авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Палеомагнетизм подводных базальтов и континентальных траппов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МБЕЛЕ Жан Реми

ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ ПОДВОДНЫХ БАЗАЛЬТОВ И КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ТРАППОВ

Специальность: 25.00.10. геофизика, геофизические методы

поиска полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата физико-математических наук

Москва - 2012

Работа выполнена на кафедре физики Земли физического факультета Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор физико-математических наук,

профессор Трухин Владимир Ильич

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор физико-математических наук,

профессор Ведяев Анатолий Владимирович

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет

доктор физико-математических наук,

профессор Булычев Андрей Александрович

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Федеральное государственное бюджетное учреждение Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова

Защита состоится « 19 » апреля 2012г. в ___16час___ на заседании Диссертационного совета Д 501.001.63 в Московском Государственным Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, ауд. ЦФА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан « 19 » марта 2012г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д501.001.63

кандидат физико-математических наук В.Б. Смирнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы.

В геомагнитной лаборатории кафедры физики Земли ведутся исследования эволюции геомагнитного поля при изучении палеонамагниченности различных горных пород. При изучении палеомагнетизма, проводятся тщательные экспериментальные исследования магнитных свойств природных ферримагнетиков, являющихся носителями намагниченности в горных породах.

Определения величины и направления древнего ГМП (Ндр) по остаточной намагниченности древних изверженных горных пород являются важными для исследования эволюции геомагнитного поля от древнего до нашего времени.

В природе были обнаружены породы, направление намагниченности которых соответствует как современной полярности геомагнитного поля, так и обратной его полярности. Направления остаточной намагниченности древних горных пород разной полярности могут быть обусловлены как сменами направлений ГМП (инверсиями), так и явлениями самообращения намагниченности. На кафедре физики Земли ведутся глубокие исследования магнитных свойств природных ферримагнетиков с целью определения вероятности самообращения намагниченности в древних горных породах. В зависимости от степени вероятности самообращения намагниченности можно оценить и вероятность инверсий ГМП. Важно отметить, что в период инверсий напряженность ГМП может сильно уменьшаться и тем самым будет нарушаться глобальная экологическая защита поверхности Земли от космического радиоактивного излучения. Это приведет с неизбежностью к нарушению нормальной эволюции Земли и ее биосферы.

Таким образцом очевидна актуальность проблемы глубокого и детального исследования магнитных свойств древних горных пород.

Цель работы.

Диссертация посвящена исследованию магнитных свойств подводных горных пород (базальтов), отобранных со дна Красного моря и юга САХ, и континентальных пород (траппов) Якутии разного возраста.

Целью исследований было определение величины и направления вектора первичной естественной остаточной намагниченности (Inо) подводных и континентальных горных пород. Предполагалось на основе полученных в результате исследований данных, воспользовавшись методом Телье, определить величину и направление древнего геомагнитного поля в местах отбора подводных и континентальных образцов.

Решались следующие задачи:

  1. Измерение магнитных характеристик образцов базальтов и траппов и установление природы их естественной остаточной намагниченности.
  2. Установление магнитных критериев палеоинформативности I n подводных базальтов.
  3. Определение палеонапряженности древнего геомагнитного поля в районах Красного моря и юга САХ по естественной остаточной намагниченности подводных базальтов.
  4. Проведение сравнения магнитных свойств подводных базальтов и континентальных траппов и оценка палеоинформативности их In.
  5. Определение особенностей естественной остаточной намагниченности (In) континентальных траппов и установление возможности определения напряженности и направления древнего магнитного поля по In траппов.
  6. Определение палеонапряженности и направления древнего магнитного поля в Мало-ботуобинском районе Якутии для эпохи образования траппов (~250 млн лет назад).

Научная новизна работы.

  1. Впервые доказано, что In подводных базальтов Красного моря с точками Кюри, близкими к Тс магнетита имеет термоостаточную природу и может быть использована для оценки палеонапряженности геомагнитного поля в месте отбора образцов.
  2. Впервые получена величина палеонапряженности Ндр эпохи образования базальтов рифтовой зоны Красного моря.
  3. Впервые определена величина палеонапряженности Ндр по остаточной намагниченности траппов Мало-Ботуобинского района Якутии.
  4. Проведено сравнение палеоинформативности подводных базальтов и континентальных траппов. Впервые предложен дополнительный критерий непригодности ряда образцов траппов для определения палеонапряженности при наличии в них явления самообращения.

Достоверность результатов.

Использование современных измерительных приборов, а также методов оценки погрешностей измерений свидетельствуют о достоверности экспериментальных данных и высокой степени обоснованности научных положений и выводов. Достоверность полученных выводов подтверждается их согласованностью с результатами других авторов и на других объектах.

Практическая ценность.

Полученные результаты измерений и установленные особенности магнитных свойств подводных базальтов и континентальных траппов могут быть использованы для дальнейшего изучения эволюции древнего геомагнитного поля. Явление самообращения намагниченности является альтернативным вариантом обратного намагничивания горных пород по отношению к инверсиям ГМП. Оценивая вероятность существования образцов с явлением самообращения, можно оценить вероятность существования образцов без явления самообращения, которые могли быть обратно намагниченными при прохождении инверсий ГМП.

Защищаемые положения.

1. Получена величина напряженности древнего геомагнитного поля (Ндр=77.5±1.5 А/м) которая была 0.1-0.5 млн лет назад в районе Красного моря. Столь высокая величина Ндр свидетельствует о возможной близости в ту эпоху древнего геомагнитного полюса к району Красного моря.

2. Получена величина палеонапряженности геомагнитного поля (Ндр=17.6±1.6 А/м) в Мало-Ботуобинском районе Якутии которая была 250 миллионов лет назад.

3. Впервые показано, что явление самообращения в некоторых образцах траппов можно рассматривать как критерий непригодности этих образцов для определения значения Ндр.

4. Прямо и обратно намагниченные образцы траппов разного возраста и не имеющие признаков самообращения, свидетельствуют о возможной инверсии геомагнитного поля примерно 250 млн лет назад.

Личный вклад автора.

Работая в лаборатории геомагнетизма кафедры физики Земли физического факультета МГУ, автор принимал непосредственное участие в экспериментальных исследованиях, проводившихся на коллекции подводных базальтов рифтовой зоны Красного моря и юга САХ. Эксперименты на образцах траппов Мало-Ботуобинского района Якутии подготовлены и выполнены лично автором. Автором опубликованы две статьи и два тезиса.

Автор участвовал в создании установки, позволяющая определить вклад парамагнитной части при вычислении намагниченности насыщения траппов.

Апробация работы.

Материалы диссертационных исследований докладывались автором на научных конференциях “Ломоносовские чтения (Секция физика)” (апрель 2010, 2011). Основные результаты работы опубликованы в сборниках тезисов докладов соответствующих конференций и в научном журнале: “вестник МГУ” (Физика Земли, Серия 3. 2010 №6 и 2011№6) (см. список публикаций автора).

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов, изложенных на 91 стр. машинописного текста, и включает 34 рисунка, 4 таблицы и список литературы из 92 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, профессору Владимиру Ильичу Трухину, за постановку интересной задачи, за научное руководство в течение моего обучения в аспирантуре, за плодотворные научные дискуссии и благожелательное ко мне отношение.

Большое спасибо зав. лабораторией профессору Валерию Ивановичу Максимочкину, за постановку экспериментальную часть моей работы, а также за помощь в интерпретации много полученных данных.

Также хочу поблагодарить коллектива лаборатории Геомагнетизма кафедры физики Земли физического факультета МГУ, на которой была выполнена настоящая работа, в частности, старшему научному сотруднику лаборатории Валерии Александровне Жиляевой за помощь с многочисленными использованными данными, а также младшему научному сотруднику лаборатории Юля Андреевна Минина за обучение на работу с аппаратурой лаборатории в течении первого года. Спасибо за поддержку Петрунину Геннадию Ивановичу, Попову Владимиру Георгиевичу, Ворониной Елене Викторовне, Люсиной Анне Владимировне, и всем сотрудникам кафедры физики Земли.

Большое спасибо за понимание и поддержку моей семье и друзьям.

Содержание работы.

Во введении сформулированы цель работы, ее актуальность, представлен объект исследования.

В главе 1 рассматриваются известные из литературы методы позволяющие по величине первичной естественной остаточной намагниченности Inо определить напряженность древнего геомагнитного поля. Отмечается, что наиболее распространенным является метод Телье, который заключается в сравнении величины разрушенной естественной остаточной намагниченности (In0) термоостаточной природы при нагреве образца в отсутствие магнитного поля с величиной парциальной термоостаточной намагниченности IrpT, образованной в лабораторном поле при охлаждении образца до комнатной температуры (То). Полученные результаты обычно представляют в виде диаграммы Араи-Нагата, где по оси ординат откладывают значения разрушенной части естественной остаточной намагниченности (Iri/In0), а по оси абсцисс – долю образованной термоостаточной намагниченности (IrpT/In0) при циклических нагревах до температур То<Т1<Т2<Т3<...<Тi<Тс. При выполнении закона аддитивности, точки должны ложится на прямую, причем, если поле образования парциальной термоостаточной намагниченности IrpT равно полю образования In0 термоостаточной природы, то тангенс угла наклона должен быть равен 1.

Помимо метода Телье, который был использован в данной работе, существует также метод Shaw основанный на сравнение спектра размагничивания в переменном поле естественной остаточной намагниченности со спектром размагничивания созданной термоостаточной намагниченности. Известен также микроволновой метод определения Ндр. В данном методе используют высокочастотные микроволны, которые возбуждают магноны в пределах магнитных зерен и таким образом обеспечивает ограничение термических и химических изменений магнитных зерен во время эксперимента.

Приводятся некоторые литературные данные, согласно которым была определена палеонапряженность геомагнитного поля для разных периодов времени с использованием метода Телье. Например, было определена палеонапряженность геомагнитного поля на вулканических породах западной Мексики возрастом (67.4 ± 1.2) млн. лет. Это соответствует концу мелового периода, для него палеонапряженность лежит в пределах от (19.9±4.2) до (44.3±3.6) мкTл, а виртуальные дипольные моменты ВДМ полученные при исследовании большинства образцов, составляли примерно (4.9±0.6)*1022А*м2, что на 63% меньше значения современного ВДМ=7.8*1022А*м2.

В данной главе также описываются магнитные свойства базальтов и траппов, известные из литературы, и рассматриваются критерии применимости образцов горных пород для решения палеомагнитных задач. Основным ферримагнитным компонентом, носителем палеомагнитной информации в подводных базальтах является титаномагнетит. Титаномагнетиты - это минералы, являющиеся членами ряда твердых растворов магнетит – ульвошпинель с общей химической формулой xFe2TiO4*(1-x) Fe3O4, где х – содержание ульвошпинели в твердом растворе.

Отмечается, что базальты рифтовой зоны Красного моря сравнительно молодые (менее 0.5 млн. лет) и поэтому титаномагнетиты в них находятся на ранней стадии однофазного окисления. Известно, что в условиях дна океана титаномагнетиты подводных базальтов могут окисляться до катионодефицитной шпинели – титаномаггемита. Титаномаггемизация характеризуется ростом точки Кюри, параметра решетки и уменьшением спонтанной намагниченности ферримагнитной фракции, что приводит к уменьшению первичной термоостаточной намагниченности базальтов и частичной потери палеомагнитной информации. В базальтах, имеющих ферримагнитную фазу с точкой Кюри Т>4000С вероятнее всего in situ происходили процессы гетерофазного окисления.

Таким образом, для оценки палеоинформативности In подводных базальтов, необходимо прежде всего решать вопрос о сохранности первичного титаномагнетита, степени однофазного окисления или наличия гетерофазного окисления.

Для решения задач палеомагнетизма, помимо подводных океанских базальтов, являющихся эффузивными породами с мелкими магнитными зернами, часто используются интрузивные породы, имеющие в основном многодоменные зерна.

Сибирские траппы для задач палеомагнетизма начали изучаться с 1963г. Были определены физические свойства и возраст траппов, так как данная проблема интересовала компании алмазной разведки. К настоящему времени накоплен опыт разделения траппов на петромагнитные комплексы (ПМК). Для их выделения использовались первичные магнитные характеристики (о, In, Qn), а также сведения об их петрохимии. Такие работы проведены на примере траппов Мало-Ботуобинского района Якутии. Магнитоминералогические свойства траппов каждой из пяти групп определяются различной степенью измененности их ферримагнитных зерен под действием факторов, характеризующих среду формирования траппов.

Изучение процесса размагничивания In траппов Сибирской платформы позволило выдвинуть гипотезу о том, что первичной намагниченностью обладают пермо-триасовые траппы (250 миллионов лет). Было показано, что низкотемпературную компоненту, которая встречалась в основной части из изученных образцов, можно интерпретировать либо как результат воздействия более позднего ГМП, или влиянием поздних прогревов. Было определено среднее направление геомагнитного диполя для пермо-триасовых траппов (50.8N, 149.6E).

В процессе изучения магнитных свойств траппов, было обнаружено самообращение In и TRM0. Явление самообращения является одной из основных проблем магнетизма горных пород, вносящее неоднозначность интерпретации обратной намагниченности горных пород.

В разделе 1.3 описаны особенности намагничивания ферримагнетиков, а также основные механизмы самообращения. Особое внимание обращается на механизм самообращения N-типа Неля, согласно которому самообращение происходит при достижении равенства магнитных моментов в двух соседних подрешетках при определенной температуре (точка компенсация), или при диффузии металлических ионов между подрешетками, но уже при высоких температурах.

В главе 2 приведено описание исследованных образцов подводных базальтов юга САХ (30-18, 31-37, и 51-3) и Красного моря (53-4, 57, 62-3, 65-1, 66-4, 68-2, 71-3, 72-5, 65-3,65-2, 61-1, 67 и 70-2) и континентальных траппов (Пи-10, К-4, 334-5, К-6, 315-13, Ки-2, 331-2, 299-2, 315-11, 334-24, 332-4, 326-3), а также координат места их отбора. Подводные базальты Красного моря имеют особо высокие значения In по сравнению с базальтами юга САХ, что и объясняет выбор этих двух коллекций для исследований.

В данной главе также приведена информация об аппаратуре которая была использована в работе: ротационный магнитометр JR-6 для измерении намагниченностей образцов, прибор ИМВО-М для определения магнитной восприимчивости, вибрационные магнитометры ВМА-1 и ВМА-2, с помощью которых проводились термомагнитные анализы и определялись коэрцитивные параметры образцов а также проводилось моделирование TRM в лаборатории. Приведена также оценка ошибок измерения магнитных параметров.

В главе 3 представлены результаты экспериментальных исследований коллекции подводных базальтов Красного моря и юга САХ, а также континентальных траппов Мало-Ботуобинского района.

В разделе 3.1 представлены свойства естественной остаточной намагниченности подводных базальтов, оценены фазовое и структурное состояния ферримагнитных зерен изучаемых образцов, и определена величина палеонапряженности геомагнитного поля ГМП образования Inо в районах Красного моря и юга САХ.

Характеристики образцов подводных базальтов представлены в табл.1. Максимальная температура блокирования (Tb max) базальтов Красного моря, определенная по разрушению In при нагреве образцов в отсутствие магнитного поля, изменяется от 320°C до 570°C (таб. 1). Исследованные образцы имеют довольно высокие величины естественной остаточной намагниченности (In= 6.4-107.8 А/м) и параметра Кенигсбергера (Qn=105-794). Образцы базальтов юга САХ имеют меньшие величины In = (4.6-28.9) А/м, Qn= 12.5-104 и Tb<290°C, чем базальты Красного моря. Они также характеризуются меньшей стабильностью In при терморазмагничивании образцов. Действительно, температура при которой размагничивается 50% In базальтов САХ колеблется примерно в пределах (160-200)°С, тогда как данная температура для базальтов Красного моря изменялась от 205 до 420°С (таб. 1). Данный факт объясняется тем, что базальты САХ относительно моложе (возраст 0.1-0.3 миллионов лет), чем базальты Красного моря (0.5 миллионов лет) и благодаря этому имеют меньшую степень однофазного окисления в условиях дна океана.

Таблица 1.

Магнитные характеристики базальтов дна юга Атлантики и дна Красного моря.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.