Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато
Для вивчення ефекту магнітної післядії (магнітній в’язкості), прояви якої утруднюють інтерпретацію даних методу перехідних процесів, проведено комплексні експериментальні дослідження зразків гірських порід верхньої товщі Вітімського базальтового плато. Зроблено спробу встановити характер розподілу м...
Saved in:
| Published in: | Геофизический журнал |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97837 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато / А.Ю. Казанский, Г.Г. Матасова, Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов, П.С. Максимов // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 128-136. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97837 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Казанский, А.Ю. Матасова, Г.Г. Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Максимов, П.С. 2016-04-04T05:58:18Z 2016-04-04T05:58:18Z 2012 Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато / А.Ю. Казанский, Г.Г. Матасова, Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов, П.С. Максимов // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 128-136. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0203-3100 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97837 550.837 Для вивчення ефекту магнітної післядії (магнітній в’язкості), прояви якої утруднюють інтерпретацію даних методу перехідних процесів, проведено комплексні експериментальні дослідження зразків гірських порід верхньої товщі Вітімського базальтового плато. Зроблено спробу встановити характер розподілу магнітов’язких порід у межах вулканогенно-осадової товщі і з’ясувати, з якими феримагнітними частинками пов’язані прояви ефекту магнітної післядії під час вимірювання індукційних перехідних параметрів. Показано, що за вимірювання у часовому діапазоні за допомогою індукційних систем найбільший внесок в ефект магнітної післядії в індукційні перехідні параматри здійснюють найменш змінені породи. Ефект магнітної післядії проявляється за наявності здебільшого суперпарамагнітних зерен високозалізистих титаномагнетитів, близьких за складом до магнетиту, розміри яких мають достатньо вузький інтервал (наймовірніше, 0,0254—0,029 мкм). Внесок релаксації намагніченості дрібніших суперпарамагнітних зерен в індукційні перехідні параметри приблизно втричі нижчий. Запропоновано можливі критерії діагностики суперпарамагнітних частинок різного розміру за петромагнітними даними. To study magnetic aftereffect (magnetic viscosity) with its manifestations making difficulties for interpretation of the data of transitional processes, comprehensive experimental studies of samples have been conducted, which characterize the upper rock mass of the Vitim basaltic plateau. An attempt to reveal the character of distribution of magnetically viscous rocks within volcano-sedimentary succession of strata has been made and to find out which ferromagnetic particles display the effect of magnetic viscosity on the inductive transient response. It has been shown that in time-domain measurements with inductive systems the greatest contribution of magnetic viscosity effect is brought by the most fresh, unchanged rocks. Magnetic viscosity effect is mainly caused by super-paramagnetic grains of low-titanic titanomagnetite, close to pure magnetite with rather narrow grain-size interval (most probably 0.0254-0.029 m). As for the smaller superparamagnetic grains, the contribution of relaxation of their magnetization to inductive transient responses is approximately 3 times lower. Possible criteria of diagnostics of superparamagnetic particles of different size are proposed on the base of petro-magnetic data. Для изучения эффекта магнитного последействия (магнитной вязкости), проявления которого затрудняют интерпретацию данных метода переходных процессов, проведены комплексные экспериментальные исследования образцов, характеризующих верхнюю толщу Витимского базальтового плато. Сделана попытка выявить характер распределения магнитовязких пород в пределах вулканогенно-осадочной толщи и выяснить, с какими ферримагнитными частицами связаны проявления эффекта магнитного последействия при измерении индукционных переходных характеристик. Показано, что при измерениях во временной области с помощью индукционных систем наибольший вклад в эффект магнитного последействия в индукционные переходные характеристики вносят наименее измененные породы. Эффект магнитного последействия определяется преимущественно суперпарамагнитными зернами высокожелезистых титаномагнетитов, близких по составу к магнетиту, размеры которых находятся в достаточно узком интервале (наиболее вероятно 0,0254-0,029 мк). Вклад релаксации намагниченности более мелких суперпарамагнитных зерен в индукционные переходные характеристики примерно в 3 раза ниже. Предложены возможные критерии диагностики супер парамагнитных частиц разного размера по петромагнитным данным. ru Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геофизический журнал Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато Внесок магнітної післядії в індукційні перехідні характеристики базальтів Вітімського плато Contribution of magnetic aftereffect and induction transition characteristics of basalts from the Vitim plateau Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато |
| spellingShingle |
Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато Казанский, А.Ю. Матасова, Г.Г. Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Максимов, П.С. |
| title_short |
Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато |
| title_full |
Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато |
| title_fullStr |
Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато |
| title_full_unstemmed |
Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато |
| title_sort |
вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов витимского плато |
| author |
Казанский, А.Ю. Матасова, Г.Г. Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Максимов, П.С. |
| author_facet |
Казанский, А.Ю. Матасова, Г.Г. Кожевников, Н.О. Антонов, Е.Ю. Максимов, П.С. |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геофизический журнал |
| publisher |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Внесок магнітної післядії в індукційні перехідні характеристики базальтів Вітімського плато Contribution of magnetic aftereffect and induction transition characteristics of basalts from the Vitim plateau |
| description |
Для вивчення ефекту магнітної післядії (магнітній в’язкості), прояви якої утруднюють інтерпретацію даних методу перехідних процесів, проведено комплексні експериментальні дослідження зразків гірських порід верхньої товщі Вітімського базальтового плато. Зроблено спробу встановити характер розподілу магнітов’язких порід у межах вулканогенно-осадової товщі і з’ясувати, з якими феримагнітними частинками пов’язані прояви ефекту магнітної післядії під час вимірювання індукційних перехідних параметрів. Показано, що за вимірювання у часовому діапазоні за допомогою індукційних систем найбільший внесок в ефект магнітної післядії в індукційні перехідні параматри здійснюють найменш змінені породи. Ефект магнітної післядії проявляється за наявності здебільшого суперпарамагнітних зерен високозалізистих титаномагнетитів, близьких за складом до магнетиту, розміри яких мають достатньо вузький інтервал (наймовірніше, 0,0254—0,029 мкм). Внесок релаксації намагніченості дрібніших суперпарамагнітних зерен в індукційні перехідні параметри приблизно втричі нижчий. Запропоновано можливі критерії діагностики суперпарамагнітних частинок різного розміру за петромагнітними даними.
To study magnetic aftereffect (magnetic viscosity) with its manifestations making difficulties for interpretation of the data of transitional processes, comprehensive experimental studies of samples have been conducted, which characterize the upper rock mass of the Vitim basaltic plateau. An attempt to reveal the character of distribution of magnetically viscous rocks within volcano-sedimentary succession of strata has been made and to find out which ferromagnetic particles display the effect of magnetic viscosity on the inductive transient response. It has been shown that in time-domain measurements with inductive systems the greatest contribution of magnetic viscosity effect is brought by the most fresh, unchanged rocks. Magnetic viscosity effect is mainly caused by super-paramagnetic grains of low-titanic titanomagnetite, close to pure magnetite with rather narrow grain-size interval (most probably 0.0254-0.029 m). As for the smaller superparamagnetic grains, the contribution of relaxation of their magnetization to inductive transient responses is approximately 3 times lower. Possible criteria of diagnostics of superparamagnetic particles of different size are proposed on the base of petro-magnetic data.
Для изучения эффекта магнитного последействия (магнитной вязкости), проявления которого затрудняют интерпретацию данных метода переходных процессов, проведены комплексные экспериментальные исследования образцов, характеризующих верхнюю толщу Витимского базальтового плато. Сделана попытка выявить характер распределения магнитовязких пород в пределах вулканогенно-осадочной толщи и выяснить, с какими ферримагнитными частицами связаны проявления эффекта магнитного последействия при измерении индукционных переходных характеристик. Показано, что при измерениях во временной области с помощью индукционных систем наибольший вклад в эффект магнитного последействия в индукционные переходные характеристики вносят наименее измененные породы. Эффект магнитного последействия определяется преимущественно суперпарамагнитными зернами высокожелезистых титаномагнетитов, близких по составу к магнетиту, размеры которых находятся в достаточно узком интервале (наиболее вероятно 0,0254-0,029 мк). Вклад релаксации намагниченности более мелких суперпарамагнитных зерен в индукционные переходные характеристики примерно в 3 раза ниже. Предложены возможные критерии диагностики супер парамагнитных частиц разного размера по петромагнитным данным.
|
| issn |
0203-3100 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97837 |
| citation_txt |
Вклад магнитного последействия в индукционные переходные характеристики базальтов Витимского плато / А.Ю. Казанский, Г.Г. Матасова, Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов, П.С. Максимов // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 128-136. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kazanskiiaû vkladmagnitnogoposledeistviâvindukcionnyeperehodnyeharakteristikibazalʹtovvitimskogoplato AT matasovagg vkladmagnitnogoposledeistviâvindukcionnyeperehodnyeharakteristikibazalʹtovvitimskogoplato AT koževnikovno vkladmagnitnogoposledeistviâvindukcionnyeperehodnyeharakteristikibazalʹtovvitimskogoplato AT antonoveû vkladmagnitnogoposledeistviâvindukcionnyeperehodnyeharakteristikibazalʹtovvitimskogoplato AT maksimovps vkladmagnitnogoposledeistviâvindukcionnyeperehodnyeharakteristikibazalʹtovvitimskogoplato AT kazanskiiaû vnesokmagnítnoípíslâdíívíndukcíiníperehídníharakteristikibazalʹtívvítímsʹkogoplato AT matasovagg vnesokmagnítnoípíslâdíívíndukcíiníperehídníharakteristikibazalʹtívvítímsʹkogoplato AT koževnikovno vnesokmagnítnoípíslâdíívíndukcíiníperehídníharakteristikibazalʹtívvítímsʹkogoplato AT antonoveû vnesokmagnítnoípíslâdíívíndukcíiníperehídníharakteristikibazalʹtívvítímsʹkogoplato AT maksimovps vnesokmagnítnoípíslâdíívíndukcíiníperehídníharakteristikibazalʹtívvítímsʹkogoplato AT kazanskiiaû contributionofmagneticaftereffectandinductiontransitioncharacteristicsofbasaltsfromthevitimplateau AT matasovagg contributionofmagneticaftereffectandinductiontransitioncharacteristicsofbasaltsfromthevitimplateau AT koževnikovno contributionofmagneticaftereffectandinductiontransitioncharacteristicsofbasaltsfromthevitimplateau AT antonoveû contributionofmagneticaftereffectandinductiontransitioncharacteristicsofbasaltsfromthevitimplateau AT maksimovps contributionofmagneticaftereffectandinductiontransitioncharacteristicsofbasaltsfromthevitimplateau |
| first_indexed |
2025-11-27T08:26:55Z |
| last_indexed |
2025-11-27T08:26:55Z |
| _version_ |
1850805864366080000 |
| fulltext |
А. Ю. КАЗАНСКИЙ, Г. Г. МАТАСОВА, Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, П. С. МАКСИМОВ
128 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012
Введение. Магнитное последействие (маг-
нитная вязкость) — одно из фундаментальных
свойств ферромагнитных материалов. Это яв-
ление заключается в запаздывании во времени
изменений магнитных характеристик ферро-
магнетиков (намагниченности, магнитной про-
ницаемости и др.) по отношению к изменениям
напряженности внешнего магнитного поля.
Диапазон характерных времен таких измене-
ний (времен релаксации) составляет от долей
секунд до десятков тысяч лет [Нагата 1965;
Dunlop, Ozdemir, 1997 и др.]. Эффект магнит-
ного последействия имеет место практически
во всех ферромагнитных материалах, а также
УДК 550.837
Вклад магнитного последействия в индукционные
переходные характеристики базальтов Витимского плато
© А. Ю. Казанский1, Г. Г. Матасова1, Н. О. Кожевников1,
Е. Ю. Антонов1, П. С. Максимов2, 2012
1Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, Новосибирск, Россия
2БФ «Сосновгеология» ФГУГП «Урангео», Иркутск, Россия
Поступила 7 мая 2012 г.
Представлено членом редколлегии М. И. Орлюком
Для вивчення ефекту магнітної післядії (магнітній в’язкості), прояви якої утруднюють
інтерпретацію даних методу перехідних процесів, проведено комплексні експериментальні
дослідження зразків гірських порід верхньої товщі Вітімського базальтового плато. Зроблено
спробу встановити характер розподілу магнітов’язких порід у межах вулканогенно-осадової
товщі і з’ясувати, з якими феримагнітними частинками пов’язані прояви ефекту магнітної
післядії під час вимірювання індукційних перехідних параметрів. Показано, що за вимірювання
у часовому діапазоні за допомогою індукційних систем найбільший внесок в ефект магнітної
післядії в індукційні перехідні параматри здійснюють найменш змінені породи. Ефект магнітної
післядії проявляється за наявності здебільшого суперпарамагнітних зерен високозалізистих
титаномагнетитів, близьких за складом до магнетиту, розміри яких мають достатньо вузький
інтервал (наймовірніше, 0,0254—0,029 мкм). Внесок релаксації намагніченості дрібніших
суперпарамагнітних зерен в індукційні перехідні параметри приблизно втричі нижчий.
Запропоновано можливі критерії діагностики суперпарамагнітних частинок різного розміру
за петромагнітними даними.
To study magnetic aftereffect (magnetic viscosity) with its manifestations making difficulties
for interpretation of the data of transitional processes, comprehensive experimental studies of
samples have been conducted, which characterize the upper rock mass of the Vitim basaltic plateau.
An attempt to reveal the character of distribution of magnetically viscous rocks within volcano-
sedimentary succession of strata has been made and to find out which ferromagnetic particles
display the effect of magnetic viscosity on the inductive transient response. It has been shown that
in time-domain measurements with inductive systems the greatest contribution of magnetic viscosity
effect is brought by the most fresh, unchanged rocks. Magnetic viscosity effect is mainly caused by
super-paramagnetic grains of low-titanic titanomagnetite, close to pure magnetite with rather narrow
grain-size interval (most probably 0.0254-0.029 m). As for the smaller superparamagnetic grains, the
contribution of relaxation of their magnetization to inductive transient responses is approximately
3 times lower. Possible criteria of diagnostics of superparamagnetic particles of different size are
proposed on the base of petro-magnetic data.
в горных породах. Размеры зерен магнитных
минералов в породах варьируют от долей ми-
крометра до нескольких сотен микрометров и
в соответствии с размером зерна имеют раз-
личное доменное состояние — одно- или много-
доменное. Проявление магнитного последейст-
вия в однодоменных частицах связывается с
явлением суперпарамагнетизма, в многодомен-
ных — с диффузией частиц и дефектов в кри-
сталлической решетке магнитного минерала
[Трухин, 1973].
Как правило, при проведении геофизиче-
ских съемок методами индуктивной электро-
разведки эффекты магнитного последействия
ВКЛАД МАГНИТНОГО ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ В ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ...
Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 129
незначительны по сравнению c вкладом вих-
ревых токов. Однако существуют объекты, где
эти эффекты весьма значительны и их влия-
ние уже нельзя игнорировать [Кожевников,
Антонов, 2008; Антонов и др., 2011]. Один из
таких объектов — толща неогеновых базальтов
Витимского плато (Восточная Сибирь, Респуб-
лика Бурятия). Здесь, в пределах Амалатского
плато в междуречье Бол. Амалата и Джилинды,
интерпретация результатов зондирований ме-
тодом переходных процессов (ЗМПП), которые
проводятся на данной территории с целью по-
исков уранового оруденения в осадках древних
речных долин, погребенных под толщей нео-
геновых базальтов, существенно осложняется
из-за эффектов магнитного последействия.
На рис. 1 показаны типичные результаты
зондирований методом переходных процессов
при поисках урановых месторождений, пере-
крытых базальтами Амалатского плато. Изме-
рения выполнены в диапазоне от 1 мкс до 10 мс
симметричной (соосной) установкой: размер
генераторной петли составлял 100×100 м, при-
емной — 25×25 м. Как можно видеть на графи-
ке зависимости приведенной к току ЭДС e(t)/I
от времени t (рис. 1, а), после окончания соб-
ственного переходного процесса измеритель-
ной системы (t<0,1 мс) скорость убывания ЭДС
уменьшается. На поздних (t>1 мс) временах
ЭДС убывает очень медленно, по закону, близ-
кому к 1/t. Это характерный признак того, что
измеряемый сигнал контролируется не удель-
ной электропроводностью среды, а магнитной
вязкостью [Кожевников, Антонов, 2008]. При
пересчете медленно убывающей ЭДС (так
называемого длинного хвоста) в кажущееся
удельное сопротивление на графиках зави-
симости от времени, называемых кривыми ,
появляется крутопадающая ветвь, описывае-
мая зависимостью 1/t (рис. 1, б). Если эффекты
магнитного последействия не распознаны или
игнорируются, интерпретация данных ЗМПП
в рамках модели проводящей среды приводит
к «появлению» в разрезе несуществующих в
Рис. 1. Результаты ЗМПП при поисках месторождений урана, перекрытых базальтами Амалатского плато: а — пере-
ходная характеристика; б — кривая кажущегося удельного сопротивления. Штриховая линия соответствует убыванию
ЭДС и/или кажущегося сопротивления по закону 1/t.
А. Ю. КАЗАНСКИЙ, Г. Г. МАТАСОВА, Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, П. С. МАКСИМОВ
130 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012
реальности слоев с очень низким сопротивле-
нием.
В этой связи представляется актуальным
провести исследования магнитного последейст-
вия в толще перекрывающих базальтов мето-
дами магнетизма горных пород, выявить ха-
рактер распределения магнитовязких пород в
пределах вулканогенно-осадочной толщи и вы-
яснить, с какими ферримагнитными частица-
ми (состав, размеры) связаны проявления эф-
фекта магнитного последействия в импульсной
индуктивной электроразведке. Для решения
поставленной проблемы нами проведены ком-
плексные экспериментальные исследования
образцов, характеризующих верхнюю толщу
Витимского базальтового плато.
Краткая геологическая характеристи-
ка. Базальты Витимского нагорья образуют
обширное вулканическое поле площадью
7000 км2. Мощность толщи базальтовых по-
кровов, формирующих Витимское базальтовое
плато, достигает первых сотен метров [Расска-
зов и др., 2007]. Исследуемый участок нахо-
дится в пределах Амалатского плато в между-
речье рек Бол. Амалат и Джилинда. В разрезе
сверху вниз выделяются неогеновые покровы
базальтов, вмещающая урановое оруденение
вулканогенно-осадочная толща и гранитоиды
фундамента палеозойского возраста [Митро-
фанов и др., 2010]. Нами опробована верхняя
часть разреза, представленная чередованием
покровов базальтов, базанитов с андезитоба-
зальтами и их туфами. Образцы общим количе-
ством 21 отобраны из керна двух разведочных
скважин, расположенных на соседних профи-
лях в интервале глубин 10—180 м. Состав пород
и положение образцов в разрезах представле-
ны на рис. 2.
Рис. 2. Геологические разрезы скв. 4999 и 5112, магнитные характеристики образцов и ЭДС переходного процесса, из-
меренная катушечной системой на времени t=0,1 мс. «Size» — эффективный размер магнитного зерна. Серым тоном
выделены горизонты, в которых наблюдается повышенный эффект магнитного последействия.
ВКЛАД МАГНИТНОГО ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ В ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ...
Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 131
Методика исследований. Исследования
магнитных свойств включали: измерения низ-
кочастотной объемной магнитной восприимчи-
вости (kLF) и частотной зависимости магнитной
восприимчивости (Fd=kLF–kHF) на приборе Bar-
tington MS2 с двухчастотным датчиком (LF=0,47;
HF=4,7 кГц). Магнитно-минералогический
анализ в модификации Jrs(T) выполнялся на
терморок-генераторе системы К. С. Буракова
(ИФЗ), а в модификации Js(T) — на термомаг-
нитном анализаторе фракций конструкции
Ю. К. Виноградова (обсерватория «Борок»).
Изучение коэрцитивных параметров (см. та-
блицу) осуществлялось на коэрцитивном спек-
трометре J-meter конструкции П. Г. Ясонова
[Jasonov et al., 1998] с максимальным намагни-
чивающим полем 700 нТл. Вклад магнитного по-
следействия в электромагнитное поле переход-
ных процессов оценивался на тех же образцах
по величине наведенной ЭДС с помощью двух-
катушечной индукционной системы, в качестве
измерителя использовалась станция Fast Snap
для зондирований методом переходных про-
цессов, состоящая из коммутатора тока, двух
регистраторов и адаптера линии связи.
Результаты исследований. Состав ферри-
магнитной фракции. Породы из изученных
скважин существенно различаются составом
магнитных минералов. По данным термомаг-
нитного анализа Js(T) в породах из скв. 4999
состав магнитной фракции достаточно одно-
роден и представлен высокожелезистыми
(молекулярная масса менее 10 % TiFe3O4) ти-
таномагнетитами, близкими по составу к маг-
нетиту (температуры Кюри при первом нагреве
500—565 °С). После первого нагрева величина Js
уменьшается, а температуры Кюри смещаются
к интервалу 510—515 °С, при этом форма кри-
вой Js(T) в целом сохраняется (рис. 3, a, в). Такое
поведение характерно для гетерофазно окис-
ленных титаномагнетитов, гомогенизирующих-
ся в процессе нагрева [Печерский, Диденко,
1995]. Результаты термомагнитного анализа Jrs
подтверждают результаты анализа Js (рис. 3, б,
Петромагнитные и электромагнитные параметры, использованные в работе
Параметр Обозначение Информативность параметра
Объемная магнитная вос-
приимчивость (измеренная
на низкой частоте)
kLF
Оценивает концентрацию ферримагнетика, зависит так-
же от состава ферримагнетика
Частотная зависимость маг-
нитной восприимчивости
Fd Параметр чувствителен к наличию зерен, соответствую-
щих по размеру границе перехода между однодоменным
и суперпарамагнитным состояниями
Намагниченность насыще-
ния
Js Оценивает концентрацию ферримагнетика, зависит так-
же от состава ферримагнетика
Коэрцитивная сила Bc Оценивает доменное состояние и размер зерна ферри-
магнетика, зависит от состава ферримагнетика
Остаточная намагничен-
ность насыщения
Jrs Оценивает концентрацию ферримагнетика, зависит так-
же от состава ферримагнетика
Остаточная коэрцитивная
сила
Bcr Оценивает доменное состояние и размер зерна ферри-
магнетика, зависит от состава ферримагнетика
Парамагнитная часть маг-
нитной восприимчивости
kpar
Оценивает вклад парамагнитных минералов в общую
восприимчивость
Ферримагнитная часть маг-
нитной восприимчивости
kfer
Оценивает вклад ферримагнитных минералов в общую
восприимчивость
Параметр магнитной жест-
кости S= –Jrs
Jrs
Оценивает соотношение между относительным содер-
жанием высококоэрцитивных (магнитожестких) и низ-
кокоэрцитивных (магнитомягких) ферримагнетиков
Эффективный размер маг-
нитного зерна
kfer/Jrs
Оценивает эффективный (средний) размер магнитного
зерна (для многодоменных и однодоменных зерен)
Спад остаточной намагни-
ченности насыщения после
выключения поля
Jrs Оценивает магнитное последействие для зерен со време-
нами релаксации <50 мс
Параметр суперпарамагне-
тизма
kfer/Js
Оценивает магнитное последействие всех суперпарамаг-
нитных зерен
ЭДС переходного процесса ЭДС Оценивает эффект магнитного последействия при изме-
рениях индукционной системой во временной области
А. Ю. КАЗАНСКИЙ, Г. Г. МАТАСОВА, Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, П. С. МАКСИМОВ
132 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012
г), кроме того, в образцах туфогенных пород
(обр. 4-9, 4-10, 4-11) и в двух образцах базаль-
тов (обр. 4-2, 4-4) обнаружено наличие гематита
(рис. 3, б, см. вставку), который не фиксируется
на кривых Js(T) ввиду его малой концентрации.
Состав магнитной фракции в породах из
скв. 5112 более сложен. По результатам термо-
магнитного анализа Js(T), наряду с образцами,
содержащими гетерофазно окисленные высо-
кожелезистые титаномагнетиты (обр. 5-2, 5-5
и 5-8), очень близкие по составу к таковым из
пород скв. 4999 (рис. 4, а—в), выделены образ-
цы с необратимыми кривыми Js(T). В процессе
нагрева исходный ферримагнетик с темпера-
турами Кюри 75—236 °С распадается с обра-
зованием новой фазы, близкой к магнетиту с
температурами Кюри 495—530 °С. При этом
величина Js после первого нагрева увеличива-
ется в 1,5—3,5 раза (рис. 4, в, д). По-видимому,
носителем намагниченности в этих образцах
являются однофазно окисленные титаномагне-
титы (титаномаггемиты) [Печерский Диденко,
1995]. Как и для пород из скв. 4999, результаты
термомагнитного анализа Js(T) подтверждают-
ся и дополняются результатами Jrs (T) (рис. 4,
г, е). Кроме титаномагнетитов и титаномагге-
митов в образцах 5-3, 5-5, 5-8 и 5-10 установлен
гематит (рис. 4, б, см. вставку).
Рис. 3. Результаты термомагнитного анализа пород скв. 4999: а — кривые Js(T) — однофазно окисленный титаномагне-
тит (базальт миндалекаменный); б — кривые Jrs(T), тот же образец на вставке — увеличенный фрагмент диаграммы в
температурном интервале выше 500 °С, иллюстрирующий наличе гематита; в — кривые Js(T) однофазно окисленного
титаномагнетита, практически обратимая кривая (базанит); г — кривые Jrs(T), тот же образец.
ВКЛАД МАГНИТНОГО ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ В ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ...
Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 133
Доменное состояние частиц. Доменное со-
стояние ферримагнитных зерен оценивалось
по отношениям параметров Bcr/Bc и Jsr/Js с по-
мощью диаграммы Дея—Данлопа [Day et al.,
1977; Dunlop , 2002]. На рис. 5 видно, что все
точки ложатся на теоретическую кривую для
смеси однодоменных (ОД) и многогодоменных
зерен [Dunlop, 2002], при этом содержание од-
нодоменных зерен, как правило, больше 30 %
(псевдооднодоменное состояние, в термино-
логии [Day et al., 1977]). Лишь один образец
(5-10) попадает в область, соответствующую
промежуточному (между однодоменным и
суперпарамагнитным) состоянию. Различий
в доменном состоянии пород различного пе-
трографического состава и разного состава
магнитных минералов не выявлено.
Поведение магнитных характеристик. Рас-
пределение концентрационно-чувствительных
магнитных характеристик по разрезам
изученных скважин в целом типично для
вулканогенно-осадочных толщ (см. рис. 2).
Самые низкие значения концентрационно-
чувствительных магнитных характеристик
(kLF, kfer, Jrs, Js) наблюдаются в туфах и туфо-
песчаниках, промежуточные значения ха-
рактерны для миндалекаменных базальтов, а
максимальные — для базанитов и изменен-
ных базальтов. Структурно-чувствительные
магнитные характеристики (Bc, Bcr), напро-
тив, демонстрируют пониженные значения в
Рис. 5. Доменное состояние изученных образцов: 1 — ба-
заниты; 2 — базальты; 3 — туфопесчаники и туфы; цифры
на кривой — % многодоменных частиц.
Рис. 4. Результаты термомагнитного анализа пород скв. 5112: а — кривые Js(T), однофазно окисленный титаномагнетит
(базальт миндалекаменный); б — кривые Jrs(T), тот же образец на вставке — увеличенный фрагмент диаграммы в тем-
пературном интервале выше 500 °С, иллюстрирующий наличие гематита; в — кривые Js(T), гетерофазно окисленный
титаномаггемит (базанит); г — кривые Jrs(T), тот же образец; Д — кривые Js(T), гетерофазно окисленный титаномаггемит
(измененный базальт); е — кривые Jrs(T), тот же образец.
А. Ю. КАЗАНСКИЙ, Г. Г. МАТАСОВА, Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, П. С. МАКСИМОВ
134 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012
базанитах и измененных базальтах. Параметр
S в базанитах и измененных базальтах, как пра-
вило, равен единице, тогда как в миндалека-
менных базальтах, туфопесчаниках и туфах
S<1. Значения петромагнитных параметров,
характеризующих магнитное последействие
(SPM, Jrs, Fd), также возрастают в горизонтах
базанитов и измененных базальтов и снижа-
ются в миндалекаменных базальтах, туфопес-
чаниках и туфах. Аналогичным образом ведет
себя и ЭДС переходного процесса (см. рис. 2).
Следует отметить, что изменения параме-
тров, измеренных с помощью магнитных ме-
тодов и индукционной системы на образцах
из скв. 5112, носят более резкий и нерегуляр-
ный характер по сравнению с образцами из
скв. 4999, но амплитуда этих изменений по
многим параметрам (kLF Js, kpar, Jrs, ЭДС) не-
сколько меньше.
Обсуждение результатов. Сравнение ха-
рактера изменений ЭДС переходного процесса
и петромагнитных характеристик показыва-
ет, что максимальный эффект магнитного по-
следействия по величине ЭДС, наблюдаемый
в образцах базанитов из скв. 4999 (глубина
106 м), совпадает с резким увеличением пара-
метров магнитной вязкости Jrs и Fd в том же
интервале глубин. В этом же интервале уве-
личиваются магнитная восприимчивость и
намагниченность насыщения и уменьшается
коэрцитивная сила. Отметим еще два принци-
пиальных момента: в этом интервале отсутству-
ют магнитожесткие минералы (S=1), а параметр
SPM не испытывает существенных изменений.
Наиболее вероятной представляется следую-
щая интерпретация полученных результатов:
основной вклад в электромагнитное поле маг-
нитного последействия вносят частицы, по раз-
мерам близкие к границе суперпарамагнитного
(СП) и стабильного однодоменного состояний.
Относительно резкое увеличение параметров
Fd и Jrs позволяет предполагать, что время ре-
лаксации зерен, участвующих в этом процессе,
ограничено сверху значением для нижней гра-
ницы суперпарамагнитного состояния (<100 с)
[Dunlop, 1973], а снизу — временем между из-
мерениями Jrs на коэрцитивном спектроме-
тре, равным 50 мс [Jasonov et al, 1998]. Зерна
с меньшими временами релаксации, судя по
значениям параметра SPM (интегральная ха-
рактеристика суперпарамагнитных зерен [En-
cyclopedia ..., 2007]), в этом процессе практи-
чески не участвуют. Ограниченный диапазон
времен релаксации дает возможность оценить
диапазон размеров зерен, ответственных за
данный механизм магнитного последействия.
Поскольку состав магнитных зерен в иссле-
дуемом интервале глубин близок к магнетиту,
можно использовать логарифмическую за-
висимость между объемом магнитного зерна
магнетита и временем релаксации намагничен-
ности [Yoshida et al., 1994]. Время релаксации,
равное 0,05 с, дает нижнюю оценку размера
зерна в 0,0254 мкм. С учетом того что крити-
ческий размер СП/ОД состояний оценивается
величиной 0,029 мкм [Нагата, 1965], диапазон
размеров зерен, обеспечивающих основной
вклад магнитного последействия в индукцион-
ные переходные характеристики, оценивается
как довольно узкий (0,0254—0,029 мкм). Этот
вывод с позиций теории однодоменных частиц
[Нагата, 1965] хорошо объясняет рост магнит-
ной восприимчивости и намагниченности на-
сыщения в соответствующих интервалах при
одновременном снижении коэрцитивной силы
(см. рис. 2). Дополнительным аргументом яв-
ляется снижение kpar в интервалах увеличения
магнитной восприимчивости и Js, свидетель-
ствующее о том, что суперпарамагнитные ча-
стицы при интерпретации данных магнитного
гистерезиса не были включены в «парамагнит-
ный фон».
Следует оговориться, что данный интервал
разреза представлен наименее измененными
породами (базанитами), о чем свидетельству-
ют близкие к обратимым кривые Js(T) и зна-
чения S=1. Таким образом, явление магнитно-
го последействия здесь связано с первично-
магматическими зернами магнитных минералов.
Иная картина наблюдается для пород,
вскрытых скв. 5112. Изменения ЭДС по раз-
резу здесь, по крайней мере, в 3 раза ниже,
чем для образцов из скв. 4999. Горизонты ба-
занитов в скв. 5112 также отмечаются здесь по-
вышенными значениями ЭДС, однако самые
высокие ее значения соответствуют изменен-
ным базальтам в верхней части разреза (см.
рис. 2). Все интервалы повышенной ЭДС, как
и в скв. 4999, характеризуются значениями S=1,
что указывает на отсутствие в этих интервалах
магнитожестких минералов, в частности гема-
тита. Последний в базальтовых толщах, скорее
всего, является конечным продуктом окисле-
ния титаномагнетитов и титаномаггемитов и,
таким образом, представляет собой вторичный
продукт, наследующий размеры исходных
ферримагнитных зерен [Печерский, Диденко,
1995]. Поскольку критический размер однодо-
менного состояния для гематита существенно
выше, чем у титаномаггемитов и маггемита,
ВКЛАД МАГНИТНОГО ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ В ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ...
Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 135
новообразованный гематит находится пре-
имущественно в суперпарамагнитном состо-
янии [Печерский, 1985]. Однако даже в этом
случае эффект магнитного последействия для
суперпарамагнитных зерен гематита невелик в
силу существенных различий в kLF и Js гемати-
та и минералов магнетит-титаномагнетитового
ряда [Dunlop, Ozdemir, 1997].
Отметим, что повышенные значения ЭДС
в породах скв. 5112 не сопровождаются увели-
чением параметров kLF и Js (см. рис. 2), лишь
величина Bc в этих интервалах достигает самых
низких значений (<10 мТл). При этом значения
параметров Jrs и Fd (за исключением характе-
ризующих верхний горизонт) практически не
изменяются по разрезу, что свидетельствует
об отсутствии магнитных зерен с временами
релаксации более 50 мс.
Наличие более мелких суперпарамагнитных
зерен четко фиксируется по изменениям пара-
метров SPM и эффективному размеру магнит-
ного зерна («Size» на рис. 2), демонстрирующих
прямую корреляцию с ЭДС. Если корреляция
изменений параметра SPM (как интегральной
характеристики суперпарамагнитных зерен)
с ЭДС вполне понятна, то рост эффективного
размера зерна на интервалах с высоким со-
держанием мелких суперпарамегнитных зерен
требует пояснения. Как известно, отношение
kfer/Jrs может служить для оценки эффективно-
го размера зерна только в случае многодомен-
ных и однодоменных зерен. Наличие мелких
суперпарамагнитных частиц нарушает эту за-
кономерность [Thompson, Oldfield, 1986], т. е.
резкое повышение kfer/Jrs в данном случае как
раз свидетельствует об этом.
Наиболее вероятным представляется, что
мелкие суперпарамагнитные зерна не вносят
существенного вклада в ЭДС переходных про-
цессов. В тех горизонтах, где имеются только
мелкие супепарамагнитные частицы, ЭДС в
2—6 раз ниже, чем в горизонтах с крупными
суперпарамагнитными частицами (см. рис. 2).
Например, в измененных базальтах, вскрытых
скв. 5112, в которых фиксируются наиболее
крупные (по значениям Fd) суперпарамагнит-
ные частицы, ЭДС в 1,8 раза выше, чем в ниже-
лежащем горизонте базанитов, где такие зерна
отсутствуют.
В отличие от пород, вскрытых скв. 4999, по-
роды скв. 5112 претерпели существенные вто-
ричные изменения. Состав магнитных минера-
лов этих пород свидетельствует о неравномер-
ном окислении исходных ферримагнетиков
и, таким образом, об уничтожении первично-
магматических минералов и образовании вто-
ричных магнитных зерен. Эти различия в со-
хранности ферромагнитных зерен и обуслов-
ливают особенности проявления магнитного
последействия на изученных объектах. Сла-
боизмененные первично-магматические фер-
римагнетики в породах, вскрытых скв. 4999,
обеспечивают максимальный эффект маг-
нитного последействия за счет относительно
крупных суперпарамагнитных частиц с узким
диапазоном размеров зерен вблизи границы
СП—ОД-состояний. Именно этот эффект про-
является при измерениях во временной обла-
сти в методе переходных процессов. В сильно
измененных породах, вскрытых скв. 5112, та-
кие зерна, в основном, отсутствуют, тогда как
вклад мелких суперпарамагнитных зерен с вре-
менами релаксации менее 0,05 с в индукцион-
ные переходные характеристики составляет не
более 30 % по сравнению с вкладом, создавае-
мым вследствие релаксации намагниченности
крупных зерен.
Выводы. Наибольший вклад в эффект маг-
нитного последействия в индукционные пере-
ходные характеристики вносят наименее из-
мененные породы, в рассматриваемом случае
это массивные базаниты, магнитные минералы
которых менее всего окислены.
Эффект магнитного последействия опреде-
ляется преимущественно наличием суперпа-
рамагнитных частиц высокожелезистых тита-
номагнетитов, близких по составу к магнети-
ту, размеры которых находятся в достаточно
узком интервале (наиболее вероятно 0,0254—
0,029 мкм). Времена релаксации таких частиц
составляют от 0,05 до 100 с. Наличие частиц
такого размера уверенно определяется по по-
вышению магнитной восприимчивости и на-
магниченности насыщения с одновременным
снижением коэрцитивной силы.
Вклад релаксации намагниченности бо-
лее мелких суперпарамагнитных зерен (вре-
мена релаксации менее 0,05 с, размер менее
0,0254 мкм) в индукционные переходные харак-
теристики примерно в 3 раза ниже. Наличие
мелких частиц не сопровождается ростом маг-
нитной восприимчивости и намагниченности
насыщения, хотя коэрцитивная сила в таких ин-
тервалах снижается даже больше, чем для круп-
ных (0,0254—0,029 мкм) суперпарамагнитных
частиц. Диагностика таких частиц возможна
по повышению параметра SPM и увеличению
эффективного размера магнитного зерна.
А. Ю. КАЗАНСКИЙ, Г. Г. МАТАСОВА, Н. О. КОЖЕВНИКОВ, Е. Ю. АНТОНОВ, П. С. МАКСИМОВ
136 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012
Антонов Е. Ю., Кожевников Н. О., Максимов П. С.,
Гомульский В. В. Импульсная индуктивная элек-
троразведка геологических сред с вязкостью
// Материалы Пятой всерос. школы-семинара
им. М. Н. Бердичевского и Л. Л. Ваньяна по
электромагнитным зондированиям Земли —
ЭМЗ-2011. — В 2 кн.— СПб.: Изд-во СПб ун-та,
2011. — Кн. 2. — С. 11—14.
Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Влияние релак-
сации намагниченности однородного полупро-
странства на индукционные переходные харак-
теристики // Геология и геофизика. — 2008. — 49,
№ 3. — С. 262—276.
Митрофанов Е. А., Рогова В. П., Аввакумов В. В.,
Кучеренко А. А., Нестерова Н. В. Минералого-
геохимические особенности неогенового ура-
нового месторождения Источное (Амалатское
плато базальтов) // Изв. ИрГУ. Сер. Науки о Зем-
ле. — 2010. — 3, № 2. — С. 126—138.
Нагата Т. Магнетизм горных пород. — Москва:
Мир, 1965. — 348 с.
Печерский Д. М. Петромагнетизм и палеомагнетизм.
— Москва: Наука, 1985. — 127 с.
Печерский Д. М., Диденко А. Н. Палеоазиатский
океан. — Москва: ОИФЗ РАН, 1995. — 298 с.
Рассказов С. В., Лямина Н. А., Черняева Г. П., Лузи-
на И. В., Руднев А. Ф., Резанов И. Н. Стратиграфия
кайнозоя Витимского плоскогорья: феномен дли-
тельного рифтогенеза на юге Восточной Сибири.
— Новосибирск: Гео, 2007. — 193 с.
Трухин В. И. Введение в магнетизм горных пород. —
Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1973. — 272 с.
Day R., Fuller M., Schmidt V. A. Hysteresis properties
of titanomagnetites: grain-size and compositional
dependence // Phys. Earth Planet. Inter. — 1977. —
13. — P. 260—267.
Dunlop D. J. Superparamagnetic and Single-Domain
Threshold Sizes in Magnetite // J. Geophys. Res.
—1973. — 78, № 11. — P. 1780—1793.
Dunlop D. J. Theory and application of the Day plot
(M-rs/M-s versus H-cr/H-c) // J. Geophys. Res. S.
Solid Earth. — 2002. — 107, iss. B3. — P. 2046—2067.
Dunlop D. J., Ozdemir О. Rock Magnetism: Fundamen-
tals and Frontiers. — New York; London; Cambridge:
Cambr. Univ. Press, 1997. — 573 p.
Encyclopedia of Geomagnetism and Paleomagnetism /
Eds D. Gubbins, E. Herrero-Bervera. — Dordrecht:
Springer-Verlag, 2007. — 1054 p.
Jasonov P. G., Nourgaliev D. K., Bourov B. V., Heller F.
A modernized coercivity spectrometer // Geologica
Carpathica. — 1998. — 49, № 3. — P. 224—226.
Thompson R., Oldfield F. Environmental Magnetism. —
London: Allen and Unwin, 1986. — 227 p.
Yoshida M., Fujiwara Y., Khadim I. M., Ali M., Ah-
mad M. N. Magnetic Approaches to Geological
Sciences. Part I: Paleomagnetism and its Applica-
tions. — Islamabad, Pakistan: Geoscience Lab., GSP
and JIGA, 1994. — 284 p.
Список литературы
|