научная статья по теме ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ. 1. ХАРАКТЕРНЫЕ СРЕДНИЕ (5–10 ТЫС. ЛЕТ) ВРЕМЕНА КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ВО ВРЕМЯ ИНВЕРСИИ РАННЯЯ ХАРАМИЛЬО И В ПОЛЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО ДО И ПОСЛЕ ИНВЕРСИИ (ЗАПАДНАЯ ТУРКМЕНИЯ) Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ. 1. ХАРАКТЕРНЫЕ СРЕДНИЕ (5–10 ТЫС. ЛЕТ) ВРЕМЕНА КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ВО ВРЕМЯ ИНВЕРСИИ РАННЯЯ ХАРАМИЛЬО И В ПОЛЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО ДО И ПОСЛЕ ИНВЕРСИИ (ЗАПАДНАЯ ТУРКМЕНИЯ)»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2007, № 10, с. 24-34

УДК 550383

ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ. 1. ХАРАКТЕРНЫЕ СРЕДНИЕ (5-10 ТЫС. ЛЕТ) ВРЕМЕНА КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ВО ВРЕМЯ ИНВЕРСИИ РАННЯЯ ХАРАМИЛЬО И В ПОЛЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО ДО И ПОСЛЕ ИНВЕРСИИ (ЗАПАДНАЯ ТУРКМЕНИЯ)

© 2007 г. Г. 3. Гурарий1, М. В. Алексютин1, Н. Атаев2

1 Геологический институт РАН, г. Москва 2 НИГРИ, г. Ашхабад Поступила в редакцию 09.03.2007 г.

Совместный вейвлет-анализ полных и сокращенных рядов палеомагнитных и петромагнитных характеристик пород переходной зоны Матуяма-Харамильо в разрезе Аджидере позволил выделить палеомагнитные характеристики, изменение которых связано только с геомагнитным полем, и характеристики, коррелирующие с изменением петромагнитных параметров. Высказано предположение, что одной из причин такой корреляции может являться внешнее воздействие, влияющее на слабые изменения магнитного поля и изменения климата, отражающиеся в составе и количестве ферримагнитного материала в породах. Получены предварительные данные о характерных временах колебаний поля во время накопления пород переходной зоны.

Ключевые слова: инверсия, переходная зона, вариации, магнитное поле, вейвлет-анализ. РЛС8: 91.25.Dx

ВВЕДЕНИЕ

В 2000 и 2002 годах нами были опубликованы результаты изучения стационарного геомагнитного поля хрона Матуяма и субхрона Харамильо и поля во время инверсии Ранняя Харамильо [Гурарий и др., 2000а; 20006; 2002] по данным, полученным при палеомагнитных исследованиях осадочных пород разреза Аджидере (рис. 1). В работе [Гурарий и др., 20006] были приведены установленные при этом характерные времена колебаний, присутствующих в рядах склонения, наклонения и относительной палеонапряженности стационарных полей до и после инверсии. Результаты, полученные при использовании двух методов -МЕМ и вейвлет-анализа, позволили сделать вывод о необходимости использования именно вей-влет-анализа при изучении спектральных характеристик элементов поля. Это обусловлено непостоянством присутствующих в данных рядах колебаний как по их характерным временам, так и по времени их проявления, наличием ускоряющихся и замедляющихся процессов.

В дальнейшем этот вывод был подтвержден результатами анализа палеомагнитных рядов, полученных при изучении поля завершающей стадии хрона Гаусс и ранней стадии хрона Матуяма в разрезе Пырнуарской долины.

В настоящее время в нашем распоряжении имеются данные о характеристиках поля значительной части хрона Матуяма, полученные при изучении палеомагнетизма осадочных пород трех разрезов в Западной Туркмении (рис. 1). Это позволяет получить определенное представление о широком спектре характерных времен колебаний геомагнитного поля этого времени. На рис. 2 показаны интервалы разреза Аджидере, привязанные к стратиграфической и магнитохроноло-гической шкалам и изученные с разной степенью

58°

j_I_I

Рис. 1. Положение изученных разрезов: 1 - Разрез Аджидере; 2 - Разрез Пирнуар; 3 - Разрез Монжуклы.

Разрез Аджидере

Палеомагнитная Стратиграфическая шкала

шкала [Ве^геп et а1., 1995]

Наши данные

Древнее 0.99 млн. лет (нет переходной зоны, ~1.01 млн. лет)

Отбор через 1 тыс. лет

Сплошной отбор ~11500 лет 259 уровней отбора

Переходная зона ~(50000-60000 лет) 1200 уровней отбора

Отбор через 1 тыс. лет

Сплошной отбор ~12000 лет 270 уровней отбора

Моложе 1.201 млн. лет (~1.17 млн. лет)

Граница древнее

Кобб-Маунтин

(АР1-АР2)

Редкий отбор ~ через 4-5 тыс. лет

1.7 млн. лет, граница между Ак2 и Ар1. Граница резкая, изменение условий седиментации, низ Ар1 - конгломераты, отсутствует Олдувей

////// обратная полярность прямая полярность переходная зона

Рис. 2. Привязка изученной части разреза Аджидере к стратиграфической и палеомагнитной шкалам. Показаны интервалы разреза, изученные с различной детальностью.

детальности. В данной статье, являющейся первой в серии планируемых нами публикаций на эту тему, основной упор сделан на выяснение некоторых вопросов, связанных с применением вейвлет-анализа при обработке палеомагнит-

ных данных. Для этого выбраны колебания с характерными временами около 5-10 тыс. лет, присутствующие в поле во время инверсии Ранняя Харамильо и в непосредственной близости к инверсии.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Отбор палеомагнитных образцов и их лабораторное изучение

1. Палеомагнитные образцы были отобраны из пород переходной зоны Матуяма-Харамильо, в намагниченности которых зафиксированы характеристики заключительной стадии стационарного поля перед инверсией, поля во время инверсии и стационарного поля непосредственно после инверсии. Общая мощность изученного интервала составляет 27 м.

Образцы отбирались в виде штуфов мощностью 5—35 см, верхняя грань которых приблизительно совпадала с плоскостью напластования. В дальнейшем штуфы распиливались на пластины (стратиграфические уровни) толщиной 2 см. Всего разрез переходной зоны представлен 1220 стратиграфическими уровнями, каждый стратиграфический уровень в среднем соответствует 2.2 см.

Из каждой пластины выпиливалось по 8 кубиков с размером по ребру 2 см (в дальнейшем - образцы) для палеомагнитных и других исследований.

2. Подробно методика лабораторных исследований намагниченности пород переходной зоны (и пород всего разреза), носителей намагниченности и сделанные на этом основании выводы описаны в [Багин и др., 2000; Гурарий и др., 2000а]. Здесь же мы лишь кратко отметим основное:

а) Носителем интерпретируемого компонента естественной остаточной намагниченности (№ЯМ) является аллохтонный магнетит. Природа намагниченности ориентационная, скорее всего, седи-ментационная.

б) Выделение данного компонента производилось при анализе результатов в основном полного терморазмагничивания NRM.

в) Данные по каждому уровню - результат осреднения по 5 образцам для основной части переходной зоны и 3 образцам - для нижних 8 метров.

г) В качестве показателя относительной величины палеонапряженности для всех уровней вычислялось среднее для уровня значение характеристического (интерпретируемого) компонента намагниченности (для единообразия - в температурном интервале 300°-500°), которое нормировалось по ШМ08Т (300°) - ЖМ08Т (500°) (в дальнейшем - Rns = АШМ/АЖМ).

Выборочное сравнение полученных данных с изменением Rna = ANRM/AARM, где AARM = = ARMo.iT (300°) - ARMQ.iT- (500°) (идеальная намагниченность создавалась в постоянном поле 50 мкТл при максимальной амплитуде переменного поля 0.1 Тл) свидетельствует об их близкой к линейной зависимости.

3. Исходя из средней скорости осадконакопле-ния пород части разреза, в которой были отобраны образцы из переходной зоны (0.5 м/тыс. лет)

[2000а], временной эквивалент каждого уровня отбора равен 44 годам. Учитывая несомненную приблизительность наших расчетов, в дальнейшем мы будем исходить из того, что каждый уровень отбора равен примерно 45±5 лет, т.е. общий временной эквивалент изученной переходной зоны составляет приблизительно 55 тыс. лет. При определении скорости осадконакопления мы в основном ориентировались на привязку пород разреза к магни-тохронологической шкале [Бе^геп et а1., 1995] (рис. 2).

Перед тем, как перейти непосредственно к методике получения данных о характерных временах колебаний и предварительному их обсуждению, необходимо сделать два замечания.

1) Несомненно, как бы тщательно мы не проводили лабораторные исследования, полученные нами данные по направлению вектора NRM (как и любой палеомагнитный сигнал) содержат определенные ошибки, избавиться от которых при работах по изучению тонкой структуры поля мы не в состоянии. Даже при исследовании пород, в которых с наибольшей достоверностью присутствует намагниченность ориентационной природы, всегда можно предположить возможное влияние постсе-диментационных процессов. Особенно большие ошибки, несомненно, содержатся в данных по определению даже относительного изменения палеонапряженности по намагниченности осадочных пород.

2) Столь же несомненно наличие неточностей в определении временных характеристик изучаемых толщ. Эти ошибки касаются как общей продолжительности времени их накопления, при определении которого мы вынуждены опираться на редкие, в основном палеомагнитные временные реперы, так и на вынужденное распространение средней скорости осадконакопления на значительные интервалы разреза, закрывая глаза на неоднородность этого процесса, возможности перерывов, размывов и т.д.

Таким образом, имея в нашем распоряжении точный инструмент, мы не должны забывать, что изучаем весьма шумный сигнал.

Палеомагнитная характеристика пород изученной переходной зоны представлена на рис. 3, подробная интерпретация полученных данных изложена в [Гурарий и др., 2002].

Вейвлет-анализ

Для исследований процессов с нестационарным во времени спектром в середине 80-х годов геофизиком Морле и математиком Гильбертом был разработан вейвлет-анализ, позволяющий эффективно прослеживать эволюцию спектров во времени [Любушин, 2007]. Нами использовалась многократно опробованная на различных модельных

уровни метры отбора

0+1 180/

Склонение, град Наклонение, Напряженность

5 — 225

10 — 450

90

0

15 — 675

20 900

25 —1125

270

град.

-60 0 60

I_1_

поля, усл. ед. 50 2050

млн. лет

~ -1.05

~ -1.07

1.11

Рис. 3. Палеомагнитная характеристика пород переходной зоны Матуяма-Харамильо.

рядах программа анализа с использованием вей-влета Морле, разработанная М.В. Алексютиным.

На рис. 4 представлены вейвлет-диаграммы полученных рядов данных.

Под каждой диаграммой приведен изучаемый ряд. Под диаграммами для склонения приведены соответствующие ряды в обычном и трансформированном виде. При трансформации данные по склонению в первой четверти сохраняют свое значение, во второй - изменяются от 90° до 0°, в третьей - от 0° до -90° и в четвертой - от -90° до 0°, т.е. при этом вектор, склонение которого изменяется на 360°, характеризуется полным периодом изменения данного параметра. При обычном

представлении данных изменение склонения от 0° до 360° является половиной полного периода, что и отразилось в вейвлет-диаграммах рис. 4.

Для проверки устойчивости выделяемых коле

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»