Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Методика и результаты исследования вязкой намагниченности на примере отложений востока Русской плиты

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Методика и результаты исследования вязкой намагниченности на примере отложений востока Русской плиты"

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЯЗКОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ НА ПРИМЕРЕ ОТЛОЖЕНИЙ ВОСТОКА РУССКОЙ ПЛИТЫ

04.00.12. - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

На правах рукописи

'" о«' я»

ЧЕРНОВА Инна Юрьевна

КАЗАНЬ - 1994

Работа выполнена в Казанском государственном университете.

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Д.К.Нургалиев

доктор физико-математических наук, заведующий отделом геомагнетизма, В.И.Багин, ИФЗ РАН, г.Москва

кандидат геолого-минералогических наук, с.н.с. ЦНИИ Теолнеруд", Л.В.Халепп, г.Казань

Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геолого-разведочный институт, г.С.-Петербург

Защита состоится " ¿Ь " ЬЛои^Я 1994 г. в /у часов на заседании Специализированного совета К 053.29.21 пс

присуждению ученой степени кандидата геолого-минералогически: наук при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Ленина, 4/5.

С-диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного университета.

Автореферат разослан ёО » кЛкС^Л 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-минералогических

наук,доцент Д-К-Нургалиев

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Несколько десятилетий назад проблема вязкой остаточной намагниченности (VRM) была одной и з самых популярных среди палеомагнитологов всего мира. В период с 50-х по 70-е годы был накоплен большой экспериментальный и теоретический материал по магнитной вязкости горных пород. В • настоящее время теория вязкого намагничивания горных пород разработана достаточно глубоко. По исследованиям лабораторной вязкой намагниченности самых различных объектов экспериментально проверены основные положения теории. Меньшее внимание уделялось исследованию естественной вязкой остаточной намагниченности (NVRM). Несогласие между теоретическими представлениями и экспериментальными данными по NVRM обусловлено, во-первых,тем, что нестабильная к нагревам до 150%200°С компонента NRH включает в себя не только вязкую, но и . другие виды намагниченности, во-вторых, тем, что в сравнении с используемыми моделями реальные геологические объекты являются более сложными. Объем информации о температурно нестабильной компоненте NRM горных пород, полученный в процессе палеомагнитных исследований, огромен. Однако эта информация не систематизирована и очень мало работ , в которых естественная вязкая компонента исследовалась специально.

Между тем, как отмечалось некоторыми учеными ( Л.Е.Шолпо, В.И.Трухиным, Ю.Д.Тропиным, И.А.Стрецкулом, С.С.Фаустовым, В.А.Большаковым и др.), вязкая намагниченно с ть является не только помехой при палеомагнитных исследованиях; VRM , так же, как и древняя намагниченность,,несет ценную информацию о тех явлениях , которые сопутствовали геологической жизни породы.

Вязкая намагниченность горных пород может выступать как источник информации по крайней мере в следующих случаях:

- при изучении временной структуры магнитного поля Землк в недавнее, в геологическом масштабе, время;

- при определении абсолютного возраста горных пород;

-з-

- при изучении структуры ферромагнитной фракции горной породы (например,, определение объемов, Не и других параметров ферромагнитных зерен);

- при ориентировании керна скважин.

Поэтому исследования естественной вязкой остаточной намагниченности горных пород различного генезиса , состава, возраста имеют важнейшее значение для решения целого ряда фундаментальных и прикладных задач. В первую очередь возникают проблемы идентификации вязкой компоненты , разработки методов ее выделения и исследования ферромагнитных зерен-носителей, а такие выработки общих подходов к выбору типов горных пород, пригодных для подобных исследований.

Цель работы.

В. соответствии с вышеизложенным, целью данной работы является развитие методики исследования естественной вязкой остаточной намагниченности горных пород на основе имеющихся теоретических представлений и экспериментального исследования некоторых типов красноцветных отложений позднепермского возраста востока Русской плиты.

4

При этом решались следующие задачи:

- статистический анализ данных температурной магнитной чистки образцов керна скважин и выявление основных причин неудовлетворительной ориентировки образцов по вязкой намагниченности;

- изучение влияния изменения внешнего поля на процесс вязкого намагничивания горной породы и изменения температуры и времени нагрева на процесс размагничивания ТОМ путем математического моделирования процессов образования и разрушения вязкой намагниченности;

- разработйа критериев выбора объектов для исследования естественной вязкой остаточной намагниченности; выбор объекта исследования;

- обоснование методики и постановка эксперимента по детальному изучению ытам реального геологического объекта на

-4-

примере красноцветных осадочных пород позднепермского возраста;

- анализ компонентного состава ИИМ в области температур блокирования от комнатной до 250*С, расчет спектров времен релаксации зерен-носителей ЮТИН;

- оценка возможностей выявления геомагнитных изменений в недавнем геологическом прошлом (п-104лет) по исследованиям Ятем.

На защиту выносятся следующие положения:

1.Методика ориентирования керна скважин по вязкой компоненте может быть усовершенствована' за счет более полного использования данных температурной магнитной чистки путем анализа дополнительных расчетных параметров,таких, как величины и направления разностных компонент, величины угла между ними, а также за счет подробного изучения магнитовязких свойств наиболее характерных образцов исследуемого геологического объекта.

2.Результаты моделирования позволяют утверждать, что при определенных условиях вязкая компонента может "записывать" и "сохранять" информацию об изменениях геомагнитного поля в недавнее, в геологическом масштабе,время.

3.Основные элементы методики исследования Ятам, включающей: комплекс магнитно-минералогических методов и компонентный анализ температурно нестабильной части НИМ для выбора объектов и выделения МИМ, методику выбора режимов температурной чистки, методику расчета и анализа спектров времен релаксации зерен-носителей 1ШШ.

Научная новизна.

Разработана комплексная методика исследования ЛТОМ осадочных горных пород, позволяющая выделить эту намагниченность , оценить свойства ее зерен носителей.

Впервые проведено систематическое исследование ытам осадочных горных пород на примере верхнепермских красноцветных

-5-

отложений с использованием методов математического моделирования, широкого комплекса магнитно-минералогических и палеомагнитных методов, установлены ранее неизвестн ) особенности компонентного состава НИМ в области блокируюим. температур до 250° С-.

На основе математической модели процессов образования и разрушения вязкой намагниченности предложены оригинальные зависимости изменения величины УИМ от температуры и времени в процессе терморазмагничивания, а также продемонстрирована возможность записи геомагнитных изменений в 1Ш1М.

Научно-практическая ценность.

1.Предлагаемый анализ данных температурных магнитных чисток образцов может быть использован при ориентировании керна скважин с целью отбраковки образцов и уточнения результатов.

2.Метод математического йоделирования, развитый в работе, может быть использован для исследования свойств вязкой намагниченности и оценки ее геологической и палеомагнитной информативности.

3.Разработан комплекс методов исследования 1ШМ осадочных горных пород, область применения которого крайне разнообразна -от выбора объектов для ориентирования керна, до определения свойств зерен-носителей МУИМ.

4.Выявлена роль ассоциации гетит-гематит в ЖМ пермских красноцветных отложений, что имеет практическое значение при ориентировании керна скважин и выяснения приррды компоненты НИМ, связанной с гематитом.

Апробация результатов и публикации.

Основные положения "работы докладывались на ежегодных итоговых научных конференциях Казанского университета (1990, 1993,1994 г.г.), Всесоюзном семинаре по физическим основам палеомагнетизма / Борок, 1993 /, на IV Всесоюзном съезде по геомагнетизму / Суздаль, 1991 /, на Общемосковском семинаре по палеомагнетизму / Москва, ИФЗ РАН, 1994 /. По теме диссертации опубликованы 3 работы.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит машинописных страниц, рисунке^ £ таблиц . В списке используемой литературы наименований.

Искреннюю благодарность и признательность автор выражает научному руководителю доценту Д.К.Нургалиеву за .постоянное внимание и помощь на всех этапах работы. Особую благодарность хотелось бы выразить доценту П.Г.Леонову за предоставленную возможность использовать его программы для решения поставленных задач, а также доценту Ш.З.Ибрагимову, мл.научному сотруднику Д.И.Хасанову и ст.преподавателю И.Я.Маркову за полезные обсуждения и сотрудничество на определенных этапах работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируется цель работы и решаемые для ее обеспечения задачи, приводятся сведения о научной новизне , практической ценности и апробации полученных результатов.

Глава I. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМЕ ВЯЗКОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД.

В данной главе приводится обзор работ, касающихся различных вопросов магнитной вязкости горных пород. Приведены основные положения теории магнитной вязкости ( Неель,1949-1955, Р.В.Телеснин,1938,Стритт и Вуллей, 1949-1950, Л.Е.Шолпо, 1964-1975, Ю.Д.Тропин, 1965-1976, В.И.Трухин, 1966-1973 и др.), а также обзор экспериментальных исследований (Шимицу,1960, Л.Е.Шолпо,. 1964-1975,В.И.Трухин, 1966-1968, В.А.Большаков, 1975-1976, Г.М.Авчян,1966, С.С.Фаустов, 1966-1976 и др.). Рассмотрены результаты работ, посвященные изучению влияния различных факторов ( температуры, давления и т.д.) на

-7-

коэффициент магнитной вязкости Бу ( В.А.Шашканов, В.В.Металлова, 1970, В.В.Нагапетян, 1987, В.А.Жиляева, Л.В.Колесников, 1965-1971, О.М.Фролова,1970 и др.). Особо отмечена роль исследований стабильности ИКМ и НШ1 к температуре и .врепенч ■ ( Пуялайх,1975, Валтон,1980, Даклоп,1975-1977, Джексон,1988. Кент,Миллер,1987 и др.). ¡.роанглизироьана роль различных механизмов вязкого намагничивания горных пород : термо - флуктуационного и диффузионного ( Неель. Ю.Д.Тропин, В.И.Трухин, Л.Е.Шолпо и др.). Так как вязкая намагниченность является компонентой-помехой в составе ИИМ, от которой необходимо избавляться, чтобы получить неискаженное представление о первичной намагниченности, рассмотрены работы, посвященные разработке методов, наиболее эффективных для ее удаления. Разработка методов температурной магнитной чистки, компонентного анализа позволила практически полностью исключить влияние 1Ш1М на палеомагнитные результаты, что привело к резкому спаду интереса к УЛМ вообще. Однако ранее многими авторами были высказаны мысли об информативности ОТНМ при исследовании керна скважин (Фуллер, В.Н.Цыкора, Ю.С.Ржевский, Г.Я.Гаас и др.), о возможности использования ытам для оценки возраста молодых пород (Л.Е.Шолпо, В.В.Кочегура, Б.В.Гусев, В.И.Трухин, Ю.Д.Тропин, И.А.Стрецкул, В.А.Большаков и др.), о способности МКИ нести информацию о недавних, в геологическом масштабе времени, геомагнитных изменениях (Ю.Д.Тропин, И.А.Стрецкул и др.), а также о возможности использования ЛУШ! для определения свойств ферромагнитных зерен-носителей этой намагниченности (В.А.Йиляева, Л.В.Колесников, О.М.Фролова и ДР-)-

Глава II.ПРОБЛЕМА ОРИЕНТИРОВАНИЯ КЕРНА СКВАЮШ ПО 1пл

Впервые идея ориентирования керна с помощью вязкой намагниченности была предложена Фуллером (1948). Затем ее разработкой занимались В.Н. Цнкора, П.П.Забаринскии, Ю.С.Ржевский, Г.Я.Гаас и многие другие. В 70-х годах был

-8-

разработан метод (Б.В.Буров, Ю.П.Балабанов, Ю С.Ржевский, А.Н.Храмов, П.Г.Ясонов), который получил широкое распространение в практике. В частности, в палеомагнитной лаборатории Казанского университета в настоящее время накоплен обширный фактический материал по палеомагнитным исследованиям кернов ого материала пермо-триасовой тощи.

В данной главе рассмотрены результаты анализа данных температурных магнитных чисток 1849 образцов из 15 скБанич, вскрывших отложения перми-триаса в бассейнах рек Кама, Вятка, Ветлуга. Образцы были отобраны из разных палеомагнитных зон (RiP,NiP,R2P,N2P,R3P,NiT, а также из зоны NRP). Предварительная ориентировка образцов керна но стандартной методике позволила выявить две группы векторов на сфере, относящихся к R и N зонам. В целом, удовлетворительная ориентировка для N зоны дает D « 320%50°, J « 30%40°, для R зоны - D ~ 170%240°,J « -60°-:— 20°. Однако много образцов ( » 2/3 от общегсколичества) оказались несоориентированными или ^ориентированными очень плохо по склонению при достаточно надежном определении знака древней намагниченности. Правильность опредэления знака оценивалась по знешней сходимости магпитостратиграфического расчленения и корреляции разрезов данных скважин.

Для того, чтобы выяснить причины неудачного ориентирования образцов, все имеющиеся образцы по направлениям древней компоненты были разбить: на 20 классов, полагая, что изучение свойств каждого класса поможет выявить эти причины.

Для анализа имеющихся данных были выбраны такие простые параметры, как величина магнитной восприимчивости х, величина вектора NRM после первой |ГпГ| и второй |1пг| чисток, разность ("ïni | -11пг ! , величина разностного вектора lAlni,

определяемого как разность Aln= Ini-Iri2 ( направление вектора 1пг рассматривалось как направление древней компоненты, направление вектора д1п -как направление вязкой компоненты), факторы Q=II1Î2|/х и Qv=|Aln|/x, величина угла между направлением разностного вектора и вектора Iri2 - ( д1п, 1пг).

Анализ рассчитанных параметров показал, что наиболее информативным параметром оказался угол между векторами д1п и

-9-

1п2, позволяющий в комплексе с другими параметрами отсортировывать образцы, непригодные для ориентирования керна. Были также проанализированы причины неудовлетворительного определения склонения древней компоненты и установлено, что главными факторами , мешающими ориентированию образцов по вязкой намагниченности, являются:

1) невозможность выделения в некоторых случаях вязкой компоненты ГОМ в чистом виде из-за разрушения в низкотемпературном интервале древней компоненты НИМ , что отчетливо проявляется в случае обратнонамагниченных пород.

2) наличие аномальных направлений МШ обуславливает наличие аномальных склонений Бпз, которые не могут быть объяснены недочисткой вязкой намагниченности.

Указанные причины не являются тривиальными ,т.к. стабильность древней намагниченности представляется более высокой, а направление МИМ достаточно близким к направлению современного геомагнитного поля. Исследование этих причин возможно путем детального анализа компонентного состава температурно нестабильной части ММ. При этом, поведение М1Ш может быть оценено с использованием достаточно простых математических моделей.

Глава III.МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ВЯЗКОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ.

В этой главе рассмотрена математическая модель образования и. разрушения УИМ ансамбля однодоменных невзаимодействующих зерен. Для однодоменных зерен механизмы образования и разрушения УИМ объясняются в рамках термо-флуктуационной теории, основные положения которой были разработаны Неелем (1949).

Расчеты выполнялись для ансамбля однодоменных сферических .частиц, имеющих одну ось симметрии. Этот ансамбль состоит из нескольких подансамблей. Частицы, образующие подансамбль, идентичны друг другу, но отличны по размеру от .частиц, составляющих другие подансамбли. При моделировании процесса

-10-

образования VRM изменялось количество подансамблей и

направление внешнего поля h (моделировался поворот поля h на

180° и 90°). Затем моделировался процесс чистки VRM в

зависимости от температуры и времени. Оказалось, что очень

удобно анализировать зависимости lnln(Io/I)=f(InAt), где Io -

первоначальная величина VRM, I - величина VRM в процессе

чистки, At - время чистки, а . также зависимости

lnln(Io/I)=f(1/Т), где Т - температура чистки. При конечном

числе подансамблей эти кривые хорошо фиксируют наличие и

характеристики каждого подансамбля (среднее время релаксации

т„„). ср

На кривых разрушения I=f(T,At) обнаруживаются перегибы, которые могут быть проинтерпретированы как особенности спектра времени' релаксации (уменьшение количества зерен в области спектра г » At) или же как изменения направления поля h (здесь моделировался поворот на 180°), что достаточно сложно различить.

Кроме величины VRM можно рассматривать ее направления, которые могут дать дополнительную информацию о изменениях геомагнитного поля во время формирования NVRM. В ансамбле, рассматриваемом нами, оси частиц'параллельны друг другу.В более сложной модели можно ввести функции распределения направлений осей частиц, что, конечно, более правильно. Тем не менее, в данной упрощенной модели оказалось возможным промоделировать поворот внешнего поля на 90°, что позволило проанализировать возможность записи угловых изменений намагничивающего поля в NVRM. В нашей модели угловое отклонение составило ~ 10°(при других спектрах т возможны большие значения). Наиболее быстрое изменение направления NVRM происходит в моменты размагничивания подансамбля с т соизмеримым с возрастом изменения направления внешнего поля. Таким образом, можно предположить, что анализ разрушения NVRM с измерением модуля и направлений позволяет реконструировать изменения геомагнитного поля в недавнем геологическом прошлом.

Результаты моделирования дают еще один вывод, который должен найти применение в методике экспериментального

исследования вязкой намагниченности. Кривые lnln(Io/I)=f(1/Т) становятся хорошо читаемыми только" в том случае, если ' в процессе размагничивания температуру нагрева устанавливать с шагом в 1°-3°С, что достаточно сложно реализовать. Предпочтительнее использование кривых lnln(Io/I)=f(InAt). Но в реальных условиях такую кривую можно получить только для ограниченного промежутка времени. Поэтому наиболее целесообразно использовать следующий вариант: на различных этапах магнитной чистки устанавливать температуру нагрева с тем шагом, какой позволяет задать используемая аппаратурам при каждой температуре нагрева выдерживать образцы в нескольких временных режимах:Ati,At2>Ati, At3>üt2 ....и т.д.

ГЛАВА IV.МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЯЗКОЙ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ (NVRM).

В данной главе описаны элементы методики исследования NVRM, включающей выбор объектов исследования, выбор режимов температурных чисток,- обработку данных и выделение NVRM.

Хорошая изученность верхнепермских красноцветных отложений востока Русской плиты в магнитно-минералогическом и палеомагнитном отношении, а также наличие ряда конкретных проблем, возникающих при их исследовании, явились причиной, по которой именно эти породы были выбраны для исследований. Разнообразие магнитно-минералогического состава этих пород позволило выделить четыре группы объектов для предварительного исследования:

1.маггемит-содержащие красноцветные глины и алевролиты позднетатарского и раннетриасового возраста (бассейны р.Вятка и р.Ветлуга);

2.красноцветные алевролиты уфимского яруса (восток Татарстана, Башкортостан), содержащие магнетит и гематит;

3.красноцветные. песчаники и алевролиты татарского яруса (бассейн р.Вятка), содержащие магнетит, маггемит,и гематит;

4.гематит-содержащие красноцветные глины нижнетатарского подъяруса (бассейн р.Волга).

Все эти породы образованы в преимущественно окислительных условиях и должны быть слабо подвержены процессам гипергенеза. Выбранные коллекции, в среднем, обнаруживают пермские направления ИЙМ после температурной чистки ЗОО-ЗбО'С, т.е. в них слабо влияние температурностабильной вторичной химической компоненты намагниченности, что также свидетельствует в пользу возможности исследования ЫУИМ по этим объектам.

Первоначально, для типичных образцов из этих коллекций были получены температурные диаграммы Вильсона при непрерывном нагревании, а также - диаграммы Зийдервельда по результатам ступенчатой температурной магнитной чистки. Было установлено следующее:

- образцы, содержащие маггемит-магнетитовую ассоциацию обладают, как правило, значительной по величине компонентой ТОМ, разрушающейся в температурном интервале от 50° до 200°С, спектры Тб этой компоненты имеют характерный вид с максимумом в области 150*200°С. Природа этой компоненты,вероятно, не вязкая; имеется предположение о ее пьезохимическом происхождении (В.А.Большаков, А.К.Гапеев, П.Г.Ясонов). Исключить эту компоненту невозможно, ввиду того, что она превалирует в интервале температур до 200°С. Аналогично эта компонента проявляется в образцах, содержащих небольшое количество магнетита, без явных признаков наличия ассоциации маггемит-магнетит;

- образцы, содержащие маггемит, также характеризуются большими величинами термонестабильной компоненты КИМ. Ранее отмечалось (В.И.Багин), что тонкодисперсный маггемит нестабилен уже при температурах выше 220"С, поэтому существует вероятность образования гематита и связанной с ним химической намагниченности в этих породах в гипергенных условиях. Детальный анализ диаграмм Вильсона подтверждает эту гипотезу, к омионента, выдбляемая в температурном интервале 400-500°С, имеет пермские направления, а в интервале от 550°С и выше - направление ИИМ искажено присутствием регулярной компоненты-помехи, вероятно, имеющей направление современного геомагнитного коля;

- образцы, содержащие гематит, как правило, содержат гидроокислы, термонестабильная компонента составляет около 30% всей намагниченности. Для этих образцов прогрев до .300+400"С полностью удаляет компоненты-помехи и направление ИЯМ совпадает с типичными пермскими направлениями. Если при непрерывном нагревании в указанных обргзцах отмечается множество термомагнитных эффектов, связанных с удалением свободной, связанной и химически связанной еоды, то при ступенчатом нагреве параметры х,Нсй,1гв изменяются достаточно слабо.

Таким образом, в процессе исследований выявились следующие критерии выбора объектов для изучения {ШШ:

1.отсутствие изменения интегральных скалярных магнитных параметров при температурах от комнатной до 200-250°С при ступенчатом нагреве;

2.отсутствие современной вторичной жесткой компоненты №М;

3.наличие температурно нестабильной компоненты ШМ по модулю не менее (2-5-4) • 10~3А/м.

Наиболее подходящей по этим критериям оказалась группа гематит-содержащих образцов. Выбранная коллекция была исследована методами рентгеноструктурного анализа, термического (термовесового и дифференциального термического) анализа, ДТМА по индуктивной намагниченности, остаточной намагниченности насыщения и НИМ. Были получены диаграммы Вильсона по переменному полю и температуре, сняты коэрцитивные спектры. Все этб позволило установить:

1.в образцах присутствуют гематит и гидроокислы железа, из которых наиболее отчетливо проявляется гетит;

2.обнаруживаются очень малые количества фазы, дающей слабый перегиб в области 550+580°С на кривых ДТМА по индуктивной намагниченности, в остаточной намагниченности насыщения эта фаза не проявляется. Вероятно, это реликты магнетита в центральных частях зерен гематита;

3.в образцах обнаруживается карбонат железа (анкерит ?), магнитный эффект которого проявляется лишь после прогрева образцов выше 700°С (образуется магнетит);

4.на диаграммах Зийдервельда в температурном интервале от

-14-

60°С до 200°С наблюдается разрушение отрицательной (древней ?) компоненты MRM. Это связано с тем,что гетит в виде прожилков входит в зерна гематита и при нагреве его до температуры Кюри магнитная структура зерен гематита нарушается, что и приводит к спаду отрицательной компоненты NRM, носителем которой являются достаточно крупные зерна гематита.

5.диаграммы Вильсона по переменному магнитному полю обнаруживают размагничивание положительной компоненты NRM в интервале от 0 до 600 э ( скорость ее спада увеличивается с увеличением поля) и слабое размагничивание отрицательной компоненты в области полей от 0 до 350 э, причем скорость спада этой компоненты с ростом поля убывает. Установлено, что данное размагничивание связано с магнитомягким гетитом.

Далее в работе обосновываются режимы термочистки с шагом дТ=10°С,от 50°С до 350°С. При каждой температуре нагрева (в интервале от 50°до 110°С) размагничивание производилось в 3-х временных интервалах: 1 час, 2 часа, 4 часа. Кратко описана метбдика измерений и обработки результатов измерений. Детальный компонентный анализ диаграмм Зийдервельда позволил выявить часть NRM, свободную от влияния обратной компоненты. Двухкомпонентность анализируемой намагниченности проверена методом факторного анализа, показана его высокая эффективность при изучении компонентного состава NRM и решении многих других задач. Выделенная намагниченность по своей природе является NVRM. Полученные кривые разрушения NVRM далее были подвергнуты обработке с целью оценки ее палеомагнитной информативности.

Глава V.РАСЧЕТ И АНАЛИЗ СПЕКТРОВ ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ.

В данной главе предлагаются способы расчета и статистического анализа спектров времен релаксации образцов горных пород. Суть метода оценки спектра г заключается в следующем. Весь ансамбль ферромагнитных частиц можно разделить на п- ное число групп, которые характеризуются некоторыми средними временами релаксации г . Каждая из этих групп дает

о ^

свои вклад Alrv в величину суммарной намагниченности Irv как

-15-

при образовании, так и при разрушении 1гу.

Величины д1п^ ( з=1+п ) могут быть рассчитаны следующим образом. Пусть в качестве исходных данных используется кривая

размагничивания 1пК 1гУ1, 1гуг, 1плз____1гУк-1,1г*Ук) ,где к -

число режимов температурной чистки, а число п и набор величин

тср(тср1'тср2'тсрэ.....гсрп) заДаются произвольно. После

каждого шага магнитной чистки выделенные группы ферромагнитных частиц оказываются размагниченными в различной степени в зависимости от характеризующих их времен релаксации т. Легко подсчитать величину намагниченности каждой группы после каждого этапа термочистки: если исходная величина намагниченности ¡-отл группы ферромагнитных частиц была равна , то после первого шага размагничивания она будет равна

Д1пп •ехр[-дЪ1/тр_(Т1)] ( Д^ и ТЧ- время и температура 1-ого шага термочистки ), после к-ого шага размагничивания -

д1г\п • ехр [ -д11 /т ^ (Т1) ] ■ ехр [ ^г/т«ср } (Т2) 1 •----

.....-ехр[-Дкк-1/г (Тк-1)]-ехр[^к/т: (Тк)]

Сумма значений намагниченности А1гУи ( 1 - номер режима чистки, 1=1+к, ^ - номер группы, ¿=1+п ) на каком - либо шаге размагничивания дает величину суммарной намагниченности 1гу1 на этом шаге размагничивания. Величина 1гуч известна. Эти условия позволяют найти величины д1гу.), решая систему линейных уравнений следующего вида

п

£ а!i■ДIrvJ=IгVl, где 1=0-к, (1)

1гуо - первичное значение вязкой остаточной намагниченности, измеренное до начала термочистки и

а! ^ехр[-д1;1/тсю(Т1)] •ехр[^2/тС{^(Тг) ] • ----

____-ехр1^1-г/т (Т1-1)1 • ехр[-ДЪ1/т:ср^ (Т1) ].

Таким образом, имея кривую размагничивания и задавая величины т„_ ,т„_ , ,т„_ , можно получить зависимость

СрЗ срп

д1гу(1птср):

При расчете коэффициентов еи] возник вопрос о величине

-16-

постоянной С в выражении

Т1-1п(С.хср1) = Т2.1п(С.гсрг) (2).

Это равенство использовалось для определения функции тСр(Т). Обычно величина С выбирается равной 1010 сек-1 . Если С выбрать именно таким , то несложный расчет показывает, что при выдержке образца в течение двух часов при температуре 200°С, должны размагнититься ферромагнитные частицы, время релаксации которых при температуре 20°С имеет порядок 1012сек. 60000 лет). Но нам достоверно известно, что современная вязкая намагниченность имеет возраст приблизительно 700000 лет, что она , как показывают экспериментальные данные, почти полностью разрушается после 22 режима чистки (Т нагрева 200°С,л1нагрева = 2 часа). Чтобы это условие выполнялось, коэффициент С должен быть не менее 1014 - 1015 сек-1. Теоретические оценки величины С имеют довольно широкий разброс.Коэффициент С, рассчитанный Неелем для частиц железа, имеет порядок 1016 сек-1 . Ю.Д.Тропин в своих работах указывает, что порядок С - 101О+1011сек-1. Другие теоретические расчеты дают величину С от 108сек-1 до 1013 сек"1. По-видимому, коэффициент С зависит и от температуры, и от свойств материала и может меняться в широких пределах для различных объектов исследования. Автором при расчетах использована величина С=1015сек-1.

Подобные расчеты по оценке спектра времени релаксации были проведены для всех образцов коллекции. Кривые разрушения 1гу образцов были получены, используя результаты эксперимента, описанного в главе IV. Затем решалась переопределенная система уравнений (1) с применением метода регуляризации А.Н.Тихонова.

Предварительно по данным одного образца были получены зависимости Д1гу(1птп_) для различных наборов величин

тср(тср1'тсрг'тсрз.....'тсРп)'ГДе п «енялось от 10 до 22.

Минимальное время релаксации т было выбрано равным 104 сек, так как в данном эксперименте частицы с меньшими временами релаксации можно „считать суперпарамагнитными. Максимальное время релаксации тСрп было выбрано равным 1015сек,так как вероятность участия ферромагнитных частиц с большими временами релаксации в ИУКМ мала. Расчеты показали, что изменение числа п

-17-

не вызывает принципиальных изменений решения. Число п было выбрано равным 17, исходя из условия 10 <п< 22 , так как при п>10 решение становится более дифференцированным, а при п<22 -более устойчивым ( п<к ).

После всех этих предварительных расчетов, зависимости Д1гу(1пт ) были получены и для других образцов коллекции. Спектры т для различных образцов имеют, в целом, одинаковый вид. Это обусловлено однородностью изучаемого объекта. Однако имеются различия меньшие по амплитуде, нежели согласованная изменчивость. Эти различия обусловлены индивидуальными особенностями каждого образца. При анализе результатов моделирования УИМ отмечалось, что запись геомагнитного события в йтам неотличима от особенности спектра т, и если таковая имеется в наших данных, то мы увидим это как общее свойство спектра. Поэтому, локальный "провал" в спектре г в точке г , прослеживающийся во всех образцах, может быть проинтерпретирован как "запись" геомагнитного события (изменение полярности) с возрастом порядка т . Кажется очевидным, что чем больше отличие спектров г образцов, тем более вероятно обнаружение события, т.к. его проявление является общим для разнородных образцов. С целью подобного анализа, полученные спектры т были обработаны методом главных компонент в й- и (}-модификациях. Первоначально данные были рассмотрены в пространстве параметров (каждая ось - измерения по одному образцу) и обнаружено, что около 95% общей дисперсии описывается двумя факторами, причем первый фактор описывает к 88% общей дисперсии. Реально этот фактор представляет собой общую для всех образцов закономерность вида спектра т,на которой наблюдаются "провалы".в области п~ 108сек,101О£тг£1012 сек,тзг2.2-1013сек. Оценка природы указанных аномалий на спектрах г возможна при рассмотрении тех же данных в пространстве объектов, где по 1-той оси расположены значения л1гу зерен с т^. В этом 17-мерном пространстве эллипсоид данных реально - трехосный (92% общей дисперсии описываются тремя факторами) ,причем область 5-107<т<109 сек отмечается как граница изменчивости ча всех трех факторах. По-видимому, такая

-18-

структура спектра т связана с происхождением зерен-носителей 1ШШ. По этой причине область -с г выпадает из числа претендентов на регистрацию геомагнитного события, т.к. наиболее вероятно,что "провал" в этой области разделяет две группы зерен-носителей НУИМ. Две другие области тг и гз могли зарегистрировать обратную полярность геомагнитного поля в интервале возрастов, соответственно, - до-30000 лет и более 700000 лет. Временные оценки здесь достаточно грубы, но они не противоречат имеющимся в настоящее время представлениям о полярности геомагнитного поля в этих временных интервалах. По-видимому, использование коллекций пород различного состава,возраста и генезиса, проведение более детальных исследований может позволить более уверенно выявлять записи интервалов обратной полярности и аномальных направлений геомагнитного поля в ближайшем (105+10б лет) геологическом прошлом.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Проведен статистический анализ данных температурной магнитной чистки образцов керна скважин и выявлены основные причины неудовлетворительной ориентировки образцов по вязкой намагниченности,

2.На основе математической модели изучены влияние изменения внешнего поля на процесс вязкого намагничивания горной породы и изменения температуры и времени нагрева на процесс размагничивания там, предложены оригинальные зависимости изменения величины УИМ от температуры и времени в процессе терморазмагничивания, а также продемонстрирована возможность записи геомагнитных изменений в ЫУИМ.

3.Разработаны основные элементы методики исследования НУЛИ, включающей: комплекс магнитно-минералогических методов и компонентный анализ температурно нестабильной части ШМ для выбора объекта и выделения ОТЯМ, методику выбора режимов температурной чистки, методику расчета и анализа спектров времен релаксации зерен-носителей ИУИМ.

-19-

4.Исследована температурно нестабильная часть NRM (Тб до 250°), выявлены минералы-носители NRM в этом интервале Тб, установлена роль ассоциации гетит-гематит в NRM пермских красноцветных отложений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Чернова И.Ю.Моделирование процессов образования и разрушения вязкой намагниченности.-Казань,1993.-19с.-Рукопись представлена Казан.ун-том.Деп. в ВИНИТИ 26 aBr.l993,N 2336-В93.

2.Борисов A.C.,Ушакова(Чернова) И.Ю. Оценка возможностей определения палеонапряженности по осадочным породам комплексом методов."Тез.докл.IV Всесоюзного съезда по геомагнетизму", ч.III, Владимир-Суздаль,1991,с.11.

3. Ушакова (Чернова) И.Ю. Палеомагнитная информативность вязкой намагниченности горных пород."Тез. докл.IV Всесоюзного съезда по геомагнетизму",ч.1И, Владимир-Суздаль,1991,с.43-44.

Сдано в набор 17.05.94 г. Подписано в печать 18.05.94 г. Форм.бум. 60 х 84 1/16. Печ.л.1. Тираж 100. Заказ 207.

Лаборатория оперативной полиграфии КГУ 420008 Казань, Ленина, 4/5