Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ОСОБЕННОСТИ ЧАСТИЧНОЙ ТЕРМООСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕСИИ (СЕВЕРНЫЙ КАВКАЗ)

Урусова Б.И. 1 Болатчиева М.С.-Х. 1 Узденов Ш.Х. 1
1 ФГБОУ ВО «Карачаево-Черкесский государственный университет имени У.Д. Алиева»
Впервые экспериментально исследованы особенности частичной термоостаточной намагниченности (габбро-базальт и базальт) горных пород Карачаево-Черкесии (Северный Кавказ) при комнатной температуре и небольших магнитных полях. Экспериментальные исследования показали, что частичная термоостаточная намагниченность не меняется: 1) при изменении размагничивающего переменного магнитного поля; 2) к обратным магнитным полям, которые разрушают горные породы габбро-базальт и базальт. Показано, что в процессе охлаждения частичная термоостаточная намагниченность проходит через блокирующую температуру – Tb. Получено, что при количественном сравнении кривых габбро-базальт и базальт частичная термоостаточная намагниченность подчиняется закону аддитивности. Показано, что, если охлаждать в магнитном поле образцы габбро-базальта и базальта: а) направление частичной термоостаточной намагниченности совпадает с направлением магнитного поля; б) превышает по величине насыщенную и индуцированную намагниченность; в) в магнитном поле до 1 Э, при температуре ΔT = T1 – T2, не зависит от намагниченности и при комнатной температуре не изменяется в течение длительного времени. В горных породах габбро-базальт и базальт каждый домен имеет свою блокирующую температуру – Tb, которая находится ниже температуры Кюри и зависит от: а) константы анизотропии; б) магнитострикции; в) напряжения; г) формы и размера. Показано, что частичная температурная намагниченность не обратима по отношению к температуре в отсутствие внешнего поля до тех пор, пока T2 > T, и изменяется необратимо при T > T2, исчезает при T = T2 – происходит терморазмагничивание. Полученные результаты и предложенная методика измерения магнитных свойств горных пород использованы и успешно внедрены Управлением по недропользованию Карачаево-Черкесской Республики, что зафиксировано Актом о внедрении.
горные породы габбро-базальт и базальт
частичная термоостаточная намагниченность
блокирующая температура
остаточная и индуцированная намагниченность
магнитное поле
температура Кюри
1. Урусова Б.И., Болатчиева М.С.-Х. Механизм обратной намагниченности горных пород Карачаево-Черкесии (Северный Кавказ) // Успехи современного естествознания. 2022. № 2. C. 71–75.
2. Урусова Б.И., Узденова Ф.А., Лайпанов У.М. Термоостаточная намагниченность горных руд. Известия вузов: Северо-Кавказский регион // Успехи современного естествознания. 2008. № 6. С. 55–56.
3. Belokon V.I., Dyachenko O.I. Long and Short-Range Magnetic Order in Titanomagnetite. Phys. Solid Earth. 2020. Р. 888–891.
4. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. СПб., 2014. 368 c.
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. Carrasco J.P., Osete M.L., Torta J.M., De Santis A. A geomagnetic field model for the Holocene based on archaeomagnetic and lava flow data. Earth and Planetary Science Letters. 2014. Р. 98–109.
7. Веселовский Р.В., Арзамасцев А.А., Демина Л.И., Травин А.В., Боцюн С.Б. Палеомагнетизм, геохронология и магнитная минералогия Кольской девонской магматической провинции // Физика Земли. 2013. № 4. С. 82–104.

В горных породах за намагничивание ответственно смещение доменных границ, а не вращения вектора спонтанной намагниченности – Is, по-видимому, и поэтому термоостаточная намагниченность – Irt тоже происходит за счет смещения доменных границ.

При этом ось трудного намагничивания магнитного момента M связана с преодолением потенциального барьера высотой – Eδ, с учетом последнего можно вычислить время релаксации – tr по формуле

missing image file, (1)

где ω0 – характерная частота для преодоления потенциального барьера;

к – постоянная Больцмана.

Зная, что потенциальный барьер обладает высотой, которую можно вычислить по формуле

missing image file, (2)

где missing image fileГн / м – магнитная постоянная;

Nδ – размагничивающий фактор;

Is – намагниченность насыщения.

При повышении температуры высота потенциального барьера и время релаксации – tr растут при росте температуры. Это означит, что для каждой области имеется некоторая температура Tb, при которой tr = t0.

Учитывая этот факт в формуле (1), имеем

кTb = Eδ / 25, (3)

где Tb – блокирующая температура, ниже которой направление магнитного момента «замораживается».

Такое «замораживание» магнитных моментов и есть процесс образования частичной термоостаточной намагниченности – Irt.

Цель данной работы – экспериментально исследовать частичную термоостаточную намагниченность горных пород габбро-базальта и базальта при малых внешних магнитных полях и комнатной температуре.

Материалы и методы исследования

Ранее нами в работах [1, 2] разработана методика измерения термоостаточной намагниченности горных пород. Зная термоостаточную намагниченность горной породы, можно определить частичную термоостаточную намагниченность при охлаждении от T1 до T2 при воздействии внешнего магнитного поля – Hех, приложенном только в данном интервале температур [3]:

missing image file, где T1 > T2. (4)

Используя предложенную в работах [1, 2] методику, авторы впервые экспериментально исследовали частичную термоостаточную намагниченность горных пород (габбро-базальта и базальта) Карачаево-Черкесии (Северный Кавказ). Образцы были взяты из Зеленчукского района, водораздел р. Маруха, Карачаево-Черкесии (Северный Кавказ), с номером буровой скважины и возрастом соответственно 7/1051, 17/1942 и missing image file [4, 5].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты экспериментальных исследований частичной термоостаточной намагниченности горных пород габбро-базальта и базальта приведены на рис. 1.

Из рисунка видно, что при охлаждении в магнитном поле в интервале ниже Tкр – критической температуры наиболее выгодно для образования частичной термоостаточной намагниченности.

Полученные кривые частичной термоостаточной намагниченности missing image file – горной породы габбро-базальт в процессе охлаждения более крутые вблизи блокирующей температуры – Tb. А кривая горной породы базальт (рис. 1) проходит выше кривой габбро-базальта и более крутая. По-видимому, это связано с наличием в горной породе базальт ферромагнитных минералов с различными температурами Кюри. Причем каждый домен имеет свою блокирующую температуру – Tb, которая ниже температуры Кюри. Блокирующая температура – Tb зависит от константы анизотропии, магнитострикции, напряжения, формы и размеров горных пород.

Величина частичной термоостаточной намагниченности missing image file связана с температурным интервалом, в течение которого образец остывал в магнитном поле [6], что можно найти по формуле

missing image file. (5)

Сравнивая количественно полученные результаты на рис. 1, имеем

missing image file, (6)

missing image file, (7)

что частичная термоостаточная намагниченность подчиняется аддитивному закону.

Далее, можно найти сумму этой закономерности, которая равна

missing image file, (8)

где missing image file

missing image file

Рис. 1. Частичная термоостаточная намагниченность: (о) – габбро-базальт; (х) – базальт

А пунктирные кривые (рис. 1) изображают следующие кривые:

missing image file (9)

missing image file (10)

На основании формул (9) и (10) получаем

missing image file (11)

Если T1 > T2, то имеем

missing image file, (12)

где missing image file – характеристическая функция частичной термоостаточной намагниченности.

На рис. 2 приведены результаты температурных изменений частичной термоостаточной намагниченности горных пород габбро-базальта и базальта. Из рисунка видно, что частичная температурная намагниченность – missing image file не обратима по отношению к температуре в отсутствие внешнего поля до тех пор, пока T2 > T и изменяется необратимо при T > T2, исчезает при T = T2 – происходит терморазмагничивание [7].

Учитывая закон аддитивности и терморазмагничивания для частичной термоостаточной намагниченности, имеем

missing image file, (13)

где Tc > T1 > T0, Tc – комнатная температура.

missing image file. (14)

Получено, что

missing image file, (15)

где missing image file является остатком missing image file после размагничивания при нагревании до T1.

Заключение

1. Частичная термоостаточная намагниченность горных пород габбро-базальта и базальта при охлаждении от T1 до T2 во внешнем магнитном поле – Hех не зависит от намагниченности, полученной при остывании в поле, приложенном в других температурах.

2. Количественное сравнение кривых частичной термоостаточной намагниченности горных пород габбро-базальта, базальта приводит к закону аддитивности.

3. Частичная термоостаточная намагниченность устойчива по отношению а) к размагничивающему действию переменного магнитного поля; б) обратным магнитным полям, необходимым для ее разрушения в горных породах габбро-базальт, базальт; в) при комнатной температуре не изменяется в течение длительного времени.

4. В области остаточной намагниченности образцов габбро-базальта и базальта каждый домен имеет свою блокирующую температуру – Тb, которая находится ниже температуры Кюри.

missing image file

Рис. 2. Температурные изменения missing image file при H = 0 горной породы базальт (изменение обратно при T < T2 )

5. Блокирующая температура – Тb в области частичной термоостаточной намагниченности зависит от константы анизотропии, от магнитострикции, от напряжения, от формы и размера горных пород габбро-базальта и базальта.

6. Полученные результаты и предложенная методика измерения магнитных свойств горных пород использованы и успешно внедрены Управлением по недропользованию Карачаево-Черкесской Республики, что зафиксировано Актом о внедрении.


Библиографическая ссылка

Урусова Б.И., Болатчиева М.С.-Х., Узденов Ш.Х. ОСОБЕННОСТИ ЧАСТИЧНОЙ ТЕРМООСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕСИИ (СЕВЕРНЫЙ КАВКАЗ) // Успехи современного естествознания. – 2023. – № 4. – С. 115-119;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38033 (дата обращения: 19.06.2024).

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 = 1,674