issn: 2413-3671, geophysical methods of survey the earth...

ISSN: 2413-3671, Geophysical methods of survey the Earth and its subsoil, 2016, pp. 30–38.

УДК 580.384

Исследование магнитной восприимчивости импактных пород астроблемы Янисъярви (Карелия)

Н.В. Горшкова, Е.С. Сергиенко

Санкт-Петербургский Государственный Университет, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб.,7/9,

e-mail: [email protected]

Аннотация. В работе предоставлены новые данные о природе магнитных минералов-носителей естественной остаточной намагниченности образцов импактной структуры Янисъярви (возрастом 682±4 млн. лет). Были исследованы температурные зависимости магнитной восприимчивости. Изучена коллекция образцовтагамитов (32 образца). Абсолютные величины удельной магнитной восприимчивости для изучаемой коллекции меняются в широких пределах, от 5 до 400×10-8ед. СИ на кг. Это говорит об очень неоднородном магнитоминералогическом составе образцов. Термомагнитный анализ магнитной восприимчивости показал наличие трех магнитных фаз с точками Кюри в интервалах 120-180°C, 300-400 °C и 520-600 °C, которые указывают на присутствие в породах титаномагнетита с различным содержанием титана и гидроокислов железа.

Ключевые слова: верхняя часть разреза, компенсация влияния рельефа, искажения скоростей суммирования.

Studies of magnetic susceptibility of impact rocks from Yanisyarvi astrobleme

N.V. Gorshkova, E.S. Sergienko

Saint Petersburg State University, 7/9 Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034 Russia

e-mail: [email protected] Abstract. This work presents new data about the nature of magnetic minerals that are carriers of natural remanent magnetization (NRM) of samples (tagamites) from the impact structure at Yanisyarvi (Russia, Karelia). The impact structure at Yanisyarvi is dated 682 ± 4 million years old. The data were obtained from the temperature dependence of magnetic susceptibility. Collection of samples for this work (32 samples) was collected by the staff of the St. Petersburg State University. During the first stage, the sample was cooled to liquid nitrogen temperature, then filmed magnetic susceptibility curve changes during heating to room temperature. In the second step the susceptibility was measured during heating and subsequent cooling of the sample in the range from 20° C to 700° C in argon atmosphere. In conclusion, repeated cycle "cooling-heating" of the first stage (III stage). Such a technique allows to analyze not only the initial phases of the magnetic samples, but also to monitor possible changes magnetomineralogical composition during heating by making use of the dependence of the magnetic susceptibility on the temperature. The absolute value of the mass specific susceptibility for this collection varies considerably, from 5 to 400 × 10-8 SI/kg. Therefore, the magnetic mineralogical composition is rather heterogeneous. Analysis of the dependence of the magnetic susceptibility on the temperature in step II revealed three Curie points in the following temperature ranges from 120° C to 180° C; from 300° C to 400° C; from 520° C to 600° C. These features

© Geophysical methods of survey the Earth and its subsoil, 2016. © Геофизические методы исследования Земли и ее недр, 2016.

30

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

ПАПА

Машинописный текст

DOI: 10.13140/RG.2.1.3580.5682

ПАПА


ПАПА


ПАПА


Н.В. Горшкова и др. Исследование магнитной восприимчивости импактных пород астроблемы Янисъярви (Карелия)

may indicate the presence in multiple samples magnetomineralogical phases titanomagnetite with different titanium contents (the Curie point of 300-400° C - titanium content of about 30%, the point 520-600° C - titanium content: a few percent) and iron hydroxides. Keywords: impact structure, natural remanent magnetization, mass specific susceptibility, thermomagnetic analysis.

Введение

Интерес в изучении импактных структур основывается на том, что у них имеется

потенциал содержать экономические ресурсы, такие как нефть, газ, алмазы,

металлические руды, строительные материалы и водные ресурсы[5]. Горные породы,

подвергшиеся такому воздействию, как импактное событие, являются привлекательными

объектами для изучения с точки зрения палеомагнетизма. У импактитов часто

присутствует стабильная термоостаточная намагниченность. Можно полагать, что

термоостаточная намагниченность образцов импактитов астроблемы Янисъярви возникла

в то время, когда произошло импактное событие [6].

Современная база данных по импактам Фенноскандии насчитывает около 30

достоверных импактных структур диаметрами от 0,1 до 55 км и возрастом до 2,4 млрд.

лет. Однако, многие из этих структур плохо датированы, а их морфологические

характеристики изучены слабо [1].

В данной работе представлены новые данные о природе магнитных минералов-

носителей естественной остаточной намагниченности образцов импактной структуры

Янисъярви возрастом 682±4 млн. лет[3]. Были исследованы температурные зависимости

магнитной восприимчивости.

Географические и геологические условия

Импактная структура (озеро) Янисъярви (N 61°58’, E 30°58’) расположена в

российской Карелии в юго-восточной части Фенноскандинавского (Балтийского) щита,

около 220 км севернее Санкт-Петербурга (Рис. 1).

Геофизические методы исследования Земли и ее недр, 2016

31

N.V. Gorshkova et al. Studies of magnetic susceptibility of impact rocks from Yanisyarvi astrobleme

Рис. 1. Географическое положение озера Янисъярви.

Форма озера не типична для Карелии, где большинство озер вытянутые и мелкие из-за их

ледникового происхождения. Форма озера Янисъярви эллиптическая, около 16 км длиной

и 14 шириной, его глубина в некоторых местах достигает 50 м [1]. Через центральную

часть озера проходит хребет высотой 20-30 м, простиранием в направлении СЗ-ЮВ,

который образует 3 острова (Рис. 2). На этих островах – Пиени-Селькясаари, Исо-

Селькясаари и Хопесаари – находятся обнажения импактных пород (зювиты и тагамиты).

Geophysical methods of survey the Earth and its subsoil, 2016

32


Рис. 2. Схематическая геологическая карта района метеоритного кратера Янисъярви. 1 - свита пялкъярви, 2-5 - свита наатселькя, подсвиты: 2 - нерасчлененная, 3 - нижняя, 4 - средняя, 5 - верхняя, 6 - ранний - средний протерозой, 7 - габбро-диабазы, 8 - импактиты, 9 - разрывные нарушения, 10 - изобаты озера Янисъярви. Острова: а) Хопесаари; б) Пиени-Селькясаари; в) Исо-Селькясаари; г) мыс Леппяниеми.

Импактное происхождение структуры Янисъярвибыло предположено в работе [2] на

основе анализа спутниковых снимков. Обнаружение конусов разрушения и признаков

плоской деформации кварца в образцах брекчий (остров Хопесаари) доказало импактное

происхождение структуры. Также было показано [6], что химический состав пород

мишении импактных расплавленных пород (тагамитов) почти идентичен. Импактная

структура расположена на Балтийском щите близко к границе архейских и

протерозойских пород. Архейский кристаллический фундамент, состоящий из гнейсового

гранита и мигматитов, обнажается в 3-4 километрах к северу от озера и на северном

берегу Ладожского озера. Импактные структуры Янисъярви расположены в


33


протерозойских кристаллических сланцах. Основные минеральные фазы – это плагиоклаз,

биотит, кварц со второстепенным мусковитом, гранатом, старволитом и кордиеритом.

Лабораторное оборудование и методика исследований

Исследованная в данной работе коллекция образцов тагамитов была отобрана

сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета. Всего было

исследовано 32 образца: по 16 образцов с островов Исо- и Пиени-Селькясаари.

Использовался измеритель магнитной восприимчивости MFK1-FA для изучения

магнитной восприимчивости и ее температурной зависимости в диапазоне от -196,5 до

700°C. Измерения магнитной восприимчивости проводились в магнитном поле 200 А/м,

чувствительность прибора при этом составляла 3×10-8ед.СИ, температурный диапазон: от

-196,5°C (в криостате CS-L) до 700°C (в печи CS4). Была предложена следующая схема

измерений. На первом этапе образец охлаждался до температуры жидкого азота, затем

снималась кривая изменения магнитной восприимчивости в процессе нагрева до

комнатной температуры. На втором этапе восприимчивость измерялась в процессе

нагрева и последующего охлаждения образца в диапазоне от 20°C до 700°C в атмосфере

аргона. В заключение повторялся цикл «охлаждение-нагрев» первого этапа (III этап).

Такая методика позволяет по кривым зависимости магнитной восприимчивости от

температуры анализировать не только начальные магнитные фазы образцов, но и

контролировать возможные изменения магнитоминералогического состава в процессе

нагревов.

Результаты лабораторных исследований

Абсолютные величины удельной магнитной восприимчивости для изучаемой

коллекции меняются в широких пределах, от 5 до 400×10-8 ед. СИ на кг. Это говорит об

очень неоднородном магнитоминералогическом составе образцов, т.к. магнитная

восприимчивость хотя и определяется, главным образом, содержанием ферромагнитных

минералов, но на ее величину также влияет и форма, и размер их зёрен. Полученные

результаты представлены на рисунке 3.


34


Рис. 3. Зависимость магнитной восприимчивостиот температуры. Наименование образца: остров (IS – Исо-Селькясаари, PS –Пиени-Селькясаари), № образца. Красная сплошная линия – нагрев от -196,5 до 20°C (I этап) и нагрев от 20 до 700°C (II этап), синяя пунктирная линия – охлаждение от 700 до 20°C (II этап), красная пунктирная линия – повторный нагрев от -196,5 до 20°C (III этап).


35


Для каждого образца кривые, соответствующие разным этапам измерений, были собраны

в единый график с температурной шкалой от -200 °С, до 700 °C. Легко видеть, как сильно

отличаются кривые для разных образцов.

Далее, были проанализированы характерные особенности полученных кривых

(резкий спад, рост, точки экстремумов). Кривые I этапа измерений (низкотемпературные)

разделились на две группы. На образцах первой группы наблюдался значительный спад

магнитной восприимчивости (до 80 % от начальной величины) в районе температуры -

100°C. При этом характер кривых меняется при проведении измерений на III этапе на

противоположный, т.е. магнитная фаза, отвечающая за спад намагниченности

(предположительно гемоильменит), полностью исчезает при нагреве до 700°C (IS 02, PS

05на рис. 3). Второй тип кривых демонстрирует рост магнитной восприимчивости в

низкотемпературной области, при этом в некоторых случаях наблюдается экстремум (пик)

в диапазоне температур -140°C до -155 °C, что говорит о присутствии в образцах

магнетита (пик Вервея). Следует отметить, что магнетит в процессе дальнейшего нагрева

разрушается и на кривых IIIэтапа пик Вервея не наблюдается (IS04 на рис. 3).

Анализ зависимости магнитной восприимчивости от температуры на этапе II

показал наличие трехточек Кюри в следующих температурных интервалах: от 120°C до

180 °C(Рис.3.IS 02, IS 04); от300°Cдо 400 °C (Рис. 3.IS 02, IS 04, PS 05, PS 16); от 520°C до

600 °C (Рис.3.PS 05, PS 13, PS 16). Эти особенности могут указывать на присутствие в

образцах нескольких магнитоминералогических фаз: титаномагнетита с различным

содержанием титана (точка Кюри 300-400 °C– содержание титана около 30%, точка 520-

600 °C –содержание титана несколько процентов) и гидроокислов железа.

Выводы

1. Магнитоминералогический состав образцов данной коллекции весьма

неоднородный, так как абсолютная величина удельной магнитной восприимчивости

колеблется в широком диапазоне значений, от 5 до 400×10-8 ед. СИ на кг.

2. Термомагнитный анализ магнитной восприимчивости показал наличие трех

магнитных фаз с точками Кюри в интервалах 120-180 °C, 300-400 °C и 520-600 °C.


36


3. Полученные магнитные фазы указывают на присутствиевпородах титаномагнтетитас

различным содержанием титана (точка Кюри 300-400 °C– содержание титана около 30%,

точка Кюри 520-600 °C –содержание титана несколько процентов)и гидроокислов железа

(точка Кюри 120-180°C).

4. Наши данные хорошо согласуются с результатами, полученными в работе [4].

Коллекция образцов тагамитов была отобрана в рамках проекта СПбГУ

«Экспедиция для проведения геофизических исследований на Восточно-Европейской

платформе», шифр НИР 11.42.1314.2014.

Исследования проведены с использованием оборудования ресурсного центра

Научного парка СПбГУ «Геомодель».

Литература

1. Abels A., Plado J., Pesonen L. J., and Lehtinen M. 2002. The impact ratering record of Fennoscandia—A close look at the database. In Impacts in Precambrian shields, edited by Plado J. and Pesonen L. J. Berlin: Springer-Verlag. pp. 1–58.

2. Dence M. R. 1971. Impact melts. JournalofGeophysicalResearch 76:5552–5565. 3. Jourdan, F., Renne, P.R. and Reimold W.U. 2008. High-precision 40Ar/39Ar age of the Jänisjärvi impact

structure (Russia). Earth Planet. Sci. Lett., 265:438-449. 4. Salminen J.M., Donadini F., Pesonen L.J., Masaitis V.L. and Naumov M.V. 2006. Paleomagnetism and

petrophysics of the Janisjarvi impact structure, Russian Karelia. Meteoritics& Planetary Science 41:1853-1870.

5. Saul J.M. 1978. Circular structures of large scale and great age on the Earth's surface. Nature. Vol.271. № 5643. 345-357.

6. Масайтис В.Л., Данилин А.Н., Мащак М.С., Райхлин А.И., Селивановская Т.В., Шаденков Е.М. 1980. Геология астроблем. Издательство Недра, 232.

References

1. Abels A., Plado J., Pesonen L. J., and Lehtinen M. 2002. The impact ratering record of Fennoscandia—A close look at the database. In Impacts in Precambrian shields, edited by Plado J. and Pesonen L. J. Berlin: Springer-Verlag. pp. 1–58.

2. Dence M. R. 1971. Impact melts. JournalofGeophysicalResearch 76:5552–5565. 3. Jourdan, F., Renne, P.R. and Reimold W.U. 2008. High-precision 40Ar/39Ar age of the Jänisjärvi impact

structure (Russia). Earth Planet. Sci. Lett., 265:438-449. 4. Salminen J.M., Donadini F., Pesonen L.J., Masaitis V.L. and Naumov M.V. 2006. Paleomagnetism and

petrophysics of the Janisjarvi impact structure, Russian Karelia. Meteoritics& Planetary Science 41:1853-1870.

5. Saul J.M. 1978. Circular structures of large scale and great age on the Earth's surface. Nature. Vol.271. № 5643. 345-357.

6. Masaitis V. L., Danilin A. N., Mashchak M. S., Raikhlin A. I., Selivanovskaya T. V., Shadenkov E. M.,1980,Geologiyaastroblem [Geology of astroblemes], Nedra, 232 p.


37



38

Рекомендуемая ссылка на статью:

Горшкова Н.В., Сергиенко Е.С. Исследование магнитной восприимчивости импактных пород астроблемы Янисъярви (Карелия) // Геофизические методы исследования Земли и ее недр. 2016. С. 30–38.

How to сite:

Gorshkova, N.V., Sergienko E.S. Studies of magnetic susceptibility of impact rocks from Yanisyarvi astrobleme, Geophysical methods of survey the Earth and its subsoil, 2016, 30–38.

ПАПА


DOI: 10.13140/RG.2.1.3580.5682

ПАПА


DOI: 10.13140/RG.2.1.3580.5682

issn: 2413-3671, geophysical methods of survey the earth...

Documents