ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 163
Скачиваний: 0
где V .— скорость |
падения частиц, см/с; |
|
g — ускорение свободного падения, см/с2; |
||
г |
— радиус частиц, см; |
|
рі |
— плотность грунта, г/см3; |
|
р2 |
— плотность |
жидкости, г/см3; |
Р — динамическая вязкость жидкости, г/(см -с). Химический анализ проб грунта устанавливает нали
чие тех или иных элементов (кремния, кальция, магния, железа, фосфора и др.) и их соединений (качественный анализ), а также массовое содержание этих элементов (количественный анализ).
Непосредственный отбор проб грунта осуществляется иногда с помощью водолазов, но возможности этого ме тода ограничены предельными глубинами погружения, не превышающими 200 м (в жестком скафандре).
Значительно большими возможностями обладают ди станционно управляемые подводные манипуляторы и другие глубоководные аппараты, получающие в наши дни все большее распространение. Подводная фото съемка, особенно стереофотосъемка, позволяет исследо вать микрорельеф и структуру осадочных отложений, а также взаимодействие дна с океаном практически на любых глубинах, вплоть до предельных. Подводное те левидение служит этим же целям, обеспечивая непре рывность информации, однако исследования ограничены длиной кабеля, связывающего бокс телекамеры с судном.
Исключительно перспективными оказались акустиче ские методы исследования грунтов дна океана. Эти ме тоды базируются на следующих соображениях. Вязкость грунта влияет на затухание преломленной звуковой вол ны и амплитуду отраженной волны. Плотность грунта определяет скорость распространения в нем звука. Плотность же грунта зависит от его влажности и пори стости, которые в свою очередь определяются в значи тельной степени механическим составом грунта, т. е. ве личиной слагающих его зерен. Следовательно, по аку стическим свойствам грунта можно судить о его меха ническом составе.
Различные грунты по-разному отражают звуковые сигналы, но характеристика отражения для каждого типа грунта остается почти постоянной. Это свойство ис пользовано для опознания грунтов с помощью элек
20
тронного осциллографа, подключаемого к эхолоту. Для этой цели могут быть использованы эхолоты любых ти пов — и навигационные, и промерные. Эхолот излучает ультразвуковые импульсы примерно постоянной дли тельности. При отражении же от дна форма, амплитуда и продолжительность принимаемых эхо-импульсов изме няются в зависимости от характера отражающей по верхности — грунта. Характер грунта опознается на экране осциллографа по виду импульса, отраженного от дна, путем сличения его с изображением эталонных эхо-импульсов, типичных для различных грунтов. Эта лонные изображения, соответствующие различным грун там, должны быть получены однотипным эхолотом и предварительно проверены взятием проб грунтодобы вающими приборами на участках с ровным дном и одно родным грунтом. Следует отметить, что характер отра женных эхо-импульсов может зависеть от геологиче ского строения дна и флуктуаций * плотности морской воды, поэтому правильное опознание грунта иногда бы вает затруднительным.
Эхолоты с обычными самописцами позволяют изу чать стратификацию верхних слоев донных отложений. При наличии отражающих поверхностей (прослоек вул канического пепла, слоев ила различной плотности) на эхограмме будет зафиксирована слоистая структура. Известен случай, когда на глубинах около 700 м было зафиксировано восемь прослоек вулканического пепла в толще грунта около 70 м.
Для более глубокого исследования характера и структуры осадочных и подстилающих их пород лито сферы используются методы геофизики: сейсмические, гравиметрические и геомагнитные. Однако все эти ме тоды являются косвенными.
Сейсмическое профилирование позволяет определять толщину различных слоев осадочных пород и скорость звука на различных горизонтах путем возбуждения взрывом акустических волн, отражающихся от этих слоев или преломляющихся в них. По скорости звука в грунте судят о его типе. В системах непрерывного сей смического профилирования источниками упругих коле
* Флуктуация — беспорядочное отклонение, носящее случайный характер.
21
баний служат электроискровые и пневматические излу чатели. Высокая частота повторяемости акустических посылок в этих системах позволяет получать практиче ски непрерывные сейсмические профили любой протя
женности. Обработка полученной информации выпол няется на ЭВМ.
В основе гравиметрического метода лежит зависи мость значения силы тяжести от характера пород зем ной коры в данной точке.
Геомагнитные методы дают возможность определить, какие породы (магнитные или рыхлые) слагают океан ское дно. Комплексное применение всех геофизических методов позволяет довольно точно исследовать подвод ный рельеф, структуру и плотность донных отложений и подстилающих скальных пород в значительных тол
щах земной коры, достигающих в отдельных случаях 2000—3000 м от дна океана.
Накопленная к настоящему времени информация о грунтах дна океанов и морей свидетельствует о том, что его большая часть покрыта осадочными породами со временного происхождения: рыхлыми, толщина которых измеряется десятками и сотнями метров, и твердыми толщина которых может достигать 1 км. Древние же горные породы (граниты, диабазы, известняки и т. и.) выходят на поверхность дна океана только на участках
с крутыми склонами или с сильными придонными тече ниями.
Современные осадочные породы по своей микроско пической структуре и химическому составу могут быть подразделены на следующие породы:
—терригенные (материкового происхождения);
—органогенные (органического происхождения);
—хемогенные (химического происхождения).
Т е р р и г е н н ы е отложения образуются в резуль тате размыва коренных пород, слагающих берега и дно и из частиц породы, которые выносятся в океан реками! При этом более крупные частицы отлагаются ближе к берегам, а дальше в море относятся более мелкие ча стицы. Поэтому в прибрежной зоне осаждение идет ин тенсивно, а с удалением от берегов мощность осадков уменьшается. У берегов грунт днд вначале состоит из валунов и гальки, дальше идет гравий, затем — крупный песокг мелкий песок с примесью ила, еще дальше — раз
22
ного рода илы с примесью песка и, наконец, чистый ил. Осадочные породы терригенного происхождения обна
руживаются в основном в пределах материковой от мели.
О р г а н о г е н н ы е отложения представляют собой твердые остатки различных организмов (скелеты, обо лочки, раковины), уцелевшие от растворения и разло жения при опускании на дно. Эти отложения преобла дают (до 60—80%) в грунтах ложа океанов и морей на значительном удалении от берегов, но, несмотря на это, в них можно обнаружить частицы терригенного проис хождения. В зависимости от того, остатки каких орга низмов преобладают в данном грунте, последний полу чает соответствующее название. Так, глобигеринояые илы, состоящие главным образом из скорлупок микро
скопических животных — глобигерин, имеющие |
розовый |
и желтовато-розовый цвет, занимают более |
половины |
площади ложа Атлантического и Индийского океанов и около четверти Тихого. Иногда в океане встречаются диатомовые (7%), радиоляриевые (до 5%) и птероподовые (менее 0,5%) илы.
Х е м о г е н н ы е отложения образовались химиче ским путем из взвесей и растворенных в морской воде веществ. Доля этих отложений в океанах незначи тельна.
Среди других глубоководных отложений необходимо выделить так называемую красную глину — пластичный вязкий грунт шоколадного цвета, образовавшийся в ре зультате разложения морской водой продуктов вулка нических извержений. Красная глина особенно большую площадь занимает в Тихом океане (около 50% пло щади ложа), но мощность слоя не превышает 1 м, так как осадкообразование происходит очень медленно.
Всего глубоководные отложения занимают около 75% площади дна Мирового океана. Скорость отложе ний колеблется в довольно широких пределах: у берегов она достигает нескольких сантиметров, в морях — сотых, в океанах — тысячных долей сантиметра в год.
Детально состав, строение, историю образования осадочных пород, структуру земной коры, наличие по лезных ископаемых на дне океанов и морей изучает при мыкающая к океанографии наука — геология моря. Су
23
ществуют различные классификации грунтов морского дна (по происхождению, по вещественному или механи ческому составу и т. д.), позволяющие всесторонне опи сать тот или иной грунт.
Однако мореплавателя не столько интересует проис хождение грунта или его вещественный состав, сколько такие качества, как консистенция, пластичность, вяз кость, размеры слагающих грунт частиц, цвет, т. е, те качества, которые должны учитываться при обеспечении безопасности мореплавания и эффективного использова ния оружия и технических средств ВМФ.
Навигационная классификация грунтов. В основу на вигационной классификации грунтов положен их меха нический состав, т. е. величина слагающих грунт зерен с учетом возраста и происхождения грунта. При этой классификации грунтов выделяют две основные группы грунтов:
|
— древние горные |
породы; |
|
|
и |
— современные осадочные породы неорганического |
|||
органического происхождения. |
мине |
|||
|
Отдельно |
рассматриваются конкреции, т. е. |
||
ральные образования округлой формы размером |
от 1 |
|||
до |
25 см |
(отдельные |
конкреции достигают |
массы |
850 кг), чаще состоящие из окислов железа и марганца, но иногда содержащие до 30 других элементов. Конкре ции местами устилают дно в таком количестве, что при обретают промышленное значение. Происхождение кон креций в океанах еще не установлено, одна из гипотез предполагает жизнедеятельность особых форм бакте рий, способных концентрировать химические элементы, растворенные в морской воде.
Древние горные породы представляют собой масси вы осадочного (глина, песчаник, известняк и т. д.) или кристаллического (гранит, диабаз) происхождения. Все
они |
определяются |
как |
твердый грунт, плита или |
скала. |
|
|
|
Современные отложения терригенного происхожде |
|||
ния |
подразделяют |
на три |
класса: |
—грубообломочные;
—сыпучие (зернистые);
—связные.
В классе грубообломочных отложений выделяют сле дующие типы грунтов:
24
— глыбы |
размером |
более |
1 м; |
камни |
— валуны |
(с окатанными |
поверхностями) и |
||
(с неокатанными поверхностями) от 10 см до 1 м; |
||||
— галька |
и щебень от 1 до 10 см. |
|
||
В классе сыпучих отложений выделяют: |
|
|||
— гравий и хрящ от 1 до 10 мм; |
0,5 до |
|||
— крупный песок |
(хрящеватый песок) от |
|||
1,0 мм; |
|
|
|
|
—песок от 0,25 до 0,5 мм;
—мелкий песок от 0,1 до 0,25 мм;
—пылеватый песок от 0,01 до 0,1 мм.
Связные отложения характеризуются наличием в них очень мелких зерен (менее 0,01 мм). Исходя из про центного содержания частиц менее 0,01 мм в этом клас се, выделяют:
—илистый песок (5—10%);
—песчанистый ил (10—30%);
—ил (30—50%);
—глинистый ил (>50% ).
Современные отложения органического происхожде ния (в зависимости от степени обработанное™ поверх
ности) данная классификация |
подразделяет |
на |
два |
|
типа: |
песок, |
коралловый |
пе |
|
— окатанные — ракушечный |
||||
сок; |
битая |
ракушка, |
корал |
|
— неокатанные — ракушка, |
лы, мшанки (известковые кусты, образованные мелки ми животными), литотамний (известковые образования на поверхности водорослей).
Согласно навигационной классификации характер слагающих морское дно грунтов показывают на мор ских навигационных картах с помощью специальных буквенных сокращений. Буквенные сокращения наносят на карты в местах определения грунта, причем название грунта располагается таким образом, чтобы середина надписи пришлась в точку с координатами, в которых взята проба грунта. При написании грунта на карте первым дается цвет грунта, затем его состав и свойство (строчными буквами) и далее название грунта (с про писной буквы). При обозначении сложного грунта со кращенные обозначения составляющих грунтов пишут ся в строчку. Слоистые грунты обозначаются в виде дроби; если при этом известна толщина слоя, то она
25
указывается в сантиметрах [63]. Так, например, надпись на карте злв-ср пж И 30/С/с означает, что в данной точке под слоем зеленовато-серого полужидкого ила толщиной 30 см расположена скала.
Такая система информации мореплавателей о грун тах довольно удобна, так как вместе с глубинами, изо батами и другими навигационно-гидрографическими све дениями комплексно характеризует район плавания. Однако этой системе свойственны определенные недо статки. Она:
—не дает представления о площади распростране ния грунта;
—не всегда позволяет выявить закономерности в
характере |
распределения грунтов дна; |
||
— |
характеризует |
только поверхностный слой (тол |
|
щиной |
не |
более 0,5 |
м). |
На некоторых морских навигационных картах, в рай онах, где достаточно данных о грунтах, показывают площади распространения грунтов путем оконтуривания участков с однородными грунтами сплошной зеленой линией и указанием названия грунта внутри контура.
Перечисленные недостатки системы информации о грунтах на навигационных картах устранены на специ альных грунтовых картах, где сведения о грунтах и пло щадях их распространения даются с помощью особых условных знаков.
При выборе якорных стоянок, при постановке пла вучего ограждения (вех, буев), минных, боновых и се тевых заграждений необходимо учитывать влияние грунтов на держащую силу якорей. Так, ил, глинистый
ил, песчанистый |
ил, илистый песок — хорошо, а круп |
ный песок, плита, |
камень, галька — плохо держат якоря. |
Наиболее надежными грунтами для покладки подвод ных лодок являются песок и илистый песок. Эти грунты малосжимаемы и обладают значительной прочностью (до пустимая нагрузка до 2 кгс/см2). Песчанистый ил, ил и глинистый ил имеют высокую сжимаемость и низкую прочность. Эти грунты способны терять прочность в 1,5—3 раза при нарушении их структуры и восстанав ливать ее после устранения факторов, вызвавших нару шение (удар, взрыв и т. п.). При покладке на грунт в районах с илом и особенно с глинистым илом подвод ным лодкам рекомендуется через несколько часов под-
26