ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2008, № 10, с. 75-92
УДК 550.38
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ИНТРУЗИВНЫХ ТРАППОВ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ С ПРИЗНАКАМИ САМООБРАЩЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ
ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ
© 2008 г. А. К. Гапеев, С. К. Грибов
Геофизическая обсерватория "Борок", ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, пос. Борок (Ярославская обл.)
Поступила в редакцию 14.05.2008 г.
На основе комплексного анализа результатов магнитно-минералогических исследований долерито-вой коллекции, отобранной из четырех естественных обнажений в приустьевой части реки Столбовая, установлен спинодальный характер распада магнетит-ульвошпинелевого твердого раствора (стадия образования "модулированной структуры") в ферримагнитной фракции образцов. Обнаружен эффект частичного самообращения термоостаточной намагниченности в ходе гомогенизации структур распада при термообработке большинства образцов коллекции. Явная зависимость эффекта от уровня внутренних упругих напряжений позволяет предположить возможность возникновения обратной компоненты Jn на определенных этапах собственно спинодальной стадии процесса распада твердого раствора в природных титаномагнетитах.
Ключевые слова: магнетизм горных пород, титаномагнетиты, спинодальный распад, намагниченность, самообращение.
PACS: 91.25.F-
ВВЕДЕНИЕ
В ходе палеомагнитных исследований траппо-вой интрузии, выходящей на поверхность в долине р. Столбовая, авторами статьи [Веселовский и др., 2003] на долеритовой коллекции была установлена многокомпонентность вектора естественной остаточной намагниченности (КЯМ или Jn) образцов, подвергнутых детальной лабораторной температурной чистке. При этом обычно на диаграмме Зийдервильда выделялись 1-2 антиподальные компоненты. Поскольку в пределах одной точки отбора (на расстоянии нескольких метров друг от друга) встречались образцы с различным характером палеомагнитной записи, авторы [Веселовский и др., 2003] исключили возможность фиксации в Jn разнополярных состояний геомагнитного поля и предположили, что антиподальность (или почти антиподальность) компонент Jn в данном случае может быть объяснена многократным внедрением магматических порций во время формирования интрузии р. Столбовая или/и самообращением в процессе приобретения породами термоостаточной намагниченности (ТЯМ или JrT).
Действительно, обратная компонента Jn термоостаточного происхождения как в трапповых, так и в некоторых других породах может быть обусловлена присутствием в них ферримагнитной фракции, представляющей продукты субсолидус-ного преобразования (распад, окисление) первич-
ного титаномагнетитового твердого раствора и его аналогов. Примерами этого являются распавшиеся титаномагнетиты (ТМ) из траппов кимбер-литовой трубки Комсомольская (Якутия) [Трухин и др., 1984; Трухин и др., 1989]. На взаимосвязь аномалий магнитных свойств и микроструктур распада твердого раствора в ТМ в связи с проблемами палеомагнетизма было обращено внимание и в работах [Минибаев и др., 1966; Жиляева и др., 1971] при исследовании оливинитов из интрузии Лесная сопка (Кольский п-ов), и авторами [Price, 1980; Smith, 1980] при изучении ТМ из лав дацито-вого состава. Аномальное поведение TRM зафиксировано также в распавшихся аналогах ТМ в оливинитах интрузии Кугда (Красноярский край) [Жиляева и др., 1970], из мелилитовых пород Ко-вдорского массива (Кольский п-ов) [Жиляева, Кудрявцева, 1974], из туфов рифтовых зон Африки [Мельников, Хисина, 1976]. Явление самообращения TRM было обнаружено в ТМ при их ге-терофазном [Ryall, Hall, 1979; Tucker, O'Reilly, 1980; Гапеев, Грибов, 2002] и однофазном [Ryall, Ade-Hall, 1975] окислениях, которые были смоделированы в лабораторных экспериментах. О других случаях самообращения TRM в титаномагнетитах при их окислении сообщается в статьях [Ha-vard, Lewis, 1965; Petersen, Bleil, 1973; Petherbridge, 1977; Heller, Petersen, 1982; Hoffman, 1982; Трухин и др., 2004].
Анализ этих работ показывает, что вопрос физического механизма процесса самообращения TRM в ТМ до сих пор остается нерешенным. Не существует общепринятого мнения и относительно механизмов самообращения TRM в ферримаг-нитных минералах горных пород, относящихся к другим изоморфным рядам и сериям твердых растворов и обладающих свойством самообращения намагниченности (например, гемоильмениты определенного состава [Uyeda, 1958; Ishikawa, Syono, 1963; Hoffman, 1992; Трухин и др., 1997; Prevot et al., 2001]). С учетом возможности образования обратной компоненты Jn вследствие инверсии геомагнитного поля, это означает, что установление однозначных доказательств невозможности самообращения Jn в каждом конкретном случае наблюдения обратной современному геомагнитному полю Jn или ее компоненты является пока единственным путем удовлетворительного решения проблемы обратной намагниченности горных пород. Поэтому корректный подход к решению проблем палеомагнетизма предполагает детальное исследование характеристик фазового и структурного состояния основных носителей магнитных свойств горных пород с точки зрения оценки возможности самообращения Jn в результате физико-химических процессов их преобразования.
Для выяснения причин обнаруженной в работе [Веселовский и др., 2003] антиподальности компонент NRM нами было проведено детальное исследование состава и структуры ферримагнитной фракции образцов коллекции. В настоящей статье представлены результаты выявленных закономерностей в изменении магнитных свойств в зависимости от состояния ферримагнетика, присутствующего в данной породе, и оценки возможности самообращения термоостаточной намагниченности в процессе лабораторного термонамагничивания при охлаждении образцов.
ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И АППАРАТУРА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом изучения стала долеритовая коллекция из 29 образцов, отобранных Веселовским Р.В. в течение полевого сезона 2001 года из четырех естественных трапповых обнажений, разнесенных на расстояние нескольких сот метров друг от друга в приустьевой части реки Столбовая (правый приток р. Подкаменная Тунгуска). Район расположен в юго-западной части Сибирской платформы в ее переходной зоне к Енисейскому кряжу. Географическая схема места отбора образцов представлена в работе [Веселовский и др., 2003]. Общая мощность данной пластовой интрузии - 85 м [Лебедев, 1962]. Возраст пород данной трапповой формации ~250 млн. лет.
В настоящем исследовании для всех без исключения образцов проводился термомагнитный (по намагниченности насыщения Js) анализ в постоянном магнитном поле H = 0.45 Тесла (Тл) и диапазоне температур от комнатной (T = T0 = 20°С) и до T = Tmax = 710°С, превышающей критическую температуру сольвуса твердого раствора титано-магнетитового ряда. Кривые зависимости Js(T) снимались на "магнитных весах" (установка ТАФ-1 конструкции Ю.К. Виноградова), минимальный порог чувствительности которых составил 3 х 10-9 Ам2. По перегибам на кривой Js(T) регистрировались точки Кюри (Tc) ферримагнетиков. Как правило, проводилось 10 последовательных циклов "нагрев - охлаждение" со скоростью 4°С/сек, позволивших судить о характере изменения ферримагнитной фракции образцов при нагреве на воздухе. Кроме того, на вибромагнитометре (чувствительность 3 х 10-7 Ам2) при T0 в полях до 1.2 Тл на каждом образце снималась петля гистерезиса, по которой определялись величины намагниченности насыщения, ее остаточной намагниченности Jrs, коэрцитивной силы Hc и остаточного разрушающего поля Hcr. Их значения использовались для определения характеристических отношений Jrs/Js и Hcr/Hc. Непременным этапом исследования было также терморазмагничивание JrT, созданных при охлаждении в поле 0.1 мТл образцов дубликатов, подвергнутых нагревам (аналогичным вышеуказанным) в нулевом магнитном поле. Моделирование термоостаточной намагниченности осуществлялось на термомагнитометре конструкции Буракова-Виноградова с чувствительностью 5 х 10-9 Ам2. Во всех случаях для измерений использовались образцы в форме кубика с размером ребра 10 мм.
Измерение магнитных характеристик дополнялось изучением вещества образцов методами оптической микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и рентгеновской порошковой дифракции. При этом были использованы соответственно следующие установки: оптический микроскоп "Olympus" (увеличение х1000), электронный микроанализатор "Camebax" (рабочее ускоряющее напряжение 20 кВ, ток электронного пучка 10-12 нА, диаметр зонда 1-2 мкм), автоматический рентгеновский дифрактометр "Дрон-3М" (излучение CoKa, скорость движения счетчика - до 0.01° в шкале 20, время счета - до 40 с).
Магнитно-минералогические характеристики исходных и отожженных образцов представлены в табл. 1. Обозначения интрузивных обнажений р. Столбовой, так же как и нумерация образцов, их представляющих, соответствуют принятым в статье [Веселовский и др., 2003].
Таблица 1. Основные магнитные параметры образцов из четырех обнажений долеритовой интрузии р. Столбовая
Обра- То' т10 т10 Г-. ' с ' 10 лыЬ , моль л, • г* нс, Нсг, Нс г Н0.9 Нтг * , Максимумы коэрц. спектра, мТл
зец °С с2 сшах °С Ам2/кг Ам2/кг Т мТл мТл Нс мТл Н0.1 мТл Основной Дополнительные
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
812-1 548 400 0.32 1.752 0.249 0.142 17.9 34.3 1.916 41.9 4.65 16.0 31.0 (0.94) 38.2 (1.0) 58.7 (0.57) 86.0 (0.19)
812-2 553 350, 577 0.41 1.510 0.162 0.107 17.9 38.5 2.145 40.8 4.72 15.4 25.2 (0.97) 33.6 (1.0) 53.0 (0.67) 81.0 (0.29)
812-4 551 380 0.37 1.603 0.195 0.121 16.8 34.2 2.036 35.7 4.67 14.9 27.6 (0.95) 37.5 (1.0) 55.3 (0.55)
812-5 540 400 0.32 1.589 0.195 0.122 16.7 34.6 2.072 35.6 4.63 14.8 26.4 (1.0) 33.6 (1.0) 55.0 (0.57)
812-6 546 395, 575 0.32 1.592 0.210 0.132 16.3 30.7 1.877 34.8 5.18 13.8 27.2 (1.0) 38.5 (0.99) 57.6 (0.65)
812-7 551 320, 575 0.44 1.271 0.139 0.109 16.0 32.0 2.000 38.4 4.45 13.6 28.0 (0.95) 37.2 (1.0) 55.2 (0.55) 77.0 (0.20)
812-8 550 420, 570 0.30 1.866 0.234 0.125 16.9 34.6 2.044 37.2 5.30 14.0 25.4 (0.95) 36.5 (1.0) 58.0 (0.53)
812* 1.597 0.198 0.124 16.9 34.1 2.014 37.8 4.80 14.6
813-1 546 420, 575 0.30 1.584 0.139 0.088 11.1 24.4 2.203 31.7 5.24 10.0 22.0 (1.0)
813-2 552 440 0.27 1.111 0.086 0.077 11.8 26.8 2.274 36.2 6.35 13.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.