Влияние высоких давлений и температур на магнитные свойства базальтов

Низамутдинова Айгуль Мнировна

Научный руководитель: Максимочкин Валерий Иванович, профессор кафедры общей физики физфака БашГУ

Башкирский Государственный Университет, г. Уфа, Россия

Большая часть базальтов формируется в условиях высоких давлений и температур. Для выявления закономерностей влияния квазивсесторонних давлений на магнитоминералогические свойства ферримагнитной фракции базальтов были предприняты эксперименты по раздельному и совместному влиянию квазивсестороннего давления и температуры на фазо - и структурно-чувствительные магнитные характеристики океанских базальтов горы Ампер (684а, 684б, 681,731,740), отобранных в 1-ом рейсе НИС "Витязь", любезно предоставленные профессором Трухиным В.И..

Согласно микрозондовому анализу, проведенному Некрасовым А.Н., ферримагнитная фракция исследованных базальтов представлена зернами титаномагнетита с размерами от 10 до 60 мкм. с признаками однофазного (№684а,б,№681, № 731) и гетерофазного (№740) окисления с содержанием TiO2 от 12,77 вес.% до 19,2 вес.% , MgO от 1,38 до 6,5 вес.%, Al2O3 от 4,27 до 9,43 вес.%. MnO и Cr2O3 меньше 1%.

Образцы в виде цилиндра диаметром и высотой 8 мм подвергались сжатию в камере высокого давления типа цилиндр-поршень. В качестве вещества передающего давление использовался пирофиллит. Усилие создавалось гидравлическим прессом, изготовленным из немагнитного сплава ВТ-8. Образцы нагревались с помощью нихромовой спирали, навитой на камеру высокого давления. Температура образца регистрировалась с помощью хромель-копелевой термопары, один спай которой контактировал с образцом, а второй помещался в сосуд Дьюара с тающим льдом. Для измерения температурной зависимости намагниченности насыщения и параметров петли гистерезиса использовался вибрационный термомагнитометр.

В процессе экспериментов в исходном состоянии и после воздействия квазивсесторонних давлений измерялись магнитные параметры насыщения Is, Irs, Hc, Hcr, а также кривые зависимости намагниченности от температуры в поле Н=4500 Э, по которым рассчитывались спектральные кривые по методике[1].

Эксперименты показали, что воздействие квазивсестороннего давления до 400 МПа приводит к уменьшению коэрцитивности образцов. После нагрева образцов до 5900 С коэрцитивность образцов возрастала. Коэрцитивность ферримагнитной фракции, полученной после нагрева образцов до 5900 С с предварительным воздействием давления всегда меньше, чем только после прогрева при атмосферном давлении. Cпектральные кривые после воздействия давления оказываются более размыты. Причем температура Кюри этой фазы также оказывается меньше (рис 1).

Согласно литературным данным [2] при Т>500 0С идет процесс высокотемпературного окисления титаномагнетита. При этом исходное зерно дробится ламелями ильменита, что и приводит к увеличению коэрцитивности магнитной фракции зерен. Из экспериментов видно, что предварительное воздействие давления и последующий нагрев до Т=5900С приводят к образованию фазы, температура Кюри которой всегда меньше, чем Тс фазы образованной только после воздействия температуры. При этом роста коэрцитивности, характеризующего дробление исходного зерна, также обнаружено не было. Можно предположить, что воздействие давления так изменяет структурное и фазовое состояние исходного зерна, что приводит к затруднению образования зародышей ильменита и их росту.

Намагниченность насыщения (Is) образцов N684а и 684б после воздействия квазивсестороннего давления Р=300 МПа убывает. Особенно сильно этот эффект наблюдался на образцах N684б. Степень уменьшения Is зависит также от продолжительности воздействия давления. Можно предположить, что под действием давления и температуры идет процесс низкотемпературного однофазного окисления титаномагнетита [3], либо изменяется катионное распределение двух- и трехвалентного железа по подрешеткам.

Ферримагнитная фракция океанских базальтов очень нестабильна к нагревам. Действительно, как показали эксперименты, после воздействия температуры Т=4000 С Is образцов возросла в 1,9 раза. После одновременного воздействия давления и температуры намагниченность насыщения изменяется намного слабее, чем без воздействия давления. После Р=300МПа и Т=4000 С намагниченность насыщения оказалась даже меньше, чем исходное значение.(рис.2). Одновременное воздействие давления и температуры приводит к уменьшению остаточно-коэрцитивной силы (Hcr).

Выводы:

1. Давление квазивсестороннего характера до 300-400 МПа оказывает существенное влияние на фазовый состав и структуру титаномагнетитов базальтов.

2. На стадии высокотемпературного окисления давление препятствует образованию высококоэрцитивной магнетитовой фазы, т.е. распаду титаномагнетита и образованию ламелей ильменита.

3. При низких температурах под действием давления, вероятно, идет процесс катионного перераспределения.

Литература:

[1] Иванов А.П., Сафрошкин В.Ю., Трухин В.И., Некрасов А.Н. Спектральный термомагнитный анализ горных пород.// Известия РАН, Физика Земли. 1992 г. № 3, с.62-71.

[2] Readman R.W., O`Reilly W. Oxidation processes in titanomagnetites.//Z.Geophys. 1971.37, 3, p. 329-338.

[3] Гапеев А.К., Грибов С.К. Однофазное окисление титаномагнетитов системы магнетит -ульвошпинель. Сб. Исследования в области палеомагнетизма и магнетизма горных пород. -М.: Наука, 1989, с.79-99.


e-mail: asf@asf.e-burg.ru