Файл: Бабинец А.Е. Гидрогеологические и геохимические особенности глубоководных отложений Черного моря.pdf

элементов в анализируемой пробе: отождествление спектральных линий, измерение их интенсивности и определение концентраций.

Исследования проводились на кварцевом спектрографе средней дисперсии ИСП-28, щель которого освещалась при помощи трехлинзовой конденсорной системы. Ширина щели коллиматора со­ ставляла 0,005 мм. Пробу (30 мг) помещали в кратер спектрально чистого угольного электрода глубиной 2,5 и диаметром 3,9 мм. Для очистки от случайных примесей угли предварительно прокали­ вали в дуге переменного тока силой 12 а в течение 2 мин; верхний электрод был заточен на усеченный конус. Пробу сжигали в два приема; первые 30 сек при силе тока в 10 а, затем силу тока повышали до 30 а и пробу доводили до полного испарения. Питание дуги осу­ ществлялось током переменного напряжения 220 в. Спектр фотогра­ фировали на спектрографическую пластинку тип I , формата 9 X 12 (чувствительность 1,4), эмульсия 804, время проявления 3 мин. Спектрограммы расшифровывали на фотометре методом «последних линий». Метод набивки образца в кратер угольного электрода был применен в связи со спецификой спектральных исследований дон­ ных осадков и возможностью жечь «мокрые» пробы [159].

Для каждой литологической разности илов изготовили основу, и из каждой из них методом последовательного разбавления изго­ товили серии стандартных образцов с эталонированным содержа­ нием определенных элементов.

Каждый образец сжигали три раза и брали средний результат. Большое внимание также уделялось предотвращению случай­ ных искажений результатов в процессе определения. Составляющая случайных искажений результатов или методическая составляющая состоит из ошибок от колебания силы тока, температуры и влажности воздуха в помещении, качества эмульсий на фотопластинке при про­ явлении пластинок, режима проявления, качества сжигания пробы, от временных факторов. Поэтому мы предварительно комплекти­ ровали и одновременно фотографировали пробы выделенных серий отложений. Каждая из них снималась на одной пластинке, а все пробы — на пластинках одной чувствительности, одного типа, одной эмульсии. Колебания силы тока ликвидировались посред­ ством стабилизатора. Работа одного постоянного лаборанта повы­ сила стабильность сжигания. Все эти меры позволили считать влия­ ние временных и случайных факторов на полученные результаты

несущественным.

При оценке правильности анализов мы сравнивали результаты определения средних концентраций элементов в контрольных про­ бах с данными количественных спектральных определений и резуль­ татами химических анализов тех же проб; расхождения в большин­ стве случаев были незначительными. Ошибка определения для предельно малого диапазона концентраций была сведена к 30%.

Аналитические линии, по которым проводился анализ элементов и чувствительность определения в пробах донных осадков, пока­ заны в табл. 17.

106

Принимая во внимание то, что для данной работы использова­ лись специально изготовленные основы стандартных смесей глав­ нейших типов осадков и то, что каждую пробу сжигали три раза и осредняли, можно рассматривать оценку результатов как прибли­ женно-количественную, удовлетворительную по степени (прибли­ жения единичных оценок к истинной концентрации элементов и пригодную к дальнейшей статистической обработке.

Обработка результатов. Особенности применения математиче­ ских методов в геохимических исследованиях морских осадков. Ре-

зультаты спектральных анализов донных осадков представляют со­ бой большой числовой массив, который содержит как качественную, так, в основном, и количественную информацию об изучаемых осад­ ках и процессах, происходящих в их толще. Поэтому применение математических методов обработки результатов необходимо при геохимических исследованиях, без чего невозможна полная и объективная оценка информации, заключенной в полученных ма­ териалах.

Математическая обработка, в нашем случае статистическая, вследствие значительной трудоемкости при наличии больших чис­ ловых массивов возможна лишь с помощью электронно-цифровой вычислительной машины. Мы обрабатывали наши данные на элект­ ронной клавишной вычислительной машине «Искра-12». Для стати­ стической обработки данных спектральных исследований необхо­ димы массовость материала и четкие правила постановки гипотез и решения задач. В нашем случае первое условие полностью удовле­ творяется, со вторым дело обстоит следующим образом.

107

мы имеем дело с совокупностью (распределением) случайных зна­ чений содержания элемента, заполняющих некоторый интервал с разной плотностью в разных его частях. В обычных статистических задачах считается, что распределение случайных величин и погреш­ ностей их измерения нормально или определяется другими точно определенными и хорошо исследованными законами распределения. При математической обработке геохимических материалов мы не знаем заранее, с каким естественным (геохимическим) распределе­ нием элементов мы встретимся. Нам предстояло решить следующие вопросы. Во-первых, выяснить какими законами распределения наиболее часто может быть описано эмпирическое распределе­ ние концентраций микроэлементов в изучаемых нами донных осадках и каково геохимическое содержание появления того или иного вида. Во-вторых, определить, какова геохимическая интерпретация статистических параметров этих распределений и какой минимум этих параметров содержит достаточно полную информацию, необ­ ходимую для решения геохимических задач, поставленных нами.

Основные типы распределения малых элементов. Вид функции распределения (тип распределения) в геохимии может служить указанием о виде процессов, влиявших на концентрацию и рассе­ яние элементов. Существует немало публикаций, описывающих различные законы (типы, виды) распределения химических элемен­ тов в разнообразных горных породах [194, 195 , 79]. Анализируя проведенные исследования, можно прийти к выводу, что многооб­ разие типов распределения наиболее часто сводится к двум, соот­ ветствующим нормальному или логнормальному законам распре­ деления. Их математическое обоснование подробно изложено в спе­ циальных работах [130, 195]. Укажем только, что нормальный закон характеризуется симметричным расположением частот отно­ шений вокруг среднего значения случайной величины (рис. 26), а логнормальный — положительной асимметрией кривой распреде­ ления, которая становится симметричной, если значения случайной величины заменить их логарифмами (рис. 26). Иными словами, слу­ чайная величина распределена логнормально, если ее логарифмы распределены нормально. Математическое объяснение условий воз­ никновения нормального распределения базируется на положениях центральной предельной теоремы [130], из которой следует, что случайная величина распределена нормально в том случае, если отклонения от среднего ее значения являются результатами со­ вместного действия большого числа незначительных независимых факторов, каждый из которых вызывает незначительные изменения этой величины.

Условия возникновения логнормального типа распределения, как и нормального, определяются центральной предельной теоре­ мой для произведений независимых случайных величин. Показано,

108

что если случайная величина G изменяется пропорционально про­ изведению интенсивности причины (фактора) на значение величины, достигнутое к моменту действия причины, т. е.

можно прийти к выводу, что породообразующие элементы в поро-

дах самого разнообразного генезиса распределяются преимущест­ венно согласно с нормальным законом. Так же распределяются и малые элементы в осадочных породах. Логнормальному закону чаще всего подчиняется распределение малых элементов в интру­ зивных и эффузивных породах. Однако вопрос о том, какому закону распределения подчиняются малые элементы на стадии диагенеза осадков в осадочную породу, в литературе не освещен и до сих пор остается невыясненным. Поэтому нами была проверена гипотеза соответствия распределения микроэлементов в донных осадках нор­ мальному и логнормальному законам.

В отношении геологической интерпретации условий возникнове­ ния нормального и логнормального распределения существует не­ сколько гипотез, которые не исключают друг друга, однако и не объясняют все наблюдаемое. В основном они базируются на той

109

точке зрения, что асимметричные распределения являются резуль­ татом наложения и сложения нескольких нормальных распределе­ ний, возникших в породе на разных этапах ее существования.

Д. А. Родионов [195] считает, что элементы, функция распреде­ ления которых согласуется с нормальным законом, находятся в со­ стоянии рассеяния в нескольких минералах, причем приблизитель­ но в равном количестве. Иными словами, имеется одновременно не­ сколько форм нахождения данного элемента с примерно равной долей участия в балансе валовой концентрации элемента в породе. Для осадочных образований в нашем случае можно предполагать не­ сколько форм переноса элемента в процессе формирования донных осадков. Логнормальное распределение элемента, по этой гипотезе, возникает как результат значительного преобладания его в одном минерале-концентраторе по сравнению с суммарным содержанием элемента во всех остальных минералах или формах нахождения.

В. Я. Воробьев [79] основывается на предположении, что всякое исходное (первичное) распределение концентраций элементов в по­ родах хорошо согласуется с нормальным законом. Логнормальное распределение объясняется нарушением первичного распределения в опробуемых породах наложенными процессами, в основном рудообразующими.

В нашем случае большая часть элементов распределяется лог­ нормально, а часть — нормально. При логнормальном распределении приемлема гипотеза возникновения логнормального типа распре­ деления в результате локального обогащения участков на фоне первичного нормального распределения концентраций. Основа­ нием для этого является площадной характер выноса и локальность отложения микроэлементов в процессе диагенеза.

Методологические вопросы обработки результатов выборочного геохимического опробования. Применение математических методов исследования, в том числе и статистических, требует от исследова­ теля определенного совершенствования понятийно-терминологи­ ческой стороны геологии (геохимии). Поэтому прежде всего необ­ ходимо охарактеризовать термины, употребляемые далее, и уточнить, что именно мы будем подразумевать под этими терминами. Во-пер­ вых, геохимический фон—это фоновое содержание малых элементов (в нашем случае) в современных черноморских, древнечерноморских и новоэвксинских отложениях в пределах изучаемого региона. Вовторых, кларки — числа, выражающие среднее содержание данного элемента в толще донных осадков в целом по региону в весовых процентах.

Для выявления многих геохимических закономерностей нам важно иметь представление о тенденции к увеличению или умень­ шению концентрации в упорядоченном множестве объектов. Поэтому необходимо получить какие-то устойчивые оценки, позволяющие выявить правильные соотношения между сравниваемыми объекта­ ми, выраженные в номинальной шкале. В нашей работе приводятся следующие статистические характеристики:

110