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

резкими колебаниями содержания битумоидов, вторая — с довольно равномерным их содержанием. В колонках первой группы больше всего битумоидов всегда оказывается в сапропелевых прослоях в черном иле и микрослоистой глине. В колонках второй группы, если такие скопления и появляются, то они приурочены к известко- во-глинистым прослоям. Установлена прямая взаимосвязь содер­ жания Сорг с содержанием суммы гранулометрических фракций

0,01—0,005 и 0,005—0,001. Это наводит на мысль о том, что в дан­ ном случае поставщиком органического вещества могли быть кокколитофориды, поскольку их остатки составляют карбонатную массу именно этих фракций. Инфракрасные спектры поглощения показали наличие высокомолекулярных соединений типа кислот. Спектры люминесценции выявили высококонденсированные ароматические углеводороды — перилен и 1,12-бензиперилен.

Т. В. Дроздова с сотрудниками [104] исследовала компонентный состав органического вещества современных черноморских осадков на станциях 1309 и 1312. Повышенное содержание аминокислот хоро­ шо совпадает с содержанием С0 Р г, углеводов, растительных пиг­ ментов и гуминовых кислот. Спектры поглощения ацетоновых экс­ трактов подтверждают наличие хлорофилла. В образце станции 1309 выявлено двенадцать аминокислот, в образце станции 1312 — тр:і.

32

С0 рг в осадках мы определяли методом мокрого сожжения по Кнопу и в параллельных пробах методом Тюрина с индикатором дифениламином. Результаты анализов хорошо сходятся с литера­ турными данными и подтверждают повышенное содержание С о р г в сапропелевидных прослоях тонкослоистых илов древнечерноморского возраста (табл. 2).

Изучение распределения органического вещества в донных осад­ ках важно для понимания особенностей концентрирования микро­ элементов. Как будет показано далее, выявлена корреляционная зависимость между содержанием отдельных микроэлементов и со­ держанием в образцах пелитовой фракции и органических веществ. По-видимому, вследствие сорбции тонкодисперсная фракция взве­ сей, из которых формируется осадок, химически активна и всегда содержит много микроэлементов. Повышение их содержания в обо­ гащенных органическим веществом илах, возможно, является след­ ствием концентрации их живыми организмами. Далее мы более детально рассмотрим особенности разделения и концентрирования микроэлементов из порового раствора на поверхности дисперсной фазы и в органическом веществе донных осадков.

3 3-1361

Глава 111

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ВОДНЫХ СВОЙСТВ ДОННЫХ ОСАДКОВ

Глубоководные донные осадки представляют собою пол­ ностью водонасыщенное пористое вещество, поэтому основные фи­ зические свойства их в значительной степени обусловлены большим количеством воды. В результате взаимодействия входящей в состав осадка воды с поверхностью твердых дисперсных частиц вещество осадка в объеме приобретает некоторые специфические свойства, именуемые в гидрогеологии водными. Прежде всего приведем основные определения исследованных нами физических и водных свойств донных осадков.

Удельным весом осадка (о) мы называем среднее отношение веса твердых частиц к их объему. Удельный вес равен весу единицы объема скелета осадка при полном отсутствии пор, поэтому иногда говорят «удельный вес скелета». Удельный вес осадка зависит от минерального состава твердых частиц и возрастает с увеличением содержания в них тяжелых минералов. Зависит он также от наличия органических веществ, с увеличением содержания которых снижа­ ется.

Объемным весом влажного осадка (А) принято считать вес еди­ ницы объема осадка с естественной влажностью и ненарушенной структурой. Объемный вес влажного осадка зависит от его минераль­ ного состава, пористости и влажности. Осадки одинаковых минераль­ ного состава и пористости могут иметь различный объемный вес из-за разницы в их влажности и, наоборот, осадки с одинаковой влажностью могут различаться по объемному весу вследствие раз­ личия их минерального состава и пористости.

Различные исследователи, изучающие донные осадки, под влаж­ ностью (W) подразумевают величину, характеризующую содержание в осадке воды, исключая воду кристаллогидратов и конституцион­ ную. Практически это преимущественно вода, удаляемая при высу­ шивании образца. Однако расчет ее содержания можно производить либо относительно твердой части (скелета), либо относительно об­ щего количества образца. Так, С. В. Бруевич рассчитывал влажность относительно веса натурального осадка. Зачастую же авторы вообще

34

не упоминают, как определяется приводимая ими величина влаж­ ности донного осадка, что делает результаты несопоставимыми.

Мы используем понятие весовой влажности, принятое в гидрогео­ логии и грунтоведении. Под весовой влажностью осадка подразуме­ вается выраженное в % отношение веса воды, уделяемой из образца

Морской осадок представляет собой дисперсную систему, в состав которой входит твердая дисперсная фаза и жидкая дисперсионная среда. Объемные соотношения между ними характеризует величина, называемая пористостью (п) и определяемая отношением объема всех пор Ѵр к объему образца V:

В грунтоведении и механике грунтов для характеристики приве­ денной пористости используется понятие коэффициента пористости (или коэффициента приведенной пористости). Коэффициент пористос­ ти 8 определяется как отношение объема пор Ѵр к объему твердой фазы (скелета) Vs:

Поскольку влажность характеризует весовые отношения между дисперсной фазой и дисперсионной средой, а пористость и коэффи­ циент пористости — их объемные соотношения, очевидно, что между влажностью и пористостью должна существовать взаимосвязь. Действительно, учитывая объемный вес осадка А и удельный вес у поровой воды, можно записать

П - ( 1 + У ) Т - Эти величины определяют основные свойства статического со­

стояния осадка. В случае же относительного перемещения жидкой и твердой фаз пористой системы их уже недостаточно. Поэтому для случая течения жидкости в пористой среде осадка (фильтрации) вводится величина, характеризующая взаимодействие пористой сре­ ды с фильтрующейся через нее жидкостью. Она количественно опре­ деляет гидравлическое сопротивление пористой среды, входит в качестве постоянного множителя в уравнение закона фильтрации Дарси и называется коэффициентом фильтрации. Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости, а его величина k зависит,

с одной стороны, от свойств пористой системы, а с другой — от вязкости фильтрующейся жидкости.

Из величин, характеризующих прочностные свойства осадков, определялась пластическая прочность, или предельное напряжение

сдвига Рт.

Объемный вес, влажность, пористость, водопроницаемость и пла­ стическая прочность донных осадков связаны между собой функ­ циональными либо корреляционными зависимостями. Удельный вес осадков, в свою очередь, также зависит от свойств и состава поровых вод. Исходя из этого, совокупность перечисленных параметров, определяющих основные свойства натурального осадка, мы в даль­ нейшем изложении будем называть для краткости водно-физи­ ческими свойствами.

Перейдем к описанию использованных нами методик определения физических и водных свойств осадков.

Удельный вес осадка определялся пикнометрически. Образцы высушивали, измельчали в фарфоровой ступке, помещали в пикно­ метры второго класса емкостью 100 мл, наполняли очищенным обез­ воженным керосином и выдерживали в вакуумном эксикаторе при давлении менее 1 мм рт. ст. до прекращения выделения пузырьков воздуха. Пустой пикнометр, пикнометр с образцом, пикнометр, заполненный керосином, и пикнометр с навеской образца, заполнен­

веса осадка. В нашем случае их суммарное влияние невелико, по­ скольку минерализация порового раствора не превышает 2—2,5%, а содержание прочно связанной воды в большинстве случаев не превышает 1 —3 %.

Объемный вес влажного осадка измерялся на свежих образцах условно ненарушенной структуры методом режущих колец. За­ метим, что структуру донных осадков, извлекаемых из грунтовых трубок, мы считаем ненарушенной лишь условно, поскольку как при ударе трубки о грунт, так и при извлечении керна из трубки

86