Эффекты магнитотекстурной памяти горных пород и влияние на них механического давления Ершов, Андрей Николаевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что магнитная текстура, образующаяся в породах в результате их термомагнитной обработки хранит информацию о напряженности действовавшего на породу магнитного поля. На основе исследований эффектов магнитотекстурной памяти (МТП) был развит метод ступенчатого перемагничивания (метод СП) для определения палеонапряженности геомагнитного поля, магнитный геотермометр для определения палеотемператур, а также различные методы, позволяющие определять характеристики магнитных полей, создавших ту или иную магнитную текстуру.

В природных условиях магнитная текстура пород формируется в условиях давления окружающих толщ. Поскольку многие петрофизи-ческие свойства пород зависят от давления, естественно предположить, что эффекты МТП также могут зависеть от давления. В то же время эта зависимость до сих пор не была исследована.

Изучение влияния давления на магнитотекстурную память важно как с теоретической, так и с практической точек зрения, поскольку требуется знать, насколько применимы методы, основанные на данных эффектах, для пород, расположенных на разных глубинах. Кроме того, изучение влияния давления на МТП может оказаться важным при разработках методик определения палеодавления.

В настоящее время существует феноменологическая модель эффектов магнитотекстурной памяти, построенная на основе диаграммы Прейзаха. но нет физико-математической теории этих эффектов.

Целью работы явилось исследование влияния дазления на эффекты магнитотекстурной памяти, создаваемой в различных условиях, построение физико-математической модели этих эффектов.

Основные задачи работы.

1. Исследование влияния механического давления (Р_х) на процесс наведения в горных породах различных видов магнитотекстурной памяти в изотермических условиях (при комнатной температуре).

2. Исследование влияния Р_х на магнитотекстурную память, создаваемую в породе при ее термонамагничивании.

3. Построение физико-математической модели эффектов МТП и сравнительная оценка энергетических параметров магнитной тексту-

ры, определяющей эти эффекты.

Научная новизна работы определяется следующими результатами.

1. В работе впервые изучено влияние одноосного механического давления на эффекты магнитотекстурной памяти горных пород. Установлено, что давление в сильной степени влияет на магнито-текстурную память горных пород, создаваемую при различных температурах.

Z. В горных породах возможно возникновение гигантских скачков Баркгаузена, приводящих к ступенчатому изменению намагниченности на петлях гистерезиса, подобных тем, что наблюдаются на бистабильных магнитных элементах, используемых в технике.

" 3. Эффекты магнитотекстурной памяти зависят от частоты магнитного поля, в котором они измеряются. При этом МТП уменьшается с ростом частоты переменного магнитного поля.

4. Разработана физико-математическая модель магнитотекстурной памяти пород, содержащих многодоменные ферримагнитные зерна, которая позволила оценить "относительные энергетические параметры потенциальных барьеров, вызывающих эффекты МТП.

Практическая ценность. Для решения практических задач пале-омагнитологии наиболее существенным является следующее:

установлена возможность использования эффектов МТП для разработки методов определения палеодавления;

показано, что в природе существуют породы, содержащие магнитные минералы с магнитной текстурой подобной текстуре бистабильных материалов, применяемых для устройств автоматики и измерительной техники;

установлено, что при использовании различных методов исследования МТП, а также при применении метода СП для определения палеонапряженности следует пользоваться переменными магнитными полями не высокой частоты;

в рамках предложенной физико-математической модели МТП сделана оценка ее энергетических параметров. Показано, что для возникновения в породах эффектов магнитотекстурной памяти не требуется наличия в них каких-либо специфических добавок. Таким образом, теоретически подтверждено, что эффекты МТП могут наблюдаться на широком классе горных пород.

Основными защищаемыми положениями работы являются:

4. Экспериментальное изучение влияния механического давления на различные виды магнитотекстурной памяти, создаваемой в разных условиях.

5. Анализ физических процессов, сопровождающих наведение МТП под давлением.

6. Физико-математическая модель эффектов МТП.

7. Экспериментальные наблюдения эффектов, обусловленных большими скачками Баркгаузена, на базальтовых лавах Камчатки и искусственных ферримагнетиках.

8. Зависимость эффектов МТП от частоты намагничивающего поля.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на международной школе-семинаре "Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления" (г. Пушкиногорск, 1995г.), на международной конференции "Problems of Geocosmos" (г. Санкт-Петербург, Петергоф, 1996 г.), Всероссийских семинарах "Палеомагнетизм и магнетизм горных пород" (п. Борок, 1996, 1997 гг.), на областной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные проблемы естествознания" (г. Ярославль, 1997 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (106 наименований). Общий объем работы составляет 112 страниц, в том числе 37 рисунков, 2 таблицы.

Диссертационная работа выполнена автором в аспирантуре РГАТА под научным руководством доктора физико-математических наук, профессора Вечфинского B.C. и кандидата физико-математических наук Цельмовича В.А.

Автор благодарит В.С. Вечфинского и В.А.Цельмовича за руководство работой, Д.А.Ларионова за помощь в проведении экспериментов и ценные советы, А.К.Крикова и Б.Б.Малкова за помощь в наладке аппаратуры.