Magnetická anizotropie hornin

Magnetická anizotropie hornin (stručný přehled a využití v geologii)

Přednáška 3

Magnetická anizotropie hornin

Osnova 1. Základní principy magnetismu a magnetická susceptibilita 2. Anizotropie magnetické susceptibility 3. Anizotropie minerálů 4. Vztah mezi magnetickou a minerální stavbou hornin 5. Magnetická stavba sedimentárních hornin 6. Magnetická stavba vyvřelých hornin 7. Magnetická stavba metamorfitů 8. Odběr vzorků, měření a zpracování dat 9. Separace paramagnetické a feromagnetické anizotropie 10. Vztah mezi magnetickou anizotropií a deformací 11. Příklady studií s využitím magnetické anizotropie

8. Separace paramagnetické a ferromagnetické anizotropie

magnetit

biotit



Teplotní závislost magnetické susceptibility

Magnetická anizotropie při nízké teplotě Magnetická anizotropie ve vysokých polích

Anizotropie magnetické remanence


Teplotní závislost magnetické susceptibility paramagnetických látek

Biotit Magnetická anizotropie při nízké teplotě

Hyperbola podle Curie-Weissova zákona:

k=C/T C – proporční konstanta T – absolutní teplota


Teplotní závislost magnetické susceptibility ferromagnetických látek

Magnetit

Curieova teplota Tc = 575°C



Hematit Hopkinsonův peak

Morinův přechod

Curieova teplota Tc = 680°C



Pyrhotin (monokl.)

Tc = 325°C


Hornina s amfibolitem a magnetitem

hyperbola

Tc magnetitu


Měření závislosti magnetické susceptibility na teplotě

Střídavý můstek s teplotně kontrolní jednotkou MFK-1 + CS-3

AGICO - Advanced Geoscience Instruments Company

www.agico.com


Princip separace paramagnetického a ferromagnetického příspěvku k celkové susceptibilitě horniny Paramagnetický BIOTIT

Ferromagnetický MAGNETIT

Hyperbola k=C/T Lineární závislost k=c nebo

k = aT + c

p – podíl v hornině [obj. %]

ktot = ppara (C / T ) + pferro kferro celková susceptibilita horniny

paramagnetická složka

ferromagnetická složka


Zpracování naměřených křivek - program Cureval

www.agico.com

výsledky separace

1. Základní principy magnetismu a magnetická susceptibilita

Diamagnetismus M

Paramagnetismus M

k<0

Feromagnetismus M

k>0

k >> 0

paramagnetika ferromagnetika


Torzní magnetometr


Magnetická anizotropie ve vysokých polích •Separuje stavbu nesenou paramagnetickými minerály


Anizotropie magnetické remanence •Pouze stavba nesená ferromagnetickými minerály

Rotační magnetometr JR-6A Demagnetizátor a magnetizátor střídavým polem LDA-3A a AMU-1A

The problem

Normal fabric kint

marg in

D ike

MD grain

Flow direction

D ike

Single-domain grains

kmin

k max

kmax ki nt

kmin

marg in

SD grain

Flow direction

Multi-domain grains

pole to dike plane

kmax kint

kmin

projection of dike plane

Inverse fabric kint

MD grain

Di ke m

argin

Flow direction

Dike m

Single-domain grains

kmin kmax

kmax kint

k min

SD grain

a rg in

Flow direction

Multi-domain grains

kmin kmax

ki nt

Anisotropy of magnetic susceptibility (AMS)

Bostonite

Camptonite

N

Trachybasalt N

N

N=39

N=42

N=28

270

90 270

90 270

K1 K2 K3

K1 K2 K3

K1 K2 K3

180

Normal fabric

180

Inverse fabric

90

180

Anomalous fabric

Anisotropy of anhysteretic remenence (AMR)

Bostonite

Camptonite

N

Trachybasalt

N

N=10

N

N=10

N=6

270

90 270

90 270

K1 K2 K3

K1 K2 K3

K1 K2 K3

180

Normal fabric

180

Normal fabric

90

180

Anomalous fabric


Shrnutí Paramagnetická stavba

Ferromagnetická stavba

Anizotropie magnetické susceptibility (AMS) Magnetická anizotropie při nízké teplotě (LT-AMS) Magnetická anizotropie ve vysokých polích (HFA)

Anizotropie magnetické remanence (AMR)

9. Kvantitativní vztah mezi magnetickou anizotropií a deformací

AMS

STRAIN

N

Geographic coordinate system

Equal-area projection N=35

90

270

K1 K2 K3

D 180


hlavní susceptibility

k1 ≥ k 2 ≥ k 3

střední susceptibilita

km = (k1 + k2 + k3) / 3

stupeň anizotropie

P = k1 / k3

magnetická lineace

L = k1 / k2

magnetická foliace

F = k2 / k3

tvarový parameter

T = (2n2 - n1 - n3) / (n1 - n3) kde n1 = ln k1, n2 = ln k2, n3 = ln k3

korigovaný stupeň anizotropie

Pj = Pa

elongace (relatívní prodloužení)

e = (l - lo) / lo e = 100 (l - lo) / lo [%]

prodloužení (stretch)

S = l / lo = 1 + e

kvadratická elongace

λ = S2 = (1 + e)2

střih

γ = tan ψ

dilatace

∆ = (V - Vo) / Vo

incrementální deformace

ε = dl / l

přirozená (logaritmická) deformace

ε = ∫ dl / l = ln e


AMS

Strain


1. Matematické modelování 2. Empirické vztahy 3. Experimentální deformace


1. Matematické modelování

R/φ

Bilby

March

Jeffery


Pasivní (duktulní) vs. line-plane model


PASIVNÍ A DUKTIVNÍ MODEL Pasivní model

Změny stupně anizotropie pro různé viskózní kontrasty


LINE/PLANE MODEL


VISKÓZNÍ MODEL oblátní zrna, a=b>c MAGNETIT

PYRHOTIN

HEMATIT

BIOTIT/CHLORIT


2. Empirické vztahy Experimentální deformace Redukční skvrny

Redukční skvrny

Experimentální deformace

Empirické vztahy mezi Pj a stupněm deformace


Oolity

Redukční skvrny

Konkrece

Xenolity




Slídy

Lapili

Slídy

Lapili


3. Experimentální deformace plastelína+minerální zrna

Zploštění MD magnetit SD maghemit Transprese

Borradaile, 1997



SUSIE – SUsceptibility-Strain Inverse Estimation (Ježek & Hrouda, 2007, Computers & Geosciences)

•Aplikace v prostředí MatLab •Používá modely Line/Plane nebo Viskózní •Počítá v krocích teoretickou AMS a porovnává s naměřenými hodnotami •Funguje dobře při nerotační deformaci a malé rotační deformaci •Maximálně dvě populace magnetických zrn Vstup •kvantitativní parametry naměřené anizotropie •stupeň a tvar elipsoidu anizotropie jednotlivých zrn •použitý model reorientace magnetických zrn

SUSIE

Výstup •log X/Y •log Y/Z


http://www.iamg.org/CGEditor/index.htm

(Ježek & Hrouda, 2007)


AMS nám nepodá žádnou informaci o kinematice deformace


Shrnutí •Dobrá korelace mezi matematickým modelováním, empirickými vztahy a experimentální deformací při studiu kvantitativního vztahu mezi AMS a mírou deformace, hlavně pro horniny s magnetitem nebo fylosilikáty. •Vztah ln P = a (ε1 - ε3) lze považovat za univerzálně použitelný, alespoň pro obvyklé, v přírodě se vyskytující stupně deformace. •Teoretické modely (line/plane nebo viskózní) lze použít pro výpočet obrácené úlohy, tj. výpočet velikosti deformace z měřených kvantitativních parametrů AMS (program SUSIE).

Wilson, J. T. 1963. A possible origin of the Hawaiian Islands. Canadian Journal of Physics, 41, 863-670.

O'ahu

Magnetic anisotropy investigations in O’ahu

Geology of O’ahu


Review of AMS investigations

Knight & Walker 1988 (1987) Knight 1988 Canon-Tapia et al. 1997 Herrero-Bervera et al. 2002 Herrero-Bervera & Henry 200? Krása & Herrero-Bervera 2005


Ko’olau

Makapu’u Point lava tube


Ko’olau

Knight & Walker 1988 (1987) Knight 1988

NW

SE Keneohe Bay

1

Kawainui Swamp

2

3

Waimanalo Bay

Red Hill section (in Brno)

loess

paleosol

loess

paleosol silty paleosol loess

Anisotropy of magnetic susceptibility (Red Hill)

N

270

K1 K2 K3

90

180

N=85

Grain size dependent parameters (Red Hill) k200F1 [10-6 SI] 0 0

0

200

400

600

kFD [%] 800

-1.2 0

-0.8

-0.4

P 0

0.4

1 0

1.01

1.02

Ratios [%] 1.03

1.04

0

5

10

15

20

25

0

χ12 χ23 50

50

50

50

50

χ13

Depth [cm]

IRMTD IRMVD 100

100

100

100

100

150

150

150

150

150

200

200

200

200

200

250

250

250

250

250

300

300

300

300

300

350

350

350

350

350

400

400

400

400

400

450

450

450

450

450

Clay

Silt

Flysch-like Proterozoic sediments

(Hajná et al., in press, Precam. Res.)

Magnetická anizotropie hornin

Recommend Documents