фазового состояния ферримагнитной фракции был проведен термомагнитный анализ исследуемых образцов. Снимались зависимости намагниченности от температуры при нагреве образцов от комнатной температуры до 600°С и их охлаждении в полях И = 0.24 Тл и И = 0.25 мТл. Результаты представлены на рис. 3 и 4.
Рассмотрим сначала образцы И-типа. Как видно из рис. 3,е, в образце Ки-2 имеется ферримагнитная фаза с точкой Кюри 7^ = 310° С. После нагрева образца до 600°С намагниченность насыщения увеличивалась в 2 раза, а зависимость /ДГ) имела выпуклую форму. Такое поведение /ДГ) характерно для титаномагге-мита, при нагреве которого выше 400°С происходит его распад и однофазное окисление с образованием фазы, близкой по составу к магнетиту. Точка Кюри образованной в результате лабораторного нагрева ферримагнитной фазы оказалась равной 560° С. Данный образец может быть отнесен к четвертой группе траппов, согласно классификации [7]. Таким образом, согласно термомагнитному анализу, можно сделать вывод, что исходная ферримагнитная фаза образца Ки-2 м вШ была подвергнута низкотемпературному однофазному окислению, в результате которого первичная /,го могла сильно измениться. Вероятно, эти образцы не могут быть использованы для определе-
А/м
1.5 Обр. Пи-10
1.0
♦ ыи
0.5
ог 80 мТ 7„, А/м , 1
№ 6 в
1п\ 5 А/м ►3 мТл 10 мТл Обр. 334-5
3 1гу('гХ)
1 380 мТЛ| 1гх, А/м
"1 1 2 3
0 80 мТл
1гуг< А/ 4 10мТ<С м Обр. 315-13 6 мТ 3 мТл / А/м
Ч -4 -6 2 4 \ 80 мТл - — 'гуУгх)
А/м Обр. Ки-2
0.9 - -п-
♦ 'гЛ'гх)
0.4
80 мТл 1гх, А/м ь
-0.4 -0.1 0.6
-0.6 Г10 мТл
-1.1 мТл 1п
3 мТл
(Ж-
А/м
60 мТлвЛ" 4*
V7«)
1п
3 мТл
50 мТл 80 мТл
Обр. 331-2
4с, А/м
Обр. 299-2 1п ♦ 7^, А/м
6
5-
3 мТл <(
4-
--1гу(1гх) \ 3
\б мТ
\
40 мТл\ ^
7ге,А/м
-2
_ 2 80 мТл д
Рис. 2. Диаграммы Зейдервильда, полученные при размагничивании образцов переменным магнитным полем из естественного состояния (число рядом с точкой соответствует значению максимальной амплитуды
размагничивающего переменного поля для этой точки)
ния величины Нт. Для более однозначного ответа на /ДГ) при нагреве и охлаждении. Это может свиде-
этот вопрос необходимо оценить степень однофазного тельствовать о широком спектре точек Кюри, значения
окисления. которых лежат для образца К-4 в интервале от 200 до
Образцы К-4 (рис. 3,6) и К-6 (рис. 3,г), в отличие 400°С, а для образца К-6 — в интервале 200-300°С.
от образца Ки-2 (рис. 3,е), имеют вогнутые кривые Зависимость /ДГ) при охлаждении идет выше, чем
Рис. 3. Термомагнитные кривые
/ДГ) при нагреве, т.е. происходят фазовые изменения с образованием фазы с более высокими Тс. Такое поведение /5(Г), вероятно, может свидетельствовать о незавершенном распаде исходной ферримагнитной фазы. Как было предположено в работе [7], эти образцы можно отнести к пятой группе.
Образец 331-2 (рис. 3,ж), в отличие от образца К-6 (рис. 3,г), имеет более высокие точки Кюри 350-400° С. Также значения , /7-5//«, На повышены (табл. 2), и поэтому он, вероятно, относится к первой группе.
Образцы Пи-10 (рис. 3,о) и 334-5 (рис. 3,в) имеют ферримагнитные фазы, близкие к магнетитовой с Гс = 530°С. Кривые нагрева и охлаждения образца
V.
Якутии в поле Н =0.24 Тл
Пи-10 выпуклые и пересекаются. Поэтому данный образец относится к второй группе. Что касается образца 334-5 (рис. 3,в), имеются признаки процесса регомогенизации исходной фазы со смешением точек Кюри в области низких температур. Данный образец имеет также высокие значения /„, fs, и frs/fs (табл. 2) и может быть отнесен к первой группе.
Образцы 315-13 (Тс = 360-450°С, рис. 3,d) и 299-2 {Тс = 275°С, рис. 3,и) отличаются тем, что их ферримагнитные фазы являются более устойчивыми к нагреву. Действительно, их кривые fs{T) при нагреве и охлаждении мало отличаются. Образец 315-11 имеет высокие значения frs и fs (группа 1). Образец 299-2 (группа 2) имеет размытый спектр точек Кюри, харак-
Окончание рис. 3
Рис. 4. Термомагнитные кривые образцов траппов 299-2 и 331-2 в поле Н = 0.25 мТл
терный для титаномагнетита в стадии незавершенного по термомагнитным кривым в поле Н = 0.25 мТл
распада, но ближе к конечной стадии. и представлены в табл. 2.
На рис. 4 представлены термомагнитные кривые На образце 331-2 были обнаружены признаки самообразцов траппов 299-2 и 331-2 в поле Н = 0.25 мТл. обращения. В процессе охлаждения (рис. 4,6) в поле Образцы нагревались из размагниченного состояния от Н = 0.25 мТл в интервале температур от Т = 250 до комнатной температуры до Т = 600°С и охлаждались 150° С наблюдалось уменьшение намагниченности. Сов поле. Для образца 299-2 (рис. 4, о) точка Кюри по ответствие направления 1п направлению Н.лп вызывает кривой нагрева равна 295°С, а по кривой охлаждения сомнение. Поэтому данный образец, вероятно, нельзя Тс — несколько выше. Точки Кюри образцов Пи-10, использовать для определения характеристик Н.лп. К-4, 334-5, К-6, 315-13, Ки-2, и 331-2 также определены Можно предположить, что образцы, описанные вы-
ше и имеющие высокие точки Кюри (Пи-10, рис. 3, о, 334-5, рис. 3,в), т.е. те, у которых исходная фаза распалась с образованием фазы, близкой к магнетитовой (T'c.FenO,, = 580°С), не могут быть использованы для определения Нт.
Однако если распад произошел при Т К Тс магнетита, то их более стабильная часть 1п имеет термоостаточную природу и, следовательно, несет информацию о Нш.
Что касается образцов К-4 (рис. 3,6), 334-5 (рис. 3,e), К-6 (рис. 3, г), 315-13 (рис. 3,6), 299-2 (рис. 3,«), 315-11 (рис. 3, к), то они в общем содержат ферримагнитную фазу с низкими точками Кюри 200-300° С, и можно предположить, что их ферри-магнитная фаза образовалась во время формирования породы, и остаточная намагниченность /,-, имеющая термоостаточную природу, несет информацию о #Ш1.
Отношения 1,-s/h и На/Нс, характеризующие доменную структуру изучаемых траппов, лежат соответственно в интервалах от 0.07 до 0.18 и от 1.39 до 2.36. Согласно критерию Дея, эти траппы имеют ферримаг-нитные зерна с псевдооднодоменной структурой.
Все описанные данные свидетельствуют о сложном составе ферримагнитной фракции траппов и о большом разнообразии ее зерен.
4.3. Определение палеонапряженности геомагнитного
поля
На некоторых образцах траппов была предпринята попытка определения величины #Ш1 по стандартной методике Телье. Метод заключается в сравнении величины разрушенной первичной естественной остаточной намагниченности 1п термоостаточной природы при нагреве образца в отсутствие магнитного поля с величиной парциальной термоостаточной намагниченности (/rpf), образованной в лабораторном поле при охлаждении образца до комнатной температуры [10, 11].
Для определения древнего поля были выбраны образцы более устойчивые к нагреву (315-11, рис. 3,к, и 299-2, рис. 3,и) и имеющие низкотемпературные точки Кюри, т. е. образцы, у которых сохранилась исходная фаза.
I, А/м
кГ=30°С Обр. 315-11 а
\т= 128 °С
\г=244°С К= 2.9 х *Т= 364
PTRM-y, A/M \ Г=458 °С
0 2 4 6 8 '\10
Г =507 °С
Результаты в виде диаграмм Араи-Нагаты представлены на рис. 5. Цифры около точек на диаграммах показывают, до какой температуры нагревался образец в цикле нагрев-охлаждение. Образование парциальной термоостаточной намагниченности (/,р?) проводилось в поле И = 6.25- 10^2 мТл (40 А/м). На рис. 5,о видно, что зависимость 1п =/(/,-р^) невозможно описать линейной функцией, как следует из теории [10, 12]. Вероятно, это обусловлено тем, что при нагреве образца 315-11 до Г = 364°С и выше наблюдались признаки самообращения 1п. Для иллюстрации этого явления на рисунке 6а представлены кривые 1п(Т) при охлаждении образца от Т = 450 и от Г = 500° С в отсутствие магнитного поля. Сначала остаточная намагниченность увеличивается (при охлаждении от 450 до 300°С), затем уменьшается. При нагреве образца до 500° Си последующем охлаждении в Н = 0 образуется остаточная намагниченность обратного знака.
Из-за наличия вышеописанных признаков самообращения точки на диаграмме Араи-Нагаты, полученные при нагреве образца выше Г = 364° С, не могут быть использованы для оценки палеонапряженности геомагнитного поля. По точкам получены при Г < 364° С, величина коэффициента линейной аппроксимации получилась равной /> = 2.9. Однако этот коэффициент не может быть использован для определения Яап, так как при Т< 300°С, вероятнее всего, мы сравниваем разрушение вязкой компоненты 1п с образованием lrpt, что неправомерно.
Аналогичный результат был получен на образце 299-2. Признаки частичного и полного самообращения обнаруживались при нагреве и охлаждении образца начиная с Т = 300°С. На рис. 6,6 проиллюстрированы частичное самообращение при охлаждении образца от Г = 400° С и полное самообращение при охлаждении от Г = 506°С. Оценка палеонапряженности геомагнитного поля получена с точками, для которых не обнаружены (до Т = 208°С, рис. 5,6), признаки самообращения /„ дают значение Яап = 40 А/м • 2.34 = 93.6 А/м (0.117 мТл).
Таким образом, полученные данные о величине древнего геомагнитного поля в Мало-Ботуобинском районе недостоверны, поскольку было обнаружено яв-
/, А/м
Рис. 5. Диаграммы Араи-Нагаты образцов траппа 315-11 и 299-2. Цифры около точек показывают, до какой
температуры нагревался образец в цикле
1у, А/м 10
6 4 2 0 -2
Обр. 315-11
а
Охлаждение от Т= 450 °С без магнитного поля Охлаждение от Т= 500 °С без магнитного поля
Охлаждение от Т= 400 °С без магнитного поля Охлаждение от Т= 506 °С без магнитного поля
500 Т,°С
Рис. 6. Кривые охлаждения образцов траппа 315-11 и 299-2 получены при построении диаграммы
Араи-Нагаты
ление самообращения при циклическом нагреве образцов. Возможно, вогнутый характер кривой на диаграмме Араи-Нагаты связан с тем, что данные траппы имеют псевдооднодоменные ферримагнитные частицы. Согласно [12], при определении Яап методом Телье на образцах, имеющих псевдооднодоменные ферримагнитные частицы, они должны нагреваться сразу до высоких температур, минуя промежуточные нагревы. Если только учитывать для траппа 315-11 начальную точку Т = 30 ° С и точку, полученную при нагреве до 507°С, то получим #ап = 40 А/м • 0.81 = 32.4 А/м. Такая же величина Яап получается для траппа 299-2.
Заключение
В статье экспериментально установлены новые данные о термомагнитных свойствах исследованных образцов траппов Мало-Ботуобинского района. Установлено, что магнитные свойства образцов очень разнообразны. Они изменяются в широких пределах. Тем не менее дополнительная информация об особенностях магнетизма образцов траппов является полезной для решения основных задач наших исследований.
Были выявлены образцы (Ки-2), первичная ферри-магнитная фаза которых изменена процессами однофазного окисления. Свойства такого типа траппов очень похожи на свойства подводных базальтов. Первичная остаточная намагниченность этих образцов может быть достаточно сильно разрушена. Для решения вопроса об использовании этих образцов для задач палеомагнетизма необходимы дополнительные исследования по оценке степени окисления, а также по влиянию этого окисления на самообращение естественной остаточной намагниченности. Возможно, что отрицательное наклонение 1п этих образцов не является свидетельством образования их в геомагнитном поле обратной полярности.
Можно утверждать, что первичная ферримагнитная фаза образцов К-4 и К-6 с низкими Тс достаточно хорошо сохранилась. Учитывая, что г-компонента 1п этих образцов отрицательна, а вязкая компонента составляет с более стабильной частью естественной намагниченности угол больше, чем 90°, можно утверждать, что первичная остаточная намагниченность образовалась в поле обратной полярности по отношению
к современному геомагнитному полю в этом районе. Эти образцы, вероятно, можно использовать также для оценки направления и величины древнего магнитного поля.
Ферримагнитная фракция другой части образцов (315-13, 299-2, 331-2, 315-11) представлена структурами распада титаномагнетита и довольно стабильна к лабораторным нагревам в атмосфере воздуха. При термомагнитных исследованиях двух образцов (299-2 и 315-11) обнаружены признаки самообращения естественной остаточной намагниченности, обусловленной, вероятно, наличием структур распада. Если распад титаномагнетита произошел при температуре выше 580° С, то 1п этих образцов имеет термоостаточную природу и несет информацию о величине Яап. Наклонение 1п этих образцов положительно, однако обнаруженное в лабораторных экспериментах явление самообращения на образцах 299-2 и 315-11 не позволяет сделать однозначный вывод о том, геомагнитное поле какой полярности было во время формирования первичной намагниченности этих траппов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты 10-05-00396 и 11-05-740).
Список литературы
1. Яновский Б.М. Земной магнетизм. JL, 1978.
2. Саврасов Д.И., Камышева Г.Г. К вопросу о применимости палеомагнитного метода для оценки возраста Сибирских траппов // Магнетизм горных пород и палеомагнетизм. Краснояск, 1963.
3. Шрейдер A.A., Шрейдер Ал.А., Варга П., Денис К. // Океанология. 2005. 45, № 5. С. 785.
4. Шрейдер A.A., Трухин В.И., Сычев В.А. и др. // Океанология. 1982. XXII № 3.
5. Трухин В.И., Безаева Н.С.. Самообращение намагниченности природных и синтезированных ферримагнетиков.
6. Трухин В.И., Гаранин В.К., Жиляева В.А., Кудрявцева Г.П. Ферримагнетизм минералов. М., 1983.
7. Трухин В.И., Жиляева В.А., Зинчук H.H., Романов H.H. Магнетизм кимберлитов и траппов. М., 1989.
8. Максимочкин В.И., Трухин В.И., Гарифуллин Н.М., Ха-санов H.A. // Приб. и техн. эксперимента. 2003. № 5. С. 1.
9. Трухин В.И., Жиляева В.А., Курочкина Е.С. // Физика Земли. 2004. 40, № 6. С. 42.
10. Нагата Т. Магнетизм горных пород, М., 1965.
11. Thellier Е., Thellier О. // Ann. Geophys. 1959. 15.
12. Щербакова В.В., Щербаков В.П., Виноградов Ю.К., Хай-дер Ф. О свойствах РТИМ многодоменных зерен и о применимости в этих случаях методики Телье определения палеонапряженности.
Paleo-descriptiveness natural remanent magnetization of some traps in Yakutia J.R. Mbeie", V.I. Maksimochkin, V.I. Trukhin
Department of Physics of the Earth, Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University,
Moscow 119991, Russia.
E-mail: [email protected].
The possibility of determining the direction and the value of antic geomagnetic field Ha was investigated using the natural remanent magnetization In nine oriented samples traps Little Botuoba district of Yakutia wish age 260 million years.
Inclination of ln five samples (PI-10, K-4, K-6, 315-13, Ki-2) was negative and positive for four samples (No. 334-5, 331-2, 315-11, 299-2), that is coincided with the polarity of the current geomagnetic field in the area. Ferrimagnetic component samples with reversed polarity In was quite varied: samples were identified with low Curie points (No. K-4 and K-6, Tc и 200 ° C) ferrimagnetic phase, the sample Ki-2, which contained a single phase oxidized titanomagnetite with Tc и 310° С, and the sample Pi-10 with a Curie point Tc = 540 °C. It is more probably that the primary remanent magnetization of the first two samples was formed in the reverse polarity. These samples can also be used to determine the paleointensity geomagnetic field. Properties of traps containing a single-phase-oxidized titanomagnetite (sample Ki-2) and disintegrated titanomagnetite (sample Pi-10) require additional research.
In the samples with positive polarity In, the phenomenal of self-reverse was detected during thermal demagnetization natural remanent magnetization probably because of the collapse of the structures of titanomagnetite in the ferrimagnetic grains.
Paleo-descriptiveness In these samples is questionable. Evaluation of the paleointensity of geomagnetic field using the Tellier metod (Я0м =94-116 A/m) has a low degree of confidence.
Keywords: geomagnetic field, paleointensity, traps, self-reversal, Tellier method. PACS: 91.25.-r, 91.25.N-, 91.25.Ng. Received 13 July 2011.
English version: Moscow University Physics Bulletin 6(2011).
Сведения об авторах
1. Мбеле Жан-Реми — аспирант, тел. (495) 939-48-81, e-mail: [email protected].
2. Максимочкин Валерий Иванович — докт. физ.-мат. наук, профессор; тел.: (495) 939-48-81, e-mail: [email protected].
3. Трухин Владимир Ильич — докт. физ.-мат. наук, профессор, декан; тел.: (495) 939-16-82, e-mail: [email protected].
