07-5-36 ( 2.66 MB ) - Вестник Московского университета

В естник Мо сков ско г о унив ер с ит е та. Серия
36
УДК
Физика. А с трономия.
3.
2007.
№
[4],
глу­
5
550:382.3
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МАJГНИТНЫХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ
ПОДВОДНЫХ БАЗАЛЬТОВ КРАСНОГО МОРЯ И ДРУГИХ
РИФТОВJЫХ ЗОН
Е. С. Курочкина
(кафедра физ ики Земли)
kurochkiпa@phys.msu.ru
E-mail:
Подробно изучены магнитные свойства базальтов молодой рифтовой зоны Красно­
го моря. Показано, что особенности магнитных свойств базальтов свидетельствуют
о сложном характере эволюции красноморской рифтовой зоны. Проведен сравни­
тельный анализ магнитных характеристик базальтов рифтовой зоны Красного моря
и других рифтовых зон. Установлены причины повышенных значений естественной
остаточной намагниченности
In
и фактора Кенигсбергера Qп
базальтов Красного
моря.
Согласно современным представлениям, Красное
-
море
типичный
рифтовых зон
При
пример
[ 1].
ных
базальтов
рые
особенности
[2]
в южной части Красного моря. Согласно
бина
магнитных
Красного
их
Q n = kоНг.
комплексной
Института
СССР
моря
показано,
при
образовании
давлений
выявились
некото­
на фракции начиналось при умеренных давлениях.
частности,
Дифференциация завершилась ближе к поверхно­
что
В
они
Эти
fп
обладают
и фактора Кенигсбер­
результаты
были
геолого-геофизической
океанологии
(1980
магмы
подвод­
характеристик.
было
точной намагниченности
в
первичной
свойств
им.
П. П.
получены
экспедиции
Ширшова
В
статье
анализ
(Н =
в
ний fп и Q n базальтов Красного моря было решено
провести сравнительный анализ магнитных свойств
кбар.
Разделение
магмы
был
[5]
проведен
(серия
присутствии
термомагнитный
последовательных
сильного
внешнего
наполя
мТл) в условиях воздушной среды).
0.3
По результатам этого анализа все образцы ба­
зальтов
С целью выяснения причин повышенных значе­
8-1 О
образцов
гревов
АН
г.).
порядка
сти.
аномально высокими значениями естественной оста­
гера
подъема
коры в районе Красного моря находилась в области
исследовании
авторами
межконтинентальных
на
три
ления.
Красного
группы
На
моря
были
согласно
рис.
1, а, 6,
разделены
увеличению
в
кривые 15 /15 о(Т) образцов
представлены
1, 2
авторами
степени
окис­
типичные
и 3-го типов соответ­
этих базальтов с магнитными свойствами базальтов
ственно. К 1-й группе были отнесены образцы, ко­
других рифтовых зон.
торые содержали титаномагнетитовые зерна с самой
Нами
было
магнитных
морских
проведено
свойств
базальтов,
детальное
коллекции
исследование
образцов
предоставленной
красно­
сотрудником
низкой степенью однофазного окисления; ко 2-й
-
находящиеся на более высокой стадии однофазного
окисления, и к 3-й
образцы, имеющие в своем
-
Института океанологии им. П. П. Ширшова проф.
фазовом составе вторую, более высокотемператур­
А. А. Шрейдером.
Согласно данным
основных
валовой
состав
ную фазу. В табл.
геохимического
окислов
примерно
анализа
[3],
одинаков
по
образцам
коллекции: содержание Si02 50-52%,
- 0.72-1.62, А1 2 0 3 - 13-16, Fe 20 3 - 1-3,
FeO - 9-10%. Видимо, такой состав пород харак­
ТЮ 2
терен для всей рифтовой зоны Красного моря, так
как
рами
петрографический
[4],
анализ,
проведенный
трех вышеописанных
На рис.
разцов
и
2
приведены средние величины
параметров
для
каждой
из
групп.
представлена карта мест отбора об­
участки
отрезков
предполагаемой
оси
спрединга (черные прямоугольники). Ранее было
установлено [5], что среди образцов, отобранных
авто­
вблизи предполагаемых отрезков оси рифта, были
исследовавшими образцы драгированных
обнаружены образцы с высокой степенью окисления
базальтов, расположенных в северной части крас­
(образцы драг
номорского рифта (около
дых океанских
ные результаты (содержание
обладали
0.5-1.5,
1
магнитных
Fе2Оз
+
23° с.ш.), показал сход­
Si02 48-50%, Ti02 FeO - 8-12%) с результатами
65, 67),
что нехарактерно для моло­
базальтов.
образцы
из
Такими
драги
53
же
свойствами
(относящиеся
ко
второй группе), отобранные в южной части поли­
петрографического анализа базальтов из исследуе­
гона
мого нами района (около
с.ш.), несмотря на то
ра образцов, ферримагнитные зерна которых слабо
что рифтовая долина явно прослеживается только
окислены (образцы 1-й группы). Эти данные могут
18°
в
непосредственной
близости
от
мест
отбо­
Вестник Московского университета. Серия
Физика. Астрономия.
3.
2007.
№
37
5
Is/Iso
1.4
сделать
1.2
рофазного окисления ферримагнитных зерен (65-я
1.0
драга) в естественных условиях испытали повтор­
зависимости образцов 3-й
вывод,
что
группы.
базальты
с
ный разогрев приблизительно до
0.8
Откуда
можно
признаками
гете­
400-500° С.
0.6
Таблица
Средние величины магнитных параметров
0.4
подводных базальтов некоторых рифтовых зон
0.2
Образцы
О.О
о
100
200
300
400
500
600
Т,
0
Возраст,
fп,
мл н лет
А/м
k0 · 103 , Qn f rs/Js Hcr ,
Те,
ед . СИ
м Тл
ос
Красное море
С
1-я группа
ls/Iso
1.4
1.2
< 1
59
17
156 0.31
20
201
2-я группа
< 1
45
4.4
440 0.45
72
284
3-я группа
< 1
51
5
527 0.35
50
345,
460
1-я группа
< 1
1- 2
85 0.37
35 0.24
41
174
87
35 1
1.0
Хребет Буве
0.8
0.6
2-я группа
0.4
17
10
7
11
Хребет Шпис с
0.2
1-я группа
2-я группа
О.О
о
100
200
300
400
500
< 1
2- 6
600
Т,
0
32
8
162 0.44
30
126
7
3
103 0.31
40
423
Хребет Рейкьянес
С
Is/Iso
1.4
1-я группа
11
2-я группа
15
14
37 0.35
26
196
3
120 0.44
76
275
Разлом Романш
1.2
1.0
0.8
№29
1.4
2.2
23 0.39
56
250
№34
13.5
2.4
197 0.36
22
260
№42
11
18.0
39 0.19
14
380
0.6
0.4
0.2
О.О
о
100
200
300
400
500
600
Т,
Рис.
1.
0
С
~~~А--~==-7~Т
Термомагнитный анализ образцов: кривые
67
;.uc__-ri--------::::т:т---__,,r66-4
ls/fso(T)
_ _ ,.:.___ _
"---r-------.-nn-:;;~166 -1
свидетельствовать о том, что океанская кора района
исследования имеет сложную историю формирова­
~p~=7--z-r==~---rs9
ния. В близком соседстве находятся образцы, нахо­
~:'--------;;r4------+-- 57
дящиеся
на
65
'-'?~~:::z2I 68
разных стадиях окисления.
Наличие сильноокисленных
образцов
(образцы
....:::::
3-й группы) вблизи оси рифтовой зоны свидетель­
71
53
ствует о том, что породы испытали на себе сильное
61
воздействие природных факторов после их образо­
вания.
Такими
факторами
могут
быть
62
вторичный
разогрев пород, а также тектонические воздействия
(давление, сдвиговые напряжения). Ре зультаты ла­
бораторных экспериментов (циклический нагрев об­
70
разцов в воздушной среде до температуры
72
проведенных
что
на
образцах
зависимости
нагрева до
500° С
!5 (Т)
1-й
этих
группы,
образцов
очень похожи
на
600° С),
показали,
после
40°04'
их
аналогичные
Рис.
2.
40°06'
Карта мест отбора образцов
В естник Мо сков ско г о унив ер с ит е та. Серия
38
На рис.
3
образцов,
приведены изображения поверхностей
отраженных
незначительно
(уменьшается
в
среднем
на
№
5
20%).
Можно предположить, что достаточно большие зна­
с помощью сканирующего электронного микроскопа
чения fп для образцов 2-й группы объясняются тем,
высокого разрешения
что ферримагнитные зерна
Как видно из
в
2007.
электронах
2003).
полученные
Физика. А с трономия.
3.
Supra 50 VP (LEO, Германия,
рис. 3, а, у образца из пер­
вой группы ферримагнитные зерна более крупные
(:::::: 3-10
пы
мкм).
имели
значения
Заметим,
что
образцы
k
(табл.
1),
чем
которые, как видно из рис.
осной анизотропии они имеют большую магнитную
жесткость,
меньше
и
высокие
чивающего
поля.
2-й
группы,
С целью выяснения природы естественной оста­
имели более мелкие
точной намагниченности fп были вычислены коэф­
Qn ,
образцы
3, 6,
имеют
груп­
более низкие значения
1-й
этих базальтов
вытянутую форму. Вследствие преобладания одно­
и вытянутые ферримагнитные зерна.
подвержены
влиянию
размагни­
фициенты парной корреляции различных магнитных
параметров
базальтов
представлены в табл.
k
рами fп и
Красного
2.
моря.
Результаты
Как видно, между парамет­
не наблюдается корреляции. Видимо,
это связанно с тем, что образцы подвергались вто­
ричным воздействиям (повторный разогрев за счет
извержения и тектонические воздействия), которые
привели
к
образованию
дополнительной
химиче­
ской или термоостаточной намагниченности. Веро­
ятность приобретения химической намагниченности
довольно
высока,
так
как
температура
воды
в рифтовой зоне Красного моря примерно
на
дне
20° С,
что
значительно выше, чем в других регионах. Между
величинами
Из
табл.
между
Электронный
микроснимок
З О мкм
1
и
k
2
корреляция достаточно высокая.
Qn
видно,
этими
что
коэффициент
величинами
корреляции
отрицателен,
т. е.
для
образцов с большими значениями
Qn
невелики
однодоменности
и
наоборот.
В
пользу
значения
k
ферримагнитных зерен образцов Красного моря 2-й
группы свидетельствуют следующие факторы: низ­
кие значения k и высокие значения
средняя величина отношения lrs/ls =
Hcr (табл. 1),
0.45.
Таблица
2
Коэффициенты парной корреляции магнитных
параметров базальтов Красного моря
1п
0.18
k
0.28
- 0.71
Qn
- 0.32
- 0.77
0.56
0.44
- 0.5
0.66
0.46
H cr
- 0.45
- 0.74
0.48
0.66
0.03
f rs /Js
т
Для выявления особенностей формирования ба­
зальтов различных рифтовых зон проводилось срав­
нение
Электронный
микроснимок
50мкм
Рис.
3.
1
Шписс
та
раженных электронах (снимок сделан на сканиру­
Высокие значения
Qn
(Южная
Рейкьянес
[7, 8];
Supra 50 VP)
и низкие значения
характеристик
в
Атлантика)
[6];
в
Красного
районе
(Норвежско-Гренландский
районе трансформного
(Центральная Атлантика)
k
пород
рованных в районе хребта Буве и в районе хребта
И з ображения поверхностей обра з цов в от­
ющем э лектронном микроскопе
магнитных
моря и магнитных характеристик базальтов, драги­
разлома
хреб­
бассейн)
Романш
[9].
Для того чтобы получить общее представление
об­
разцов 2-й группы можно объяснить тем, что у об­
о
разцов 2-й
зальтов Красного моря и других рассматриваемых
группы
зерна
практически
однодомен­
том,
как
соотносятся
магнитные
свойства
ба­
ные. При этом величина fп с увеличением степени
районов,
окисления (ер. образцы 1-й и 2-й групп) меняется
магнитные характеристики. Данные для сравнения
ниже
приводятся
их
основные
исходные
Вестник Московского университета. Серия
Физика. Астрономия.
3.
Красное море
60
пам
40
Буве
магнитных параметров.
рассматривать
базальтов
из
района
магнитные характеристики
хребтов
нетрудно заметить, что
20
Романш
fп
Буве
и
Шписс,
то
у них в несколько раз
меньше, чем у образцов Красного моря. И з табл.
Рейкьянес
10
'--'----""'=------'-----L-....:...:...___._--L-___.,....._.'---'--'--.............,._~
1
видно, что у молодых образцов ( < 1 млн лет)
из хребта Шписс отношение lrs/ls = 0.44 , что го­
ворит о
том,
что
зерна ферримагнитной
фракции
этих базальтов близки к однодоменным. При этом
350
Вероятно, такая большая величина
162.
Qn =
Красное море
300
Qn
объясняется, как и в случае с красноморскими ба­
зальтами, мелким размером зерен ферримагнитной
250
фракции.
200
Вели чина
150
остаточной
коэрцитивной
Рейкьянес
рен.
ла
50
Согласно
Средние
значения
Hcr
остаточная
[11],
коэрцитивная
величин
ln,
k,
Qn
образцов различных рифтовых зон
си­
однодоменных зерен (для них характе рны
Hcr
более высокие значени я отношения
о '---~~----'---~~--'----~~'---'----~~~
4.
силы
также характеризует размеры ферромагнитных зе ­
Романш
100
Рис.
39
величины
Если
30
5
(степени окисления) и приведены средние по груп­
50
о
№
2007.
lrs/ls ) выше,
чем для многодоменных. Однако для хребта Буве
не
было
низких
этого
обнаружено
lrs/ls .
высоких
Авторы
являются
[6]
значений
Hcr
при
полагают, что причиной
повышенные
in situ
напряжения
в соответствующей области океанского дна .
были взяты по базальтам с точками Кюри, сходными
с базальтами Красного моря.
4
На рис.
Образцы
базальтов,
фазу с точкой Кюри
приведены гистограммы средних значе ­
в природе были
имеющие ферримагнитную
Т
> 350 ° С
вероятнее всего
подвергнуты гетерофазному окис­
ний fп av, kav и Qn av для образцов рассматриваемых
лению
регионов. Явно видно, что образцы Красного моря
ким
выделяются высокой остаточной намагниченностью
3-я группа образцов коллекции Красного моря, 2-я
fп и фактором Кенигсбергера Qn, при этом средняя
группа хр . Буве и 2-я группа хр. Шписс.
k
не сильно
других
регионов.
величина магнитной восприимчивости
отличается
от
k
значений
для
[12, 13].
Можно видеть (табл.
гетерофазно-окисленным
1),
образцам
что к та­
относятся
В коллекции и з х ребта Рейкьян ес часть образ­
цов
по
магнитным
характе ристикам
была
близка
Естественная остаточная намагниченность за счет
к базальтам Красного моря. Для облегчения анализа
процесса
вре­
образцы Рейкьянеса аналогично красноморским бы­
для
ли разбиты по степени окисления ферримагнитных
однофазного
мени разрушается
окисления
[ 1О].
всей коллекции образцов
по-видимому,
пород (табл.
В табл.
ных
1
с течением
Высокие значения
fп
Красного моря в целом,
объясняются
небольшим
возрастом
3).
зе р ен на две группы. За основу разбиения взят тот
же принцип зависимости Те от степени окисления,
что и для красноморских базальтов.
приведены средние величины магнит­
характеристик
для
образцов
Красного
моря,
В табл.
реляции
4
приведены коэффициенты парной кор­
магнитных
параметров
базальтов
хреб ­
а также для образцов базальтов других регионов.
та Рейкьянес . Корреляционный коэффициент меж­
Для
ду
базальтов
других
регионов
было
проведено
разбиение на группы согласно величине точки Кюри
величинами
жительный,
Те
и
высокий
Hcr
следовательно,
можно
Таб л ица
Диапазон величин и средние значения основных магнитных параметров
подводных базальтов некоторых рифтовых зон
Ре гион
fп , А/м
Красное море
4 - 107.9
52
(2006
г.)
Хребет Буве
(Ю. Атлантика)
Разлом Романш
(Ц. Атлантика)
Хребет
Рейкья н ес
1- 74
21
1- 18
9
5- 30
12
ko · 10 3 ед . СИ
2.5 - 26.1
10
1- 19
8
1- 59
8
3- 18
8
Qn
41 - 637
287
Те, ас
Возраст, млн ле т
172 - 384
260
< 1
5- 272
11 3
150- 3 10
181
0.8- 6.7
2.5
2- 445
86
250 - 380
296
данных
8- 120
67
160- 280
248
Н ет
1- 2
3
и
поло­
утверждать,
Вестник Московского университета . Серия
40
Таблица
4
Коэффициенты парной корреляции магнитных
параметров базальтов хребта Рейкъянес
fп
- 0.19
0.86
- 0.43
k
- 0.45
- 0.66
0.4
0.45
0.05
- 0.74
0.37
Qn
H cr
1)
дые
не
с
увеличением
температуры
Кюри
корреляции между Те и
величина
k
растет
отрицательный).
видно, что для образцов хр. Рейкьянес
Qn
определяется в основном значением
остаточной намагниченности fп . Также хорошо кор­
релируют значения начальной магнитной восприим­
чивости
k
и параметры
Hcr
иlrs/ls, характеризую­
щие размер зерен . Видимо, это связано с тем, что
зерна ферримагнитной фракции в более окисленных
образцах более мелкие.
В табл.
1
приведены магнитные характеристики
нескольких образцов коллекции из трансформного
разлома Романш
Кюри
к
для образца
и
[9],
близких по величинам точек
красноморским
базальтам.
значение
No 34
Qn
сравнимо с
для
базальтов. Авторы
[9]
Qn
Заметим,
что
достаточно высокое
1-й группы
пришли к заключению, что
и соответственно имеет малый возраст.
Из приведенного анализа параметров
для
можно
образцов
сделать
из
вывод,
различных
что
k, lrs/ls,
рифтовых
вероятнее
всего
зон
зерна
ферримагнитной фракции базальтов Красного моря
и хр. Рейкьянес имеют меньший размер, чем у ба­
зальтов хр . Буве, Шписс и разлома Романш. Логич­
но предположить, что при кристаллизации базальта
размер зерна ферримагнитной фракции определяет­
ся тем, насколько быстро охлаждалась излившаяся
Поэтому применительно к рифтовой зоне Красного
при
можно
предположить,
образовании
коры
что
охлаждение магмы
происходило
быстрее,
чем
в других регионах. Это может объясняться более
высокой
скоростью
поступления
магмы либо
тем,
что магма в рифтовой зоне Красного моря изливает­
ся под меньшим давлением.
В результате проведенного сравнительного ана­
лиза
1.
го
и
можно сделать следующие выводы:
Ферримагнитная
моря
представлена
фракция
в
образцов
основном
причинам:
(по
сравнению
сильно
с
другими
регионами),
разрушиться
под
и
fп
воздействием
возможно, базальты Красного моря подверга­
3.
Красно­
Базальты
Красного
моря
имеют
аномально
высокие величины фактора Кенигсбергера
тому
что,
во-первых,
подавляющее
Qn,
по­
большинство
образцов имеют высокие значения fп (по сравнению
с образцами из других регионов); во-вторых, самые
высокие значения
в
ферромагнитной
Qn
объясняются преобладанием
фракции
образцов
мелких
од­
нодоменных зерен с низкой степенью однофазного
окисления.
Работа
выполнена
РФФИ (грант
при
финансовой
поддержке
65-05-65053).
Литература
1. Le Pichon
Р. 2101.
Х.,
Heirtzen J. // Geophys. Res . 1968. 73.
2. Трухин В.И., Шрейдер А.А., Сычев В.А. // Океано­
логия .
1982.
ХХП, №
3.
С.
439.
3. Альмухамедов А.И., Кашинцев Т.Л., Матвеенков
В.В. Эволюция базальтового вулканизма Красномор­
ского региона. Новосибирск, 1985.
4. Antonini Р., Petrini R., Contin G. // J. of African Earth
Sciences. 1998. 27. № 1. Р. 107.
5. Трухин В.И., Максимочкин В.И., Жиляева В.А.
и др . // Физика Земли. 2006. № 11. С. 70.
6. Трухин В.И., Жиляева В.А., Шрейдер А.А. // Физи­
ка Земли. 2002. № 8. С. 6.
7.
Рифтовая зона хребта Рейкьянес /Под ред. А. П. Ли­
сиц ина, Л. П. Зоненшайна. М.,
8.
1990.
Кашинская И.В. Особенности намагничивания под­
водных базальтов некоторых районов Атлантическо­
магма (чем быстрее охлаждение, тем мельче зерно) .
моря,
по следующим
точной намагниченности.
красноморских
этот образец находился в зоне нового извержения
Hcr
аномально
образование вторичной химической или термооста­
4
И з табл.
имеют
базальты Красного моря сравнительно моло­
успела
2)
уменьшается (коэффициент
k
моря
5
лись вторичным воздействиям, что спровоцировало
и остаточно-коэрцитивная сила. При этом магнит­
ная восприимчивость
Красного
№
2007.
процесса однофазного окисления;
т
что
Базальты
Физика . Астрономия.
высокие величины естественной остаточной намаг­
ниченности
- 0.11
- 0.84
0.14
0.8
0.4
f rs/Js
2.
3.
го океана: Канд. д ис. М.,
9.
1988.
Трухин В.И., Шрейдер А.А., Жиляева В.А. и др .
Физика Земли. 2005. № 3. С. 3.
//
10. Marshal М., Сох А . // J. Geoph. Res. 1972. 77.
Р. 6459.
11. Dunlop D.J., Ozdemir 6., Enhin R.J. // Phys. Earth
Planet Int. 1987. 49. Р. 181.
12. Tadashi Nishitani, Masaru Копа. // J. R. Astr. Soc.
1983. 74. Р. 585.
13. Трухин В.И., Максимочкин В.И. // Изв. АН СССР.
Физика Земли. 1982. № 11. С. 39.
однодоменными
псевдооднодоменными зернами . Это может объ­
ясняться большей скоростью охлаждения магмы.
Поступила в редакцию
04.12.06