TSK 11 Göttingen 2006 Renk et al. Einfluss der Zusammenset- zung von Titanomagnetit auf die Anisotropie der magneti- schen Suszeptibilität — Fall- studie an einem Dyke-Sill Komplex in Ungarn Poster Daniela Renk1 Helga de Wall1 Ulrike Martin1 Karoly Nemeth2 Einführung In den letzten Jahrzehnten hat die Messung der magnetischen Suszeptibi- lität im Schwachfeld (üblicherweise bei 300Am−1) für geologische Arbeiten ei- ne wichtige Rolle eingenommen. Da an- hand der Anisotropie der magnetischen Suszeptibilität (AMS) auch schwache Vorzugsorientierungen registriert wer- den können, ist die AMS eine wichti- ge Methode zur Bestimmung von Fließ- richtungen in magmatischen Körpern. In ferrimagnetischen, basaltischen Ge- steinen ist hauptsächlich Titanomag- netit Träger der Information für die AMS. Nach Jackson et al. (1998) und de Wall (2000) variiert die magnetische Suszeptibilität (MS) von Titanomagne- titen stark mit der Mineralzusammen- setzung und ist abhängig von der Feld- stärke (Amplitude des Wechselfeldes) des angelegten Magnetfeldes. Diese Arbeit umfasst eine systemati- sche Studie zum Einfluss der Feldstär- ke für AMS Messungen an Gängen (Dy- kes und Sills) und Lavaströmen (flows). Variationen in der MS und ihrer Aniso- tropie können Informationen zur Platz- nahme und den Fließeigenschaften von Laven beinhalten (Canon-Tapia et al. 1997, Canon-Tapia & Pinkerton 2000). 1 Institut für Geologie, Julius-Maximilians-U- niversität Würzburg, Pleicherwall 1 D-97070 Germany 2 Geological Institute of Hungary, 14 Stefania St., Budapest H-1143, Hungary Für eine korrekte Bewertung und In- terpretation von Variationen der AMS, muss in Titanomagnetit-haltigen Ge- steinen der Einfluss der Feldstärkenab- hängigkeit auf die MS und AMS berück- sichtigt werden. Die Studie wurde am Ság-hegy Vul- kankomplex in der kleinen ungarischen Tiefebene durchgeführt. Dieser Kom- plex besteht aus einem phreatomagma- tischen Tuffring, der sich im Pliozän bis Miozän bildete. Nachdem die Zufuhr an meteorischem Wasser endete, wechsel- te der phreatomagmatische Stil zu ei- nem effusiven. Dabei wurde der Tephra- ring mit einem Lavasee verfüllt und ein Dyke-Sill Komplex intrudierte in die py- roklastischen Einheiten. Im Gelände wurden Proben von den Dy- kes und Sills, sowie von Laven aus dem Lavasee und aus den ausgeflossenen La- vaablagerungen genommen und an die- sen die Parameter der AMS bestimmt. Die geochemischen Analysen der Pro- ben ergaben eine basaltische bis tra- chybasaltische Zusammensetzung und plotten im Diskriminierungsdiagramm im Feld der Intraplattenvulkanite. Pro- ben der Übergangsbereiche (Transitio- nal) von Dykes zu Sills und Intrusiva zu Effusiva wurden gesondert betrachtet. Die MS wurde mit einer KLY-4S Kap- pabrücke (AGICO, Brno) gemessen. Ergebnisse Im Schwachfeld wird eine lineare Bezie- hung zwischen der Magnetisierung und dem angelegten, magnetischen Feld an- genommen. Dies gilt in den hier bearbei- teten Proben nur für Felder kleiner als 100Am−1, bei einer höheren Feldstär- ke ist die Beziehung nicht mehr linear (Abb. 1). Um den Einfluss der Feldstär- ke auf die AMS zu testen, wird ein Da- tensatz präsentiert, der bei 30Am−1 (li- 1 Renk et al. TSK 11 Göttingen 2006 neares Verhalten) und 300Am−1 (nicht- lineares Verhalten) gemessen wurde. Für diese beiden Datensätze sind in Tab. 1 die Volumensuszeptibilität, der Formfaktor (T ) und der Grad der Ani- sotropie (P′) gelistet. T und P′ sind die Parameter, die üblicherweise zur Be- schreibung der AMS-Ellipsoide benutzt werden (Jelinek 1981). Die MS ist für die effusiven Lavagesteine am höchsten, wobei die höchsten Werte den Proben aus dem Lavasee zuzuord- nen sind. Die Suszeptibilität nimmt von den effusiven Gesteinen zu den Dykes ab und zeigt die geringsten Werte für die Sills. Für die Messungen in den bei- den Feldamplituden gibt es einen deut- lichen Unterschied in den Beträgen der MS, mit größeren Unterschieden in La- ven und Dykes im Vergleich zu den Sills. Dies steht mit der unterschiedlichen Zu- sammensetzung der Titanomagnetite in Beziehung und weist auf einen geringen Ti-Anteil in den Sills im Gegensatz zu den Dykes und Laven hin (Abb. 1). Be- trachtet man den gesamten Datensatz, so wird für abnehmende Feldamplituden ein Trend zu geringeren Suszeptibilitä- ten und isotroperen Strukturen deutlich (Abb. 2). Messungen bei Feldstärken, die im nicht linearen Bereich liegen, haben offen- sichtlich auf den Grad der magneti- schen Anisotropie einen großen Einfluss, der mit der Zusammensetzung der Tit- anomagnetite variiert. Generell ist der Grad der Anisotropie bei magmatischen Fließstrukturen eher gering (P′ <1.1, Tarling & Hrouda 1993). Der Einfluss der Feldstärkenabhängigkeit kann al- so den Betrag der ‚wahren‘ magneti- schen Anisotropie überschreiten. Der Vergleich der AMS-Ellipsoide für Mes- sungen im linearen und nicht linearen Bereich zeigt diesen dramatischen Ef- fekt. Es bleibt aber dennoch ein Unter- schied in der MS und P′ zwischen Sills, Dykes und Laven, der sich auch in den Suszeptibilitäten in Tab. 1 wiederspie- gelt. Dies gibt einen Hinweis auf unter- schiedliche Fließeigenschaften und Ab- kühlungsraten der verschiedenen vulka- nischen Körper. Schlussbemerkung Diese Studie macht den Einfluss der Feldstärkenabhängigkeit auf die MS und AMS in Titanomagnetit-führenden Ge- Tabelle 1: Merkmale der magnetischen Sus- zeptibilität (k in 10−3 SI) für die Dykes, die Übergangsbereiche (Transitional), die Sills und Lava Flows bei einer Feldamplitude von 30Am−1 und 300Am−1. 2 TSK 11 Göttingen 2006 Renk et al. Abbildung 1: Magnetische Suszeptibilität mit zunehmender Feldstärke Hac (k normiert auf Hac = 10Am−1) für a) Dykes; b) Übergänge (Transitional) von Dykes zu Sills und Lava Flows; c) Sills; d) Lava Flows. Zum Vergleich wurde eine Probe mit reinem Magnetit (Magnetit-Standart) dazu geplottet. Der durchschnittliche χhd-Wert (Feldstärkenabhän- gigkeit der magnetischen Suszeptibilität in Prozent, ermittelt aus den Messungen bei einer Feldamplitude von 30 und 350Am−1) für die verschiedenen Probengruppen ist ebenfalls angegeben. steinen deutlich. Die Auswirkung der Zusammensetzung auf die MS muss al- so beachtet werden, wenn man ma- gnetische Anisotropien von verschiede- nen Typen vulkanischer Gesteine mit- einander vergleicht und wenn man den Grad der Anisotropie dazu verwendet, um Informationen über die Fliessdy- namik einer Lava zu erhalten. Die Auswertung der gemessenen Daten er- gibt eine lineare Beziehung zwischen ∆P′ (P′ 300Am−1 — P′ 30AM−1) und den χhd-Werten (Feldstärkenab- hängigkeit in %). Aus diesem Graph kann ein Korrekturfaktor bestimmt wer- den, mit dem die Anisotropiedaten in Titanomagnetit-führenden Gesteinen korrigiert werden können. Ansonsten wird für ferromagnetische, basaltische Gesteine vorgeschlagen, die AMS im Be- reich der linearen Beziehung zwischen Magnetisierung und angelegtem Feld zu messen, also bei Feldern <100Am−1. Literatur Canon-Tapia E, Walker GPL & Herrero- Bervera E (1997) The internal structure of lava flows: insights from AMS measurements II: Hawaiian pahoehoe, toothpaste lava and ’a’a. J. Volcanol. Geotherm. Res. 76, 19–46 Canon-Tapia E & Pinkerton H (2000) The anisotropy of magnetic susceptibility of lava flows: an experimental approach. J. Volcanol. Geotherm. Res. 98, 219–233 de Wall H (2000) The field-dependence of ac susceptibility in titanomagnetites: implicati- ons for the anisotropy of magnetic suscepti- bility. Geophys. Res. Lett. 27, 2413–2416 Jackson M, Moskowitz B, Rosenbaum J & Kis- sel C (1998) Field-dependence of AC suscep- 3 Renk et al. TSK 11 Göttingen 2006 Abbildung 2: In a) ist die Änderung des Formfaktors und der Anisotropie mit zunehmen- der Feldstärke dargestellt. Die grau gezeichnete Probe enthält einen geringen Ti-Anteil und die schwarze einen hohen; in b) ist für Proben aus den Dykes der Grad der Anisotro- pie gegen die Suszeptibilität für Messungen bei einer Feldstärke von 30 und 300Am−1 aufgetragen. tibility in titanomagnetites. Earth Planet. Sci. Lett. 157, 129–139 Jelinek V (1981) Characterization of the ma- gnetic fabrics of rocks. Tectonophysics 79, 63–67 Tarling DH & Hrouda F (1993) The Magne- tic Anisotropy of Rocks. Chapman & Hall, London, p 217 4