CC BY
28
УДК 550.383
Вестник СПбГУ. Сер. 4, 2005, вып. 2
В. А. Шашканов, Е. В. Данилкин, А. Ю. Мезенцев
МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ ОСАДКОВ, СОЗДАННЫХ В МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ, БЛИЗКИХ К ВЕРТИКАЛЬНОМУ*)
Введение. Палеомагнитные исследования поведения древнего геомагнитного поля в своей традиционной версии основаны на определении направлений естественной первичной остаточной намагниченности Лпо горных пород, которые при формировании намагничиваются, по определению, параллельно направлению геомагнитного поля. Направление Лпо, таким образом, характеризует направление, геомагнитного поля Ндр времени образования породы. Традиционный подход, однако, имеет недостатки:
а) возможная непараллельность направлений Л^ и Ндр, обусловленная эффектом занижения наклонения ориентационной намагниченности Лпо осадочных пород сравнительно с наклонением поля осаждения Ндр (так называемая ошибка наклонения);
б) уровень стабильности естественной остаточной намагниченности во времени, т. е. продолжительность палеомагнитной памяти горных пород, не превышает 0,5 млрд лет.
Более стабильной как во времени, так и по отношению к различным физическим воздействиям является такая характеристика магнитного состояния горных пород, как их магнитная анизотропия (МА). В осадочных горных породах выделяют две ее компоненты: ориентационную и вертикальную одноосную. Ориентационная МА - это одноосная анизотропия, возникающая вследствие ориентации магнитных моментов частиц и, следовательно, их осей легкого намагничивания вдоль направления намагничивающего поля (поля осаждения). Ее ось формируется вдоль направления намагничивающего поля как ось легкого намагничивания (такая МА заведомо служит одним из па-леоинформативных элементов магнитного состояния). Вертикальная одноосная МА -это анизотропия, появляющаяся вследствие гравитационного уплотнения материала осадка, она формируется так, что ее ось строго вертикальна и является осью трудного намагничивания. Данная анизотропия обычно оценивается с помощью показателя анизотропии Рверт, определяемого как отношение величин идеальных намагниченнос-тей, созданных в двух направлениях - лежащем в плоскости напластования осадка (^°р) и перпендикулярном плоскости напластования («7"?рт): Рверг = /¿тТ™ > 1-Именно с вертикальной МА связана такая важная особенность магнетизма осадочных горных пород, как возникновение ошибки наклонения ориентационной (первичной) намагниченности Зго, т. е. занижения наклонения ]0 ориентационной намагниченности относительно наклонения ¿н поля осаждения. Ошибка наклонения 5] определяется как разность между наклонением ]н поля осаждения Н и наклонением з0 намагниченности Лг0-" <У = ЗН ~ Зо-
Поскольку ориентационная анизотропия характеризуется осью легкого намагничивания, а вертикальная одноосная - осью трудного намагничивания, можно ожидать, что при создании осадков в вертикальном магнитном поле оси обеих компонент анизотропии должны быть вертикальными, т. е. станут параллельными, в результате чего сами компоненты анизотропии должны начать конкурировать между собой. В частнос-
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант Л"» 01-05-64763), Министерства образования РФ (грант К» А03-2.13-313) и программы ШТАБ (грант № 03-51-5807).
© В. А. Шашканов, Е. В. Данилкин, А. Ю. Мезенцев, 2005
ти, при увеличении поля осаждения это может проявиться в уменьшении показателя Рверт до величин ниже единицы.
Настоящая работа посвящена выяснению механизмов взаимодействия названных компонент МА в процессе формирования осадочных горных пород.
1. МА осадочных горных пород. Она проявляется как зависимость магнитных характеристик породы (магнитной восприимчивости, полной и остаточной намагничен-ностей и т. д.) от направления ее намагничивания. В общем виде МА - это зависимость внутренней энергии намагниченного до насыщения образца ферромагнетика от ориентации вектора спонтанной намагниченности Л8 в нем. Энергией МА Еа называется та часть свободной энергии намагниченного до насыщения ферромагнетика, которая зависит от направления в образце вектора спонтанной намагниченности Л8. Направления 38, которым соответствуют минимальные значения Еа, называются направлениями легкого намагничивания; направления, соответствующие максимумам Еа, - направлениями трудного намагничивания. Поскольку энергия МА является функцией только четных степеней направляющих косинусов, то противоположные направления физически эквивалентны по отношению к намагничиванию и естественно говорить не о направлениях легкого намагничивания, а об осях легкого намагничивания, или просто легких осях. Если Еа зависит от ориентации Зв относительно одной оси, анизотропию такого вида называют одноосной.
В настоящей работе процесс формирования МА осадочных пород рассматривается в рамках кластерной модели магнетика осадков [1]. Согласно ей, магнитные частицы будущего осадка в процессе осаждения объединяются в группы сильно взаимодействующих частиц - кластеры. Это является следствием стремления частиц с ненулевыми магнитными моментами к «слипанию» (магнитная энергия кластера меньше суммы энергий отдельных частиц). Процесс образования осадка и его ориентационной намагниченности можно разделить на два этапа: седиментационный, соответствующий «свободному» погружению материала осадка в воде (под действием силы тяжести и магнитного поля), и постседгшентацгюнный, отвечающий этапу уплотнения осадка массой накапливающихся сверху осадочных слоев. Размеры и количество кластеров в осадке определяются размерами и концентрацией магнитных частиц в осаждающемся материале, величинами их магнитных моментов, режимом осаждения и другими факторами.
Возникшая в ходе этих двух этапов полная МА представляет собой суперпозицию двух одноосных физических компонент. Первая - ориентационная - компонента МА является результатом выравнивания легких осей самих магнитных частиц, входящих в кластеры. Вторая - вертикальная одноосная - компонента МА обусловлена анизотропией формы кластеров, деформированных при гравитационном уплотнении осадка.
Идея, принципы и техника выполнения палеомагнитных определений на основе характеристик МА осадочных горных пород, а также решение проблемы разделения МА на палеоинформативную и неинформативную части сформулированы в работах [2, 3]. В них магнитную анизотропию предложено исследовать методом вращательных моментов; для его реализации используется крутильный магнитометр (анизометр) [4-6].
При палеомагнитных определениях образцов кубической формы измерение кривых вращательных моментов производилось в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: ХУ, У2 и ¿ГХ, где X, У, ^ - оси традиционно применяемой для ориентировки штуфов и образцов магнитной системы координат.
Методика интерпретации кривых вращательных моментов, которую можно корректно применять при исследовании анизотропии любого вида, основана на сфери-
Еа, эрг/см3
100
■ *
-50
50
0
I
■
-100
-150
О
20
40
60
80 Н,Э
Рис. 1.
ческом гармоническом анализе энергии МА и не использует каких бы то ни было априорных представлений относительно «магнитной осности» изучаемого образца. Данная методика позволяет также производить разделение полной МА осадка На ориентаци-онную и вертикальную компоненты.
2. Методика создания искусственных осадков. Экспериментальное моделирование процессов осадкообразования проводится в лаборатории геомагнетизма кафедры физики Земли СПбГУ с середины 1970-х годов. Искусственные осадки позволяют изучить процессы ориентационного намагничивания и образования их МА, поскольку известны поле осаждения и многое о носителе намагниченности.
Создание искусственных осадков происходило следующим образом:
1. В качестве осаждаемого материала использовалась смесь немагнитной голубой протерозойской глины с порошковым мелом (в весовой пропорции 1 : 1) с добавлением магнетика. Глина, мел и магнетик смешивались в воде до образования однородной суспензии.
2. Осадки создавались методом одноразовой заливки. Суспензия помещалась в прямоугольный седиментационнъгй сосуд высотой 20 см и с размерами дна 7x7 см2.
3. Заполнение седиментационных сосудов осаждаемым материалом производилось в заданном магнитное поле.
4. Через несколько дней выполнялось принудительное уплотнение осадков.
5. По завершении уплотнения осадки разгружались и высушивались. Полное время создания осадка составляло от 1,5 до 2 месяцев.
В ходе работы было создано четыре полных серии искусственных осадков. Осадки серий различались начальным магнитным состоянием порошка магнетита (разное поле термонамагничивания магнетита Н0 Э (АНС), 1 Э, 50 Э, 160 Э ^з), или 1-я - 4-я серии соответственно (см. рис. 1, кривые 1-4) ■ Интервал полей осаждения для всех серий был одинаковым и составлял от 0 до примерно 74 Э. Каждая серия состояла из 12 осадков.
На примере одной из серий более подробно рассмотрим процесс создания искусственного осадка. Были взяты следующие составляющие: 1) _глина (голубая, протерозойская), масса -1,8 кг; 2) мел строительный, дисперсный, масса - 1,8 кг; 3) магнетит из Костомукшского железорудного месторождения в заданном исходном магнитном состоянии (см. выше), фракция размером й < 1 мкм, масса - 36 г (весовое содержание магнетика в смеси - 1%). Они были залиты 10 л воды, смесь тщательно перемешали до образования однородной суспензии, которая была пропущена через сито с размером ячейки 0,25 мм (для выделения крупной фракции
глины и мела) и разлита в 12 седиментационных сосудов. Сосуды были помещены в седимен-тационную установку, создающую магнитное поле, близкое к вертикальному. После полного высыхания готовые осадки с размером основания бхб см2 и высотой около 5 см разрезали каждый на 4 кубических образца с размером ребра около 24 мм.
В настоящей работе 12 осадков каждой серии создавались одновременно в специально изготовленной седиментационной установке. Она состоит из относительно короткого соленоида (длина 220 мм, диаметр 580 мм), «положенного» так, что его ось вертикальна, и деревянной «этажерки», установленной вдоль оси соленоида. На полочки этажерки (возле оси соленоида) ставились седиментационные сосуды, а поскольку полочки расположены на разных расстояниях от центра соленоида, то поля осаждения для каждого осадка различны.
Отметим, что поскольку магнитное поле создается коротким соленоидом, то чем «выше» на этажерке был установлен седиментационный сосуд, тем более неоднородным (и не совсем вертикальным) было поле осаждения соответствующего искусственного осадка. Отклонение поля от вертикальности было измерено. Поскольку величина поля в установке уменьшается с высотой, то оно неоднородно по высоте и «внутри» каждого седиментационного сосуда. При обработке результатов за поле осаждения каждого осадка принималось среднее по высоте значение поля в соответствующем сосуде. Были определены склонение (D), параметры и Н0 поля осаждения каждого осадка:
№ образца..... 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
D, град........ 65 330 .240 150 65 330 240 150 65 330 240 150
ун 1 град....... 88,8 89,8 86,5 82,8 81,1 79,9 79,1 78,6 78,1 77,6 77,3 77,0
Я, Э.......... 73,2 68,5 55,5 41,5 29,3 18,5 11,7 7,9 5,2 3,4 2,5 0
Чтобы проверить, как будут отличаться магнитные свойства осадков, созданных на данной установке, от свойств осадков, полученных в строго вертикальном поле, была из такого же материала составлена пятая, контрольная, серия, состоящая из трех осадков, изготовленных в таких же ^седиментационных сосудах в вертикальном поле другого соленоида (высота 40 см, сечение 8x8 см2), в котором поле было однородно в объеме всего седиментационного сосуда. Магнетик для этой серии был взят тот же и в той же концентрации (1%), что и для первых четырех серий. Поле термонамагничивания - Ht = 50 Э (магнитное состояние 3-й серии). Величины поля осаждения - 5, 40 и 72 Э.
Результаты исследований искусственных осадков. Во всех осадках были измерены направления (склонение и наклонение) их ориентационной намагниченности: для 1-й серии (Ht = 0 Э - АНС) фишеровское среднее направление I = 86,3°, D = -62,5°, кучность К = 8,1, угол доверия а = 14,2°;
для 2-й серии (Ht = 1 Э) I = 85,2°, D = -16,9°, К = 4,1, а = 20,8°; для 3-й серии (Ht = 50 Э) / = 83,3°, D = -19,4°, К = 10,9, а = 12,8°; для 4-й серии (Ht = 160 Э - ./„-состояние) I = 69,6°, D = -29°, К = 3,5, а = 22,5°. Видно, что средние фишеровские направления для серий близки к вертикальным, т. е. лежат рядом с направлением поля осаждения, но при этом наблюдается довольно значительный разброс направлений намагниченности конкретных образцов. После этого были произведены измерения показателя вертикальной МА по отношению к идеальному намагничиванию:
тгор р — ri
■*верт — j-верт '
где «7*®рт и J™p - значения идеальных намагниченностей, созданных в образцах соответственно в вертикальном и горизонтальном направлениях осадков. Приведем величины показателя Рверт всех осадков:
№ осадка 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Я, Э........ .. 0,0 2,5 3,4 5,2 7,9 11,7 18,5 29,3 41,5 55,5 68,5 73,2
1-я серия ..;. 1,22 1,17 1,16 1,08 1,06 0,96 0,84 0,74 0,74 0,57 0,56 0,59
2-я серия ... . 1,09 1,10 1,10 1,06 1,09 1,07 1,03 1,02 0,99 0,87 0,84 0,83
3-я серия ... . 1,32 1,24 1,13 1,11 1,00 1,05 0,86 0,81 0,74 0,65 0,57 0,60
4-я серия .. 1,56 1,60 1,68 2,01 1,28 1,51 1,25 1,25 0,81 0,59 0,50 0,46
Для всех серий осадков с ростом поля осаждения показатель уменьшается и становится меньше единицы. А это означает, что вертикальная ось осадка становится осью легкого намагничивания, в то время как обычно она является осью трудного намагничивания. Прослеживается также зависимость показателя Р„ерт от поля термонама1> ничивания магнетика. Чем выше поле термонамагничивания, тем больше начальное значение Рверт и пределы его изменения. Необходимо отметить, что кривые для 1-й (АНС) и 3-й (50 Э) серий идут рядом. Это, возможно, означает, что спектр магнитных моментов частиц магнетика в данных сериях одинаков. Кажется странным, что АНС и состояние Щ = 50 Э тождественны, но это является подтверждением отмеченного в [7] факта существования больших термослучайных магнитных моментов в ансамблях частиц, термонамагниченных в нулевом магнитном поле.
Помимо этого, проведенные исследования окончательно убедили нас в принципиальной возможности перехода показателя рт через единицу при. увеличении поля осаждения.
Затем МА всех осадков была изучена на вращательном анизометре. С помощью сферического гармонического анализа кривых вращательного момента, измеренных на анизометре, была построена зависимость энергии полной МА осадков от величины поля осаждения (см. рис. 1). Бросается в глаза, что эти кривые «переходят» через нуль (энергия меняет знак) примерно в одном и том же поле, около 10 Э. Для объяснения такого эффекта пришлось учесть кластерный характер магнетика осадочных пород [1]. Действительно, при разных Щ, т.е. в осадках разных серий, собственные магнитные моменты магнитных частиц осаждаемого материала различны. Это определяет для каждого осадка свою степень кластеризации магнетика (количество кластеров), но, видимо, не влияет на собственную анизотропию эффективного кластера (обусловливаемую степенью его сжатия). В результате осадки всех серий становятся магнитно-изотропными примерно в одном и том же поле осаждения. Последнее означает, что магнитные моменты частиц, определяя степень кластеризации магнетика, задают и начальное значение Энергии анизотропии осадка в целом, и пределы ее изменения.
Как важный этап исследований анизотропии было выполнено разделение полной МА осадка на вертикальную и ориентационную компоненты (метод МА). Для рассчитанных направлений осей ориентационной МА всех серий осадков получены следующие значения фишеровского среднего направления, кучности и угла доверия:
1-я серия: I = 73,4°, £> = 71,8°, К= 2,85, а = 22,2°;
2-я серия: I = 56,2°, £> = 62,1°, К= 2,33, а = 26,5°;
3-я серия: I = 80,8°, £> = 90,5°, К= 3,36, а = 22,1°;
4-я серия: I = 60,9°, И = 4,1°, К= 2,93, а = 23,6°.
Кучность направлений К очень низкая, поскольку наблюдается значительный разброс рассчитанных направлений осей ориентационной анизотропии вокруг вертикального направления (даже для осадков № 1-3, созданных в максимальном и соответственно наиболее близком к вертикальному поле осаждения). Понятно, что, поскольку метод МА разработан для выполнения палеоопределений, при такой кучности о надежных данных говорить пока не приходится. Поэтому для анализа причин разброса
интерпретация результатов измерения анизотропии была продолжена в рамках следующих предположений о природе и способе формирования МА: 1) энергия вертикальной одноосной МА зависит не от величины поля осаждения, а только от значений магнитных моментов частиц магнетика; либо: 2) энергия вертикальной одноосной МА зависит не только от начального магнитного состояния магнетика, но и от величины поля осаждения.
Для выполнения интерпретации в рамках первого допущения мы исходили из того, что в каждой серии в осадке, созданном в нулевом магнитном поле, полностью отсутствует ориентационная компонента анизотропии. Его полная МА - однокомпонентна, т. е. чисто вертикальная одноосная; значение соответствующей энергии и бралось как базовое для всех остальных осадков данной серии.
Для «направлений» осей ориентационной анизотропии, рассчитанных исходя из этого допущения, получены следующие значения среднего фишеровского направления, кучности и угла доверия:
1-я серия: I = 86,8°; £> = 2,18°; К= 7,72; л = 13,5°;
2-я серия: I = 74,1°; И = 62,9°; К- 4,71; а = 18,6°;
3-я серия: I = 87,4°; В = 31,1°; К= 22,3; а = 8,6°;
4-я серия: I = 75,4°; Ю = -29,5°; К= 4,55; а = 19,0°.
Была установлена зависимость наклонения оси ориентационной анизотропии от величины поля осаждения для осадков 4-й серии, которая была рассчитана по стандарт-ной методике и после пересчета на основе первого предположения О'испр):
№ осадка...... 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Я, Э.......... 0 2,5 3,4 5,2 7,9 11,7 18,5 29,3 41,5 55,5 68,5 73,2
¿о, град........ 67 7 31 72 20 21 2 30 48 76 55 78
>спР, град..... 20 8 16 65 78 69 67 66 71 71 83 79
Видно, что при таком способе разделения компонент значительно возросли «вертикальность» и кучность направлений осей ориентационной компоненты МА, т. е. они стали ближе к направлению поля осаждения. При этом для осадков № 1-3 (максимальные поля осаждения) наклонения оси остались прежними: видимо, для них значения константы вертикальной одноосной анизотропии были рассчитаны правильно и совпали с ее величинами для образцов, созданных в нулевом поле.
На рис. 2 приведены зависимости константы КР1 энергии вертикальной одноосной МА от поля предварительного термонамагничивания магнетика (а) и константы К0 энергии ориентационной МА от поля осаждения (б). С одной стороны, константы КР1 для осадков 1-й (Н = 0) и 3-й (Щ = 50 Э) серий почти одинаковы (-52 и -47,4 эрг/см3; рис. 2,а), что еще раз подтверждает высказанное ранее утверждение о ненулевых магнитных моментах частиц в ансамбле, приведенном в АНС [7]. Хотя, с другой стороны (рис. 2, б), кривая К0(Н) для осадков 1-й серии проходит рядом с кривой не 3-й, а 4-й серии.
При втором способе обработки результатов разделение компонент МА выполнялось таким образом, чтобы наклонение оси ориентационной анизотропии в каждом конкретном осадке серии «задавалось» равным наклонению реального поля осаждения этого осадка. К сожалению, оказалось, что этот способ расчета очень чувствителен к задаваемому наклонению ориентационной оси и вместе с тем сам по себе (для случая реальных осадков) не задает никаких критериев выбора величины ее наклонения. Кроме того, при высоких «искомых» наклонениях изменение задаваемого угла на дали градуса может менять вычисляемые константы в несколько раз.
Кр1, эрг/см3
-40
-60
-80
0 40
80 120
160 Я,,Э
К0, эрг/см3 250
Рис. 2.
эрг/см3
200
' -100
Рис. 3.
О 10 20 30 40 50 60 70 80
Н,Э
На рис. 3, а представлены полевые зависимости рассчитанных констант вертикальной одноосной (Кр1) и ориентационной (К0) анизотропии для осадков 2-й (кривые 1, 2) и 4-й (кривые 3, 4) серий. Видно, что КР1 почти равна по величине противоположной ей по знаку К0. Чтобы более отчетливо показать различие между ними, была вычислена Ке£ — К0 + Кр1, названная нами константой эффективной анизотропии; на рис. 3, б приведены зависимости Кед{Н) для осадков серий 1—4. Из него видно, что эти кривые по форме и масштабу близки к кривым констант ориентационной анизотропии для соответствующих серий, полученных с применением первого способа обработки (см. рис. 2, б). Только они смещены вниз на величину константы энергии вертикальной одноосной анизотропии, рассчитанной по первому способу интерпретации (см. рис. 2, а).
Поскольку в осадке, созданном в нулевом магнитном поле, отсутствует ориента-ционная компонента анизотропии, полная МА осадка определяется его вертикальной одноосной компонентой и такая же по значению вертикальная одноосная анизотропия наблюдается в осадках № 1-3, то этот результат можно рассматривать как косвенное
Н,э н,э
Рис. 4.
подтверждение справедливости первого предположении!. То есть энергия вертикальной одноосной компоненты МА, видимо, не зависит от величины поля осаждения и определяется магнитными моментами и гравитационным уплотнением осадка. Результаты расчета (разделения) компонент МА при втором способе обработки, демонстрирую^ щие зависимость константы вертикальной одноосной анизотропии от поля осаждения, являются, видимо, следствием неправомерности второго допущения.
Как было указано выше, нами также была проанализирована пятая (контрольная) серия осадков с целью проверки того, насколько будут отличаться магнитные характеристики осадков, созданных на нашей седиментационной установке, от полученных в строго вертикальном и однородном поле. На рис. 4 приведены полевые зависимости показателя вертикальной МА (о).и энергии полной МА (б) для осадков 3-й (кривые Í) и 5-й (кривые 2) серий (их магнетик был термонамагничен в одном и том же поле Ht .= 50 Э). На нем видно, что кривые двух серий проходят близко друг от друга, и это означает, что наша седиментационная установка как источник вертикальных полей осаждения оправдала себя.
Заключение. Целями проведенного исследования были, с одной стороны, разобраться в механизмах формирования двух основных компонент МА осадочных горных пород: вертикальной одноосной и ориентационной, а с другой - изучить возможные «взаимодействия» и взаимовлияния этих компонент друг на друга. Современные представления об МА осадков не выходят за рамки анализа по отдельности обеих компонент. Так, было предложено несколько механизмов образования вертикальной одноосной магнитной анизотропии, никак, однако, не учитывающих ни собственного магнитного состояния частиц магнетика осадков, ни степени (и даже самого факта) выравнивания моментов частиц в геомагнитном поле. Вполне разработаны и доведены до детальных расчетов механизмы формирования ориентационной компоненты МА осадков. Но и здесь этот процесс изучения касался только собственно ориентационной (седиментационной) стадии развития осадков и не затрагивал вопросы возможных «трансформаций» ориентационной компоненты на постседиментационном этапе осадкообразования. Лишь предполагалось, что полная МА осадочных пород есть чистая суперпозиция двух названных компонент анизотропии; никакие доводы в пользу этого не приводятся, но как бы подразумевается, что так должно быть в силу «малости» обеих компонент в реальных осадочных горных породах.
Исследования последних двух десятилетий показали, что подобные представления о МА осадков неправомерны. Во-первых, количественные оценки показывают, что далеко не всегда МА мала. Так, показатель Рверт одноосной вертикальной МА осадков может превышать 1,50, что, очевидно, характеризует их как сильноанизотропные. Расчеты характеристик ориентационной анизотропии искусственных осадков показывают, что степень выравнивания моментов частиц (кучность) даже в магнитном поле порядка земного может составлять до единицы и выше. Это не позволяет рассматривать и ориентационную компоненту анизотропии как малую. Естественно, что полностью исключать «взаимодействие» в ходе формирования столь «заметных» компонент некорректно. Важно также еще вспомнить, что для практически всех магнитных процессов в ферромагнетиках принцип суперпозиции едва ли выполняется - как следствие явления магнитного гистерезиса.
В последние годы существенно возрос интерес к МА осадков как к характеристике, которая может сохранять надежную прямую первичную палеомагнитную информацию, т. е. направление древнего геомагнитного поля. Это, в свою очередь, потребовало разработки принципов разделения обеих компонент МА и критериев надежности подобного разделения, Первые же опыты практического изучения МА искусственных осадков и ее разделения на вертикальную одноосную и ориентационную компоненты, с одной стороны, продемонстрировали принципиальную возможность выполнения соответствующих палеомагнитных определений для осадков, с другой - подтвердили наши опасения о возможном влиянии эффекта «взаимодействия» компонент на «качество» выделения ориентационной составляющей МА.
Наиболее трудными для палеомагнитных определений оказались осадки, созданные в магнитном поле с высоким наклонением (45° и выше). Это определило конкретную задачу настоящей работы - исследование МА осадков, созданных в вертикальном магнитном поле. Была выполнена работа по созданию ряда серий искусственных осадков, охватывающих как довольно широкий интервал полей осаждения, так и значительный круг исходных магнитных состояний магнетика осаждаемого материала. МА полученных осадков изучена как в рамках традиционных представлений, т. е. посредством измерения показателя МА, так и новым для горных пород методом вращательных моментов с последующим анализом результатов посредством разложения энергии МА в сферический гармонический ряд.
Были созданы пять серий искусственных осадков в вертикальных; магнитных полях в интервале от 0 до примерно 74 Э каждая; магнетик осадков в сериях различался величиной поля предварительного термонамагничивания, т. е. значениями собственных магнитных моментов частиц.
Основные результаты исследования состоят в следующем:
1. Для всех серий осадков с ростом поля осаждения показатель вертикальной МА снижается и становится меньше единицы; это означает, что константа ориентационной анизотропии по абсолютной величине больше константы вертикальной одноосной анизотропии, т. е. вертикальное направление в осадке становится осью легкого намагничивания.
2. Анализ энергии полной МА осадков показал, что магнитные моменты магнетика определяют степень его кластеризации (соотношение между числом кластеризованных и некластеризованных частиц), но никак не влияют на собственную анизотропию самого кластера. И соответственно анизотропия осадка обусловливается только степенью кластеризации магнетика в нем.
3. Константа вертикальной одноосной анизотропии не зависит от величины поля осаждения.
Summary
Shashkanov V. A., Danilkin Е. V., Mezentsev A. Yu. Magnetic anisotropy of the artificial sediments created in magnetic fields close to vertical.
On an example of several series of artificial deposits created in a wide range of sedimentation fields and for different initial magnetic states of their magnetic particles of deposited material, the magnetic anisotropy of sedimentary rocks was investigated. Studying is carried out both as within the framework of traditional consideration, and with the new for rocks Method of the Torque Moments together with the subsequent analysis of results by means of a spherical harmonious series development of MA energy. It is established that with sedimentation field increasing the vertical magnetic anisotropy parameter decreases and becomes less than units, i. e. the vertical direction in the sediment becomes an axis of easy magnetization. It is shown that the values of magnetic moments of the sediment magnetic particles control the degree of their clustering, but do not influence in any way the cluster anisotropy itself; the sediment anisotropy is only controlled by the clusterization degree of its magnetic particles.
Литература
1. Шашканов В. А., Исупова E. В., Дубровин П. В. // Физика Земли. 2003. № 9. С. 54-64. 2. Шашканов В. А., Дубровин П. В., Дубровин Л. Ю- и др. // Физика Земли. 2002. № 5. С. 71-82. 3. Дубровин IZ- В., Розанова Ю. В., Исупова Е. В. и др. // Вестн. молодых ученых. 2000. № 1. С. 63-72. 4. Крупинка С. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов: В 2 т. / Пер. с нем.; Под ред. А. С. Пахомова. М., 1976. Т. 2. 5. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения / Пер. с яп.; Под ред. Р. В. Писарева. М., 1987. 6. Нагата Т. Магнетизм горных пород / Пер. с англ.; Под ред. Г. Н. Петровой. М., 1965. 7. Смирнов А. В., Шашканов В. А., Костеров А. А. // Физика Земли. 1995. № 10. С. 67-76.
Статья поступила в редакцию 15 сентября 2004 г.
