О методике псевдо-Телье для однодоменных невзаимодействующих частиц. Теория и эксперимент

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

На основе строгого решения кинетических уравнений для одноосных хаотически ориентированных в пространстве невзаимодействующих однодоменных частиц численно промоделирована методика псевдо-Телье. Выполнены лабораторные эксперименты по определению относительной палеонапряженности Bдр с термоостаточной намагниченностью (TRM), созданной на образцах изверженных пород в случайных полях Всл, доменная структура зерен этих образцов варьирует от одно- до многодоменной. Как теоретические, так и экспериментальные диаграммы псевдо-Араи можно разбить на два квазипрямолинейных участка, один из которых расположен в относительно низкокоэрцитивной области Bc < 40–50 мТл, а второй — при более высоких амплитудах переменного поля (AF). Определения относительной палеонапряженности Bдр на изверженных породах, несущих TRM, выполненные на низкокоэрцитивных сегментах диаграмм псевдо-Араи, дают вполне удовлетворительные результаты с коэффициентом линейной корреляции R = 0.8 между истинным полем Bсл и Bдр, определенным по методике псевдо-Телье.

Показано, что при учете термофлуктуаций для относительно магнитно-мягких и мелких частиц (что соответствует невысоким блокирующим температурам) существует значительное различие между коэрцитивной силой частицы Bcr и фактическим полем ее намагничивания (размагничивания). Основной вывод работы заключается в том, что применение методики псевдо-Телье к изверженным породам является перспективным направлением, и его развитие как в методическом, так и в практическом аспектах может принести интересные результаты, особенно при применении к образцам, неустойчивым к магнитоминералогическим изменениям в процессе применения классического метода Телье.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. П. Щербаков

Геофизическая обсерватория “Борок” Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shcherbakovv@list.ru
Россия, Борок, Ярославская область

Н. К. Сычева

Геофизическая обсерватория “Борок” Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: shcherbakovv@list.ru
Россия, Борок, Ярославская область

Н. А. Афиногенова

Геофизическая обсерватория “Борок” Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: shcherbakovv@list.ru
Россия, Борок, Ярославская область

М. А. Смирнов

Геофизическая обсерватория “Борок” Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: shcherbakovv@list.ru
Россия, Борок, Ярославская область

Г. В. Жидков

Геофизическая обсерватория “Борок” Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: shcherbakovv@list.ru
Россия, Борок, Ярославская область

Список литературы

  1. Афремов Л.Л., Харитонский П.В. О магнитостатическом взаимодействии в ансамбле растущих однодоменных зерен // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. № 2. 1988. С. 101–105.
  2. Белоконь В.И., Нефедев К.В. Функция распределения случайных полей взаимодействия в неупорядоченных магнетиках. Спиновое и макроспиновое стекло // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2001. Т. 120. Вып. 1(7). С. 156–164.
  3. Большаков А.С., Щербакова В.В. Термомагнитный критерий определения доменной структуры ферромагнетиков // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1979. № 2. C.38–47.
  4. Методы палеомагнитных исследований горных пород [Текст] / В.И. Белоконь, В.В. Кочегура, Л.Е. Шолпо; М-во геологии СССР. Всесоюз. науч.-исслед. геол. ин-т “ВСЕГЕИ”. Л.: Недра. Ленингр. отд-ние. 1973. 247 с.
  5. Кузина Д.М., Щербаков В.П., Сальная Н.В., Юсупова А.Р., Ли Х.Ч., Нургалиев Д.К. Относительная палеонапряженность геомагнитного поля за последние 9000 лет по донным осадкам озера Шира, северная Хакасия, определенная по методу псевдо-Телье // Физика Земли. 2024. С. 161–168. doi: 10.31857/S0002333724040111
  6. Сычев А.Н., Смирнов М.А., Виноградов Ю.К. Трехкомпонентный программируемый термомагнитометр. Научно-практическая конференция “Научное приборостроение — современное состояние и перспективы развития”, Москва, 15–16 ноября 2016 г. Сборник материалов. М.: “Богородский печатник”. 2016. С. 200–202. ISBN 978-5-89589-102-5.
  7. Щербаков В.П., Сычева Н.К. Теория безгистерезисной остаточной намагниченности однодоменных зерен // Физика Земли. 2023. № 5. С. 3–12. doi: 10.31857/S0002333723050095
  8. Щербаков В.П., Сычева Н.К. Теория безгистерезисной остаточной намагниченности для хаотически ориентированных в пространстве одноосных однодоменных частиц // Физика Земли. 2024. № 6. С. 3–12.
  9. Щербаков В.П., Щербакова В.В. О магнитостатическом взаимодействии в системе однодоменных зерен // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1975. № 9. С. 101 — 104.
  10. Brown W.F. Thermal fluctuation of a single-domain particle // Phys. Rev. 1963. V. 130. P. 1677–1686.
  11. Dekkers M.J., Böhnel H.N. Reliable absolute palaeointensities independent of magnetic domain state // Earth Planet. Sci. Lett. 2006. V. 248. P. 507–516.
  12. de Groot L.V., Biggin A.J., Dekkers M.J., Langereis C.G., Herrero-Bervera E. Rapid regional perturbations to the recent global geomagnetic decay revealed by a new Hawaiian record // Nat. Commun. 2013. №4. doi: 10.1038/ncomms3727
  13. Dunlop D., Ozdemir O. Rock magnetism. Fundamentals and frontiers. Cambridge University Press. 1997. 573 p.
  14. Egli R. Theoretical considerations on the anhysteretic remanent magnetization of interacting particles with uniaxial anisotropy // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B12S18, doi: 10.1029/2006JB004577
  15. Le Mouël J.L., P. Shebalin, A. Khokhlov Earth magnetic field modeling from Oersted and Champ data // Earth Planet. Space. 2010. V. 62. P. 1–10.
  16. Kruiver P., Kok Y., Dekkers M., Langereis C., Laj C. A pseudo-Thellier relative palaeointensity record, and rock magnetic and geochemical parameters in relation to climate during the last 276 kyr in the Azores region // Geophysical Journal International. 1999. V. 136. P. 757–770. https://doi.org/10.1046/j.1365-246x.1999.00777.x
  17. Néel L. Some theoretical aspects of rock-magnetism // Advances in Physics. 1955. № 4(14). P. 191–243. https://doi.org/10.1080/00018735500101204
  18. Paterson Greig A., Heslop David and Yongxin Pan The pseudo-Thellier palaeointensity method: new calibration and uncertainty estimates // Geophys. J. Int. 2016. V. 207. P. 1596–1608. doi: 10.1093/gji/ggw349
  19. Shcherbakov V.P., Lhuillier F., Sycheva N.K. Exact Analytical Solutions for Kinetic Equations Describing Thermochemical Remanence Acquisition for Single-Domain Grains: Implications for Absolute Paleointensity Determinations // JGR Solid Earth. 2021. V. 126. Is. 5. P. 1–24. doi: 10.1029/2020JB021536
  20. Shcherbakova V.V., Shcherbakov V.P., Heider F. Properties of partial thermoremanent magnetization in PSD and MD magnetite grains // J.Geophys. Res. 2000. V.105. № B1. P. 767–782.
  21. Smirnov M., Sychev A., Salnaia N., Minaev P., Powerman V., Veselovskiy R. “ORION”– the versatile Full-vector Sample Magnetometer for Paleointensity, Rock Magnetic and Paleomagnetic Studies // Geophysical Research Abstracts. 2019. V. 21. EGU2019-5608. EGU General Assembly 2019.
  22. Tauxe L., Pick T., Kok Y. S. Relative paleointensity in sediments: A pseudo-Thellier approach // Geophys. Res. Lett. 1995. V. 22. P. 2885– 2888.
  23. Veselovskiy R.V., Samsonov A.V., Stepanova A.V., Salnikova E.B., Larionova Y.O., Travin A.V., Arzamastsev A.A., Egorova S.V., Erofeevac K.G., Stifeeva M.V., Shcherbakova V.V., Shcherbakov V.P., Zhidkov G.V., Zakharov V.S. 1.86 Ga key paleomagnetic pole from the Murmansk craton intrusions — Eastern Murman Sill Province, NE Fennoscandia: Multidisciplinary approach and paleotectonic applications // Precambr. Res. 2019. V. 324. P. 126–145. doi.org/10.1016/j.precamres.2019.01.017

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кривые приобретения pARM в постоянном поле Bdc = 50 мкТл в зависимости от амплитуды приложенного переменного поля Baf (мТл). Обрыв всех кривых ARM (Baf) слева связан с тем, что при Baf < Bdb величина ARM равна нулю. (а) — Bc = 30 мТл, ψ = 0; (б) — Bc = 30 мТл, ψ = π / 4; (в) — Bc = 60 мТл, ψ = 0; (г) — Bc = 60 мТл, ψ = π / 4. Параметр коэрцитивности  и размер частиц d = v1/3 указаны цифрами у кривых. Объем частиц v вычислялся из условия  при Ms = 480 кА/м, Tr = 300°К (напомним, что, согласно (4), критическое поле перемагничивания Bcr для ψ = π / 4 в два раза меньше, чем для ψ = 0 при той же самой микрокоэрцитивной силе Bc).

Скачать (357KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость деблокирующей амплитуды поля Bdb от параметра коэрцитивности g. Крестики — расчет по приближенным формулам (8) — (а), ψ = π / 4 и (9) — (б), ψ = 0; треугольники — оценка Bdb по кривым на графиках (1). Кривые в нижней половине диаграмм построены для Bc = 30 мТл, в верхней — для Bc = 60 мТл. Горизонтальные линии в середине диаграмм соответствуют значению Bcr (ψ) для точек в нижней части рисунков, такие же линии вверху маркируют значение Bcr для точек в верхней части рисунков.

Скачать (161KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Гистограммы распределения величин Bc, v, g: верхний ряд графиков — для сценария 1 (таблица), нижний — для сценария 2.

Скачать (797KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграммы псевдо-Араи, построенные по результатам моделирования методики псевдо-Телье. Амплитуда Baf (мТл) показана цифрами при точках на диаграммах: (а) — сценарий 1 (таблица); (б) — сценарий 2. Данные нормированы на полную TRM.

Скачать (200KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость отношения ARM/TRM от Вс для d = 30 нм (кривая 1), 50 нм (кривая 2) и 70 нм (кривая 3).

Скачать (77KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Коллекция долеритовых силлов Мурманского кратона: (а) — корреляционная связь между ARM и TRM, R — коэффициент корреляции; (б) — сравнение величины внешнего поля Вдр, определенного по методу псевдо-Телье в поле Bлаб = 50 мкТл c истинным полем Всл, в котором приобреталась TRM, используемая для определения относительной палеонапряженности Вдр. Всего на каждой из диаграмм представлены результаты по 35 образцам.

Скачать (143KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Примеры определения Вдр по методу псевдо-Телье на образцах из коллекции долеритовых силлов Мурманского кратона: (а) — образец 15, Всл = 150 мкТл, Вдр = 215 мкТл; (б) — образец 719, Всл = 73 мкТл, Вдр = 144 мкТл; (в) — образец 269, Всл = 88 мкТл, Вдр = 123.7 мкТл; (г) — образец 242 представлен как пример неинтерпретируемой диаграммы, когда на ней невозможно выделить достаточно протяженный прямолинейный участок.

Скачать (355KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Оценка доменной структуры по термомагнитному критерию: пунктирные линии маркируют верхнюю температуру Т2 интервала создания pTRM (Т2, Т1). (а), (б) и (в) — образец HUW; (г), (д) и (е) – образец D37.

Скачать (306KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Определения Вдр в поле Bлаб = 50 мкТл по методу псевдо-Телье на искусственных образцах, содержащих ОД зерна катион-дефицитного магнетита: (а) — образец HUW, Вдр = 180 мкТл; (б) — образец D37, Вдр = 240 мкТл.

Скачать (183KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025