Палеомагнетизм и магнитостратиграфия

Рис.19. Зоны прямой (черная) и обратной (белая) намагниченности секутся линией несогласия. Тест показывает что намагниченность в зонах ниже несогласия древнее этого несогласия (Kirshvink, 1978).

Тест инверсий различает два случая:

1. чередование зон по разрезу зон прямой (N) и обратной (R) полярности, обусловленное геомагнитными инверсиями во время формирования толщи. Угол между средними N- и R-направлениями должен, в пределах погрешности, составлять 180°, а кучности векторов равны.

2. такое чередование вызвано более поздним перемагничиванием части пластов. При этом чем позже произошло перемагничивание, тем больше отличен от 180° угол между средними N- и R-направлениями.

Тест инверсий оказывается отрицательным (тест "не проходит"), если компоненты остаточной намагниченности разделены не полностью, и намагниченность не выделена в "чистом" виде.

3.8 Магнитостратиграфия

Наиболее широко применяемое геохронологическое приложение палеомагнетизма - магнитная стратиграфия на основе полярности. Эта техника применяется к стратиграфической корреляции и определению времени образования разрезов горных пород.

В наибольшей степени в настоящее время оценены корреляционные возможности палеомагнитных зон и их способность сохранять эти функции в породах различного происхождения и состава. «Палеомагнетизм является на сегодня единственным методом, позволяющим проверять используемые корреляции глобально, с точностью до тысячелетий, независимо от характера пород, климатических и других особенностей районов» (Стратиграфия..., 1980. с. 264)

В отличие от палеомагнитных исследований для магнитостратиграфии иногда достаточно определить только полярность намагниченности и оценить возраст однополярных зон. Но в ряде случаев могут также использоваться и другие характеристики. Например, геологическая корреляция возможна на основе сопоставления координат палеомагнитных полюсов.

Возможности палеомагнитного метода во многом зависят от биостратиграфической или радиометрической основы, хотя в принципе палеомагнетизм способен и к автономным стратиграфическим построениям. С помощью магнитной зональности, можно подразделять и коррелировать на локальных участках однородные толщи, не охарактеризованные органическими остатками. Точный возраст пород при этом может остаться неизвестным, но пространственно-временные соотношения отдельных частей стратиграфического разреза с помощью палеомагнитных определений выявляются достаточно уверенно и без привлечения сторонних методов.

3.9 Магнитостратиграфическая шкала

«Под магнитостратиграфической шкалой следует понимать бинарную шкалу магнитной полярности, включающую инверсии и магнитозоны в их хронологической (стратиграфической) последовательности». (Молостовский, Храмов, 1997, с. 77) Магнитозоны (рис. 20) выделяются только по полярности естественной остаточной намагниченности и по существу лишены палеомагнитной индивидуальности. Но по полярности в сочетании с координатами палеомагнитных полюсов могут быть выявлены лишь наиболее крупные подразделения. Для индивидуальной характеристики мелких магнитозон, которые представляют основной интерес для магнитостратиграфии, необходимы дополнительные параметры, например, сведения по палеовековым вариациям и напряженности древнего поля.

Рис. 20. Магнитополярные подразделения (магнитозоны) и соответствующие им единицы магнитохронологической шкалы (Стратиграфический…, 2006)

Для того чтобы можно было коррелировать магнитозоны в удалённых друг от друга толщах пород особое внимание уделять привязке магнитозоны к стратиграфической шкале. Эта процедура выполняется обычно с помощью радиологии или палеонтологических данных. Использование тех или иных сторонних методов для определения возрастной последовательности палеомагнитных единиц предопределило формирование двух основных направлений в разработке шкалы магнитной зональности: магнитохронологического и магнитостратиграфического.

Первое направление предусматривает построение палеомагнитной шкалы на основе радиологических определений возраста главным образом толщ вулканогенных пород. Предполагается, что методы датирования времени гарантирует полную независимость палеомагнитного метода от биостратиграфии. В более древних временных интервалах магнитохронология быстро теряет свое значение главным образом из-за неточности радиологических датировок. Например, при возрасте пород в 107 лет и более, стандартные 5% погрешности в абсолютных определениях приводят к пропуску или ошибочным повторным выделениям зон. Помимо малого временного диапазона, магнитохронологическая шкала обладает еще одним серьезным недостатком. Базируясь на дискретных определениях возраста изверженных пород, она способна фиксировать лишь фрагменты геомагнитных событий и не дает полной записи истории поля.

В более широком временном диапазоне действует шкала линейных магнитных аномалий, в основе которой лежит представление о непрерывной записи инверсий в морских линейных магнитных аномалиях. Эти аномалии располагаются в симметричной последовательности относительно центральных рифтовых зон срединно-океанических хребтов (рис. 21). Предполагается, что в базальтах океанической коры сохраняется самая полная и достоверная запись инверсий, в то время как в осадочных толщах часть магнитозон отсутствует из-за перерывов в седиментации, а соотношения их мощностей могут сильно меняться в зависимости от условий осадконакопления.

Рис. 21. Теоретическая модель формирования морских линейных магнитных аномалий

Весьма серьезный недостаток аномалийной шкалы - ее ограниченный хронологический диапазон (170 млн. лет) и отсутствие связи аномалий с подразделениями общей стратиграфической шкалы и региональных схем. К тому же в силу технических особенностей морских магнитных съемок нередко пропускаются эпизоды смены полярности длительностью менее 20 тыс. лет, вследствие чего многие узкие зоны, известные в разрезах осадочных толщ, не обнаружены. Аномалии, как известно, нумеруются простым отсчетом от оси спрединга, что приводит порой к их неоднозначной индексации и существенным расхождением в сопоставлении с биостратиграфическими границами.

3.10 Палеомагнетизм и тектоника

Все горизонтальные движения, происходящие на поверхности Земли, являются вращениями. И для вращений важно знать, относительно какой точки на земной сфере (или вокруг какой оси) произошел поворот и угол поворота. Эту точку называют полюсом вращения, а ось - осью вращения.

Если полюс вращения расположен далеко от изучаемого геологического тела, то вращение сведется к перемещению по дуге большого круга. При этом геологическое тело будет смещаться по отношению к геомагнитному полю. Если во время такого движения образуются новые горные породы, то направление зафиксированной в них намагниченности будет иметь новые координаты (склонение и наклонение). Например, при перемещении вдоль меридиана от экватора к северному полюсу будет изменяться наклонение намагниченности вновь образующихся горных пород.

Если полюс вращения расположен недалеко от геологического тела (или находится в самом теле), то такое вращение характеризуется в основном изменением ориентировки тела по отношению к полюсам. В этом случае намагниченность вновь образующихся геологических образований будет иметь различающиеся склонения.

Кроме направления намагниченности (т.е. склонения и наклонения) при тектонической интерпретации можно использовать и положение палеомагнитного полюса. Для среднего по палеомагнитной коллекции направления намагниченности некоторого геологического тела могут быть вычислены координаты палеомагнитного полюса того времени, когда эта намагниченность образовалась.

Поэтому, если для двух геологических тел (например, для двух континентов) имеются для нескольких последовательных геологических эпох средние направления намагниченности, то можно получить траекторию движения палеомагнитного полюса во времени. Если для двух материков эти траектории на некотором временном интервале совпадают, то это свидетельствует о неизменности относительного расположения материков. Несовпадение траекторий тогда можно объяснить движениями материков относительно друг друга (Шипунов, 1994). На основе такого суждения по палеомагнитным данным были построены реконструкции положений блоков земной коры и материков в прошлом.

порода полеомагнетизм стратиграфия

Глава 4. Связь с другими научными дисциплинами

Палеомагнитология основывается на знаниях физики о магнитном поле и о свойствах ферромагнитных веществ, поэтому можно говорить глубокой связи с этой научной дисциплиной. Для измерения магнитного поля образцов полученных палеомагнитологами используются различные физические эффекты (электромагнитная индукция, квантомеханические эффекты при низких температурах и др.) и технологические достижения (электрические схемы и ЭВМ). При обработке палеомагнитных данных важную роль играет математика, на логике и статистических методах которой строятся многие результаты палеомагнитных измерений.

В области изучения магнитных свойств горных пород палеомагнетизм активно сотрудничает не только с физикой, но и с химией. Изучение процессов окисления и химия фирритов позволяют понимать механизм образования и лучше выявлять компоненту химической остаточной намагниченности образцов горной породы.

С помощью палеомагнитного метода возможно обнаружение горизонтальных перемещении геологических тел, что является источником информации об истории формирования и развития материков, которая нужна географии.

Не стоит забывать о связи палеомагнитологии с астрономией. Важным результатом палеомагнитных исследований является вывод о том, что Земля имела магнитное поле примерно такой же напряжённости, как сейчас, по меньшей мере сначала протерозоя. Что является вкладом в изучение генерации геомагнитного поля и в теорию эволюции планет земной группы.

Изучение остаточной намагниченность лунных пород возрастом 4,6 млрд лет показали, что во время своего образования они находились в магнитном поле, сравнимом с земным. В то время как сейчас магнитное поле Луны в раз десятки слабее. Это значительный факт, который должна учитывать теория возникновения и эволюции Луны.

Глава 5. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского центра СО РАН и лекционные курсы на ГГФ НГУ по данной теме

В настоящее время проблемы палеомагнитизма нашли отражение в работе нескольких лабораторий института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН:

1. Лаборатория геодинамики и палеомагнетизма, заведующий - доктор геолого-минералогических наук, декан ГГФ НГУ Верниковский Валерий Арнольдович.

2. Лаборатория естественных геофизических полей, заведующий - кандидат геолого-минералогических наук Дядьков Пётр Георгиевич.

Две эти лаборатории совместно занимаются проектом отделения наук о Земле РАН «Структура геомагнитного поля в мезозое и кайнозое»: которым руководят д.г.-м.н. А.Ю. Казанский и д.г.-м.н. З.Н. Гнибиденко.

Проектом «Развитие методов геомагнитных, космофизических и геотермических наблюдений на обсерваториях и геодинамических полигонах в южных районах Сибири» занимается лаборатория естественных геофизических полей. Руководители: к.г.-м.н. П.Г. Дядьков, и д.г.-м.н. А.Д. Дучков.

Студенты Геолого-геофизического факультета НГУ впервые знакомятся с палеомагнетизмом в курсе «общая геология», который читается на 1 курсе всех направлений факультета.

Для магистрантов 1 курса ГГФ НГУ обучающихся по направлению «общая и региональная геология» в течение одного семестра читается курс «Методы палеомагнетизма и магнетизма горных пород». А во втором семестре 2 курса магистратуры они изучают «Методы палеомагнетизма и магнетизма горных пород».

Магистранты 2 курса обучающиеся по направлению геофизика в течение первого семестра изучают курс «Геомагнетизм».

Заключение

Результатом написания курсовой работы стало знакомство с основами палеомагнетизма и магнитостратиграфии.

Целью палеомагнетизма является изучение геомагнитного поля прошлых геологических эпох. В работе были рассмотрены современные знания о геомагнитном поле и магнитных свойствах горных пород. Введены понятия доменной структуры ферромагнетиков, коэрцитивной силы и магнитного гистерезиса. Названы типы естественной остаточной намагниченности и описано, при каких условиях они возникают. Рассмотрены методы отбора образцов, и их дальнейшего их изучения -- магнитная чистка и её типы, анализ полученных данных в результате магнитных измерений, на основе статических методов и при графическом представлении. Показаны методы (полевые тесты) с помощью которых возможно датирование компонент остаточной намагниченности.

При этом были рассмотрены основные вопросы магнитостратиграфии -- её назначении, отличие её от палеомагнетизма. Рассмотрены два основных направления построения магнитостратиграфической шкалы и их особенности.

Словарь основных терминов

Блокирующая температура - температуру, начиная с которой при остывании зерна магнитных минералов данного размера способны сохранять свою остаточную намагниченность длительное время, а при нагреве теряют ее.

Древние координаты - географические координаты палеомагнитного полюса, палеомагнитного направления и т.д. после выравнивания тектонического наклона пластов до горизонтального положения.

Западный дрейф - смещению на запад недипольной части поля приблизительно на 0,4° долготы в год.

Зона магнитной полярности (магнитозона) - интервал одной магнитной полярности между соседними инверсиями, зафиксированный по естественной остаточной намагниченности в одном, но лучше - в серии геологических объектов.

Изотропная точка - температура, выше которой, магнитный материал теряет свою намагниченность.

Интрузив - тело, сформировавшееся в результате внедрения (интрузии) магмы на глубине (без выхода на дневную поверхность, т.е. без излияния лавы).

Конгломерат - это сцементированная галька (окатанные обломки от 1 до 10 см), иногда встречаются валуны. Окатанные, округлые обломки пород связаны в прочную породу глинистым, известковым или кремнистым цементом. Соотношения между крупными и мелкими обломками широко варьируют.

Коэрцитивная сила - магнитное поле, которое необходимо приложить, чтобы остаточная намагниченность насыщения стала равна нулю.

Красноцветные отложения - осадочные отложения, сформировавшиеся в континентальной обстановке, которые имеют преимущественно красный цвет, обусловленный присутствием оксидов железа (гематита), обволакивающих отдельные зерна.

Кучность векторов - мера группирования векторов, которая характеризует их разброс вокруг некоторого среднего направления.

Магнитная чистка - способ разделения естественной остаточной намагниченности на компоненты по их стабильности к внешнему воздействию в нулевом магнитном поле.

Магнитный гистерезис - отставание размагничивания (перемагничивания) магнитного материала от внешнего магнитного поля. Намагничивание материала до состояния насыщения (поле Hs), затем размагничивание и перемагничивание до -Hs, последующее намагничивание до +Hs образуют полный замкнутый гистерезисный цикл - петлю гистерезиса.

Магнитные домены - области самопроизвольной намагниченности, на которые разбивается магнитный материал ниже критической температуры (точки Кюри).

Палеовековые вариации - вековые вариации геомагнитного поля, зафиксированные по изменениям во времени естественной остаточной намагниченности и ее компонент.

Спрединг - процесс образования новой океанической литосферы в срединно-океанических хребтах при раздвижении океанических плит.

Точка Кюри - температура, выше которой упорядочение магнитных моментов ферромагнетиков не сохраняется.

Ферромагнетики - вещества, в которых атомные магнитные моменты располагаются упорядоченно.

Список использованной литературы

1. Короновский Н.В. Общая геология. М.: Изд-во МГУ, 2002. 448 с.

2. Марков Г.П., Латышев А.В., Грибов С.К., Павлов В.Э. Предварительные результаты исследования самообращения остаточной намагниченности горных пород // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. 2010. С. 233-235.

3. Молостовский Э.А., Храмов А.Н. Магнитостратиграфия и ее значение в геологии. Саратов: Изд- во Сарат. ун-та, 1997. 180 с.

4. Паркинсон У. Введение в геомагнетизм. М.: Мир, 1986. 528 с.

5. Стратиграфический кодекс России. Издание третье. СПб.: Издательство ВСЕГЕИ, 2006. 96 с.

6. Стратиграфия в исследованиях Геологического Института АН СССР. М.: Наука, 1980. 299 с.

7. Храмов А.Н., Шолпо Л.Е. Палеомагнетизм. Л.: Недра, 1967. 251 с.

8. Шипунов С.В. Элементы палеомагнитологии. М.: Геологический институт РАН, 1994. 64 с.

9. Butler F. Paleomagnetism: Magnetic Domains to Geologic Terranes. Blackwell Scientific Publications, 1992 238 p.

10. Merrill R.T., McElhinny M.W. The Earth's magnetic field. International Geophysics Series. London : Acad.Press. 1983. Vol. 32. 401 p.

Размещено на Allbest.ru