Основные лабораторные эксперименты

После того, как коллекция готова, можно приступать к основной и наиболее трудоемкой части палеомагнитного анализа — лабораторным экспериментам, позволяющим восстановить запись истории геомагнитного поля, сохранившейся в образцах горных пород. Для этого используется специальная аппаратура, в том числе, например: спинмагнитометры JR-4 и JR-6 (производство Чехия), криогенные магнитометры HSM (Германия) и 2G Enterprise (США), измерители магнитной восприимчивости Bartington MS2 (Великобритания) и MFK-1 (Чехия), установки для размагничивания переменным магнитным полем и специальные экранированные немагнитные печи для терморазмагничивания и другие. Цель этих исследований очевидна: поскольку естественная остаточная намагниченность представляет собой векторную сумму и помимо первичной составляющей, образовавшейся во время формирования пород, может содержать различные виды вторичной намагниченности, их необходимо разделить и измерить. Для установления компонентного состава NRM применяются специальные лабораторные эксперименты, называемые магнитными чистками: временная (длительная выдержка образцов в немагнитном пространстве), переменным магнитным полем, терморазмагничивание, химическая (травление) и другие [Палеомагнитология, 1982]. При магнитотектонических исследованиях наиболее эффективны чистки переменным магнитным полем или в результате пошагового нагрева. Физической основой чисток является различная стабильность компонент NRM к внешним размагничивающим воздействиям различного типа. Пошаговое измерение направления и величины остаточной намагниченности после каждого воздействия позволяет увидеть компонентный состав намагниченности, т. е. вычленить сначала компоненты, которые наименее прочно зафиксированы в породе, за счет разупорядочения магнитных моментов зерен, являющихся ее носителями, затем компоненты наиболее стабильные к такому внешнему воздействию. Именно это и является основой как //-чистки, так и Г-чистки.

Чистка переменным магнитным полем (Я-чистка) — способ разделения компонент NRM по их коэрцитивным спектрам. Этот вид чистки основан на свойстве ферромагнитного вещества под влиянием переменного магнитного поля с убывающей амплитудой уменьшать частные гистерезисные циклы, что приводит к снижению остаточной намагниченности в тем большей степени, чем выше начальное поле размагничивания [Палеомагнитология, 1982]. Данный вид чистки наиболее эффективен для пород, содержащих низкокоэрцитивные, магнитомягкие минералы. Для этого в нулевом постоянном магнитном поле образец помещается в соленоид, вдоль оси которого создается переменное магнитное поле нужной начальной амплитуды. Необходимая детальность чистки (количество шагов размагничивания и их частота) определяется в соответствии с распределением Her основных носителей намагниченности и для адекватного представления результатов составляет, как правило, от 10 до 20 шагов.

Температурная чистка (Г-чистка) представляет собой способ разделения компонент NRM по температурам их деблокирования и устойчивости к нагреву. Образцы последовательно нагреваются до всё более высоких температур в немагнитной печи — в нулевом магнитном поле. После каждого нагрева образец в том же нулевом магнитном поле охлаждается и измеряется. Принцип Т-чистки заключается в том, что при нагреве ферромагнитного вещества усиливаются термоактивационные процессы, приводящие к преодолению тем более высоких энергетических барьеров, чем выше температура нагрева [Палеомагнитология, 1982]. Соответственно, остаточные намагниченности разрушаются при увеличении температуры в порядке увеличения их барьеров. Так, например, вязкая намагниченность разрушается уже при ~ 200 °C, термоостаточная намагниченность титаномагнетитов — при 200−500°С в зависимости от состава, магнетита — при 570−600°С, гематита — при 670−700°С. Необходимая детальность чистки (количество последовательных нагревов) определяется в соответствии с деблокирующими температурами основных носителей намагниченности и для адекватного представления результатов составляет, как правило, от 10 до 20 шагов. Одним из недостатков Г-чистки по сравнению с //-чисткой можно назвать образование в ходе нагрева новых магнитных минералов, однако при условии детального анализа результатов чистки и соответствующем контроле при измерениях остаточной намагниченности этот метод остается наиболее эффективным способом разделения компонент NRM для большинства горных пород.

Выбор методики чистки, частоты последовательных ее шагов для конкретного образца горной породы зависит от компонентного состава, вида намагниченности и, безусловно, состава магнитных минералов, связанных с той или иной компонентой NRM. Иногда для достижения желаемого результата приходится прибегать к комплексной чистке, т. е. последовательно использовать два или более видов чистки одного и того же образца. В этом случае предварительное определение состава магнитных минералов, отвечающих за намагниченность, которую необходимо будет разрушить в ходе чистки, является ценной информацией для оптимального подбора методики эксперимента по размагничиванию. Кроме того, эта информация не менее полезна для обоснования происхождения основных компонент NRM в горной породе. Ответ на вопрос, какие носители намагниченности присутствуют в породе, какова их концентрация, а возможно, и происхождение, можно получить с помощью методов магнитной минералогии. Поскольку информацию о древнем магнитном поле несут, главным образом, очень мелкие (как правило, однодоменные и псевдооднодоменные) магнитные частицы, то методы визуальной диагностики с помощью анализа шлифов и аншлифов часто оказываются недостаточно эффективными для диагностики основных носителей намагниченности. Гораздо более чувствительными методами диагностики магнитных минералов являются физические, в основном термомагнитные, т. е. исследования известной зависимости магнитных свойств вещества от термического воздействия. Термомагнитный анализ может включать в себя исследование температурной зависимости разных видов лабораторной намагниченности (например, Js (T), Jrc (T)), магнитной восприимчивости, а также определение точек Кюри, температур фазовых переходов и других изменений магнитных минералов в ходе нагрева [Нагата, 1965; Петрова, 1977; Butler, 1992; Yoshida et al., 1994]. Обоснование того, как и какую роль в создании NRM играет тот или иной магнитный минерал, можно найти при исследовании зависимостей между различными петромагнитными характеристиками [Нагата, 1965; Yoshida et al., 1994].