Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Напряженность древнего геомагнитного поля во время инверсий и в эпохи стабильной полярности фанерозоя

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Напряженность древнего геомагнитного поля во время инверсий и в эпохи стабильной полярности фанерозоя"

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Г о ОД

На правах рукописи

27 т 1ЯЯ7

Сергиенко Елена Сергеевна

НАПРЯЖЕННОСТЬ ДРЕВНЕГО ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ВО ВРЕМЯ ИНВЕРСИЙ И В ЭПОХИ СТАБИЛЬНОЙ ПОЛЯРНОСТИ ФАНЕРОЗОЯ

Специальность 04.00.22 - физика твердой Земли

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики Санкт-Петербургского Государственного Университета.

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор В.А.Шашканов.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Е.Г.Гуськова,

кандидат физико-математических наук Б.Н.Писакин.

Ведущая организация: Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт.

Защита диссертации состоится « »_1997 г. в_ч,

на заседании Диссертационного совета Д.063.57.18. по защите диссертаций па соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: СПб, Университетская наб., д. 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. А.М.Горького.

Автореферат разослан « »_1996 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

В.А.Шашканов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для получении сведений об эволюции земного ядра, конфигурации и динамике границы ядро-мантия, для разработки теории геомагнитного поля и его источников особенно важным представляется изучение характеристик магнитного поля Земли в историческом аспекте. При этом очень важны сведения, получаемые при изучении тонкой временной структуры геомагнитного пола и геомагнитных инверсий в отношении поведения палеонапрязкенности Яд,. В настоящее время статистика определений палеонапряженности, в частности, в периоды геомагнитных инверсий, недостаточна и не всегда убедительна. В значительной мере это связано с рядом недостатков существующих методов определения Н^, один из которых - то, что они подразумевают использование величины естественной остаточной намагниченности горных пород, а это не всегда корректно. Для наиболее древних - докембрийских пород, возраст которых сравним с верхними теоретическими оценками возможной временной стабильности намагниченности, применение таких методов, подразумевающих сохранность первичной намагниченности, вообще теряет физическую обоснованность. Для того, чтобы обойти эти трудности, был предложен метод ступенчатого перемагаичивания (МСП), применимый как для изверженных, так и для осадочных горных пород. Использование последних при изучении инверсий, экскурсов и других "быстрых" или кратковременных геомагнитных явлений может дать наибольший объем информации, т.к. они способны обеспечить максимально полную, детальную и "непрерывную" картину изменений параметров поля. К тому же, в фанерозое они достаточно широко распространены.

Все вышесказанное подчеркивает необходимость расширения и уточнения данных о пространственно-временной структуре древнего геомагнитного поля в отношении величины напряженности поля, большей их детализации, усовершенствования методов определения палеонапряженности.

Целью работы явилось изучение поведения палеонапряженности во время инверсий по разрезам осадочных горных пород. Применение МСП для решения этой задачи определило для данной работы два основных направления исследований - собственно палеомашишое и чисто физическое, по обоснованию применимости МСП к осадкам.

Основные задачи работы. 1. В рамках проблемы физического обоснования применимости МСП к осадкам - экспериментальное изучение дифференциальных петель магнитного гистерезиса, как источника палеомагнитной информации.

а) изучение асимметрии петель как проявления информативных особенностей магнитной текстуры осадка;

б) изучение зависимости степени асимметрии петель от различных факторов: величины исходной намагниченности частиц магнетика искусственных осадков, величины поля осаждения, вида ферриыагнитной фракции осадка; изучение временных зависимостей.

2. Изучение поведения палеонапряженносга в периоды инверсий геомагнитного поля по разрезам осадочных горных пород.

а) исследование кайнозойских инверсий - Харамильо- Матуяма, Верхняя Твера-Твера, Твера-Гипьберт и события Кат&а&ига;

б) изучение поведения величины Ндр для переходных режимов разного класса на примере инверсии Харамильо-Матуяма, события КапикаЬша, и экскурса в верхах эпохи Матуяма;

в) построение феноменолошческой подали протекания кайнозойских инверсий.

3. Определения палеонапряженносга для эпох стабильной полярности разного возраста с целью сравнения результатов определений Ндр различивши методами (на примере плейстоцена, нижнего плиоцена, олигоцена, мела, юры и границы девон - силур).

Научная новизна работы определяется следующими результатами.

1. В работе впервые изучены дифференциальные динамические петли магнитного гистерезиса осадков. Установлено, что форма петель отражает наличие текстурных особенностей, определяющих характерное для осадочных горных пород разделение фазовой плоскости диаграммы Прейзаха-Нееля на две области с различной плотностью мнимых частиц, которое служит основой применимости метода ступенчатого перемапшчивания к осадкам.

2. Получены кривые изменения величины талеонапряженности во время кайнозойских инверсий по разрезай осадочных горных пород.

3. Проведен сравнительный анализ поведения палеонапряженносга для переходных режимов разного класса.

4. На разрезе Чауда (Грузия), содержащем запись поведения геомагнитного поля в поздней часта эпохи Матуяма, идентифицировано глобальное событие Катйсакига.

5. Определены значения древних виртуальных дипольных моментов (ВДМ) для нескольких эпох стабильной полярности методом СП.

Практическая ценность. Дня решения практических задач палеомагшпопогии наиболее существенным является следующее:

- установлена возможность создания нового безнагревного метода определения талеонапряженности на основе исследований формы петель магнитного гистерезиса образцов осадочных горных пород;

- обоснована корректность применения метода ступенчатого перемапшчивания к осадочным горным породам;

показана хорошая сходимость результатов определений палеонапряженносга, полученных методом СП и другими методами для эпох стабильной полярности разного возраста, что может служить основой для более широкого применения метод а СП в палеомагнишой практике;

- представлена феноменологическая картина протекания инверсий.

Основными защищаемыми положениями работы являются:

1. Метод ступенчатого перемагничивання пригоден дня определений палеонапряженности по осадочным горным породам; он дает результаты, хорошо согласующиеся с надежными данными, полученными традиционными методами для пород, содержащих палеомапттную информацию как о величине древнего геомагнитного поля эпох стабильной полярности, так и в периоды инверсий.

2. Для ряда геомагнитных инверсий кайнозоя установлено наличие предвестников в виде пиков палеонапряженности.

3. Во время инверсий палеонапряженность понижается в 24-2.5 раза, по сравнению в напряженностью поля стабильных зон.

4. Дифференциальные динамические петли магнитного гистерезиса осадочных горных пород могут служить источником пзлеомагнтяой информации н, возможно, дальнейшее их изучение послужит созданию нового беззгагревиого метода определения палеонапряженности.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всероссийском семинаре по вопросам палеомагнетизма и магнетизма горных пород (Борок, 1996г.), международной конференции "Геокосмос", дохлада по теме работы были приняты на 3 конференциях ЕвБ (1994, 1995, 1996 иг).

Публикации. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав, Заключения, списка литературы (104 наименования). Общий объем работы составляет 99 страниц, в том числе 26 рисунков, 3 таблицы.

Диссертационная работа выполнена автором в аспирантуре физического факультета СПбГУ под научным руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора кафедры физики Земли СПбГУ Шашканова В. А.

Автор благодарит В.А.Шашканова за руководство работой, В.В.Металлову за ценные советы, ИЛПетрова, А.В.Смирнова за обсуждение полученных результатов, А.А.Костерова за помощь в проведении эксперимента, Н.Ш.Одикадзе, Г.З.Гурария, ЕГ.Гусысову, В.А.Старунова за предоставленные образцы горных пород.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении дается обоснование актуальности работы, формулируются цель и основные задачи диссертации.

Глава 1. Пространственно-временная структура геомагнитного поля и методы ее изучения.

В первой главе затрагивается ряд аспектов исследований в области палеомагнетизма и магнетизма горных пород, определяющих основные направления диссертационной работы. Формулировка основной цели работы, ках изучения поведения пал ео напряженности в периоды геомагнитных инверсий, вызвала необходимость проведения анализа мировых данных по изучению геомагнитных инверсий, в первую очередь, в отношении определений палеонапряженности. Решение вопроса о причинах обращения поля невозможно без существования надежной феноменологической картины протекания инверсий. Но даже формулировка лишь самых общих закономерностей процесса обращения поля наталкивается на ряд трудностей, связанных со спецификой фиксации геомагнитных событий различными породами, сложностью идентификации геомагнитных явлений, несовершенством применяемых методов определения палеонапряженности, и, наконец, недостаточной степенью изученности инверсий.

При формулировке общих черт процесса изменений геомагнитного поля в периоды инверсий, поведению палеонапряженности, как основного энергетического параметра геодинамо, должно уделяться особое внимание. Специфические черты поведения напряженности геомагнитного поля могли бы служил, в качестве реперов, фиксация которых способствовала бы более четкой идентификации инверсий. Вообще, в качестве таких реперов, например, предвестников обращения поля, принято рассматривать появление экскурсов, повышение амллшуды вековых вариаций или скачки величины палеонапряженности незадолго до перепояюсовок. Мнения о существовании предвестников инверсии весьма противоречивы, и этот вопрос остается открытым, хотя, по-видимому, нельзя исключить возможность того, что подобные явления носят не общий характер, а могут оказаться индивидуальными признаками той или иной инверсии, ее отличительными чертами.

Наряду с проблемой предвестников, при составлении единой схемы протекания инверсий к настоящему времени без ответа остается еще ряд вопросов, касающихся поведения палеонапряженности. В частности, в связи с уже надежно установленным фактом понижения Нд, во время инверсий, а именно: каково реальное понижение величины поля, что является его причиной. Особенно много противоречий - в данных об определении коэффициента понижения поля, который определяется как отношение среднего уровня интенсивности поля в стационарном режиме к среднему значению напряженности поля во время инверсии (К = Нлш/Ншв)- До появления МСП было принято считать, что К в среднем составляет 5-1-10.

Но имелись данные о К, равных и 15 (для почв) и даже 20 (для глубоководных осадков). Среднее значение этого ¡коэффициента, полученное методом СП, равно 1.5+2. Одной из задач данной работы является определение этого параметра для инверсий раннего плейстоцена и плиоцена, изученных в осадочных горных породах с использованием метода СП.

В первой главе значительное внимание уделено также анализу существующих методов определения палеонапряженности по осадочным горным породам и проблеме использования осадков как источника палеомагнитагой информации. Осадочные горные породы являются весьма сложным объектом, в первую очередь потому, что процесс образования ориентациогаюй намагниченности происходит синхронно с формированием собственно породы (в процессе седиментации), задавая тем самым, целый ряд специфических свойств ОНМ-состояния (вертикальная и ориенгационная магнитная анизотропия, феномен занижения наклонения ориентационной намагниченности и да.). Очевидно, что детригговое магнитное состояние зависит не только от условий седиментации, но и от магнитных состояний частиц магнетика породы, а также от взаимного расположения и взаимодействия между частицами, складывающихся в процессе осаждения и зависящих от величины и направления поля осаждения, степени кластеризация магнетика, его концентрации, химического состава среды осаждения и т.д.

Несмотря на спорность и неполноту современных представлений о механизмах детритозого намагничивания, осадочные горные породы широко используются в палеомагнетизме на основе интерпретации результатов изучения их естественной остаточной намагниченности >ЖМ (в частности, методы определения палеонапряженности построены на сравнении величин №1М и намагниченностей, созданных в лабораторных условиях). Однако, очевидно, естественная остаточная намагниченность осадка далеко не всегда отражает адекватно величину и направление древнего поля и может служить мерой палеонапряженности. Наибольшая ошибка при определениях величины Нда "традиционными" методами связана с общепринятой практикой разделения №Ш на две составляющие - первичную и вторичную - и неучетом многокомпонентности первой. Выходом из этого положения могло бы стать использование МСП, тем более, что применимость метода для остаточной намагниченности сложного состава не вызывает сомнений и доказана в ряде работ. Учитывая, что состояние стабилизированной магнитной текстуры осадка, изучение особенностей которой положено в основу метода, очень устойчиво по отношению к действию вторичных прогревов, постоянных н переменных магнитных полей и практически не зависит от магнитной предыстории ферримашетика осадочной горной породы, метод СП может быть более предпочтительным методом для определения величины древнего поля в периоды его обращений. Однако, до сих пор метод не получил широкого распространения и работа по его физическому обоснованию для осадков не закончена. Настоящая работа является необходимым звеном на пути завершения этих исследований.

Текстурные особенности магнитных состояний горных пород, изучение которых положено в основу МСП, могут вызывать возникновение перетяжек на петлях ыапштого гистерезиса (перминвар-эффект). Одной из задач данной работы является исследование магнитной текстуры детритового магнитного состояния посредством изучения формы частных дифференциальных петель магнитного гистерезиса в рамках физического обоснования применимости метода ступенчатого перемагннчивания для определения палеонапряженносга по осадочным горным породам.

Глава 2. Исследование магнитной текстуры смещения деггритового магнитного состояния.

Текстурные особенности магнитных состояний горных пород как следствие необратимых перераспределений плотности элементарных гистерезисных циклов на диаграмме Прейзаха-Нееля, помимо "эффекта нелинейности" в зависимости парциальной идеальной намагниченности от постоянного поля Н, могут проявляться в виде перетяжек на петлях магнитного гистерезиса (перминвар-эффект). Таким образом, обнаружение и изучение каких-либо трансформаций петель гистерезиса - еще один путь по физическому обоснованию применимости МСП для определения палеонапряженносга Обычный способ измерения петель гистерезиса (ПГ) здесь неэффективен в связи с тем, что для большинства горных пород псршшвар-зффект, в своем прямом понимании, очень мал. Поэтому возникла необходимость использования способа, принципиально отличающегося от общепринятого. Он был предложен В.С.Вечфинским для образцов с термоостаточной намагниченностью и заключается в том, что при измерении динамических частных дифференциальных петель гистерезиса (ДПГ) первая гармоника ЭДС, пропорциональной величине намагниченности, отражающая обратимую часть процесса намагничивания, в значительной мере компенсируется противофазным сигналом. Это позволяет рассматривать лишь ту часть намагниченности, в которой могут проявиться интересующие нас нелинейные процессы. При изучении петель таким способом перминвар-э ффект наблюдался на большинстве образцов изверженных пород, термонамалшчешшх в поле Н(, а наиболее узкая часть петель приходилась на область полей, близких по величине к полю термонамагничивания. К сожалению точное определение величины поля по наблюдению ПГ затруднительно, особенно для полей порядка земного (Н„<1Э) из-за малости эффекта. Более удачным оказалось исследование высших гармоник ЭДС сигнала.

Подобных исследований на осадочных породах до настоящего времени не проводилось. В работе изучены ДПГ искусственных осадков. Изучаемые искусственные осадки приготовлялись по стандартной методике. Перед приготовлением осаждаемой смеси порошок магнетита двух видов предварительно термонамагничивапся в различных полях Н<=1+15 Э. Поля осаждения для более яркого выделения эффекта выбирались довольно большими от 1 до 30 Э. На приготовленных образцах было проведено

изучение скомпенсированных ДПГ, а также исследовано поведение высших гармоник ЭДС в зависимости от амплитуды переменного намагничивающего поля. В результате, для осадков проявилось абсолютное преобладание эффекта асимметрии петель; случаев проявления перетяжек ДПГ отмечено не было. При этом установлены следующие закономерности: а) проявление асимметрии не связано с видом ферромагнитных зерен осадка; 6) асимметричные петли появляются при измерении ДПГ вдоль направления остаточной намагниченности (ОЯМ); в) величина поля предварительного термонамапшчивания частиц магнетика ВД практически не влияет на степень асимметрии петель (за степень асимметрии принимается отношение площадей, ограниченных пешей справа и слева от оси намагниченности); г) степень асимметрии петель зависит от величины поля осаждения ГГ0. С увеличением Н„ асимметрия становится более отчетливой, однако количественно оценить эту зависимость весьма сложно, т.к. сама асимметрия определяется многими факторами (амплитудой переменного магнитного поля, степенью компенсации первой гармоники ЭДС и т.д.). Наиболее ярко асимметрия проявлялась для величин Не = 30; 20; 15; 10; 7 Э. Для полей Н„ около 5 Э асимметрия была очень слабой или не наблюдалась вовсе. Для Но в пределах от 1 до 3 Э не было выявлено ни одного случая асимметричной ДПГ; д) обнаружено явление усиления эффекта асимметрии петель со временем.

Далее в работе были исследованы зависимости амплитуд высших гармоник ЭДС, составляющей петлю, от намагничивающего поля - Аг(Ь), Аз(Ь), А4О1), А5 (Ь). Амплитуда первой гармоники и вид графика А^Ь) зависят от степени ее компенсации, и в принципе не несет интересующей нас информации. В характере зависимости четных гармоник от Ь, а также в форме кривых Аз (К) не было выявлено никаких особенностей. Это заставило сосредоточить внимание на изучении пятой гармоники, тем более, что и по данным В.СЛЗечфинского, именно она несет информацию об аномалиях ДПГ в случае термонамагниченных образцов. В нашем случае, для осадков, лишь приблизительно в 30 % случаев можно говорить о том, что поведение зависимости Азф) каким-то образом отражает факт асимметрии петель. Для образцов, созданных в полях Ц, = 5; 7; 10 Э, достаточно хорошо заметен "излом" кривых А5(Ь), положение которого отвечает величине поля осаждения. Полученные результаты экспериментального изучения динамических дифференциальных петель магнитного гистерезиса осадков хорошо согласуются с представлениями о стабилизированной магнитной текстуре смещения детригового магнитного состояния (характерным для осадков распределением плотности фиктивных частиц на диаграмме Прейзаха-Нееля). Инвариантность самого процесса детригового намагничивания по отношению к виду магнетика породы, по-видимому, обусловила независимость проявления асимметрии от сорта применяемого в приготовлении осадков ыагнетитового порошка.

Таким образом, способ измерения скомпенсированных ДПГ, предложенный В.С.Вечфинским для термонамагниченных пород, в случае

осадков позволяет выявить эффект возникновения асимметрии петель. ДПГ осадков несут информацию о стабилизированной магнитной текстуре смещения для детритового магнитного состояния: аномальный вид петель ещё раз доказывает реальность существования особенности МТС и, следовательно, корректность применения метода СП к горным породам с БИМ. Кроме того, результаты показывают принципиальную возможность создания нового безнагревного метода определения палеонапряженности, а также использования изучения ПГ в качестве быстрого метода отбраковки образцов горных пород при определениях Нда методом СП.

Глава 3. Поведение палеонапряженности в периоды геомагнитных инверсий.

В работе изучены изменения палеонапряженносга в заключительной части инверсии Харамильо-Матуяма (переход от прямой полярности к обратной) и верхах эпохи Матуяма на детальном разрезе чаудинских слоев г.Цвермагала (разрез Чауда, Грузия). Коллекция образцов и результаты страндартных палеомагнипшх исследований были предоставлены нам

H.Ш.Одшсадзе. Мощность чаудннского разреза — 8.6 м, из них на собственно переходную зону приходится 4.5 м (участок 8.5 - 4.0 ы). Толща осадочных пород сложена песчаниками, глинами, аргиллитами, мергелями. Основным минералом, обусловливающим намагниченность осадков является магнетит. Остаточная намагниченность имеет ориеипщионную природу. Общую картину поведении геомагнитного поля, отраженную в чаудинском разрезе, можно представить следующим образом.

I, Для поздней части эпохи Матуяма, после момента перехода ВГП из северного в южное полушарие (N->11), соответствующего инверсии Харамильо-Матуяма, на разрезе зафиксированы: стабильная зона обратной полярности Б, кратковременный интервал прямой полярности N (событие Капикайига) и участок аномальной полярности (экскурс).

2. Инверсионный переход Харамильо-Матуяма был длительным (около 90 тыс. лет) и сопровождался сильными возмущениями палеонапряженносга, минимальное и максимальное значения величины поля во время перехода составляли 0.38 и 1.0 Э, соответственно.

3. Для спокойных периодов неведения угловых компонент поля характерно стабильное состояние палеонапряженносга со средним значением существенно ниже современного (Нда = 0.25 Э).

4. Возмущения палеонапряженности наблюдаются в периоды изменений полярности. Переполю совки происходят на фоне пониженных значений величины Нд,: напряженность падает в 1.8 + 2 раза. Непосредственно до и вскоре после переходов ВГП из одного полушария в другое отмечаются скачкообразные повышения палеонапряженности до 4 раз, по сравнению с уровнем спокойных участков.

5. Сравнение характера возмущений величины Нц, для переходных режимов геомагнитного поля разного класса - экскурса, события Капика&ига и инверсии Харамильо-Матуяма - показал, что для этих геомагнитных

явлений, зафиксированных в разрезе Чауда, наблюдается характерная особенность - изменения величины имеют вид колебаний с

амплитудами и характерными временами, коррелирующими с классом события. Таким образом, класс геомагнитного события, по-видимому, определяется степенью нестабильности источника поля.

В работе также было изучено поведение напряженности древнего геомагнитного поля во время двух плиоценовых инверсий на холлекции образцов осадочных пород, предоставленной нам Г.З.Гурарием. Переходные зоны зафиксированы в обнажении позднемиоценовых-раннеплиоценовых субаэралъных отложений ширакской свиты в Восточной Грузии (разрез Зльдари). Породы - алеврит» и суглинки с прослоями песков, гравелитов и конгломератов. Разрез Эльдари (полная мощность - около 69 м) содержит запись инверсии Твера-Гильберт, стабильного поля субхрона Твера, а также переходной зоны верхняя Твера-Твера. Особенностью данного разреза является наличие двух последовательных переполюсовок поля (N-»1*. и 11-»М). Получено, что характерными чертами данных инверсий является:

1. Переход ВПТ через экватор происходит на фоне пониженных значении палеонапргясеинссга. Причем для обеих инверсий: и И-Ж (верхняя Твера-Твера), и N->11 (Твера-Гильберт), - коэффициент понижения поля практически одинаков и составляет 2.5 от величины поля стабильной зоны субхрона Твера.

2. Для переходных зон характерно наличие кратковременных интервалов существовсиия сильно повышенных значений палеонапряженностн, которые предваряют и завершают момент переполюсовок. Максимальные значения величины в пиках одинаковы для обеих инверсий н составляют 0.8 Э.

Глава 4. Определения пал (»напряженности для эпох стабильной полярности разного возраста.

Изменение средней величины геомагнитного поля на протяжении всей геологической истории Земли — характеристика не менее важная, чем поведение поля в наиболее "острые" моменты его существования. Даже беглый взгляд на эту проблему не оставляет сомнений в необходимости расширения и уточнения данных о величине МПЗ в геологическом прошлом. В рамках настоящей работы этот вопрос представляет интерес также в связи с возможностью сравнения результатов определений палеонапряженности в периоды стабильной полярности, выполненных МСП н другими методами. В работе выполнены определения палеонапряженносга и вычислены значения виртуальных дипольных моментов Мд, для б разновозрастных эпох, охватывающих почти весь фанерозой - от среднего плейстоцена до границы силур-девон. В качестве характеристической выбиралась средняя по соответствующему разрезу осадочных толщ (или по потокам лав в случае изверженных пород) величина древнего поля, которая затем использовалась для вычисления Мдр (значение наклонения при этом также выбиралось

средним). Также в работе рассчитывалась величина отношения значений древнего виртуального дипольного момента и современного Мс^; за Ма»г принимается величина момента за период непосредственных (прямых) измерений величины геомагнитного поля, т.е. за последние -100 лет (Мп>в1, = 8-10м Ам2). Конкретно были изучены следующие эпохи.

1. Средний плейстоцен.

Изучены образцы среднеплейстоценового возраста (около 0.9 млн лет) из разреза Чауда (Грузия) осадочных горных пород, в толще которого зафиксирована стабильная зона верхней часта эпохи Мату яма, после события Харамильо (полярность R). Среднее значение виртуального дипольного момента для этой эпохи составляет (4.6±2.0) 1022 Ам2, что значительно ниже современного, Мдр/Мо»,, = 0.57.

2. Нижний плиоцен.

Изучен фрагмент разреза осадочных горных пород Эльдари в Восточной Грузни, содержащий запись средней части стабильной зоны эпизода Твера прямой полярности N. Мощность данного участка разреза составила 280 см. Палеонапряженность по разрезу испытывает незначительные колебания около среднего значения, равного 0.49 Э. Виртуальный днпольный момент составляет здесь (9.5±2.5) 1022 Ам2, при Мдр/М^р = 1.1S.

3. Средний олигоцен.

Палеонапряженность была определена по двум горизонтальным лавовым потокам, образцы из которых, а также результаты стандартных палеомаптпшх исследований были предоставлены нам Е.Г.Гуськовой (ИЗМИРАН). Образцы были отобраны в 1988 г. в Центральной Монголки из толщи базальтов среднеолигоценового возраста, состоящей из нескольких полого залегающих горизонтов. По данным термомаггопного анализа, ферромагнетик пород представлен тонкими (мелкими) зернами магнетита, стабильного к нагревам. Природа NRM - термоостаточная. Стабильная компонента по времени образования синхронна формированию базальтов. Полярность — обратная (R). Средняя величина напряженности палеополя, определенная по двум потокам составила 0.34 Э, при величине В ДМ (5.9+2.7)-Ю^Ам2 и Мдр/Мщвр = 0.72.

4. Нижний мел.

Определения палеонапряженносга были выполнены на образцах коллекции базальтов раннемелового возраста В.А.Старунова (ИЗМИРАН). Образцы фиксируют поле прямой полярности. Полученное значение В ДМ -(б.Ш.ОЭ-Ю22 Ам2, при Мдр/М^р = 0.76.

5. Нижняя - средняя юра.

Образцы осадочных горных пород юрского возраста также предоставлены В.А.Старуновым. Полярность поля - прямая. Значение В ДМ равно (6.7±l.'7).ltiB Ai?. Мдр/Мс,,, = 0.84.

6. Граница силур - девон.

Объект исследований — породы обожженных осадков из нижней части разреза берхнулинской свита, находящегося в пределах хребта Гурван-Сайхан, Южная Монголия (отобраны в 1991 г., коллекция В.А.Старунова).

Величина ВДМ, вычисленная по этим образцам, составила (5.2±1.8)-1<Р Ам2, что соответствует величине отношения Мд/Мщр = 0.65.

Сопоставление мировых данных и результатов определения величины дипольного момента Земли для разновозрастных эпох стабильной полярности, полученных методом СП автором данной работы показало их хорошее совпадение. Для таких эпох, как граница юра-мел или девон, для которых значительно заниженная (до 5-7 раз), по сравнению с современной, величина ВДМ раньше не вызывала сомнений, в последнее время появляются данные о значительно больших величинах М„ (например, для девона - Мд/Мс«, = 0.49-0.50, Металлова В.В., 1995г., Солодовников Г.М., 1996 г.), что также подтверждается результатами данной работы.

Заключение

Выполненный в работе обзор современного уровня изученности тонкой пространственно-временной структуры древнего геомагнитного поля, в частности, поведения такого важного его энергетического параметра, каким является напряженность, продемонстрировал необходимость увеличения объема первичных данных, их большей детализации, усовершенствования методов палеомашитных исследований.

В соответствии с поставленными задачами в данной работе были получекы следующие результаты:

1. В рамках проблемы физического обоснования МСП для осадочных горных пород были изучены динамические дифференциальные петли маггаггоого гистерезиса на предмет содержанка палеомагнитной информации. Прн этом, установлено:

1) ДПГ осадков несут информацию о стабилизированной магнитной текстуре смещения, отражая характерное для осадочных горных пород разделение фазовой плоскости диаграммы Прейзаха-Нееля на две области с различной плотностью мнимых частиц;

2) Палеоинформативная "особенность'' стабилизированной магнитной текстуры смещения на осадках проявляется в деформации скомпенсированных ДПГ - возникновении асимметрии петель;

3) Асимметрия петель возникает независимо от вида ферримагнншой фракции осадка, а также от величины поля термонамагничивания магнетитовых частиц осадка;

4) Степень асимметрии петель зависит от напряженности поля детритового намагничивания, большим значениям Н, отвечают большие трансформации петель;

5) Количественная привязка к величине поля осаждения может проявляться в специфической зависимости амплитуды пятой гармоники ЭДС сигнала, составляющего петлю гистерезиса от амплитуда

намагничивающего переменного поля — зависимость Aj(h) имеет вид прямой с изломом в районе полей, близких по величине полю Но-

2. Изучение поведения палеонапряженности во время обращений полярности геомагнитного поля было выполнено на примере инверсий Харамильо-Матуяма, Верхняя Твера-Твера, Твера-Гильберт, глобального события Kamikatsura и экскурса в поздней части эпохи Матуяма. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1) Все изученные переполюсовки геомагнитного поля, независимо от типа перехода (R-»N или N->R) и даже класса события (инверсия-эпизод-экскурс) обнаруживают ряд общих черт в отношении поведения палеонапряженности: а) обращения полярности происходят на фоне пониженных, по сравнению с полем стабильных зон, значений величины Ндр. Величина палеонапряженности минимальна (0.16-0.22 Э) в момент перехода ВГП из одного полушария в другое; б) коэффициент понижения поля К составляет от 1.8, для плейстоценовых, до 2.5 для плиоценовых инверсий; в) до и после переполюсовок отмечаются всплески значений палеонапряженности до 0.8-1.0 Э. Первые, возможно, могут рассматриваться в качестве предвестников, характерных для некоторых кайнозойских инверсий; г) продолжительность существования возмущенной палеонапряженности довольно значительно (до 4.0 - 4.5 раз) превышает время возмущений угловых компонент.

2) Для последовательных инверсий плиоценового возрзста отмечается определенная симметрия в отношении поведения палеонапряженности -поле во время перехода ВГП из одного полушария в другое понижается в 2.5 раза для обеих инверсий, всплеск палеонапряженостн на выходе из первой инверсии составляет такую же величину, как повышение Ндр перед началом второй.

3) В отношении поведения палеонапряженности можно предложить следующую схему протекания изученных инверсий: возмущения палеонапряженности начинаются задолго до начала возмущений угловых компонент - начало колебаний склонения и наклонения сопровождается скачкообразным увеличением палеонапряженности, по сравнению с полем стабильных зон - переполюсовка происходит на фоне пониженных до 2.5 раз значений величины Нда - при выходе угловых компонент из возмущенного режима может снова наблюдаться пик палеонапряженности - возмущения величины поля прекращаются спустя некоторое время после установления стабильного режима угловых компонент.

4) Результаты определений величины К вполне согласуются с установленной Большаковым A.C. (1982) линейной зависимостью коэффициента понижения поля во время инверсии от магнитного момента эпохи. Для плиоцена, характеризующегося большей величиной В ДМ, по

сравнению с плейстоценом, получена большая величина К (2.5 и 1.8 соответственно).

5) Анализ поведения палеонапряженности для переходник режимов разного класса показал, что изменения величины Нда носят сходный характер для инверсии Харамильо-Матуяма, события Kamikatsura н экскурса в верхах эпохи Матуяма. Осцилляции величины палеонапряженности можно считать квазипериодическими, причем изменения амплитуды и характерного времени колебаний коррелируют с классом события.

3. С целью демонстрации эффективности работы метода ступенчатого перемагничивания при определении палеонапряженности в работе были вычислены значения виртуальных дипольных моментов для следующих разновозрастных эпох стабильной полярности: плейстоцен, плиоцен, олигоцен, нижний мел, средня-нижняя юра, граница силур-девон. В результате получено следующее.

1) Наблюдается хорошее совпадение результатов определений В ДМ методом ступенчатого перемагничивания с данными, полученными другими методами.

2) Ка:ядая из изученных геомагнитных эпох характеризуется следующими значениями величины ВДМ: верхняя Матуяма, а также граница силур -девон имели довольно значительно пониженную, по сравнению с современной, величину маппггпого момевгга (примерно в 1.6 - 2.0 раза); для плиоцена получены значения Mw близкие к современному (Мд^/М^р = 1.18); в олигоцене, нижнем мелу и юре величина виртуального дипольного момента составляла 0.72-0.84 от современного значения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шашканов В.А., Сергиенхо Е.С. Изучение петель гистерезиса осадочных горных пород как способ исследования магнитной текстуры смещения детритового магнитного состояния. СПб. 1995. Депонирована в ВИНИТИ 22.09.95. № 2617-В95. 15 с.

2. Metallova V.V., Sergienko E.S. Paleointensity behavior for Upper MatuyamaJfEGS.Axmales Geophys. Part 1. Solid Geophysics and Nataral Hazards. SuppLl to Vol.12.1994. P.113.

3. Sergienko E.S., Shashkanov V.A. Paleointensity determinations for the Tvera-Gilbert and the Upper Tvera-Tvera reversalsfflbid. V.13.1995. P.77.

4. Sergienko E.S., Shashkanov V.A. The phenomenon of induced magnetic anisotropy in sedimentary rocks//Ibid. V.13.1995. P.78.

5. Sergienko E.S., Shashkanov V.A. Study of hysteresis loops of sediments/fibid. V.14.1996. P. 153.

6. Sergienko E.S., Shashkanov V.A. Paleointensity changes for excursion, event and reversal in Upper Машуата/Ш± V.14. 1996. P. 126.

7. Sergienko E., Shashkanov V.A. A comparison of paleointensity variations for geomagnetic reversals in Pleistocene and Lower Pliocene times. Book of Abstracts. International Conference on Problems of Geocosmos. 1996. P. 129.

8. Сергиенко E.C., Шашканов В .А. Палеонапряженностъ e верхней Матуяме. СПб. 1996. Депонирована в ВИНИТИ 04.09.96. № 2764-В96. 14 с.

9. Сергиенко Е.С. Изучение петель магнитного гистерезиса осадков. Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. Тез. докладов. М. 1996. С.80-82.