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

Ньюфаундленской банки на юг, к материковому склону и абиссаль­ ной части Атлантического океана.

Титан распределен в осадках равномерно. У берега концентра­ ция Ті — 0,1—0,3%, в глубоководной части 0,07—0,5%. Кривые изменения концентрации Ті по глубине колонок довольно плавные, невзирая на литологический состав. Титан и его соединения на ис­ следованной площади входят в типичные литогенные осадки, посту­ пая туда в результате выветривания основных пород КанадскоГренландского щита.

Хром обнаружен во всех исследованных горизонтах осадков за исключением интервала 0—10 см на станции 1707. Максимальное содержание (0,01%) отмечено в глинистых отложениях, среднее со­ держание составляет 0,005%. Картина распределения хрома и ана­ лиз магнитной фракции указывает на связь его с продуктами раз­ рушения содержащих хром минералов, которые отлагаются в виде кластического материала в батиальной области, где хрома больше, чем в абиссальной.

Ванадий в исследованных осадках выявлен в количестве 0,001— 0,05%; содержание его в большой степени зависит от их литологического состава. В осадочных толщах, представленных известковофораминиферовыми илами, как правило, ванадия нет. Его концен­ трация возрастает при переходе к песчано-глинистому материалу и увеличении количества тонкой фракции в глинистом материале. Включения, представленные кластическим материалом и органически­ ми остатками, как правило, не содержат ванадия совсем или в значи­ тельно меньшей концентрации, чем основная масса осадка. Следова­ тельно, основной поставщик ванадия в донные осадки — взвесь, отлагающаяся в батиальной зоне, что видно также из большого количества взвешенного материала в районах повышенного со­ держания ванадия.

Концентрация никеля составляет 0,001—0,005%, а кобальта — от следов до 0,003%.

Результаты проведенных нами исследований показали, что на распределение в донных осадках Мп, Ті, Cr, Y, Ni и Со решающее влияние оказывает Лабрадорское течение, сортирующее и перенося­ щее продукты дезинтеграции горных пород с континента, а также способствующее миграции и осаждению различного осадочного ма териала.

Изучение поведения малых элементов в донных осадках Азов­ ского, Средиземного морей и северо-западной части Атлантическо­ го океана позволяет нам сделать вывод, что распределение в Азов­ ском море подчиняется общим закономерностям, установленным H . М. Страховым [217—219] для гумидного типа литогенеза. Азов­ ское море расположено в аридной зоне, но материал поступает в него из бассейнов Дона и Кубани, большая часть которых лежит в гумидной зоне. Распределение малых элементов в суглинках, сла­ гающих абразионные берега моря, такое же, как и в речных взвесях. Поэтому в целом содержание и распределение этих элементов в

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Геологическое изучение глубоководных осадков современных морских и океанических впадин нуждается в приме­ нении как геохимических, так и гидрогеологических методов исследо­ ваний. Согласно H . М. Страхову, в верхней части толщи глубоко­ водных осадков Черного моря мы различаем три слоя — современ­ ный, древнечерноморский и новоэвксинский, а также переходные между ними горизонты.

Устанавливаются некоторые особенности распределения основ­ ных ионных компонентов и общей минерализации поровых вод на глубине в толще осадков. Например: содержание ионов натрия, калия, магния и хлора, как правило, уменьшается с глубиной, а кальция — увеличивается. Общая минерализация поровых раство­ ров с глубиной почти везде уменьшается. Их плотность и электро­ проводность отчетливо прямо зависят от минерализации. Таким образом, имеется возможность оценивать минерализацию поровых вод, а в некоторых случаях и их хлорность, по плотности и электро­ проводности (с предварительной калибровкой).

Данные приближенного анализа химического состава донных отложений позволили рассчитать средние содержания шестнадцати микроэлементов на основе методов математической статистики для выделяемых слоев, а также распределения их в каждом слое по площади. Изучено распределение некоторых микроэлементов по глубине осадка. Концентрация малых элементов в глубоководных донных осадках Черного моря, как это установлено нами, аппрокси­ мируется логнормальной моделью распределения.

Фоновое содержание микроэлементов в Черном море неодина­ ково и зависит прежде всего от формы переноса того или иного эле­ мента в водной среде, от соотношения взвешенной и растворенной составляющих переноса, а также от размещения элементов в грану­ лометрическом спектре взвесей.

В древнечерноморских и новоэвксинских отложениях микро­ элементы распределяются в общем так же, как в современных черно-

148

морских осадках, описанных М. А. Глаголевой. Элементы, перено­ симые в основном в виде взвесей в грубопелитовой и алевритовой фракциях, образуют прибрежные полосы повышенной концентра­ ции, разделенные пелагической областью с пониженной концентра­ цией. Если во взвеси преобладает тонкопелитовая фракция или даже растворы, то повышенная концентрация элементов обнаружива­ ется в пелагической области. Путем изучения распределения малых элементов в донных осадках, рядов их подвижности и анализа кор­ реляционных соотношений определены ассоциации элементов, по­ падающих в область седиментации в виде взвесей (V, Cr, Ni, Ga, Be, Zr); истинных и коллоидных растворов (Ва, Sr, Си, Со, Ti, Mo); взвесей и растворов (Mn, Pb, Y, Yb). Установлены факторы среды осадконакопления и диагенеза, способствующие осаждению опре­ деленных элементов в тех или иных отложениях.

Для выяснения роли поровых вод и их взаимодействия с твер­ дым веществом глубоководных осадков в процессах переноса и пере­ распределения химических элементов изучены в колонках следую­ щие физические и водные свойства осадков: удельный вес скелета, объемный вес осадка, весовая влажность, пористость, водопрони­ цаемость, пластическая прочность и теплопроводность. Следует отметить, что коэффициенты фильтрации глубоководных осадков Черного моря измерены впервые с применением оригинальной мето­ дики и аппаратуры.

Установлены основные особенности изменения параметров осад­ ков с глубиной. Удельный вес скелета осадка зависит от его мине­ рального состава и наличия органического вещества; особенно вли­ яет на удельный вес органическое вещество, нерастворимое в керо­ сине. Это могут быть гуминовые кислоты, белковые соединения и полисахариды, влиянием которых можно объяснить аномально низ­ кий удельный вес скелета грунта, отмеченный в некоторых случаях.

Теплопроводность с глубиной изменяется незначительно, этот показатель непригоден для расчленения осадков, но подтверждает достаточно равномерное распределение в них теплового потока.

С погружением в толщу осадка весовая влажность имеет тен­ денцию к понижению, объемный вес и пластическая прочность по­ степенно увеличиваются, а коэффициенты пористости и фильтрации уменьшаются. Таким образом подтверждаются общие закономер­ ности изменения изученных свойств осадков по глубине на началь­ ной стадии диагенеза осадка.

Сопоставление изменения весовой влажности осадка с коэффици­ ентом фильтрации и пластической прочности по глубине позволило выявить слои с аномально высокой влажностью, залегающие под сло­ ем с пониженной водопроницаемостью. Это подтвердило предположе­ ния о существовании направленного снизу вверх потока поровых вод, выжимаемых в процессе геостатического уплотнения осадка.

Для расчетов градиента давления в поровой воде были исполь­ зованы некоторые зависимости, вытекающие из теории фильтраци­ онного уплотнения грунтов. По удельному весу скелета, влажности

149

осадка и удельному весу поровой воды приблизительно рассчитаны градиенты давления. По измерениям коэффициента фильтрации и полученным градиентам давления определена скорость фильтрации потока поровых вод, которая в данном случае характеризует ско­ рость конвективного массопереноса.

Экспериментальное измерение коэффициента диффузии иона хлора в некоторых типах глубоководных осадков Черного моря позволяет приблизительно определять скорость диффузионного мас­ сопереноса компонентов, растворенных в поровых водах. По ско­ рости фильтрации, градиенту концентрации и коэффициенту диф­ фузии показано преобладание в ряде случаев конвективного массо­ переноса над диффузионным в глубоководных осадках Черного моря.

В результате исследования физико-химических условий среды удалось выяснить особенности распределения pH по глубине в глу­ боководных осадках. Установлено, что pH осадка по сравнению с pH отжатого из него порового раствора меньше, что, видимо, объясня­ ется суспензионным эффектом вследствие преимущественной адсорб­ ции ионов водорода поверхностью тонкодисперсных глинистых ми­ нералов осадка.

Сопоставление распределения в осадках элементов, переноси­ мых в виде истинных и коллоидных растворов (Ва, Sr, Си, Со, Ті, Mo, Мп, Pb, Y, Yb), с содержанием органического углерода и пелитовых фракций наводит на предположение о возможном хроматографическом разделении и селективном концентрировании некоторых микроэлементов. По-видимому, подобные процессы приводят к на­ блюдающемуся несовпадению максимумов концентраций отдельных пар микроэлементов, близких по геохимическим свойствам. Поток порового раствора при этом обеспечивает перенос соответствующих компонентов.

Микроэлементы в ионной форме и поровых водах при геостати­ ческом уплотнении ведут себя так же, как и ионы калия, натрия, кальция, т. е. остаются в осадке или удаляются из него в зависи­ мости от знака и величины энергии гидратации, определяющей их взаимодействие с водой. При этом они связываются и закрепляются в осадке на соответствующих сорбентах, в роли которых обычно выступают различные органические вещества в осадках.

Из проведенных исследований вытекают некоторые рекомендации по методике выполнения подобных работ.

Пробы для спектрального анализа целесообразно отбирать через возможно меньшие интервалы в колонках с тем, чтобы проследить непрерывность изменений. Пробы желательно консервировать с со­ хранением их естественной влажности.

При изучении водно-физических свойств глубоководных морских осадков в колонках, получаемых с помощью грунтовой трубки, сле­ дует определять влажность и объемный вес осадка непрерывно по всей колонке, либо по возможности максимально увеличивать часто­ ту отбора проб. В данном случае необходимо использовать метод рассеяния нейтронов и гамма-лучей.

150

ЛИТЕРАТУРА

1. А г а б а л ь я н ц 6. Г. Методи фізико-хімічного контролю бурових глинистих суспензій. «Техніка», К., 1965.

2.А г а м и р о в С. Ш.— Геохимия, 6, 1963.

3.А г а м и р о в С. Ш.— Геохимия, 1, 1963.

7.А н д р у с о в Н. И. К геологии Керченского полуострова. Ч. 1, 2, Одесса, 1884—1886.

8.А н д р у с о в Н. И. — Изв. Русск. геогр. об-ва, 28, 1892.

9. А н д р у с о в Н. И.— Записки Акад. наук, V I I I серия, 1, 1894.

10.А н д р у с о в Н. И. Босфор и Дарданеллы (истор. обзор мнений о их про­ исхождении). М. 1904—1905.

11.А н д р у с о в Н. И. Древнее Эгейское море. Харьков, 1916.

15.А р х а н г е л ь с к и й А. Д.— БМОИП, отд. геол; 6, 1, 1928.

16.А р х а н г е л ь с к и й А. Д.— Вестник Геолкома, 3, 2, 1928.

17.А р х а н г е л ь с к и й А. Д.— Геол. вестник, 6, 1—3, 1928.

18. А р х а н г е л ь с к и й А. Д., Б а т а л и н а М. А.— Изв. АН СССР, ОФМ, 8, 1929.

19.А р х а н г е л ь с к и й А. Д. Причины крымских землетрясений и геологи­ ческое будущее Крыма.— БМОИП, отд. геол. 7, 1—2, 1929.

20. А р х а н г е л ь с к и й А. Д., К о п ч е н о в а Е. В.— Изв. АН СССР,

ОФМ, 3, 1930.

21.А р х а н г е л ь с к и й А. Д.— БМОИП, отд. геол., 10, 1, 1932.

22.А р х а н г е л ь с к и й А. Д.— В кн.: Путеводитель экскурсий I I четвер- тично-геологической конференции. Л—М., 1932.

и история развития Черного моря. Изд-во АН СССР, М., 1938.

27.Б а б и н е ц А. Е.— В кн.: Труды совещ. по исслед. и использ. глин. Львов, 1957 г. Изд-во АН УССР, К., 1957.

28.Б а б и н е ц А. Е.— В кн.: Доклады к собранию международной ассоциации гидрогеологов. Госгеолтехиздат, М., 1960.

29.Б а б и н е ц А. Е. Подземные воды юго-запада Русской платформы. Изд-во АН УССР, К., 1961.

30.Б а б и н е ц А. Е.—Труды I укр. гидр, совещ. 1. Изд-во АН УССР, 1961.

152