Основные проблемы геомагнетизма и глубинного электромагнитного зондирования

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕОМАГНЕТИЗМА И ГЛУБИННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Введение

I. Экспериментальные данные для изучения современного магнитного поля Земли

II. Аномальные магнитные поля по данным спутниковых, аэростатных и наземных измерений

III. Главное магнитное поле и магнитное динамо Земли

IV. Палеомагнитные исследования

V. Геоэлектромагнитные исследования

VI. Комплексный анализ геофизических полей и их моделирование

Заключение

IV. ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Важным вкладом в решение проблем геомагнетизма являются палеомагнитные исследования. Хотя современные наблюдения - наземные, спутниковые - позволяют исследовать процессы, происходящие внутри нашей планеты, тем не менее, наши знания о них значительно расширяются при изучении древнего магнитного поля, основанном на измерении и анализе намагниченности горных пород. Проблемы палеомагнетизма привлекают огромное внимание, проводятся серьезные исследования российскими и зарубежными учеными практически во всех областях этого геофизического направления. Согласно Ф. Стейси - классику палеомагнетизма - в палеомагнетизме выделяется восемь основных проблем, которыми являются: (1) магнитные минералы в горных породах; (2) остаточный магнетизм горных пород; (3) археомагнетизм и вековые вариации; (4) палеомагнитные полюса и гипотеза осевого динамо; (5) инверсии геомагнитного поля; (6) движение полюсов и дрейф континентов; (7) палеоклиматы; (8) напряженность палеомагнитного поля. Все эти направления палеомагнетизма находят отражения в проектах РФФИ.

Так в проекте Багина В.И. (99-05-6401) исследуется магнетизм Fe-содержащих минералов металлоносных осадков Мирового океана и их синтетических аналогов. Поставлены лабораторные эксперименты по синтезу Fe-Mn гидроокислов с меняющимся соотношением этих элементов и двух величинах pH 5 и 7. Установлены черты сходства и различия Fe-Mn гидроокислов, полученных в результате направленного синтеза и содержащихся в ранее изученных реальных металлоносных осадках. Обнаружено, что при старении изначально немагнитной аморфной матрицы возникают микрообласти магнитомягких ферромагнитных фаз - носителей химической остаточной намагниченности. В диапазоне 220-3000o С наблюдается полная перекристаллизация, в результате которой возникает новая магнитожестская фаза с магнитным упорядочением по типу "свинцового стекла". Дополнительно были выполнены эксперименты по синтезу Fe-оксигидроокиси из раствора солей с изменением времени инкубации в материнском растворе и времени естественного старения. Показано, что при увеличении времени инкубации меняются базовый состав, степень кристалличности, размер частиц и магнитные характеристики преципитата. Проведенные эксперименты показали существенную роль фактора времени существования первичного раствора до окончательного выделения осадка в качественном изменении приобретаемой осадком намагниченности. На основе анализа термомагнитных кривых Js(T) и Jrs(T) с учетом данных по синтезированным Fe-окислам и гидроокислам предложен способ корреляции однотипных по условиям кристаллизации и составу флюида циклов гидротермальной активности в различных впадинах Красного моря.

Тому же направлению палеомагнетизма посвящены исследования Трухина В.И. (99-05-64024). Выполнено экспериментальное изучение процессов магнитного последствия на базальтах различных зон области Тройственного сочленения Буве (Южная Атлантика). Проведена оценка степени временного роста и спада вязкой остаточной намагниченности Irv из различных магнитных состояний. Установлено, что процесс магнитного последствия определяется особенностями зерен титаномагнетитов (ТМ), которые ответственны за магнитные свойства исследованных базальтов и, по-видимому, является магнитодиффузионным процессом. Кроме того, проведено исследование параметров коэрцитивности базальтов из этого разлома и прилегающих зон. Показано, что остаточно-коэрцитивная сила Hcr базальтов из разлома уменьшается после обжига образцов на воздухе. Это предположение было подтверждено специальными экспериментами по воздействию на образцы базальтов квазигидростатических давлений в лабораторных условиях. Оказалось, что базальты из прилегающих зон характеризуются ростом величины Hcr при такой же термообработке, что обусловлено ростом внутренних напряжений в результате процесса гетерофазного окисления титаномагнетитов. Такое различие в проведении коэрцитивности базальтов при термообработке дает основание надеяться на выявление участка дна океана с повышенными напряжениями.

Известно, что горные породы обладают всеми обычными для ферромагнетиков свойствами - коэрцитивной силой, остаточной намагниченностью, магнитострикцией и т.д. Остаточная намагниченность представляет большой интерес для палеомагнетизма. Самообращение остаточной намагниченности на гетерофазно-измененных титаномагнетитах и его влияние на результаты палеомагнетизма исследуется в работах Гапеева А.К. (проект 00-05-65242). Здесь детально изучено влияние состава титаномагнетита (ТМ), температуры и времени окисления, а также напряженности поля на эффект частичного самообращения термоостаточной намагниченности (TRM) гетерофазно-окисленных титаномагнетитов. Установлено, что частичное самообращение TRM наблюдается на гетерофазно-окисленных ТМ с содержанием ульвошпинели от 20 до 80 мольных процентов. Температура проявления эффекта зависит от состава образующейся гемоильметивной фазы. Увеличение времени окисления вначале приводит к усилению эффекта, затем к его смещению в область высоких температур и уменьшению вплоть до вырождения. Размагничивание переменным полем парциальных термоостаточных намагниченностей показало, что низкотемпературная фаза в несколько раз мягче высокотемпературной. Увеличение времени и температуры окисления приводит не только к вырождению эффекта, но и к уменьшению жесткости образовавшихся фаз. Обнаружено полное самообращение химической остаточной намагниченности, возникающей при гетерофазном окислении ТМ.

Особое направление палеомагнетизма составляют археомагнитные исследования, основанные на изучении археологических остатков, таких как глиняная посуда, кирпичи и т.д. При этом измеряются две полунезависимые характеристики прошлого геомагнитного поля - его направление и величина.

В рамках проекта Начасовой Н.Е. (00-05-64631) получены данные об изменении напряженности геомагнитного поля в V-II тысячелетиях до нашей эры на территории Испании, позволившие определить характеристики "основного" колебания напряженности поля в этом районе. Амплитуда этой вариации находится в согласии с оценками для других районов, за исключением Китая; фаза вариации поля хорошо вписывается в полученную ранее закономерность ее изменения с долготой, подтверждая вывод о восточном дрейфе 8000-летней вариации напряженности геомагнитного поля. Изменения напряженности поля в разных районах Земли показали, что представление вариаций поля в виде суперпозиции волн разных периодов, имеющих разнонаправленный дрейф, позволяет объяснить наблюдаемые расхождения. Исследование мировых археомагнитных определений установило, что амплитуда 1200-летней вариации направления геомагнитного поля уменьшается в течение последних 6 тысяч лет, а амплитуда 1600-летней вариации растет с приближением к современности. Обнаружено аномально большое широтное смещение положения виртуального геомагнитного полюса в IX веке до н.э.

Изучению дрейфа геомагнитного поля за последние 5-10 тысяч лет по отложениям современных озер посвящен проект Борисова А.С. (99-05-65586). В рамках этого проекта исследованы отложения озер Плещеево и Яркуль в Новосибирской области. По озеру Яркуль обнаружен перерыв в осадконакоплении, обусловленный резким падением уровня озера.

Палеомагнитные результаты обычно выражаются в виде координат полюса, определяемых по измерениям образцов горных пород.

Расчет кривой миграции палеомагнитного полюса северо-восточной части России для мела и неогена проведен Черновым Е.Е. в рамках проекта 00-05-64005. На основе новых палеомагнитных данных показано, что в конце мела - начале палеогена островодужные комплексы могли входить в состав активной континентальной окраины, как Евразии, так и Северной Америки. Терригенные породы флишоидной толщи перемагничены магнитным полем Земли обратной полярности и после этого деформированы.

Этому же направлению палеомагнитных исследований посвящены работы Метелкина Д.В. (00-05-65346). Им получены палеомагнитные направления, палеошироты и палеомагнитные полюса на три временных интервала: поздний кембрий - начало ордовика, поздний ордовик и поздний силур по исследованию разреза отложений архипелага Северная Земля. Полученные палеомагнитные данные использованы для изучения эволюции Карской плиты. Отличительной особенностью раннепалеозойской кинематики Сибирской плиты является интенсивное вращение по часовой стрелке. В этом случае механизм совмещения Карской плиты с палео-Сибирью описывается наличием двух разнонаправленных сдвиговых зон. Высказано предположение, что если кинематическая ситуация в позднем палеозое не претерпит существенных изменений, то совпадение результатов для Сибири и Карской плиты будет достигнуто в интервале 340-300 млн. лет, что вероятно, будет соответствовать времени столкновения континентов. Определенный таким образом модельный возраст коллизии согласуется с имеющимися геологическими индикаторами этого события. Таким образом, новые палеомагнитные данные позволили разработать принципиально новый вариант совмещения Карской и Сибирской плит.

История складчатости Южного Урала по палеомагнитным данным изучается Шипуновым С.В. в рамках проекта 98-05-64254. Проведенные исследования базировались на изучении вторичной позднепалеозойской намагниченности в рифейских и палеозойских толщах Южного Урала и использовании для этого до-, син- и послескладчатых компонент. Степень деформации, определенная в момент образования вторичной намагниченности, проинтерпретирована в терминах временной и пространственной последовательности складкообразования.

Сопоставление полученных палеомагнитных данных Восточно-европейской платформы позволило оценить время образования вторичной позднепалеозойской намагниченности - поздний карбон - ранняя пермь. Составленная схема распространения складчатости показала перемещение фронта складчатых деформаций с востока на запад. Совокупность геологических данных также свидетельствует о возможности перемещения и уменьшения интенсивности тектонических процессов в этом направлении.

Необходимо выделить важные палеомагнитные исследования тектонической эволюции фанерозойских террейнов Монголо-Охотии и Сихотэ-Алиня в процессе коллизии Сибирской, Амурской и Северо-Китайской плит, полученные Бретштейном Ю.С. в рамках проекта 98-05-65089. Здесь впервые получены палеомагнитные данные для слабомагнитных терригенно-карбонатных нижне-, среднепалеозойских пород в неизученных районах Дальнего Востока России - Приморье, Приамурье, Забайкалье и Приохотье. Рассчитаны позиции палеополюса в кембрии, ордовике, силуре и девоне, которые близки к данным для Северо-Китайской платформы (СКП), но не идентичны им. Выделены две группы палеополюсов для кембрия-девона. Также впервые установлены низкие приэкваториальные палеошироты образования In пород аккреционных террейнов и постколлизионных комплексов Монголо-Охотского и Сихотэ-Алиньского складчатых поясов, формировавшихся в начале-середине палеозоя на периферии континентальной окраины СКП, что согласуется с палеобиостратиграфическими данными.

Для ряда пород, входящих в состав тектоностратиграфических террейнов получена корреляция между направлением намагниченности и элементами залегания слоистых структур, а также их магнитной анизотропией, что может свидетельствовать о влиянии стрессовых напряжений при складкообразовании на направление первичной намагниченности. Таким образом, в рамках этого проекта впервые на огромной территории от Байкала до Охотского побережья получены палеомагнитные данные, дающие основу для объективных геотектонических построений.

При анализе палеомагнитных образцов иногда наблюдаются изменения магнитной полярности. Это скорее всего связано с изменением полярности (инверсией) геомагнитного поля. Изучение этого явления имеет принципиальное значение при решении многих геолого-геофизических задач.

Стационарное состояние геомагнитного поля и инверсия Матуяма-Харамильо поздней половины хрона Матуяма исследуется Гурарием Г.З. в рамках проекта 00-05-64150. Собрана и обработана коллекция палеомагнитных образцов из переходной зоны, позволившая определить характер изменения поля во время инверсии Матуяма-Харамильо, включая поле начальной стадии инверсии и стационарное поле непосредственно перед инверсией. Дополнительно получены палеомагнитные образцы, в которых зафиксировано поле завершающей стадии стационарного состояния хрона Матуяма перед инверсией Матуяма-Харамильо и в начале инверсии, а также образцы со стационарным полем хрона Матуяма вдали от инверсии. Временной эквивалент изучаемого интервала составляет ~ 350 тысяч лет.

Один из аспектов палеомагнитных исследований связан с движением полюсов и дрейфом континентов. Исследователям этого направления известно, что различия между траекториями полюса в разных регионах можно объяснить только континентальным дрейфом. В рамках этого палеомагнитного направления по проекту 00-05-64008 выполняются исследования Щербаковой В.В. Используя коллекции образцов и палеомагнитные данные для Сибирского континента, высказано предположение об вращении Сибирской платформы относительно Восточно-европейской против часовой стрелки на угол ~ 10o в послепермотриасовое время. Подобные исследования проводятся Баженовым М.Л. (00-05-64148) для территории Малого Кавказа. При изучении коллекции образцов этого региона установлено, что дуги Малого Кавказа и Понтид имеют вторичную природу и возникли в ходе позднекайнозойских деформаций первоначально прямолинейной структуры запад-северо-западного простирания. При сравнении с различными кривыми миграции палеомагнитного полюса обнаружено, что наклонения первичной намагниченности в изученных породах положе эталонных значений на величину менее 10°, что полностью объясняется смещением Малого Кавказа к северу в ходе сближения Евразийской и Аравийской плит.

Новое и весьма неожиданное решение получила проблема палеоклиматических исследований. В рамках проекта 00-05-64921 это направление успешно развивается в работах Распопова О.М. Составлена база палеомагнитных, палеоклиматических и радиоуглеродных данных, а также данных о солнечной активности во время экскурса геомагнитного поля "Этрурия-Серно" около 2800-2200 лет тому назад. Анализ данных показал, что этот экскурс геомагнитного поля сопровождался глобальным похолоданием в средних и высоких широтах. В то же время отмечалось изменение атмосферной циркуляции. Совместное исследование изменений геомагнитного поля и климата в эпоху Брюнеса установило, что характерное время проявления геомагнитных экскурсов в эту эпоху составляет ~ 84000 лет, а климатических изменений - 100000 лет. Этот результат указывает на то, что изменения поля не привязаны к изменениям орбитальных параметров Земли. Дополнительно было выявлено, что геомагнитные экскурсы развиваются, как правило, при пониженных значениях геомагнитного диполя. Высказан и развивается возможный механизм воздействия изменений главного геомагнитного поля на климат. Основная идея механизма - изменение величины геомагнитного диполя модулирует потоки космических лучей, вторгающихся в атмосферу. Последние, в свою очередь, модулируют плотность аэрозольного слоя в атмосфере и плотность облачности, что изменяет радиационный баланс, оптические свойства и циркуляцию атмосферы. Анализ содержания аэрозолей в гренландском льду за последние 300 лет подтверждает концепцию воздействия вариабельности потоков космических лучей на климатические изменения.

Этот же аспект палеомагнитных исследований проводится Поспеловой Г.А. (98-05-64691). Впервые на фактическом материале ею получена четкая корреляция между изменениями глобальной напряженности геомагнитного поля и климатическими осцилляциями во временных интервалах 53-32 тыс. лет и 32-22 тыс. лет. Эта корреляция была обнаружена в лессовом разрезе Приташкентского района (около 29 тыс. лет) и Каргаполово (~ 45 тыс. лет). Показано, что максимальные значения поля, как правило, коррелируют с влажным, прохладным климатом, а минимальные - с очень сухим, теплым климатом. Дополнительный анализ геомагнитных экскурсов хрона Брюнес показал, что на пяти объектах экскурсы проходили в различных климатических условиях, но начало и завершение экскурсов, независимо от их возраста и типа, приурочены к похолоданиям.

Особый геофизический интерес представляет вопрос о вариациях напряженности геомагнитного поля за последние несколько тысяч лет. Поведение древнего геомагнитного поля над аномальными участками границы ядро-мантия исследуется Петровой Г.Н. в рамках проекта 99-05-64000. Для изучения характерных времен изменений геомагнитного поля в районе мировой магнитной аномалии и за ее пределами проведено изучение коллекции (керна) из северо-восточной части Тихого океана, охватывающей всю эпоху Брюнес, и коллекции плейстоценового разреза из района Байкала. В результате было установлено, что для базальтов из районов горячих точек характерным является наличие нескольких мод точек Кюри и существование корреляционных связей, отрицательной Тс-Js и положительной Tc-Hcr. Изучение базальтов острова Тенерифе подтвердило гипотезу их происхождения за счет вулканизма горячей точки.

Подобные исследования изменения магнитного момента Земли в фанерозое проводятся в рамках проекта 99-05-64879 Щербаковым В.П. Для решения вопроса о величине изменения палеонапряженности Ндр в позднем мелу был отобран верхнемеловый разрез эффузивных пород, состоящий из серии обожженных контактов и красных игнимбритов, что представляло уникальную возможность детально проследить динамику перехода с низкого на высокий уровень величины магнитного момента Земли. Показано, что в коньяк-сантоне имел место существенный рост Ндр. При этом динамика этого процесса отличается кратковременностью - весь процесс укладывается в рассматриваемый период, т.е. его протяженность заведомо не превышает 1 млн. лет. Обнаруженное явление служит еще одним доказательством существования уровней палеонапряженности и, кроме того, может использоваться в качестве репера при решении геологических и стратиграфических задач.

И, наконец, следует сказать еще об одном направлении палеомагнетизма, возникшем несколько позднее, о магнитостратиграфии. Базой этой проблемы также являются палеомагнитные данные, но решаются задачи, связанные с возрастом геологических событий. Созданию магнитостратиграфической шкалы палеогена и неогена Европейской части России и сопредельных территорий Кавказа и Средней Азии посвящены исследования Молостовского Э.А. (проект 99-05-65062). Выполнены лабораторные исследования коллекций из разрезов ряда скважин Северного Прикаспия, что позволило составить сводный магнитостратиграфический разрез миоцена этого района. В Среднем Поволжье изучено несколько опорных разрезов перигляциальной покровной формации, нижняя часть которой на основе палеомагнитной зональности соотносится с синцероном, а верхняя - с плейстоценом. Проведено исследование ориентированного керна опорной скважины близ г. Астрахани, вскрывшей мощную (> 500 м) морскую толщу плио-плейстоцена.

Аналогичная проблема решается в рамках проекта 00-05-64773 Гужиковым А.Ю. Здесь создан макет региональной магнитостратиграфической схемы нижнего мела для территории Нижнего-Среднего Поволжья. Построены три магнитостратиграфических разреза юрских отложений и сводный петромагнитный разрез юрско-нижнемелового комплекса. Результаты исследований позволили решить многие практические задачи: ряд палео- и петромагнитных подразделений предложен в качестве локальных и региональных стратиграфических реперов, с помощью которых осуществлена детальная корреляция разрезов юры-мела, уточнен возраст отложений и т.д., на основе петромагнитных данных реконструированы некоторые палеогеодинамические условия. Проведены межрегиональные палеомагнитные сопоставления континентальных и морских формаций среднего триаса Приуралья и Средиземноморья, юрских меловых отложений Запада Средней Азии, Северного Кавказа, Русской плиты и Западной Европы. Оценена несинхронность зональных границ аммонитовых шкал готерива-баррема Средиземноморья и Северного Кавказа на основе комплексного анализа палеонтологических и палеомагнитных данных. Сформулированы основные проблемы модернизации магнитостратиграфической шкалы мезозоя.

Таким образом, подводя итог результатам палеомагнитных исследований за последние три года, следует отметить, что это геофизическое направление совершенно очевидно производит хорошее впечатление. Должна отметить особо два факта: практически все направления палеомагнитных исследований отражены в проектах РФФИ, начиная от изучения магнитных минералов в горных породах и до создания магнитостратиграфических шкал; и второй факт - есть много проектов, где на базе уникальных экспериментальных данных получены геофизические результаты, сопоставимые с результатами мирового уровня.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center