диссертация (1097652), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Как следствие, магнитная «запись» твердых тел солнечнойсистемы была стерта или переписана в результате импактных событий. Пониманиеособенностей ударно-индуцированного перемагничивания и изменения петромагнитныхсвойств горных пород важно для интерпретации остаточного корового магнетизмакратеризованных поверхностей Земли, Марса, Луны и астероидов, также как ипалеомагнитной записи внеземного вещества [Weiss et al., 2010] и горных пород,слагающих ударно-взрывные кратеры на Земле.Один из способов экспериментальной оценки влияния ударного метаморфизма намагнетизм горных пород и внеземного вещества – провести сферические взрывныеэксперименты, в которых горных породы подвергаются кратковременному воздействию 143 динамических давлений по аналогии с прохождением ударной волны во времявысокоскоростных импактов в космическом пространстве.
В сферических взрывныхэкспериментах,сферическисходящаясяударнаяволна,сгенерированнаяприиспользовании взрывчатого вещества, проходит через специально изготовленныйсферический образец [Bezaeva et al., 2010a] и кумулируется в центре, откуда исходитвторичная расходящаяся ударная волна. Сферические взрывные эксперименты имеют рядпреимуществ. Во-первых, длительность импульса нагрузки (~8 µs) больше, чем в плосковолновых экспериментах при использовании пневматических и легко-газовых пушек (~1µs) [Pesonen et al., 1997; Louzada et al., 2007, 2010; Bezaeva et al., 2011; Mang et al., 2013],лазеров (30 нс) [Gattacceca et al., 2006, 2008, 2010] или взрывчатого вещества (~1 µs)[Gattacceca et al., 2007], и, таким образом, ближе к природным импактам с длительностью>мс.
Во-вторых, вещество, подвергаемое ударному воздействию, не загрязняетсяпродуктами взрыва. В-третьих, в результате одного ударного эксперимента в одном и томже образце достигается широкий спектр давлений Р и температур Т, включаясверхвысокий Р-Т диапазон: P ∈ [10; >140] ГПа и T ∈ [300; >1500]°C, распреденный порадиусу сферического образца, вдоль которого можно отбирать пробы вещества с разнойстепенью ударного метаморфизма.Сферически-сходящаяся ударная волна приводит к более высоким давлениям итемпературам в центре сферического образца в сравнении с периферией. В настоящейработе проведены сферические взрывные эксперименты на природных образцах базальтаи диабаза, которые являются хорошим аналогом базальтовой коры дифференцированныхпланетных тел солнечной системы.
Эксперименты проведены с целью охарактеризоватьмеханизмы и степень ударно-индуцированных изменений в остаточной намагниченностии объемных магнитных свойствах горных пород при сравнении этих свойств ссоответствующими свойствами нешокированных аналогов из тех же материнских пород.3.4.1.2. Экспериментальная методология и образцы3.4.1.2а.
Описание образцовНеориентированные блоки пород были отобраны из лавового базальтового потока(образец og-1, ранее описанный а работе [Swanson-Hysell et al., 2014] как места отбораSI1-11.8 до 26.4) и диабазовых даек (образец og-2) из группы вулканов Osler (OslerVolcanic Group) провинции Онтарио, Кадана (рис. 3.18).
Как базальтовый поток, так идайки были образованы во время магматической активности в позднем мезопротерозое,связанной с эволюцией североамериканского среднеконтинентального рифта. Эти породы 144 былиотобраныдляпроведенияударныхэкспериментовввидупростоты(однокомпонентности) естественной остаточной намагниченности NRM [Swanson-Hysellet al., 2014] и ввиду того, что они являются нешокированными аналогами ударнометаморфизированных литологий из близлежащего импакт-кратера Slate Islands (рис.3.17).Рисунок 3.18.
Упрощенная геологическая карта группы островов озера Верхнее с указанием мест отбораобразцов og-1 и og-2. Образцы отобраны из вулканической группы Osler, которая включается в себя лавовыепотоки и интрузии, образовавшиеся в период от 1110 до 1085 млн лет назад во время формированиясевероамериканского среднеконтинентального рифта.
Импактная структура Slate Islands, очерченная прииспользовании методов батиметрии, обозначена круговой пунктирной линией. Архипелаг Slate Islands вцентре круга интерпретируется как остатки центрального поднятия земной коры и преимущественновключает метаморфические породы Верхней Провинции с экспозицией интрузий и лавовых потоков группыOsler.Химическийсоставпородog-1иog-2,определенныйметодомрентгенофлуоресцентного анализа, представлен в табл. 3.6.Образецog-1og-2КомпонентSiO250.0850.69TiO23.282.24Al2O314.7614.66FeO13.1613.92MnO0.220.22MgO5.534.76CaO7.269.02Na2O3.162.76K 2O1.330.89P 2O 50.410.28LOI*1.610.99Сумма100.8100.4*LOI = потери при прокаливании.Таблица 3.6. Химический состав базальтарентгенофлуоресцентного анализа (в мас.%).
og-1145 идиабазаog-2,определенныйметодомПетрографические исследования выявили присутствие гематита в og-1. Оба видаобразцов содержат два типа Ti-Fe агрегатов: игольчатой формы и изометрической формы(рис. 3.19а-в).Рисунок 3.19. Фотографии со сканирующего электронного микроскопа в обратно рассеянных электронахдля нешокированных (а)-(в) и ударно-метаморфизированных (г)-(е) образцов базальта og-1. Игольчатые иизометрические формы Ti-Fe оксидных агрегатов (состоящих из титаномагнетита и ильменита, см.
текст)хорошо различимы на рис. (а)-(в). 146 Рисунок 3.20. (а) Фотография со сканирующего электронного микроскопа в обратно рассеянных электронахзерна титаномагнетит-ильменит в нешокированном образец og-1. (б)-(е) Фотографии во вторичныхэлектронах зерен титаномагнетит-ильменит для ударно-метаморфизированного образца базальта og-2. Наснимках видны многочисленые ударно-индуцированные микротрещины и нарушенные структуры ламели.Исследование og-1 (рис. 3.21 а,в) и og-2 (рис.
3.21б,г) методами низкотемпературноймагнитометрии всовокупностистермомагнитными147 анализами:температурнаязависимость индуцированной намагниченности в магнитном поле Ms(T) и температурнаязависимость магнитной восприимчивости χ0(T) (рис. 3.22), выявили присутствиеферримагнитных зерен в виде магнетита (og-1) и титаномагнетита с низким содержаниемтитана x<0.05 (og-2).Рисунок 3.21. Кривые температурной зависимости остаточной намагниченности, образованной приохлаждении в нулевом магнитном поле (ZFC) и образованной при охлаждении в магнитном поле (FC) для(а) нешокированного фрагмента og-1 и (б) нешокированного фрагмента og-2; цикл охлаждение нагревизотермической остаточной намагниченности насыщения RT-SIRM, образованной при комнатнойтемпературе для (в) нешокированного фрагмента og-1 (г) нешокированного фрагмента og-2.Измерение остаточной намагниченности в низкотемпературном диапазоне (10-300К)нешокированного фрагмента og-1 (рис.
3.21a,в) выявили хорошо проявленный переходВервея, характерный для магнетита, с температурой перехода Tv∼112°C (Tv оцениваласьпо первой производной кривой охлаждения изотермической остаточной намагниченностинасыщения RT-SIRM, образованной при комнатной температуре. Анализ термомагнитныхкривых Ms(T) (рис. 3.22) выявил точку Кюри магнетита Тс∼580°C [Dunlop and Özdemir,1997] в случае og-1 (определенную согласно методу [Grommé et al., 1969]), и точку КюриТс∼550°C в случае og-2, характерную для низкотитанистого титаномагнетита ссодержанием титана x∼0.05 [Bleil and Petersen, 1982]. Петрографические исследования,проведенные на аншлифах og-1, выявили содержание гематита, который такженаблюдается на кривых терморазмагничивания NRM (как небольшая часть магнитногосигнала, которая остается после 580°C и полностью исчезает при 680°C, что соответствует 148 точке Кюри гематита).
Однако, характерный для гематита низкотемпературный переходМорина при использовании методов низкотемпературной магнитометрии выявлен не был(рис. 3.21а,в). Точка Кюри гематита также не наблюдается на термомагнитных кривых,что позволяет сделать вывод о том, что процентное содержание гематита в образцеявляется незначительным и не влияет на результаты магнитных измерений.Рисунок 3.22. Температурная зависимость индуцированной намагниченности, снятая в сильном магнитномполее для (а) нешокированного фрагмента og-1 (б) нешокированного фрагмента og-2. Температурнаязависимость приведенной магнитной восприимчивости χ0 для (в) нешокированного фрагмента og-1 и (г)нешокированного фрагмента og-2. Термомагнитные кривые (а)-(б) и (в)-(г) были измерены в атмосферегелия и аргона, соответственно.
Сплошные линии соответствуют кривым нагрева, а пунктирные линиисоответствуют кривым охлаждения (что также указано стрелками).3.4.1.2б. Сферические взрывные экспериментыБыли проведены сферические взрывные эксперименты в сверхвысоком диапазонедавлений и температур с целью выявить наличие и оценить масштаб изменений в ударнометаморфизированном базальте и диабазе и определить, начиная с каких давлений такиеэффекты появляются. Были приготовлены кубичекие образцы (с гранью 10 см) og-1 и og2.
Далее образцы были вырезаны в форме сфер диаметром 49 мм (og-1) и 50 мм (og-2).Каждый образец был помещен в сферический стальной гермочехол. Изначальные(дошоковые) значения объемной плотности сферических образцов составляли 2.80 г/см3для og-1 и 2.84 г/см3 для og-2 [Николаев и др., 2015]. Сферически сходящаяся ударная 149 волны генерировалась в образце при детонации сферического слоя взрывчатого вещества,окружающего стальной гермочехол. Во время и после ударно-взрывного нагруженияконтейнер оставался герметичным, что позволяет сделать вывод об отсутствииконтаминации изучаемых образцов продуктами взрыва (рис.
3.22).Рисунок 3.23. Микротомографические снимки ударно-метаморфизированных образцов (а) базальта og-1 и(в) диабаза og-2; Фотографии экваториальных спилов тех же образцов (б) og-1 (г) og-2 с подписьюподвыборки образцов, использованных для магнитных исследований. Зоны ударного метаморфизма указаныцифрами I, II, III, IV (см. текст). Сферический стальной гермочехол образца og-1 утончался до вырезания егоэкваториального спила, представленного на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
