Введение к работе
Актуальность исследований. Впервые выполнено исследование магнитоакустической эмиссии, связанной с перестройкой доменных границ под воздействием внешнего магнитного поля и строением изучаемого объекта на природных ферримагнетиках, состав и структура которых, с одной стороны, определяются их генезисом, а с другой – последующим воздействием геологических процессов. Поэтому полученная информация может быть использована в качестве типоморфных особенностей природных ферримагнетиков различного генезиса. Результаты исследования влияющих на параметры магнитоакустической эмиссии внешних воздействующих факторов (давление и температура) позволяют получить дополнительную информацию о динамике локальных аномалий земного магнитного поля.
Цель работы. Изучение магнитоакустической эмиссии (МАЭ) и магнитострикции природных ферримагнетиков различного генезиса, исследование зависимости магнитоакустической эмиссии от внешних воздействий.
Задачи исследования:
1. Разработка и изготовление аппаратурного комплекса, создающего переменное намагничивающее магнитное поле, изменяющееся по амплитуде от 0 до ± 200 кА/м, с частотой перемагничивания от 0,01 до 10 Гц, для изучения магнитоакустической эмиссии и гистерезиса магнитострикции на образцах природных ферримагнетиков.
2. Измерение магнитоакустической эмиссии и гистерезиса магнитострикции на образцах магнетитовых и титаномагнетитовых руд различных месторождений.
3. Выделение информативных параметров магнитоакустической эмиссии, связанных с особенностями генезиса изучаемых образцов.
4. Изучение влияния на параметры сигналов магнитоакустической эмиссии температурных воздействий, давления и структурно-текстурных особенностей руд.
Методы исследования. Лабораторные экспериментальные исследования, обобщение и детальный анализ полученных результатов.
Основные защищаемые положения:
1. Впервые изучена магнитоакустическая эмиссия на монокристаллах магнетита и определены основные информационные параметры магнитоакустической эмиссии: амплитуда сигнала; форма кривой МАЭ; значение магнитных полей, на которых отмечаются максимумы и минимумы кривой.
2. Установлено уменьшение амплитуды МАЭ при одностороннем сжатии, полное исчезновение сигналов МАЭ при дроблении и истирании, анизотропия сигналов МАЭ при намагничивании по трём, взаимно перпендикулярным направлениям, аддитивное сложение сигналов МАЭ при наличии в образцах двух и более генераций природных ферримагнетиков.
3. Изучена магнитоакустическая эмиссия магнетитовых и титаномагнетитовых руд железорудных месторождений скарново-магнетитовой рудной формации и гидротермально-силикатного типа. Установлено, что различные условия образования магнетита отражены в различиях основных информационных параметров МАЭ.
Научная новизна работы:
1. Для монокристалла магнетита установлено наличие двух максимумов на кривой зависимости амплитуды сигнала МАЭ от поля. Амплитуда сигнала магнитоакустической эмиссии кристалла магнетита превышает амплитуду сигнала поликристаллических образцов магнетитовых руд в 1040 раз. Определена оптимальная частота перемагничивания, равная 0,1 Гц, и оптимальная частота приёма, равная 130-140 кГц. Получено, что уменьшение частоты приёма приводит к уменьшению амплитуды принимаемого сигнала.
2. Впервые исследована связь магнитострикции и амплитуды сигнала МАЭ на образцах природных ферримагнетиков (магнетитов и титаномагнетитов) различных месторождений. Установлено, что чем больше амплитуда сигнала МАЭ магнетитовых руд, тем больше значение магнитострикции.
3. Установлена связь между параметрами сигнала магнитоакустической эмиссии и условиями образования природных ферримагнетиков. Показано, что наличие в образце нескольких генераций магнетита приводит к появлению на кривой зависимости МАЭ от поля дополнительных пиков. Форма и амплитуда сигнала МАЭ существенно зависят от типа исследуемого месторождения. На примере Естюнинского месторождения показано, что зональность рудных тел по минералогическим данным совпадает с зональностью по МАЭ.
4. Изучена зависимость сигнала магнитоакустической эмиссии при отжиге, давлении, дроблении и т.д. Показано, что амплитуда сигналов магнитоакустической эмиссии уменьшается при одностороннем сжатии и полностью исчезает при дроблении. При нагреве и последующем охлаждении часть исследуемых образцов не меняет амплитуды и формы сигнала МАЭ, а у ряда образцов нагрев ведет к изменению амплитуды сигнала МАЭ.
Практическая реализация результатов работы. Исследование магнитоакустической эмиссии позволяет расширить круг решаемых задач, в том числе связанных с генезисом железорудных месторождений.
Полученные в процессе работы результаты нашли практическое применение при изучении условий образования магнетитов Естюнинского месторождения. Изучение особенностей спектра сигналов магнитоакустической эмиссии позволило уточнить конкретные геологические выводы об условиях образования магнетитов Каларского анортозитового массива (Уссурийское рудное поле).
Апробация работы и публикации. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на X Уральской конференции молодых геологов и геофизиков «Геология и полезные ископаемые Урала» (Свердловск, 1989); VII Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы магнитных измерений и магнитоизмерительной аппаратуры» (Ленинград, 1989); IV Съезде по геомагнетизму (Суздаль, март 1991); межрегиональной конференции «Демпфирующие материалы» (Ижевск, 1991); XI Уральской конференции молодых геологов и геофизиков «Геология и полезные ископаемые Урала» (Свердловск, 1991); международной конференции «Геодинамика и напряжённое состояние земных недр» (Новосибирск, 1999); региональной конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Европейской территории России и Урала» (Екатеринбург, 2000); Вторых научных чтениях Булашевича Ю. П. «Физика Земли, геофизические методы исследования литосферы и поисков полезных ископаемых» (Екатеринбург, 2003); международной геофизической конференции и выставке «Геофизика XXI века – прорыв в будущее» (Москва, 2003); V международной научно-технической школе-семинаре «Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления» (Ижевск, 2004); IV межрегиональном форуме «Приборостроение-2004» (В. Пышма, Свердловская обл., 2004).
По теме диссертации опубликовано семь статей и восемь тезисов докладов.
Личный вклад автора. Работа выполнена в лаборатории скважинной геофизики Института геофизики УрО РАН в период с 1989 по 2006 гг. Аппаратурный комплекс разработан и изготовлен автором. Экспериментальные исследования проведены автором, обработка результатов и анализ выполнены совместно с научным руководителем.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объём работы, включая 49 рисунков, три таблицы и список литературы из 75 наименований, составляет 98 страниц.
Автор признателен своему научному руководителю к.г.-м.н. Глухих И. И., членам-корреспондентам РАН Горкунову Э. С., Мартышко П. С., Уткину В. И., д.т.н. Ломаеву Г. В., к.г.-м.н. Алёшину К. А., к.ф.-м.н. Доломанскому Ю. К. за консультации, предоставление образцов, обсуждение и рецензирование материалов.
Их помощь оказала существенное влияние на формирование научно-материалистических взглядов автора при выполнении работы.
