Введение
Обратная магнитная намагниченность горных пород является основой для объяснения геомагнетизма и отвечает за его образование [1].
Если рассматривать палеомагнитные свойства, то они основаны на дипольной природе магнитного поля Земли и физике обратного намагничивания горных пород [2]. Происхождение основного магнитного поля Земли остается нерешенной проблемой, хотя она и рассматривалась в форме магнитогидродинамической гипотезы магнитного поля Земли [3].
Свойства магнитной памяти частиц магнитных минералов позволяют изучать величину направления магнитного поля Земли.
На сегодняшний день не могут найти ответ на вопрос о едином механизме изменения намагниченности горных пород на обратную, подобно магнитному полю Земли [4; 5].
Вторичные магнитные минералы могут образоваться в горных породах при выполнении следующих условий:
1) есть магнитный минерал;
2) есть степень сохранности;
3) от структуры поведения горной породы [6].
Целью данной работы является: объяснить природу обратно намагниченных горных андезитобазальтовых пород, магнитного поля Земли, решение задач в области тектоники и стратиграфии путем экспериментального изучения свойств андезитобазальта.
Материалы и методы исследования
Для решения поставленной задачи авторами в период с 2020 по 2024 г. проводились исследования в лаборатории спектроскопии физико-математического факультета КЧГУ имени У.Д. Алиева.
Методом спектрального анализа определяли элементный состав горных андезитобазальтовых пород, для этого была собрана экспериментальная установка на основе спектрометра ДФС-24 с возбуждением от лазера ЛГ-75. Оптическая схема приведена на рисунке 1.
Полученный элементный состав в анализируемой пробе дается авторами (рис. 2).
А при изучении свойств обратно намагниченных образцов андезитобазальта авторы использовали следующие методы: 1) термомагнитный; 2) локальный спектральный анализ; 3) Jn – измеряли при малых магнитных полях разного направления [7].
Результаты исследования величин: Jn, Io, Do, T°C и обсуждения приведены в таблице.
Рис. 1. Оптическая схема установки: 1 – излучаемый лазер, 2 – поворотная призма, 3 – кювета, 4, 5, 9, 12 – параболические зеркала, 6, 7 – линзы, 8 – поворотное зеркало, 10, 13 – дифракционные решетки, 11 – промежуточная щель, 14 – поворотное зеркало, 15 – фотоумножитель, 16 – ЭВМ
Магнитные свойства стабильно намагниченных горных пород андезитобазальта
|
п/п |
Название породы |
Jn ∙ 10–6 |
Io |
Do |
Т oС |
Стабильность Jn по Н~ |
|
1 |
андезитобазальт (нижний поток) |
800 |
-38 |
110 |
550 |
|
|
2 |
- |
550 |
-38 |
110 |
550 |
стабилен |
|
3 |
- |
580 |
-39 |
105 |
540 |
|
|
4 |
андезитобазальт (наверху) |
1760 |
-29 |
150 |
560 |
стабилен |
Источник: составлено авторами.
Рис. 2. Элементный состав горных андезитобазальтовых пород
Рис. 3. Размагничивание под действием Н~ , образца (1) (табл.) Источник: составлено авторами
Рис. 4. Кривая Jrs(T) образца (2) (табл.) Источник: составлено авторами
Рис. 5. Размагничивание под действием Н~ образца (3) (табл.) Источник: составлено авторами
Из рисунка 3 следует, что размагничивания в магнитном поле Н~, для обратно намагниченного образца андезитобазальт – образец (1), (рис. 2):
а) мощность обратной намагниченной распространяется до ~ 60 м;
б) величина Io находилась в районе от -38° до -29°, при этом температура Кюри находилась в интервале от 540° до 560 °С.
На рисунке 4 авторами приведены кривые обратно намагниченного образца – (2) андезитобазальт: а) магнитно стабильна;
б) величина – Io меняется от – 38° до -29°.
На рисунке 5 представлены кривые размагничивания по Н~, где температура Кюри находится в интервале 540° – 560°.
Далее на рисунках 6 и 7 представлены кривые – Jrs(T) размагничивание под действием Н~.
Горные андезитобазальтовые породы в своем составе имеют вторичный магнит с постоянной обратной намагниченностью и с различными магнитными свойствами.
Магнитная стабильность является одним из необходимых условий для первичной термоостаточной намагниченности.
Рис. 6. Размагничивание под действием – Н~ образца (4) – андезитобазальт Источник: составлено авторами
Рис. 7. Размагничивание под действием – Н~ Источник: составлено авторами
Хотя стабильность Jn образца андезитобазальт можно не учитывать для восстановления первоначального геомагнитного поля.
Из минералогических экспериментов следует, что горная порода сильно изменена от первоначального состава, причём прямо намагниченные горные породы содержат магнитных минералов меньше, чем обратно намагниченные образцы. В исследованных образцах магнитная руда ~ 8% от общей массы и состоит из мелкозернистого первичного магнетита. Определив направление намагниченности, можно определить геомагнитное поле и возраст горной породы.
На рисунке 7 представлены результаты размагничивания под действием переменного магнитного поля. Видно, что в начале под действием магнитного поля идет частичное размагничивание начальной величины – Jn
Примененные методы дали возможность установить, что за прямую намагниченность андезитобазальта изначально отвечают магнетит и гематит, а для обратной намагниченности – титаномагнетит.
Необходимое условие для образования обратной намагниченности в горных породах – чтобы были магнитные минералы с различными магнитными свойствами.
Заключение
Экспериментальные исследования позволяют нам сделать выводы о природе обратно намагниченных образцов андезитобазальта в горных породах.
Андезитобазальт в основном представляет собой гранулированные магниты и обладает постоянной прямой и обратной намагниченностью.
Андезитобазальтовые породы со временем меняются от исходного положения.
Если сравнить породы прямого и обратного намагничивания, то у последнего больше содержание магнитных минералов. Обратная намагниченность андезитобазальта стабильна в области температур до 550 °C.
В состав исследуемых образцов входят титановые магнетиты в виде боксита, которые обладают постоянной обратной намагниченностью.
Прямая намагниченность горных пород в рассматриваемом районе обусловлена основной намагниченностью и гематитом, в то время как обратная намагниченность обусловлена температурой Кюри от 540° до 560 °C.
Поскольку величина магнитного поля увеличивается, и оно взаимодействует со вторичным магнитным материалом, противоположное магнитное направление остается постоянным. Установлена дипольная природа магнитного поля Земли и полярная зависимость намагниченности андезитобазальта и других горных пород от состава магнитных минералов.
Андезитобазальт с различными магнитными свойствами обладает обратной намагниченностью, что является основной проблемой геомагнетизма.
На основании полученных результатов можно решить определенные проблемы, связанные с географическим районом Земли, его структурой, а также задачи в области тектоники.