научная статья по теме ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ. 2. ВЛИЯНИЕ НА РЕЗУЛЬТАТЫ НЕРАВНОМЕРНОЙ СКОРОСТИ СЕДИМЕНТАЦИИ И НАЛИЧИЯ ПЕРЕРЫВОВ В ИЗУЧАЕМОМ РАЗРЕЗЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ. 2. ВЛИЯНИЕ НА РЕЗУЛЬТАТЫ НЕРАВНОМЕРНОЙ СКОРОСТИ СЕДИМЕНТАЦИИ И НАЛИЧИЯ ПЕРЕРЫВОВ В ИЗУЧАЕМОМ РАЗРЕЗЕ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2009, № 1, с. 23-32

УДК 550.383

ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ. 2. ВЛИЯНИЕ НА РЕЗУЛЬТАТЫ НЕРАВНОМЕРНОЙ СКОРОСТИ СЕДИМЕНТАЦИИ И НАЛИЧИЯ ПЕРЕРЫВОВ В ИЗУЧАЕМОМ РАЗРЕЗЕ

© 2009 г. Г. 3. Гурарий1, М. В. Алексштин2

Геологический институт РАН, г. Москва 2САН Майнинг энд Эксплорейшн, г. Москва Поступила в редакцию 01.07.2008 г.

На модельных рядах проведено исследование влияния их временной неоднородности на результаты вейвлет-анализа. Установлены некоторые пределы этой неоднородности, позволяющие получать данные о характерных временах колебаний палеомагнитных параметров, близкие к реальным. Сравнением результатов исследования модельных, палео- и археомагнитных рядов показана реальность существования замедляющихся и ускоряющихся процессов. Предложены некоторые признаки выявления перерывов и изменения скорости осадконакопления в изучаемых разрезах.

Ключевые слова: вейвлет-анализ, характерные времена, осадконакопление, седиментация, палеомагнетизм, геомагнитное поле, склонение, наклонение.

РЛС8: 91.25.Le

ВВЕДЕНИЕ

Изучение древнего геомагнитного поля, помимо большого значения для решения различных геологических задач, позволяет получать крайне важные сведения для понимания строения глубинных оболочек Земли, происходящих в них процессов, их эволюции во времени и создания теории геомагнитного поля. Построение палео-магнитной шкалы изменения полярности поля, данные об изменении магнитного момента за многие сотни миллионов лет - значение этих сведений для науки о Земле огромно. Особое значение для решения указанных задач несомненно имеют данные, получаемые при изучении тонкой структуры геомагнитного поля. Поведение поля во время инверсий, его вековые вариации, динамика их во времени при различных состояниях магнитного поля Земли (спокойном, возмущенном и изменяющем полярность) могут внести неоценимый вклад в решение перечисленных выше задач. До настоящего времени за редким исключением основным источником сведений о вариациях геомагнитного поля в прошлом являлось изучение изменений поля при использовании образцов из археологических памятников. Полученные при этих исследованиях данные охватывают, к сожалению, в лучшем случае только последние 8-9 тыс. лет и позволяют судить, преимущественно, о вариациях магнитного момента [Бурлацкая, 2007; Нача-сова, Бураков, 1995; Начасова, 1998]. Изучению вариаций элементов геомагнитного поля в древние эпохи при проведении палеомагнитных работ препятствует целый ряд причин, в частности, неполнота геологической летописи, отсутствие точной временной характеристики изучаемых толщ

горных пород, колебание скорости их накопления, возможное наличие перерывов и т.д.

В 90-х годах прошлого столетия появился новый метод, позволяющий получать не средние сведения об имеющихся в исследуемом ряде данных колебаниях, а об их изменениях, динамике -метод вейвлет-анализа [Чуи, 2001; Добеши, 2001]. В настоящее время новый метод нашел широкое применение в геофизике [Любушин, 2007]. Имеются единичные примеры использования его и в палеомагнетизме, которые позволили получить ряд интересных новых сведений о спектральном составе колебаний элементов магнитного поля и петрофизических характеристик горных пород [Бураков и др., 1998; Гурарий и др., 2000; 2007; Ресйегеку е! а1., 2004]. Однако широкому применению вейвлет-анализа в палеомагнетизме в основном также препятствуют указанные выше причины, в частности не позволяющие заранее считать, что мы анализируем равномерно распределенные во времени данные. Редким исключением являются исследования вариаций по намагниченности неизмененных интрузивных тел, если время (продолжительность записи) оказывается возможным оценить по термодинамическому расчету процесса их остывания [РесИегвку е! а1., 2004].

Исследованию того, насколько некоторые временные неоднородности, присутствующие в изучаемых нами разрезах осадочных горных пород, искажают получаемые результаты, посвящена данная статья. Подчеркнем, что вопросы, связанные с природой намагниченности, в данной статье не рассматриваются.

МЕТОДИКА

Методом вейвлет-анализа с использованием вей-влета Морле изучались модельные и реальные па-лео- и археомагнитные ряды данных. Анализ проводился по программе, составленной М.А. Алексюти-ным. Для анализа создавались модельные ряды с колебаниями, характеризующимися постоянными и изменяющимися периодами. Анализировались полные ряды, ряды с равномерным исключением данных с определенным интервалом, ряды с хаотическим исключением различного количества данных по всему ряду, с исключением данных по отдельным интервалам общего ряда. В ряде случаев исключенные данные заменялись постоянными значениями, имитирующими разовое осадконакопление. Во всех перечисленных вариантах общая временная характеристика изучаемого ряда оставалась неизменной. Сравнивались результаты, полученные при анализе модифицированных и первичных рядов. Данные, полученные при анализе модельных рядов с колебаниями с изменяющимися характерными временами, сравнивались с результатами изучения рядов с периодическими колебаниями при разрядке данных, имитирующими изменение скорости осадконакоп-ления при неизменном интервале отбора образцов. Подробнее методические приемы будут изложены в следующем разделе статьи.

РЕЗУЛЬТАТЫ

При изучении колебаний характеристик поля поздней половины хрона Матуяма (разрез Аджи-дере, Западная Туркмения), находящегося в разном состоянии, были получены данные, свидетельствующие о возможном существовании в ядре Земли замедляющихся и ускоряющихся процессов [Гурарий и др., 2002; 2007]. Подобные результаты были получены нами и при изучении характерных времен колебаний направления вектора естественной остаточной намагниченности (ЕОН), присутствующей в осадочных породах, образовавшихся в конце хрона Гаусс и на начальной стадии хрона Матуяма (Пирнуарская долина, Западная Туркмения) (рис. 1а(1, 3) и 16(2, 4)). Изменение характерных времен при этом явно превышает точность определения конкретных периодов вариаций (10% по [На-часова, 1998)]), отмечаемую при археомагнитных исследованиях. Представленные на рис. 1а(3) и 16(4) результаты в принципе могут свидетельствовать о двух явлениях - о постепенном изменении характерного времени колебания изучаемого параметра (в данном случае - наклонения) и о направленном изменении скорости осадконакопления.

Характерный вид вейвлет-диаграмм для этих двух случаев при изучении модельных рядов, приведенных под вейвлет-диаграммами, показан на рис. 2. На этом рисунке в левой части (а) представлены вейвлет-диаграммы условного периодического колебания с периодом 25 точек. Количество точек полного периода (рис. 2а(1)) изменяется по

ряду данных, имитируя изменение скорости осадконакопления как 1.0, 1.0, 0.72, 0.72, 0.56, 0.56, 0.40, 0.40, 0.56, 0.72, 1.0. Места условного изменения скорости осадконакопления показаны вертикальными стрелками под диаграммой. В левой части рис. 26(3) приведена вейвлет-диаграмма модельного колебания с меняющимися периодом (Р) и амплитудой (А). Период и амплитуда изменяются как (Р = 50 (А = 10); Р = 46 (А = 6); Р = 34 (А = 4); Р = 34 (А = 2); Р = 34 (А = 1); Р = 26 (А = 1), после чего периоды и амплитуда увеличиваются. Видно, что характер этих диаграмм подобен.

Для того чтобы подтвердить возможность существования ускоряющихся и замедляющихся процессов в принципе, необходимо было проанализировать с использованием вейвлет-анализа реальные ряды данных, характеризующиеся однородной временной шкалой. Для этого анализа нами были выбраны ряды данных о поведении напряженности геомагнитного поля в Северной Мессопотамии (поселение Ярымтепе-П, 750 лет в V тыс. до н. э. [Начасова, Бураков, 1995]) и на Кавказе (последние 8.5 тыс. лет) [Начасова, 1998], полученные при археомагнитных исследованиях. Результаты этого анализа представлены на рис. 3. Как видно из этого рисунка, наличие подобных процессов отмечается на всех приведенных вейвлет-диаграммах. Это свидетельствует о реальности их существования как в высокочастотной (рис. 3 (1)), так и в среднечастотной (рис. 3 (2, 3)) областях характерных времен.

Сразу же возникает вопрос - можно ли различать постепенное изменение характерных времен колебаний, обусловленное указанными выше разными причинами. Несомненно, диаграммы на рис. 2а(1) и 26(3) очень похожи. Вертикальные структуры в области малых времен колебаний, отмечаемое на рис. 2а(1) и отсутствующее на рис. 26(3) в интервалах изменения периодов колебаний, выражаются крайне слабо и вряд ли могут служить уверенным критерием их различия, особенно на гораздо более шумных диаграммах реальных параметров. При этом диаграммы рис. 2а(1) и 26(3) в обоих случаях получены для рядов, в которых изменение периода колебаний происходило без изменения их фазы. На рис. 2а(2) и 26(4) показаны диаграммы тех же колебаний, изменение периодов которых сопровождалось изменением фазы колебаний. В этом случае возникновение вертикальных структур в местах изменения периодов колебаний (показаны стрелками) выражено более четко и так же наблюдается на двух диаграммах. Однако следует учесть, что совпадение изменений кажущейся частоты колебания и его фазы при изменении скорости осадконакопления вполне вероятно. Однако крайне трудно предположить, что в природе происходит плавное изменение скорости осадконакопления, совпадающее с изменением фазы постоянного колебания какого-либо процесса (в данном случае -геомагнитного поля), независимого от процесса се-

Хронозона Гаусс (а)

45 35 25 15 5

1

80 40 0

-40

45 35 25 15 5

75 60 45 30

100 120 140 160 180 200

Разрез Пирнуар

Склонение

Хронозона Матуяма (б)

10 30 50 70 90 110 130150 170 190 210 230 250

1 ' 51' 101 • 151' ,.-201 1 51 101 151 201 251

1 51 101 151 201 251

Наклонение Первичный ряд

20 40 60

1

0

1-г

1 51 101 151 201 -80

Сокращенный ряд

25 20 15 10 5

80 70 60 50 30

20 40 60 80 100 120 140 16 31 46 61 76 91 106 121 136 151

26

51

75

101

Расширенный ряд

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

10 30 50 70 90 110130150170190210230250270290310

75 60 45

30

51 101 151 201 251 301

1 51 101 151 201 251

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»