Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Магнитная анизотропия осадочных горных пород как источник палеомагнитной информации

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Магнитная анизотропия осадочных горных пород как источник палеомагнитной информации"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МЕЗЕНЦЕВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧ

МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД КАК ИСТОЧНИК ПАЛЕОМАГНИТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Специальность 25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2006 г.

Работа выполнена на кафедре физики Земли Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель- доктор геолого-минералогических наук, профессор

Шашканов Владимир Александрович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Старченко Сергей Владимирович, кандидат физико-математических наук Иосифиди Александр Георгиевич.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский филиал ИЗМИР АН.

Защита состоится «_»_____2006 г. в 15 час. на заседании

Диссертационного совета Д.212.23"1 19 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при СПбГУ по адресу: 199034, СПб, Университетская наб, д.7/9, Геологический факультет (здание бывш. НИФИ), ауд.347.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им М. Горького в СПбГУ Автореферат разослан "_"_______2006г.

И. О. ученого секретаря диссертационного совета

С. А. Вагин

^йСьА-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Революция 1960-х годов в науках о Земле изменила наш взгляд на Землю. Ныне мы представляем Землю некоей динамической системой континентальных и океанских литосферных плит с частым изменением относительных движений, которые являются в значительной степени ответственными за структурное развитие Земли Палеомагнетизм обеспечивает основные количественные данные о прошлом местоположении континентов и океанских плит Кроме того, палеомагнетизм обеспечил уточнение стратиграфических корреляций и геохронологических калибровок в зонировании морских и сухопутных окаменелостей. Эти геохронологические успехи сыграли свою роль в выяснении закономерностей биологического развития.

Традиционный метод палеоопределений основан на том, что в течение своего формирования горные породы приобретают естественную остаточную намагниченность (,!„) в направлении геомагнитного поля (ГМП) времени и места их образования. Таким образом, определив направление естественной остаточной намагниченности горной породы, можно сделать вывод о направлении ГМП времени ее образования. Этот метод при всех своих достоинствах имеет существенные недостатки стабильность естественной остаточной намагниченности во времени, т е продолжительность палеомагнитной памяти горных пород, не превышает нескольких сот миллионов лет. Это, очевидно, делает проблематичным палеомагнетизм докембрия. Кроме того, при формировании ориентационной намагниченности осадочных пород имеет место эффект занижения наклонения тгой намагниченности по сравнению с наклонением поля осаждения.

Более стабильной во времени а также более устойчивой по отношению к различным физическим воздействиям является такая характеристика магнитного состояния горных пород, как магнитная анизотропия (МА). Поскольку первичное намагничивание осадочной породы в процессе седиментации приводит к образованию и соответствующей компоненты МА (ориентационной компоненты), можно утверждать, что МА сама по себе несет палеомагнитную информацию Кроме того, ориентационная компонента МА осадочных пород не несет в себе ошибки наклонения. Задача палеомагнитных определений, основанных на изучении МА горных пород, заключается в том, чтобы выделить из полной МА породы интересующую нас палеоинформативную компоненту и определить направление

В настоящей работе развивается практический метод палеоопределений, основанный на анализе МА осадочных горных пород (метод МА) Этот метод для фанерозойских отложений может стать дополнением к традиционному палеомагнитному методу (особенно если учесть, чго он не дает ошибки наклонения палеополя), а для докембрийских осадочных пород - единственным способом провести корректные палеоопределения Таким образом, развитие и внедрение в палеомагнитную практику метода МА, которым посвящена диссертация, является, несомненно, актуальной задачей

Цель работы

Изучение палеоинформативных свойств МА осадочных горных пород с целью 1'осгроения и физического обоснования метода, позволяющего получать

ДГМП.

палеомагнитную информацию на основе характеристик МА осадочных пород Исследование границ применимости разрабатываемого метода при различных условиях осадкообразования.

Основные задачи работы

В круг задач настоящего исследования входило изучение закономерностей формирования МА осадочных горных пород, развитие метода вращательных моментов и методики сферического гармонического анализа, а также исследование вопроса о границах применимости этих методов при различных условиях осадкообразования и возможных альтернативных путях решения возникающих проблем. А именно:

1. Выяснение причин менее высокой кучности осей ориентационной МА по сравнению с кучностью намагниченности.

2. Исследование причин зависимости кучности результатов палеоопределений от характеристик палеополя.

3. Разработка и обоснование критериев отбора коллекций образцов для возможности исследования их методом МА.

4. Исследование механизмов формирования МА в полях осаждения с крутыми наклонениями.

5. Развитие метода МА до возможности разложения функции энергии МА на три сферических гармоники.

6. Экспериментальное исследование вклада третьей гармоники в энергию полной

МА.

7 Разработать и внедрить корректную методику осадкообразования в лабораторных условиях для получения осадков, максимально приближенных по своим свойствам к естественным осадочным породам.

8. Исследовать возможности повышения точности палеоопределений за счет усовершенствования методики измерения кривых вращагельных моментов.

9. Главная задача. - Изучение механизмов формирования МА в осадочных торных породах. Получение информации о направлении древнего геомагнитного поля на основе характеристик МА.

Научная новизна работы

1. Изучен процесс формирования МА в осадках, созданных в вертикальном и близких к вертикальному полях.

2. Разработаны и внедрены методики создания искусственных осадков большой площади, по условиям осадкообразования максимально приближенных к естественным.

3. Расширены теоретические основы и методическая база метода МА, в результате чего стало возможным учесть вклад третьей сферической гармоники в энергию МА с целью более полного анализа.

4. Предложена методика исследования компонент МА осадков по отдельности, и экспериментально показана эффективность такой методики.

5. Исследован вопрос о границах применимости метода МА, в результате чего были сформулированы критерии корректной работы метода МА, а также обнаружены важные закономерности в процессе образования МА осадочных пород на постседиментационном этапе.

Практическая ценность

1. Предложены, реализованы и экспериментально проверены методики создания искусственных осадков с заданными магнитными свойствами.

2. Изучены процессы и закономерности формирования МА осадочных пород, проанализированы возможности разделения МА на плоскостную и палеоинформативную ориентационную компоненты. Показана консервативность плоскостной магнитной анизотропии для осадков, имеющих одинаковый состав, но осажденных в разных магнитных полях.

3. Разработан метод МА, позволяющий выполнять палеомагнитные определения на основе магнитной анизотропии осадочных пород, показавший свою применимость, подтвержденную на большом объеме искусственных осадков.

На защиту выносятся:

1. Метод магнитной анизотропии (метод МА) для выполнения палеомагнитных определений на основе исключительно характеристик МА осадочных горных пород Метод МА может явиться дополнением к традиционному способу палеоопределений для пород фанерозоя и позднего протерозоя. Для более древних пород он, видимо, явится основным методом, служащим для определения древнего магнитного поля Земли.

2. Теоретически и экспериментально подтвержденное положение, что в осадочных горных породах ориенгационная компонента магнитной анизотропии формируется независимо от формирования плоскостной МА и может быть выделена из полной МА осадков для выполнении палеоопределений.

3. Лабораторная методика создания ориентационной и плоскостной компонент магнитной анизотропии осадочных горных пород по отдельности - для изучения и анализа как процесса формирования МА осадков, так и дня оценки палеоинформативного содержания ориентационной магнитной анизотропии.

Апробация работы

Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались на'

- International Conference "Problems of Gcocosmos 2004" и "Problems of Geocosmos 2006" (St. Peterburg, Russia);

- Международный семинар по палеомагнетизму и магнетизму горных пород (Борок: 11-14 октября 2003 г.)

Публикации

По теме диссертации было опубликовано 7 печатных работ (две статьи и пять публикаций в виде тезисов докладов).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы - 102 страницы, включая 48 рисунков, 11 таблиц и библиографию из 67 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и задачи работы.

В §1 Главы I приведен детальный обзор предшествующего работе состояния проблемы извлечения палеомагнитной информации напрямую из характеристик МЛ осадочных горных пород

В §2 выполнено теоретическое рассмотрение физических механизмов образования магнитной анизотропии осадочных горных пород в рамках кластерной модели магнетика осадков Согласно этой модели, магнитные частицы будущего осадка в процессе седиментации объединяются в группы сильно взаимодействующих частиц - шастеры Этот эффект является следствием стремления частиц с ненулевыми магнитными моментами к «слипанию» (магнитная энергия системы меньше суммы энергий отдельных частиц). Процесс образования осадка можно разделить на два этапа се&иментащтинмй, соответствующий «свободному» погружению материала осадка в воде (под действием силы тяжести и магнитного поля) и постседимептациоппый, соответствующий этапу уплотнения осадка массой накопившихся вышележащих слоев. Размеры и количество кластеров в осадке определяются размерами и конпен фацией магнитных частиц в осаждающемся материале, величинами их магнитных моментов, режимами осаждения и другими факторами Основные постулаты кластерной модели магнетика осадочных горных пород формулируются следующим образом:

1. Частицы магнетика осадков кластеризованы, т. е. образуют плотные сгустки различных по размеру сильно взаимодействующих частиц. Величины магнитных взаимодействий частиц в кластерах определяются собственными магнитными моментами частиц.

2. Исходная (доуплотнит ел ьная) форма кластеров - случайная, в среднем изометрическая, что позволяет определить ее как сферическую.

3 При гравитационном вертикальном уплотнении вещества осадка, кластеры наравне с общей массой осадка сплющиваются, принимая в итоге сфероидальную форму с вертикальной осью сжатия.

4. Вертикальная одноосная магнитная анизотропия осадков является отражением (следствием) факта сплюснутости всех кластеров магнетика осадка.

Процесс возникновения магнитной анизотропии осадочной породы в рамках лой модели представляется следующим образом. Магнитная анизотропия осадка обусловлена двумя факторами:

1 Выравниванием легких осей магнитных частиц, образующих кластеры, вдоль направления вектора геомагнитного поля на седиментационном этапе образования осадка.

2. Деформацией кластеров магнитных частиц, вызванной гравитационным уплотнением осадка на постседиментационном этапе его образования.

Эти предположения справедливы, если осаждение материала происходит на горизонтальную поверхность (нет ошибки осаждения ориентационной намагниченности) в спокойных гидродинамических условиях, т. е. в стоячей воде при отсутствии биогурбации и прочих эффектов, приводящих к дополнительному текстурированию осадка.

Возникшую в результате совместного действия этих двух факторов магнитную анизотропию можно рассматривать как суперпозицию двух одноосных физических компонент. Первая - ориентационная компонента магнитной анизотропии - является результатом выравнивания легких осей самих магнитных частиц, входящих в кластеры. Вторая - плоскостная компонента МА - обусловлена анизотропией формы магнитных к паст еров, деформированных при гравитационном у плот нении осадка

В §3 изложена методика исследования магнитной анизотропии осадочных пород и выделения палеоинформативной (ориентационной) компоненты магнитной анизотропии. С помощью крутильного анизометра методом вращательных моментов получают значения производной функции энергии МА по углу поворота вектора намагниченности в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Осуществляется сферический гармонический анализ полученных кривых вращательных моментов (КВМ). Функция энергии МА образца представляется в виде суммы первой и второй сферических гармоник На основании предположения о строгой вертикальности трудной оси плоскостной компоненты МА осуществляется процедура разделения полной МА на ориентационную и плоскостную компоненты. Приведены алгоритм и конкретный способ расчета ориентации легких осей ориентационной магнитной анизотропии.

В Главе II сформулированы и детально описаны разработанные методики создания искусственных осадков, максимально приближенные к реальным процессам осадкообразования. Описаны способы получения осадкоз с наперед заданными магнитными свойствами Основной упор в разработанных методиках искусственного осадкообразования сделан на постепенное, порционное добавление осаждаемой смеси в седиментационный сосуд, что позволяет получать осадки с однородно распределенным по объему магнетиком.

Во второй части Главы II приводятся результаты применения метода МА к трем сериям искусственных осадков, созданных в магнитных полях с наклонениями 30°, 45° и 79°. Замечено, что результаты «палеоопределений» не дают ошибки наклонения, которая наблюдается у ориентационной намагниченности. Также отмечено, что с ростом наклонения осаждающего поля уменьшается кучность получаемых методом МА результатов.

В Главе III приведены результаты изучения очень важного для понимания процессов формирования МА осадочных пород случая осаждения в магнитных полях, близких к вертикальному.

С помощью специально созданной седимечтационной установки было получено четыре серии искусственных осадков (по 12 осадков в каждой серии), различающихся начальным магнитным состоянием порошка магнетита (различные поля термонамагничивания: О Э (АНС - абсолютное нулевое состояние), 1 Э, 50 Э, 160 Э ( - ,1Г,)) Компонентный состав осадка для всех серий был одинаковым. Величины напряженностей полей осаждения в каждой серии составляли- 73,2; 68,5; 55,5, 41,5; 29,3; 18,5; 11,7, 7,9; 5,2; 3,4; 2,5 и 0 эрстед. Поле, создаваемое установкой является строго вертикальным только в центре и в непосредственной блшости от центра установки. Максимальное отклонение наклонення осаждающего гтоля от вертикального составляло 13° Пятая, контрольная серия, состоящая из трех осадков, была получена в строго вертикальных полях напряженностью 5, 40 и 72 Э.

Для всех серий были построены зависимости показателя вертикальной МАРгерп„ вычисленного по идеальной намагниченности, от напряженности поля осаждения (рис 1) Во всех случаях Рсерт, с ростом поля уменьшается и становится по своему значению меньше единицы, что говорит о том, что вертикальная ось становится осью легкого намагничивания.

Рис. 1. Полевые зависимости Рвврт для всех серий

Осадки всех серий были исследованы методом МА. Результаты дали значительный разброс направлений легкой оси ориентационной МА вокруг вертикального направления, кроме двух-трех осадков, создававшихся в поле, наиболее близком к вертикальному Последующая интерпретация полученных результатов выполнялась исходя из двух предположений:

1 Энергия плоскостной анизотропии не зависит от величины поля осаждения, а зависит только от величины магнитных моментов частиц магнетика.

Либо:

2. Энергия плоскостной анизотропии зависит не только от начального магнитного состояния магнетика, но и от величины поля осаждения.

Для реализации первого допущения, следует исходить из того, что в осадках, полученных в нулевом магнитном попе, отсутствует ориентационная компонента анизотропии, а есть только плоскостная, значение энергии которой и берется как базовое для всех остальных осадков данной серии. Приведенный способ вычисления направлений легких осей ориентационной МА увеличивает кучность получаемых результатов от двух до семи раз.

При втором способе обработки, разделение компонент анизотропии выполнялось таким образом, чтобы наклонение оси ориентационной анизотропии в каждом конкретном осадке серии при разделении компонент было равно наклонению реального поля осаждения этого осадка. К сожалению, этот способ расчета очень чувствителен к задаваемому наклонению ориентационной оси, с одной стороны, с другой стороны, сам по себе он не задает никаких критериев выбора наклонения. Так, при высоких наклонениях изменение величины задаваемого угла на доли градуса может изменять величины констант в несколько раз.

Основные результаты данной Главы можно сформулировать следующим образом:

1 Для всех серий осадков с ростом поля осаждения показатель вертикальной магнитной анизотропии уменьшается и переходит через единицу, а это означает, что константа ориентационной анизотропии по абсолютной величине становится больше

константы плоскостной анизотропии, т е. вертикальная ось осадка становится осью легкого намагничивания.

2. Анализ кривых энергии полной магнитной анизотропии осадков показал, что поле термонамагничивания магнетика влияет на степень его кластеризации (соотношение между кластеризованными и некластеризованными частицами, а также размеры кластеров), но не оказывает существенного влияния на собственную анизотропию кластера.

3. Из сравнительного анализа ориентационной и плоскостной компонент магнитной анизотропии осадка сделано предварительное заключение о независимости константы плоскостной анизотропии от величины поля осаждения.

В Главе IV применение метода МА расширено для возможности разложения энергии МА до третьей сферической гармоники. Показано, что для этой цели недостаточно измерений КВМ в трех плоскостях. Требуется еще одна КВМ, полученная в четвертой плоскости. Для этого была обобщена теоретическая база метода, соответствующим образом изменены методики измерений и обработки данных.

Также в этой Главе анализируются различные интерпретационные возможности, предоставляемые методом МА.

Метод МА с учетом третьей гармоники был применен к нескольким сериям искусственных и естественных осадков. В результате было показано, что вклад третьей гармоники в энергию МА настолько мал, что пока находится за пределами регистрационных возможностей используемых приборов. Этот факт свидетельствует о том, что в рамках возможностей используемой аппаратуры МА осадочных горных пород действительно является суммой одноосных компонент.

В §1 Главы V произведено исследование компонент МА осадочных пород по отдельности. Для изучения плоскостной компоненты в чистом виде использовались искусственные осадки, созданные в нулевом магнитном поле. МА таких осадков должна быть представлена только плоскостной компонентой, то есть быть одноосной со строго вертикальной осью трудного намагничивания. На рис. 2 приведены результаты выделения трудных осей полной МА для искусственного осадка большой площади, созданного в нулевом поле. Показано, что трудные оси не являются строго вертикальными вследствие наличия определенных ошибок отбора, а также нестрогой горизонтальности уплотняемой поверхности осадка. Такие ошибки могут существенно повлиять на качество палеоопределений. Таким образом, необходимо предъявлять жесткие требования к отбору образцов исследуемых коллекций

Для получения осадков, не содержащих плоскостной компоненты МА, использовалась смесь, в которой песок играл роль жесткого каркаса немагнитной матрицы, препятствующего вертикальному сжатию осадка. В результате удалось получить осадки, в которых существенно подавлена плоскостная компонента МА. Благодаря разработанной методике осаждения оказалось возможным формировать в одних и тех же условиях из одной и той же осаждаемой смеси осадки, в одной части которых плоскостная компонента МА подавлена, а в другой - присутствует в полной мере. Таким образом, появилась возможность корректного сравнения таких осадков, а значит, и изучения влияния постседиментационного этапа осадкообразования на формирование МА и ориентационной намагниченности осадочных пород.

N

•

т*

Рис. 2. Стереограмма распределений трудных осей полной анизотропии образцов осадка, созданного в нулевом поле

Было проведено детальное исследование осадка, созданного в поле с наклонением 30" по такой «безуплотнительной» технологии На рис 3 и рис 4 приведены стереограммы распределений ориентационных намагниченностей, соответственно, глиняной и песчаной частей осадка.

Рис. 3. Распределение ориентационной намагниченности для глиняной части осадка большой площади, созданного в поле с наклонением 30° Темный большой кружок - направление поля осаждения Светлый кружок - среднее направление намагниченности О - -0,12°,/= 13,64°. Кучность К = 110,10. Ошибка наклонения д/ = 16,35°

Ошибка наклонения ориентационной намагниченности для глиняной части составила 16,35°, в то время как наклонение песчаной части осадка занижено всего на

ю

7,45" Это ожидаемый и очень важный результат' Он напрямую касается механизмов образования ориентационной намагниченности и магнитной анизотропии в осадочных горных породах. Насколько известно, ни одна из существующих моделей образования ориентационной намагниченности в осадочных горных породах, за исключением кластерной модели, не связывает факт занижения наклонения намагниченности с уплотнением осадка на постседиментационном этапе. Приведенный результат убедительно доказывает «уплотнительную» природу ошибки наклонения ориентационной намагниченности осадочных пород.

В §2 проводится исследование МА в разных магнитных полях При исследовании осадков методом МА кривые вращательных моментов следует измерять при насыщающем рабочем поле анизометра Для используемого нами магнетика насыщающим полем мы считали поле напряженностью 2 кЭ. Ввиду чрезвычайной трудоемкости измерений в насыщающем поле нами неоднократно поднимался вопрос о возможности проведения измерений в меньших полях. Для глиняной части обсуждаемого осадка такая попытка была предпринята. Вызвано это было невозможностью провести измерения в насыщающем поле из-за большой концентрации магнетика в осадке Таким образом, были проведены измерения в поле с напряженностью 0,72 кЭ, составляющем одну треть от насыщающего. Стереограмма полученных результатов приведена на рис. 5 Образцы песчаного осадка были исследованы методом МА в поле напряженностью 2,1 кЭ. Стереограмма распределения легких осей ориентационной анизотропии приведена на рис. 6.

Рис. 4. Распределение ориентационной намагниченности для песчаной части осадка большой площади, созданного в поле с наклонением 30".

Темный большой кружок - направление поля осаждения. Светлый кружок - среднее направление намагниченности: О = 0,25°, / = 22,55°. Кучность К = 247,72. Ошибка наклонения 31 = 7,45°

ж

• 2

а*

Рис. 5. Распределение направлений легких осей ориентационной анизотропии для глиняной части осадка, полученного в поле с наклонением 30° при рабочем поле установки 0,72 кЭ

60

•

50

• | 40

•

• .10

•

* • 20

%0

Рис. 6. Стереограмма распределения направлений легких осей ориентационной анизотропии для песчаного осадка (рабочее поле установки - 2,1 кЭ).

Было высказано предположение о зависимости результатов от напряженности рабочего поля установки Для проверки этого предположения нами было изготовлено специальное оборудование, после чего на одном конкретном образце была проведена серия измерений методом МА при различных значениях рабочего тока установки (т. е при различных напряженностях рабочих полей) от 0,5 А до 30 А (что соответствует напряженностям полей от 0,075 кЭ до 4,25 кЭ). Перед каждым измерением образец размагничивался переменным магнитным полем Полученные результаты приведены на рис. 7

Для более наглядного описания полученной зависимости нами была введена величина, характеризующая о-л<лонение легкой оси ориентационной анизотропии от

^ [90 -/, при Ое= (-90°, 90°) _ , вертикали в северном направлении: X = 4 .1 рафик

[/ -90 , при Ос (90 , 270 )

зависимости этой величины от рабочего тока установки приведен на рис. 8. Полученные значения были аппроксимированы функцией Ланжевена. Видно, что результат «палеоопределения» асимптотически стремится к правичыюму с ростом напряженности рабочего поля установки.

Рис. 7. Распределение легких осей ориентационной МА для образца 2 11 в зависимости от напряженности рабочего поля

Рис. 8. График зависимости величины X от величины рабочего тока установки (аппроксимирован функцией Ланжевена)

В §3 приводятся выводы и обобщающие предположения о процессах, происходящих в осадке на постседиментационном этапе и влияющих на формирование магнитной анизотропии и ориентационной намагниченности.

Отмечено, что для песчаной части осадка величина X быстрее выходит на асимптотику Это свидетельствует о том, что причина зависимости величины X от напряженности рабочего поля кроется именно в постседиментационном этапе.

В Заключении подводятся итоги проделанной работы.

Основные результаты исследования

1. Проверка метода МА на большом числе серий искусственных осадков показала применимость метода для определения направления поля осаждения

2. При изучении осадков, созданных в полях, близких к вертикальному, сделано заключение о независимости константы плоскостной анизотропии от величины поля осаждения.

3. Метод МА расширен до возможности разложения функции энергии МА в рамках трех гармоник, что позволяет производить более полный анализ МА.

4 Разработаны методики создания искусственных осадков, обладающих исключительно плоскостной МА, а также осадков, в которых плоскостная МА существенно подавлена. На основе таких осадков показана уилотнительная природа ошибки наклонения ориентационной намагниченности.

5. Обнаружена зависимость результата выделения направления легкой оси ориентационной МА от напряженности рабочего поля установки С ростом поля направление легкой оси асимптотически приближается к направлению поля осаждения.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Шашканову В А за внимание и плодотворные обсуждения проблемы, а также всем сотрудникам лаборатории за помощь в работе.

Результаты исследования были опубликованы в работах:

1. ШашкаиовВ А.ДанилкинЕ В , Петров И Н , Мезенцев А Ю Палеомагнитные определения методом магнитной анизотропии для естественных озерных осадков //В кн . Палеомагнетизм и магнетизм горных пород; теория, практика, .жслеримеш. Материалы семинара. Борок: 11-14 октября 2003 г., с. 9798.

2. Шашканов В.А , Данилкин F В , Мезенцев А Ю Магнитная анизотропия осадков, созданных в магнитных полях, близких к вертикальному ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Серия 4 — физика, химия Выпуск 2, 2005. С 32-41.

3 Mezcntscv A. Yu., Shashkanov V А , Sergienko Е S The third harmonic of the sphcncal analysis of the magnetic anisotropy energy for sedimentary rocks // В кн • Book of Abstracts. International Conference on Problems of Geocosmos May 24-28, 2004, St Petersburg, Russia. P 181

4 Shashkanov V A, A Y Mczcntsc\,E V Danilkm , Pctrov I N Magnetic anisotropy of artificial sediments created m the zero magnetic field // В кн • Book of Abstracts International Conference on Problems of Geocosmos. May 24-28, 2004, St. Petersburg, Russia. P. 198-199.

5. Shashkanov V A , Danilkin E V , Pctrov I N , Me/entsev A Yu Palacornagnctic determinations with the method of magnetic anisotropy for natural lake sedimens // В

kh.: Book of Abstracts, international Conference on Problems of Geocosmos. May 2428, 2004, St Petersburg, Russia. P. 197-198.

6. Shashkanov V. A., Mezentsev A. Yu., Petrov I. H., Danilkin E. V. Magnetic anisotropy of the artificial deposits created following the noncondensing technology // B kh.: Book of Abstracts. International Conference on Problems of Geocosmos. May 24-28, 2004, St. Petersburg, Russia. P. 199-200.

7. Mezentsev A. Yu., Shashkanov V. A., Osikin A. V., Pukhov N. F. Studiyng of Magnetic Anizotropy of Sedimentary Rocks with the Help of a Torque Magnetometer // Proceedings of the International Conference "Problems of Geocosmos" May 24-28, 2004, St. Peterburg, Russia. P.307 - 310.

Подписано в печать 15.05.2006. Формат бумаги 60 х 84 1/16. Бумага офсетная Печать ризографическая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 3778.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии НИИХ СПбГУ 198504, Санкт-Петербург, Старый Пегергоф, Университетский пр.26

»121Ôï

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Мезенцев, Андрей Юрьевич

Введение.

Задачи работы.

Глава I. Теоретические основы построения метода магнитной анизотропии.

§ 1. Магнитная анизотропия горных пород как источник палеомагнитной информации.

§2. Теоретическое рассмотрение физических механизмов образования магнитной анизотропии осадочных горных пород в рамках кластерной модели магнетика осадков.

1. Двухкомпонентная модель магнитной анизотропиии осадочных пород в рамках кластерной модели магнетика осадков.

2. Седиментационный этап формирования осадочной породы: образование ориентационной компоненты магнитной анизотропии.

3. Постседиментационный этап формирования осадочной породы: образование плоскостной компоненты магнитной анизотропии.

§3. Методика исследования магнитной анизотропии осадочных пород и выделение палеоинформативной (ориентационной) компоненты магнитной анизотропии.

1. Метод вращательных моментов.1,•-.-.;.

2. Сферический гармонический анализ энергии магнитной анизотропии.

3. Разложение МА осадков на одноосные компоненты: выделение^, палеоинформативной компоненты магнитной анизотропии.

Глава II. Исследование магнитной анизотропии искусственных магнетитсодержащих осадков.

1. Физическое моделирование процесса осадконакопления в лабораторных условиях. Методика создания искусственных осадков.

2. О некоторых особенностях получения кривых вращательных моментов с помощью крутильного анизометра.

3. «Палеомагнитное» изучение искусственных осадков.

4. Выводы.

Глава III. Экспериментальное исследование искусственных осадков, осажденных в вертикальных и близких к вертикальному магнитных полях.

1. Введение.

2. Установка и методика эксперимента.

3. Результата исследований искусственных осадков, полученных в вертикальном и близких к вертикальному полях.

4. Выводы.

Глава IV. Метод МА.в рамках разложения энергии МА по трем сферическим гармоникам.

1. Введение.

2. Теоретические основы получения третьей сферической гармоники.

3. Интерпретационные возможности применения метода МА в рамках разложения энергии МА по трем сферическим гармоникам.

4. Результаты применения различных способов расчета направлений легких осей ориентационной МА. Выводы.

Глава V. Исследование процесса формирования магнитной анизотропии искусственных осадков.

§ 1. Раздельное изучение ориентационной и плоскостной компонент МА искусственных осадков.

1. Введение.

2. Изучение плоскостной компоненты МА. Осадки, созданные в нулевом поле.,.j.v>.,.,.

3. Изучение ориеягацирнной компоненты МА. Осадки, созданные

• , .по <<безуплотнительной>> технологии.

4. Выводы.

§2. Исследование осадочных пород методом МА с помощью различных по величине магнитных полей.

1. Введение.

2. Исследование искусственных осадков методом МА в различных по напряженности полях.

§3. Рассуждения. Предположения. Выводы.,.;.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Магнитная анизотропия осадочных горных пород как источник палеомагнитной информации"

Такие термины, как:' континентальный дрейф, раскрытие дна океана и тектоника плит, / понятные ныне даже негеологам, отражают подвижность литосферных плит Земли. Революция в науках о Земле 1960-ых годов, изменила наш взгляд на Землю. Прежде ее представляли довольно статичной планетой со случайными эпизодами неясного происхождения. Ныне мы представляем ее некоей динамической системой континентальных и океанских литосферных плит с частым изменением относительных движений, которые являются в значительной степени ответственными за структурное развитие Земли. Палеомагнетизм обеспечил некоторые из количественных данных о прошлом местоположении континентов и океанских плит; эти результаты стали краеугольным камнем теории тектоники плит.

Сегодня палеомагнетизм обеспечивает понимание истории движения выделяемых блоков в составе континентов и проливает свет на процессы, за счет которых растут континенты и формируются пояса гор. Кроме того, палеомагнетизм обеспечил уточнение стратиграфических корреляций и геохронологических калибровок в зонировании морских и сухопутных окаменелостей. Эти геохронологические успехи сыграли свою роль в выяснении закономерностей биологического развития. Вклад палеомагнетизма как в тектонику, так и в геохронологию отразился в научной литературе последних 30 лет как взрыв.

Учение о магнитном поле Земли прошлых геологических эпох является самостоятельной научной дисциплиной - палеомагнитологией - со своей методикой исследования, определенными объектами изучения и областью приложения результатов.

Палеомагнитология изучает явления палеомагнетизма, т. е. земнбе магнитное поле далекого геологического прошлого, закрепленное в своеобразных отпечатках этого поля - векторах естественной остаточной намагниченности горных пород.

Последние годы характерны резким увеличением объема палеомагнитных исследований. Быстрое развитие палеомагнитологии объясняется целым рядом причин. Палеомагнитные исследования играют громадную роль в науке о земном магнетизме. Выяснение характера распределения земного магнитного поля в различные эпохи, изучение подробной истории магнитного поля Земли как целого, установление закономерностей изменения этого поля в геологическом масштабе времени в связи с теми или иными явлениями в ходе развития Земли - все это будет способствовать познанию природы современного земного магнитного поля, закономерностей его пространственного распределения и изменения во времени.

Еще в 1950-х гг., через несколько лет после начала серьезных палеомагнитных исследований, был получен ряд данных, которые представляют чрезвычайный интерес как для науки о земном магнетизме, так и для исторической геологии и геотектоники. Истолкование этих данных как доказательств справедливости гипотез миграции полюсов и континентального дрейфа способствовало возникновению большого интереса к изучению явлений палеомагнетизма.

Перспективы, которые открывают палеомагнитные исследования в области геохронологии и стратиграфии, связаны с наблюдениями, установившими, что земное магнитное поле в течение геологической стадии развития Земли претерпело ряд обращений (изменений полярности) и, кроме того, характеризуется медленным направленным изменением во времени.

Одной из наиболее важных задач палеомагнитных исследований является определение направления древнего геомагнитного поля (ДГМП). Традиционный метод палеоопределений основан на том, что в течение своего формирования горные породы приобретают естественную остаточную намагниченность (J„) в направлении геомагнитного поля (ГМП) времени и места их образования. Таким образом, определив направление естественной остаточной намагниченности горной породы, можно сделать вывод о направлении ГМП времени ее образования. Этот метод при всех своих достоинствах имеет один существенный недостаток: стабильность естественной остаточной намагниченности во времени, т. е. продолжительность палеомагнитной памяти горных пород, не превышает нескольких сот миллионов лет (по оценкам различных авторов от Нееля (1949 г) до Данлопа (1994 г)).

Более стабильной с течением временила также более устойчивой по отношению к различным физическим воздействиям является такая характеристика магнитного состояния горных пород, как магнитная анизотропия (МА). Принимая во внимание тот факт, что первичное намагничивание породы в процессе осаждения приводит к образованию соответствующей компоненты МА (ориентационной компоненты), можно утверждать, что МА сама по себе несет палеомагнитную информацию, и эту информацию можно попытаться извлечь из полной МА осадочной горной породы.

В общем случае МА горных пород является результатом определенного пространственного распределения ориентаций легких осей магнитных частац в немагнитной матрице породы. Это распределение возникает как следствие совместного действия на породу различных внешних факторов: как в процессе формирования породы, так и после него. Каждый из этих факторов вносит определенный вклад в распределение ориентаций легких осей магнитных частиц. Задача палеомагнитных определений, основанных на изучении МА горных пород, заключается в том, чтобы выделить из полной МА породы интересующую нас палеоинформативную компоненту и определить направление ДГМП.

В предыдущих работах, посвященных исследованию возможности палеомагнитных определений на основе МА, были сделаны определенные шаги в этом направлении. В частности, были разработаны методики исследования МА пород (методом вращательных моментов) и интерпретации полученных экспериментальных результатов, также был предложен метод выделения палеоинформативной компоненты МА из полной МА образца (породы).

В настоящей работе было продолжено всестороннее изучение палеоинформатив-ности МА осадочных горных пород. Теоретическим базисом исследования послужила предложенная В. Шашкановым кластерная модель магнетика осадочных пород (см. Главу I). МА естественных и искусственных осадков исследовалась разработанным в лаборатории геомагнетизма СПбГУ методом вращательных моментов. В качестве аналитического аппарата для обработки и интерпретации получаемых данных использовался метод разложения энергии МА по сферическим функциям, разработанный в лаборатории геомагнетизма кафедры физики Земли СПбГУ.

Задачи работы:

Метод МА в настоящее время разрабатывается как метод получения прямой палеомагнитной информации по характеристикам магнитной анизотропии осадочных пород, предназначенный дополнить, а со временем, возможно^ заменить традиционный способ выполнения палеоопределений - на основе анализа остаточной намапшченности горных пород. В настоящее время физическое обоснование метода, более или менее удовлетворительное, предложено только для осадочных горных пород. Однако практическая реализация метода МА даже для осадков столкнулась с рядом проблем, без разрешения которых тот метод еще слишком далек от того, чтобы быть предложенным для выполнения конкретных палеоопределений. Оказалось, что i v

1. Кучность результатов палеоопределений методом МА ниже кучности ориентаци-онной намагниченностей тех же образцов.

2. Достоверные измерения по малой выборке (менее пяти) образцов невозможны.

3. Имеет место определенная зависимость кучности определений от характеристик поля осаждения.

4. Наблюдается существенная зависимость результатов определений от точности отбора образцов и от степени горизонтальности плоскости осаждения.

5. Проблема крутых наклонений: качество палеомагнитных определений с помощью метода МА понижается с увеличением наклонения поля осаждения.

6. Вопрос о третьей гармонике: достаточность теоретической базы метода МА для анализа реальной магнитной анизотропии осадочных горных пород.

7. Возможная связь низкой кучности палеоопределений с несовершенством конкретных способов реализации методов МА.

Учитывая сформулированные проблемы, в круг задач настоящего'.исследования входило изучение закономерностей формирования МА осадочных горных пород, развитие метода вращательных моментов и методики сферического гармонического анализа, а также исследование вопроса о границах применимости этих методов при различных условиях осадкообразования и возможных альтернативных путях решения возникающих проблем. А именно:

1. Выяснение причин менее высокой кучности осей МА по сравнению с кучностью намагниченности.

2. Исследование причин зависимости кучности результатов палеоопределений от характеристик палеополя.

3. Разработка и обоснование критериев отбора коллекций образцов для возможности исследования их методом МА.

4. Исследование механизмов формирования МА в полях осаждения с крутыми наклонениями.

5. Развитие метода МА до разложения функции энергии МА на три сферических гармоники.

6. Экспериментальное исследование вклада третьей гармоники в энергию полной МА.

7. Разработать и внедрить"корректную' методик^ осадкообразования в лабораторных условиях для получения осадков, максимально приближенных по своим свойствам к естественным осадочным породам.

8. ИсследоватЕГвозможности повышения точности палеоопределений за счет усовершенствования методики измерения кривых вращательных моментов (КВМ).

9. Глобальная цель'г Изучение механизмов формирования МА в осадочных горных породах. Получение информации о направлении древнего геомагнитного поля на основе характеристик МА.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Мезенцев, Андрей Юрьевич

4. Выводы

В рамках задачи изучения плоскостной и ориентационной компонент МА, каждой в отдельности, был разработан ряд приемов по созданию искусственных осадков, обладающих заданными свойствами. Так, плоскостную анизотропию следует изучать на осадках, созданных в нулевом магнитном поле. В осадках же, в которых песок играет роль жесткого каркаса, удается существенно снизить величину плоскостной МА, а также величину связанных с ней эффектов. ^ Предполагается, что полная МА искусственных осадков, созданных в нулевом поле, состоит лишь из плоскостной анизотропии, вызванной уплотнением осадка. Ориентационная компонента должна быть очень малой [51]. Применение метода МА к образцам, полученным в нулевом поле, показывает, что направления трудных осей полной МА распределены с высокой кучностью около вертикального направления. Среднее отклонение от вертикали составляет 3,4°. Такое отклонение, однако, оказывается слишком большим для того, чтобы надежно определять константы плоскостной и ориентационной компонент анизотропии, поскольку отклонения оси от верти-| ,кали на доли градуса может изменять значения констант в несколько раз. С целью ис-jjmm&> 1/ править этсГположение была создана процедура «вертикализации». Суть ее состоит в следующем: считается что трудная ось полной анизотропии в образце должна быть строго вертикальной, и путем поворота системы координат образца она приводится к вертикальному направлению. Первоначальное отклонение оси от вертикали объясняется ошибкой отбора образца. После применения процедуры «вертикализации» кон-# станты ориентационной анизотропии для всех образцов зануляются в пределах погрешности. Значения констант плоскостной МА нормально распределены около среднего значения.

Таким образом, было показано, что осадок, созданный в нулевом поле, обладает только плоскостной анизотропией. Ориентационная анизотропия очень мала, и направления ее легких осей распределены случайным образом по объему осадка. Поскольку плоскостная анизотропия является следствием только изменения формы кластеров в результате уплотнения осадка, то имеются все основания для того, чтобы считать константу плоскостной анизотропии одинаковой для осадков, полученных в разных полях, но из одной и той же осаждаемой смеси и обезвоженных при одинаковом давлении. Таким образом, измерив константу плоскостной анизотропии в осадке, полученном в нулевом поле, мы будем располагать априорной информацией о плоскостной компоненте МА всех подобных осадков, что поможет нам при исправлении ошибки отбора образцов, ф Применительно к естественным осадкам можно сформулировать следующее предположение. Нелитифицированные осадки, магнетик которых не претерпел химических превращений и перекристаллизации, можно переосадить в нулевом магнитном поле с целью выявить плоскостную компоненту МА5.

Для осадков, созданных на основе песка, играющего роль жесткого каркаса, было показано, что песок в таких осадках уменьшает сжатие кластеров в вертикальном направлении при уплотнении на постседиментационном этапе. Степень уменьшения сжатия зависит от относительного количества цементирующего вещества и песка в осаждаемой смеси: чем выше доля песка, тем эффективнее устраняется сжатие (но тем более хрупким получается осадок).

5 Таких экспериментов пока не проводилось. Требуется предварительное тестирование данного приема на нескольких сериях искусственных осадков.

На примере осадка, созданного в поле с наклонением 30°, показано наличие ошибки наклонения в 16,35° для глиняной части осадка и ошибки всего в 7,45° для песчаной части. Таким образом, убедительно доказана «уплотнительная» природа ошибки наклонения ориентационной намагниченности осадочных пород, и постулаты кластерной модели магнетика осадков получили экспериментальное подтверждение.

§2. Исследование осадочных пород методом МА с помощью различных по величине магнитных полей

1. Введение

Метод магнитной анизотропии заключается в измерении кривых вращательных моментов (КВМ) образца на анизометре и последующей математической обработке полученных кривых, в процессе которой, как мы считаем, удается разделить полную МА образца на плоскостную и ориентационную компоненты. Измерение КВМ на анизометре происходит в процессе вращения магнитного поля (вращается электромагнит) вокруг образца. Напряженность магнитного поля между сердечниками электромагнита должна быть насыщающей для магнетика данной породы. Поле напряженностью в 2 кЭ мы считали насыщающим для нашего магнетика. Рабочему току установки 12 А соответствует поле напряженностью 2,10 кЭ при расстоянии 59 мм между сердечниками электромагнита. Меньшее расстояние между сердечниками делает невозможным процесс измерения КВМ (сердечники начинают задевать за измерительный блок).

Величина рабочего тока установки (а значит, и поля) диюуется также значением константы полной МА образца: слабомагнитный образец следует обмерять при большем токе. Имеется несколько сменных упругих нитей, что позволяет в определенных пределах изменять чувствительность установки.

В глиняной части осадка, полученного в поле с наклонением 30°, концентрация магнетика оказалась настолько велика, что даже на самой жесткой нити амплитуда КВМ при рабочем токе 12 А в несколько раз превышала диапазон измерительной шкалы установки. Измерения умещались в пределах шкалы лишь при токе 4 А, что соответствует напряженности магнитного поля 0,72 кЭ. Хотя такое поле заведомо не является насыщающим, тем не менее 43 образца были исследованы методом МА при значении рабочего тока установки 4 А. Распределение направлений легких осей ориентационной анизотропии приведено на рис. 5.7. Значения констант плоскостной и ориентационной анизотропий приведены в таблице 5.6. Несмотря на хорошую кучность рассчитанных направлений, отличие среднего направления от направления поля осаждения столь велико, что было совершенно непонятно, как интерпретировать полученные данные. Мы предположили, что причина такого распределения кроется в недостаточной величине рабочего магнитного поля в анизометре, и мы измеряли некоторую парциальную магнитную анизотропию. Однако повысить напряженность поля до нужной величины «малой кровью» на тот момент мы не могли.

Параллельно с экспериментальнымм исследованиями проводилось также теоретическое изучение проблемы разделения полной МА на компоненты. На определенном этапе встал вопрос о физическом смысле «нулей» КВМ. Поясним. Нули КВМ должны отвечать ориентациям образца, при которых функция энергии МА в плоскости вращения имеет максимум или минимум, то есть момент, действующий на образец, равен нулю при таких ориентациях. Понятно, что нить, на которой подвешен образец, в таких положениях должна быть не закручена. Однако это не так. КВМ представляет собой, грубо говоря, синусоиду с периодом ж смещенную по вертикальной оси на некоторую константу. Константа эта нас никогда не интересовала, так как энергия МА является периодической функцией угла между направлением оси анизотропии и вектором намагниченности, а учет этой константы добавил бы еще линейный по углу член, чего, конечно же, быть не может. Тем не менее, учет этой константы, продиктованный тем соображением, что в положениях, соответствующих экстремумам функции энергии МА, нить должна быть незакрученной, приводит к смещению нулей синусоиды КВМ. Таким образом, становится непонятно, какие нули считать «правильными».

Заключение

В рамках настоящей работы исследовалась магнитная анизотропия осадочных горных пород и ее палеоинформативность, то есть возможность получать информацию о направлении древнего геомагнитного поля на основе характеристик МА осадочных пород.

В процессе работы мы усовершенствовали метод МА, внесли необходимые конструкционные изменения в измерительную установку, серьезно доработали некоторые аспекты процедуры измерений и обработки получаемых данных. В результате удалось существенно повысить точность и кучность палеоопределений, выполняемых методом МА.

Для тестирования метода МА необходимы искусственные осадки большой площади, создаваемые в разных полях осаждения. Нами были разработаны и внедрены методики создания искусственных осадков большой площади, максимально приближенные к процессу естественного осадкообразования. Применение таких «правильных» осадков показало, что проблема кучности результатов палеоопределений частично была обусловлена плохим качеством тестируемых осадков.

Для изучения предполагаемой зависимости качества палеоопределений от наклонения поля осаждения было проведено специальное исследование нескольких серий искусственных осадков, созданных в вертикальных и близких к вертикальному полях. В результате мы вынуждены констатировать, что причина такой зависимости заключается в следующем. При увеличении наклонения поля осаждения и приближении его к 90^ фаза КВМ, снимаемой в плоскости ZX, приближается также к 90°. При этом существенно увеличивается мера зависимости выделяемых направлений осей МА от значения фазы этой КВМ: изменение ее на доли градуса приводит к изменению рассчитываемых констант анизотропии в разы. А так как невозможно обеспечить точность установки образца выше, чем 0,5°, то понятно7^ногое зависит от искусства экспериментатора при работе с образцами, полученными в полях с высокими наклонениями.

Также в этой части работы было установлено, что плоскостная анизотропия не зависит от поля осаждения, а определяется только характеристиками магнетика в осаждаемой смеси, кластеризацией магнетика и степенью уплотнения осадка. Этот вывод позволяет получить константу плоскостной анизотропии независимым методом: для искусственного осадка, создаваемого в требуемом поле, часть осаждаемой смеси нужно осадить в нулевом поле; для естественных нелитифицированных осадков требуется переосаждение в нулевом поле, - в результате мы получим осадки, МА которых является строго плоскостной. Тем не менее, это предположение требует экспериментальной проверки. Если оно подтвердится, то это решит проблему «наклонного дна» естественных осадков, решить которую пока не удалось никакими другими способами. Проблема эта заключается в том, что плоскость напластования осадка может быть не строго горизонтальной (наклонное дно океана). В этом случае вертикальное направление выяснить не удастся никак. Наш способ, возможно, поможет решить эту проблему.

Метод МА включает в себя разложение функции энергии МА по сферическим функциям. Разложение осуществляется только с учетом первых двух гармоник. Согласно теоретическим основам метода, МА осадочных пород является суммой двух одноосных компонент. В этом случае функция энергии МА представляется только второй сферической гармоникой. В случае же, когда МА является более сложной, ненулевые вклады дадут также и другие гармоники. В целях проверки этого положения, метод МА был переработан нами для разложения функции энергии МА в рамках первых трех сферических гармоник. Проведенные эксперименты показали, что эффекты, обусловленные вкладом третьей гармоники, находятся за гранью наших измерительных возможностей. Соответственно, в пределах точности наших приборов теоретические предположения о МА как о сумме одноосных компонент выполняются.

С целью исследования влияния постседиментационного этапа на формирование МА осадочных порода/нами была разработана методика создания «безуплотнитель-ных» осадков. Эти осадки создаются на базе песка, который играет роль жесткого каркаса немагнитной матрицы и частично снимает вертикальное сжатие осадка. Осадок, совершенно не обладающий плоскостной анизотропией, нам получить не удалось. Однако, было показано, что в песчаной части такого осадка наблюдается существенно меньшая ошибка наклонения ориентационной намагниченности, чем в глиняной части осадка. Тем самым мы экспериментально доказали уплотнительную природу ошибки наклонения ориентационной намагниченности и подтвердили правомерность применимости кластерной модели к осадочным породам. Также было показано, что в песчаном осадке наблюдается меньшая ошибка палеоопределений, что также доказывает уплотнительную природу этой ошибки.

Нами были проведены измерения методом МА в различных по напряженности магнитных полях. Эти эксперименты показали, что точность палеоопределения увеличивается с ростом напряженности рабочего поля и асимптотически стремится к правильному значению. Тем самым было показано, что поля, которые мы ранее считали насыщающими для используемого магнетика, таковыми не являются.

Можно кратко сформулировать результаты проделанной работы следующим образом.

1. Проверка метода МА на большом числе серий искусственных осадков показала применимость метода для определения направления поля осаждения.

2. При изучении осадков, созданных в полях, близких к вертикальному, сделано заключение о независимости константы плоскостной анизотропии от величины поля осаждения.

3. Метод МА расширен до возможности разложения функции энергии МА в рамках трех гармоник, что позволяет производить более полный анализ МА.

4. Разработаны методики создания искусственных осадков, обладающих исключительно плоскостной МА, а также осадков, в которых плоскостная МА существенно подавлена. На основе таких осадков показана уплотнительная природа ошибки наклонения ориентационной намагниченности.

5. Обнаружена зависимость результата выделения направления легкой оси ориентационной МА от напряженности рабочего поля установки. С ростом поля направление легкой оси асимптотически приближается к направлению поля осаждения.

Проделана большая работа по изучению магнитной анизотропии осадочных горных пород и ее палеоинформативности. В результате можно уверенно сказать о том, что метод МА является перспективным методом изучения ДГМП. Тем не менее, он еще далек от завершения и требует дополнительных исследований.

В заключение хочу выразить искреннюю благодарность научному руководителю профессору, доктору геолого-минералогических наук В. А. Шашканову, а также сотрудникам лаборатории геомагнетизма за плодотворные, разносторонние обсуждения и бескорыстную помощь в работе.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Мезенцев, Андрей Юрьевич, Санкт-Петербург

1. Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С.В. Спиновые волны // М., Наука, 1967. 368 с.

2. Боков В. А. Физика магнетиков // СПб, Физико-технический институт им. А. И. Иоффе, 2002.272 с.

3. Вонсовский С. В. Магнетизм // М., Наука, 1971. 1032 с.

4. Дубровин. П. В. Физическое моделирование МА горных пород и возможности палеомагнитных определений по характеристикам магнитной анизотропии // СПбГУ, дипломная работа, 1999.

5. Костеров А. А., Шашканов В. А., Смирнов А.В. Ориентационная магнитная анизотропия в осадочных горных породах и их идеальное намагничивание // ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 1996, № 1, с. 85-89.

6. Кринчик Г. С. Физика магнитных явлений // М. Изд-во Моск. Гос. Ун-та, 1985, 337 с.

7. Крупичка С. Физика ферритов.// В 2 т. М., Мир, 1976. Т. 1 353 е.; Т. 2 - 504 с.

8. Нагата Т. Магнетизм горных пород // М., Мир. 1965. 347 с.

9. Новоселов А. И. Кластерная модель магнетика осадочных горных пород и механизмы их ориентационного перемагничивания // JL, Кандидатская диссертация, ЛГУ, 1990.

10. Новоселов А. И., Шашканов В. А., Петров И. Н. Кластерная модель ферромагнетика осадочных горных пород и их ориентационное намагничивание / Деп. ВИНИТИ № 3465-В89 от 24.05.1989. 16 с.

11. Новоселов А. И., Шашканов В. А., Смирнов А. В. Влияние магнитного состояния осаждаемой смеси на магнитную анизотропию магнетитсодержащих осадков // Химическая намагниченность: теория и эксперимент. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1991. С. 88-95.

12. Палеомагнитология / Под. Ред. А. Н. Храмова. Л., 1982.312 с.

13. Розанова Ю. Б. Магнитная анизотропия как палеоинформативный фактор // СПбГУ, дипломная работа, 1998.

14. Смирнов А. В., Шашканов В. А. Режимы ориентационного намагничивания осадочных горных пород как отражение исходного магнитного состояния осаждаемого магнетика/Деп. ВИНИТИ № 5522-В90 от29.10.1990. 10 с.

15. Ф 18. Смирнов А. В., Шашканов В. А., Костеров А. А. Ориентационное намагничивание осадочных горных пород с многодоменным магнетиком // ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 1995, № 10, с. 67-76.

16. Смирнов А. В., Шашканов В. А., Новоселов А. И. Детритовое магнитное состояние: режимы и механизмы ориентационного намагничивания, магнитная текстура /Деп. ВИНИТИ №1088-В90 от 26.02.1990. 12 с.

17. Смирнов А. В., Шашканов В. А., Новоселов А. И. Экспериментальное изучение применимости метода ступенчатого перемагничивания к осадочным горным поф родам с многодоменным магнетиком / Деп. ВИНИТИ № 1090-В90 от 26.02.1990.13 с.

18. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения // М., Мир, 1983. 304 с.

19. Шашканов В. А., Данилкин Е. В., Петров И. Н. Полевые зависимости констант магнитной анизотропии: на примере анизотропии осадков, созданных в вертикальном магнитном поле // Материалы семинара: Борок, 19-22 октября 2002 г. С. 101-104.

20. Шашканов В. А., Дубровин П. В., Дубровина Л.Ю., Петров И. Н., Смирнов А. В. Магнитная анизотропия осадочных горных пород как источник палеомагнитной информации // ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2002, № 5, с. 71-82.

21. Шашканов В. А., Исупова Е. В., Дубровин П. В. Исправление ошибки наклонения ориентационной намагниченности осадочных горных пород // ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2003, № 9. с. 54-64.

22. Шашканов В. А., Костеров А. А. Зависимость магнитной анизотропии осадочных горных пород от поля осаждения // ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 1994, № 1, с. 83-88.

23. Шашканов В. А., Новоселов А. И., Смирнов А. В. Механизмы седиментационного намагничивания магнетитсодержащих осадочных горных пород // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1989. № 8. С. 45-55.

24. Шашканов В. А., Новоселов А. И., Смирнов А. В. Природа магнитной анизотропии и ошибок наклонения ориентационной намагниченности в осадочных горных породах // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1989. №1. С. 59-69.

25. Шашканов В. А., Новоселов А. И., Суркис Ю. Ф. Компонентный состав ориентационной намагниченности искусственных осадков // Магнетизм горных пород. М.: ИЗМИРАН, 1989. С. 91-106.

26. Шашканов В. А. Зависимость ориентационного намагничивания осадочных горных пород от величины магнитного поля // ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2000, № 8. С. 54-64.

27. Шашканов В.А., Данилкин Е. В., Мезенцев А. Ю. Магнитная анизотропия осадков, созданных в магнитных полях, близких к вертикальному ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. Серия 4 — физика, химия. Выпуск 2, 2005. С. 32-41.

28. Яновский Б. М. Земной магнетизм // Л., Из-во Ленингр. Уни-та. 1978. 592 с.

29. Barton, С. Е., McElhinny, М. W. & Edwards, D. J., 1980. Laboratory studies of depo-sitional DRM. Geophys. J. R. astr. Soc., 61, 355-377.

30. Barton, C.E., McFadden, P.L. (1996). "Inclination shallowing and preferred transitional VGP paths." Earth Planet. Sci. Lett. 140: 147-157.

31. Bozorth, R.M., Tilden, E.F., Williams, A.J. (1955). "Anisotropy and magnetostriction of some ferrites." Phvs. Rev. 99: 1788-1799.

32. Butler R. F. PALEOMAGNETISM: Magnetic Domains to Geologic Terranes // Department of Geosciences University of Arizona Tucson, Arizona. Electronic Edition, May 1998.42