Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

МЕХАНИЗМ ОБРАТНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕСИИ (СЕВЕРНЫЙ КАВКАЗ)

Урусова Б.И. 1 Болатчиева М.С.-Х. 1
1 ФГОУ ВО «Карачаево-Черкесский государственный университет имени У.Д. Алиева»
В работе осуществлен комплексный подход для изучения механизма образования обратной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт. На образцах горных пород габбро-базальт, базальт был проведен спектральный анализ и баллистическим методом измерена естественная остаточная намагниченность в широком интервале температур при небольших магнитных полях. Определены индуцированная намагниченность – Jj и коэффициент пропорциональности – ӕ. Показано, что механизм процессов самообращения остаточной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт соответствует по характеру взаимодействия между подрешетками – магнитостатическому; обратная намагниченность в горных породах габбро-базальт и базальт возникает за счет минералов, обладающих различными магнитными свойствами, и зависит от температуры, механического напряжения, химических превращений, переменного магнитного поля и времени. В горных породах габбро-базальт и базальт механизм самообращения происходит при намагничивании первой фазы в размагничивающем поле второй фазы. При этом расстояние между вкрапленными магнитными зернами не велико и соответствует размерам однодоменной частицы, которое возникает при усреднении значений в объеме горных пород габбро-базальт, базальт в магнитном поле. Получено, что при термообработке горных пород габбро-базальт и базальт (соответственно 760 °К и 680 °К) происходит самообращение намагниченности, и при этом наблюдается слабое взаимодействие между фазами. Показано, что необходимыми и достаточными условиями при изучении механизма обратной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт являются: 1) первичность магнитных горных пород; 2) степень сохранности; 3) наличие структур распада и окисления; 4) наличие и время образования вторичных магнитных минералов.
горные породы
габбро-базальт
базальт
обратная и остаточная намагниченность
магнитное поле
температура
спектральный анализ
магнитостатический
1. Урусова Б.И., Лайпанов М.З., Узденова Ф.А. Природа естественной остаточной намагниченности горных пород района реки Марухи (Северный Кавказ) // Успехи современного естествознания. 2020. №10. С. 139-143.
2. Урусова Б.И., Лайпанов У.М. Перемагничевание горных пород // Успехи современного естествознания. 2018. № 3. С. 128-132.
3. Belokon V.I., Dyachenko O.I. Long- and Short-Range Magnetic Order in Titanomagnetite. Phys. Solid Earth. 2020. Vol. 56 (6). Р.888-891.
4. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. СПб., 2014. 368 с.
5. Гончаров С.А., Пащенков П.Н., Плотников А.В. Физика горных пород: физические явления и эффекты в практике горного производства. М., 2016. 27 с.
6. Catherine G. Modelling the geomagnetic field from syntheses of paleomagnetic data. Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2011. Р. 109-117.
7. Carrasco J.P., Osete M.L., Torta J.M., Santis A.De. A geomagnetic field model for the Holocene based on archaeomagnetic and lava flow data. Earth and Planetary Science Letters. 2014. Р. 98-109.

Естественная остаточная намагниченность горных пород очень сложна по своему характеру, так как горные породы, которые входят в состав земной коры, имеют как прямую, так и обратную намагниченность. Изучение механизма образования обратной намагниченности горных пород является одной из основных задач магнетизма.

При помощи обратной намагниченности горных пород можно объяснить инверсию главного геомагнитного поля. А также эффект самообращения вектора естественной остаточной намагниченности за счет физико-химических процессов, протекающих в горных породах.

При помощи магнитной памяти зерен горных пород можно охарактеризовать величину и направление геомагнитного поля земли в геологическом прошлом. Также можно изучить внутреннее строение Земли, процессов, происходящих в ядре и мантии Земли.

Поэтому представляет интерес исследовать механизм образования обратной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт Карачаево-Черкесии (Северный Кавказ).

Целью данной работы является комплексное изучение механизма образования обратной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт в широком интервале температур при небольших магнитных полях.

Данная работа является продолжением ранее нами опубликованной работы [1].

Материал и методы исследования

Для достижения поставленной цели измеряли намагниченность баллистическим методом и проводили спектральный анализ в горных породах габбро-базальт и базальт в широком интервале температур при небольших магнитных полях [2].

При измерении намагниченности чувствительным элементом служила аксиальная двухслойная катушка с дифференциальной намоткой секции, а образец продергивался через катушку, что позволяло избегать погрешности, связанной с первоначальным его положением. Запись сигнала с катушек осуществлялась автоматически при помощи ЭВМ. Стабилизация тока через образец осуществлялась с помощью схемы стабилизации тока на базе промышленного стабилизатора напряжения У-1199.

Падение напряжения на магазине сопротивлений R сравнивалось с ЭДС нормального элемента, и разность отрабатывалась стабилизатором. Изменение тока производилось путем изменения сопротивлений. Сползание тока через образец не превышало 10-5 А/час. Погрешность измерений не превышала 0,5% [1; 2].

Для проведения спектрального анализа использовали ДФ – 24. Образцы горных пород очищали от внешних загрязнений и просушивали. Затем брали небольшое количество горных пород, так чтобы проба отражала средний состав анализируемого образца (10-15 г). Пробу предварительно дробили сначала на стальной плите, а затем в агатовой ступке. После того как образцы размельчены, отбирали 3-5 г квантованием и окончательно доводили до порошка с размером частиц 0,01 мм, из которых брали пробу на анализ.

Рядом с исследуемой пробой фотографировали несколько эталонов, концентрации в которых изменялись в 3-5 раз. Спектры эталонов и исследуемых проб фотографировали при одинаковых условиях: силе тока, дуговом промежутке, освещении щели спектрографа (СТЭ-1), величине навески и т.д. Полученную спектрограмму рассматривали с помощью спектропроектора ПС-18, подбирали соответствующие линии элемента в исследуемой пробе и эталонах и сравнивали почернения.

Равенство почернений линий элемента в исследуемой пробе с почернением этой же линии в одном из эталонов позволяет судить о концентрации. Зная содержание элемента в эталоне, мы, таким образом, устанавливали содержание его и в анализируемой пробе. Полученные результаты приведены на рисунке 1 [1; 2].

missing image file

Рис. 1. Содержание химических элементов в образцах: 1 – габбро-базальт, 2 – базальт

Характеристика образцов горных пород габбро-базальт и базальт

№ п/п

Название породы

Название местности

Номер буровой скважины

Возраст

1

Габбро-базальт

КЧР, Зеленчукский район, правобережье р. Маруха

7/1051

vPR – PZ1

2

Базальт

КЧР, Зеленчукский район, левобережье р. Маруха

17/1042

PZ1 – KR

Образцы горных пород габбро-базальт и базальт были взяты совместно с геологами Карачаево-Черкесской Республики (Северный Кавказ) с известным соответственно номером буровой скважины и возрастом (таблица).

Результаты исследования и их обсуждение

Учитывая, что намагниченность J горных пород складывается из естественной остаточной – Jn и индуцированной Jj намагниченностей, определяли индуцированную намагниченность Jj как:

Jj= ӕT, (1)

где ӕ – коэффициент пропорциональности; T – температура.

Исследования показали, что коэффициент пропорциональности ӕ имеет тензорный характер при наличии в горных породах сильных магнитных минералов.

Из экспериментальных исследований следует, что механизм процессов самообращения остаточной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт по характеру взаимодействия между подрешетками – магнитостатический [2-4].

В горных породах габбро-базальт и базальт наблюдается механизм самообращения при намагничивании первой фазы в размагничивающем поле второй фазы. При этом расстояние между вкрапленными магнитными зернами не велико и соответствует размерам однодоменной частицы [5].

Неодновременность намагничивания разных фаз в механизме самообращения остаточной намагниченности, по-видимому, связана с усреднением значений в объеме горных пород габбро-базальт и базальт, поэтому магнитное поле каждой частицы равно нулю. А это значит, что при изотропном распределении зерен обеих фаз магнитостатическое поле взаимодействия не может обеспечить самообращение намагниченности [6].

При комнатной температуре (20 °C) величина и направление естественной остаточной намагниченности оказались одинаковыми как в случае прямо намагниченных, так и обратно намагниченных горных пород. Это говорит о том, что горные породы имеют однородную намагниченность. Так как горная порода содержит мельчайшую вкрапленность магнетита (составляет ~7%) размером от 0,4 до 10 мкн. Из экспериментальных данных следует, что направление вектора естественной остаточной намагниченности прямо намагниченных образцов не меняется до 700 °С, а в полях до 800 °С совпадает с направлением внешнего поля. Далее при термообработке горных пород габбро-базальт и базальт соответственно при 760 °К и 680 °К наблюдается самообращение намагниченности, где наблюдается слабое взаимодействие между фазами.

Так как первоначальная намагниченность горных пород габбро-базальт и базальт может измениться под воздействием многих факторов, то для получения достоверной информации механизма обратной намагниченности горных пород габбро-базальт и базальт необходимыми и достаточными условиями являются: 1) первичность магнитных горных пород; 2) степень сохранности; 3) наличие структур распада и окисления; 4) наличие и время образования вторичных магнитных минералов.

Следует отметить, что в горных породах габбро-базальт и базальт содержатся вкрапленные минералы, обладающие различными магнитными свойствами, которые ответственны за образование обратной намагниченности.

На рисунках 2 и 3 приведены экспериментальные кривые образования обратной термоостаточной намагниченности при охлаждении горных пород габбро-базальт и базальт от 800 °К в различных магнитных полях: 1. Н=1,5 Э; 2. Н=10,5 Э; 3. Н=300 Э; 4. Н=400 Э.

Из рисунков 2 и 3 следует, что интенсивность обратной намагниченности габбро-базальта и базальта и их стабильность зависят от процентного соотношения магнитных и немагнитных зерен.

missing image file

Рис. 2. Образование обратной намагниченности горной породы габбро-базальт при охлаждении от 800 °К в магнитных полях: 1. Н=1.5 Э; 2. Н=10.5 Э; 3. Н=300 Э; 4. Н=400 Э

missing image file

Рис. 3. Образование обратной термоостаточной намагниченности горной породы базальт при охлаждении от 800 °К в различных магнитных полях: 1. Н-1,5 Э; 2. Н=10,5 Э; 3. Н=300 Э; 4. Н=600 Э

Механизм обратной намагниченности горных пород габбро-базальт и базальт зависит от структуры и состава, которые определяются природными условиями или условиями лабораторной термообработки .

Существование обратной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт, по-видимому, можно объяснить тем, что они содержат минералы, обладающие различными магнитными свойствами [7].

Таким образом, обратная намагниченность горных пород габбро-базальт и базальт зависит от температуры, механического напряжения, химических превращений, переменного магнитного поля и от времени.

При помощи обратной намагниченности горных пород можно объяснить инверсию главного геомагнитного поля. А также эффект самообращения вектора естественной остаточной намагниченности за счет физико-химических процессов, протекающих в горных породах габбро-базальт и базальт.

Выводы

1. Определены индуцированная намагниченность – Jj и коэффициент пропорциональности – ӕ.

2. Механизм процессов самообращения остаточной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт соответствует по характеру взаимодействия между подрешетками магнитостатическому.

3. Обратная намагниченность в горных породах габбро-базальт и базальт возникает за счет минералов, обладающих различными магнитными свойствами, и зависит от температуры, механического напряжения, химических превращений, переменного магнитного поля и времени.

4. В горных породах габбро-базальт и базальт механизм самообращения происходит при намагничивании первой фазы в размагничивающем поле второй фазы. При этом расстояние между вкрапленными магнитными зернами не велико и соответствует размерам однодоменной частицы, которое возникает при усреднении значений в объеме горных пород габбро-базальт, базальт в магнитном поле.

5. Получено, что при термообработке горных пород габбро-базальт и базальт (соответственно 760 °К и 680 °К) происходит самообращение намагниченности, и при этом наблюдается слабое взаимодействие между фазами.

6. Необходимыми и достаточными условиями существования механизма обратной намагниченности в горных породах габбро-базальт и базальт являются: а) первичность магнитных горных пород; б) степень сохранности; в) наличие структур распада и окисления; г) наличие и время образования вторичных магнитных минералов.

7. При помощи обратной намагниченности горных пород габбро-базальт и базальт можно объяснить эффект самообращения вектора естественной остаточной намагниченности за счет физико-химических процессов, протекающих в горных породах габбро-базальт и базальт Карачаево-Черкесии (Северный Кавказ).


Библиографическая ссылка

Урусова Б.И., Болатчиева М.С.-Х. МЕХАНИЗМ ОБРАТНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕСИИ (СЕВЕРНЫЙ КАВКАЗ) // Успехи современного естествознания. – 2022. – № 2. – С. 71-75;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37781 (дата обращения: 25.06.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074