ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 3, с. 259-263
ГРУНТОВЕДЕНИЕ
УДК 624.131; 551.465
СТАДИЙНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ОСАДКОВ В ПРИСУТСТВИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
© 2013 г. Д.Ю. Здобин
Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская наб. 7/9, г. Санкт-Петербург, 199034 Россия. E-mail: zdobin_soil@mail.ru
Поступила в редакцию 17.08. 2012 г.
Рассматриваются результаты многолетних мониторинговых исследований физико-химических свойств голоценовых илов Кандалакшского залива Белого моря. На основе всестороннего анализа соотношения величин естественной влажности (We), влажности верхнего предела пластичности (Wj) и содержания органического вещества (Сорг) по глубине непрерывной секвенции морских органоминеральных грунтов делается вывод о наличии девяти стадий формирования природной системы "осадок - ил - текучая глина". Предлагается определять границу разделения седименто-генез - диагенез ("ил - текучая глина") по We > WL и Сорг > 3%.
Ключевые слова: ил глинистый, органическое вещество, физико-химические свойства, стадийность формирования глинистых грунтов.
В настоящее время основное внимание при изучении объектов в грунтоведении обращено: на уровне типа - на минеральные грунты, на уровне вида, как правило, на грунты глинистые, и на уровне разновидности - на отдельно взятое свойство грунта. Иерархическая взаимосвязь этих уровней - исключительно удобный и организующий момент для обсуждения любых вопросов грунтоведческой направленности.
Подавляющее большинство работ посвящено изучению различных свойств глинистых грунтов, так как именно они являются наиболее распространенными образованиями верхних горизонтов земной коры. Существенно меньше внимания уделяется органическим и органоминеральным грунтам, во-первых, в силу их ограниченного распространения на дневной поверхности, во-вторых, сложностью их изучения. Но органоми-неральные грунты - важнейший тип дисперсных связных осадочных грунтов, являющихся той геологической основой, которая, эволюционируя во времени и пространстве, трансформируется, в конечном счете, во все остальные разновидности глинистых грунтов. По мнению авторов, крайне важно проследить (и что весьма существенно охарактеризовать) все этапы этого процесса: от попадания отдельной минеральной частицы в се-
диментационный бассейн до образования достаточно стабильной осадочной системы.
Исследование стадийности процессов формирования глинистых пород и, в частности осадка, относится к фундаментальным задачам современной литологии и грунтоведения. Стадия се-диментогенеза, в ряду седиментогенез - диагенез (ранний и поздний) - литогенез - катагенез весьма значима, так как исходный минеральный состав, наличие биотической составляющей и физико-химические условия структурообразова-ния определяют в последующем характер любых трансформаций в грунте. Качественный прорыв в исследовании процесса структурообразования произошел с момента разработки и применения физико-химической механики дисперсных сред [3]. С помощью данной теории удалось построить убедительную двухфазную модель (твердая и жидкая компоненты) формирования глинистого осадка. Начальный этап осадочного породообразования разбит на четыре стадии: коагуляция, агрегация, структурообразование и физико-химическое уплотнение [4]. В настоящее время общая последовательность событий не вызывает особых возражений. Но, тем не менее, до сих пор некоторые аспекты в установлении стадийности процесса структурообразования в осадках требуют дополнительного исследования.
260
ЗДОБИН
Белое море
Карта фактического материала: район исследований и положение станций донного пробоотбора.
В природных условиях упомянутая выше модель не полностью соответствует естественным реалиям, так как не учитывает такой важнейший компонент осадка как органическое вещество, которое так или иначе на ранних стадиях осадочного процесса участвует в осаждении и формировании первичных структурных (коагуляционных) связей в системе "частица - суспензия - осадок - ил".
Авторами предпринята попытка, опираясь исключительно на основные физико-химические свойства грунтов первого порядка, детализировать начальный этап осадкообразования (на примере реальных природных глинистых илов) с учетом влияния на него органического вещества. В пределах четырех ранее описанных стадий были выделены девять более дробных на основании значений показателей влажности: естественной (Ще), нижнего предела пластичности (раскатывания) (Щр), верхнего предела пластичности (текучести) (Щ); числа пластичности (1р), консистенции (¡¡) и по содержанию органического вещества (Сорг). Вспомогательными физическими свойствами осадка служили пористость (п), коэффициент пористости (е), плотности: грунта (р), частиц грунта (р4), скелета грунта (р^).
Объектом изучения стали прибрежно-морские (бухтовые) глинистые илы Кандалакшского залива Белого моря (север Европейской части России) (рисунок). Голоценовые глинистые осадки в бухте Никольская образовывались непрерывно в течение последних 500-1000 лет при постоянном и стабильном поступлении терригенного мате-
риала с сопредельной суши. Существенным моментом является то, что область рассматриваемой современной седиментации находится на небольших глубинах (15-30 м) вне зоны волнового воздействия. Исследования проводились в период 1997-2011 гг. Количество станций донного про-боотбора и значительный временной период наблюдений по одним и тем же точкам были достаточными для получения уверенного и достоверно повторяемого ряда физико-химических характеристик илов (табл. 1).
Генеральная схема формирования глинистых грунтов, предлагаемая авторами, представлена в табл. 2. Стадии выделялись по сопоставлению между собой содержания Сорг и соотношению показателей Щ и Щь. Отметим, что линейные интервалы со знаком "+" означают мощности предполагаемых первых трех стадий находящихся выше собственно донных осадков (грунтового поля).
I. "Биоминеральный снег" ("морской снег" по А.П. Лисицину [2]: от зеркала воды до +7.0 -(+3.0) мм - видимая в грунтовой трубке суспензия). Количество воды многократно превышает количество минеральных частиц. При натурных водолазных работах визуально фиксировалась величина придонного слоя воды, содержащего подобную осадочную субстанцию, до 1.5-2.0 м и более.
II. "Осадочное облако" (условная вода): +3 (+7) - +1.0 (+0.05) мм. Возрастание концентрации минеральных частиц. Количество воды примерно равно количеству минеральных частиц.
III. "Осадочный туман" (суспензия): +0.05 -0.0 мм. Начало процесса агрегации; действие дальних коагуляционных контактов (сотни А). Начало ориентации глинистых частиц (кубическая симметрия формирующегося осадка).
Между первыми тремя стадиями физических границ нет: к ним применим термин - "горизонт событий". Стадии, на наш взгляд, отличаются друг от друга количеством твердых (неводных) частиц. Лишь в III стадии удалось получить приблизительные физико-химические показатели свойств вещества Ще > 5ЩЬ, Сорг > 10%, где атомы и отдельные молекулы растворенного органического вещества, вероятно, и являются мостиками между глинистыми частицами.
IV. "Минеральная жидкость": 0.0-5.0 (7.0) мм. Алюмо силикатный гель (золь-гелевая фаза). Дальние коагуляционные контакты. 2Щ < Ще < 5ЩЬ, 10% > Сорг > 7%. Со стадии IV начинается собственно "осадочное поле" т.е. та геологическая
м
0
и
1
о
К ^
к
к
*
м
к
м ч
к £
М
В
о
К
К Й ч О
М
В
о
К
М
О *
К
в
о ^ч К ¡я
к> о
Таблица 1. Физико-химические свойства илов по стадиям формирования (Белое море, Кандалакшский залив)*
Глубина отбора,см Стадия Ж дол. ед. к» дол. ед. 1¥Р, дол. ед. к п, % е р, г/см3 ра, г/см3 р5, г/см3 Г % орг' /0
+0.05-0.0 III 5.39 1.10 0.68 42 11.21 11.06
0.0-0.05 IV 2.35 1.09 0.69 40 4.15 85 5.726 1.29 0.39 2.59 8.89
0.05-1.0 V 2.05 1.02 0.67 35 3.94 84 5.147 1.3 0.43 2.62 6.85
1.0-2.0 1.81 0.90 0.68 22 5.14 82 4.641 1.31 0.47 2.63 6.47
2.0-3.0 VI 1.70 0.90 0.67 23 4.48 81 4.38 1.32 0.49 2.63 5.63
3.0-4.0 1.66 0.91 0.68 23 4.26 81 4.34 1.31 0.49 2.63 5.94
4.0-5.0 1.44 0.85 0.67 18 4.28 80 3.899 1.31 0.54 2.63 5.81
5.0-8.0 1.47 0.86 0.68 18 4.39 80 3.921 1.32 0.53 2.63 5.73
9.0-11.0 1.41 0.85 0.68 17 4.29 79 3.784 1.33 0.55 2.64 5.53
14.0-16.0 VII 1.45 0.89 0.70 19 3.95 79 3.845 1.34 0.55 2.65 4.61
16.0-19.0 1.37 0.92 0.68 24 2.88 79 3.652 1.35 0.57 2.65 4.68
19.0-21.0 1.39 0.87 0.69 18 3.89 79 3.657 1.36 0.57 2.65 4.32
21.0-24.0 1.24 0.91 0.70 21 2.57 77 3.333 1.37 0.61 2.65 4.30
24.0-26.0 1.23 0.94 0.69 25 2.16 77 3.345 1.36 0.61 2.65 4.22
26.0-29.0 1.18 0.93 0.69 24 2.04 76 3.217 1.37 0.63 2.65 4.18
29.0-30.0 1.16 0.92 0.70 22 2.09 76 3.148 1.38 0.64 2.65 4.06
34.0-35.0 VIII 1.12 0.95 0.71 24 1.71 75 3.071 1.38 0.65 2.65 3.86
35.0-36.0 0.98 0.98 0.71 27 1.00 73 2.762 1.4 0.71 2.66 3.49
36.0-39.0 0.96 0.95 0.70 25 1.04 73 2.698 1.41 0.72 2.66 3.33
40.0-42.0 IX 0.90 0.93 0.68 25 0.88 72 2.573 1.42 0.75 2.67 2.98
О £
Й К Кс
к о о ч
6П ©
О
£ к
ч о
к к
¡я
3
к к к о
4 №
я
о
о £
§ ю
Примечание, влажность: 1¥е-текучести, п - пористость, е ■ органического вещества.
естественная; - верхнего предела пластичности. Шр- нижнего предела пластичности; 1Р- число пластичности, 1Ъ — показатель ■ коэффициент пористости, р - плотность грунта, - плотность скелета грунта, - плотность частиц грунта, Сорг - содержание
к>
262 ЗДОБИН
Таблица 2. Стадии формирования глинистых осадков*
№ Стадия Цвет Тип контактов Органическое вещество (Сорг) Физико-химические параметры
I "Биоминеральный снег"
II "Осадочное облако"
III "Осадочный туман" Бурый Начало ДКК Сорг > 10% Щ > 5Щ
IV "Минеральная жидкость" Черный ДКК 10% > Сорг >7% 2Щ < Щ< 5Щ
V "Протогрунт" 7% > Сорг> 5% Щ - 2Щ
VI Ил органоминеральный ДДК+БКК 7%> Сорг > 5% Щ < Щ < 2Щ
VII Ил минерально-органический Серовато-черный 5% > Сорг > 3% Щ < Щ < 2Щ
VIII Ил минеральный Зеленовато-серый БКК+ДДК Сорг - 3% Щ < Щ
IX Глина текучая Серовато-зеленый БКК Сорг < 3% Щ < Щ
X Глина текучепластичная Сорг < 3% Щ < Щ
'Примечание. ДКК - дальние
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.