В связи с возрастанием объема морских геологических работ возникает необходимость использования таких методов обработки проб осадков, которые бы позволяли в процессе экспедиционных работ выявлять концентрации тяжелых минералов, проводить корреляции колонок и пр. Одним из таких методов является метод измерения магнитной восприимчивости, каппаметрия (к) морских осадков.

Метод каппаметрии еще не нашел широкого применения при изучении морских осадков, хотя его перспективность неоднократно подчеркивалась многими авторами [Арчиков, Хершберг, 1974; Арчиков и др., 1975; Бронштейн, 1954; Брусиловский, Глазовский, 1973; Кочемасов, 1976; Молостовский, 1969]. Трудности, с которыми сталкиваются исследователи в процессе каппаметрических работ, обусловлены недостаточным учетом динамических процессов на шельфе, влияния механического и минералогического состава осадков на величину к. Слабо используется вероятностно-статистический метод обработки результатов массовых измерений.

Шельф является открытой динамической системой. Самый верхний (активный) слой осадков подвержен воздействию придонных волновых течений, живых организмов и т.д. В этом слое за короткий промежуток времени постоянно происходит нарушение структуры отложений, изменение количества и размера компонентов. Активный слой находится в различных состояниях и, очевидно, чем больше таких состояний, тем чаще изменяются его структура и другие особенности его строения. Нижележащий (статический) слой отложений пассивен к этим воздействиям. Там гидрогенные и другие отмеченные факторы несущественно влияют на структуру реликтовых толщ осадков. Статический слой хорошо сохраняет фациальные условия древнего осадконакопления. Его строение отражает колебания уровня моря, изменение характера поступления обломочного материала с суши, гидродинамические, климатические и другие условия.

Для описания вещественного состава осадков шельфа используется представление об их неоднородности. Неоднородность бывает двух типов. Первый появляется в одних и тех же точках и вызван изменениями изучаемых значений во времени. Второй тип обнаруживается при последовательном переходе от одной точки к другой по профилю или горизонтам пробуренных скважин. Эта неоднородность связана с пространственным изменением свойств осадков. В активном слое осадков отмечается оба типа неоднородности, а в статическом слое только второй.

Обычно наблюдения проводятся или в стабилизированных условиях, или многократно, т.е. до проявления того или иного события и после него. При этом учитывается вероятность (частота) данного случайного события в совокупности всех возможных взаимодействий на шельфе. Вероятностный подход позволяет выявить место и роль каждого события в формировании вещественного состава осадков активного слоя. Выборка проб должна быть представительной, т.е. при последовательном переходе от точки к точке значения тех или иных параметров должны распределяться последовательно и без значительных отклонений. При таком отборе проб и измерения в них величины магнитной восприимчивости с помощью прибора ИМВ-2 получают выборочную статистическую совокупность параметров [Комаров, 1972; Тархов, 1958;Хальд, 1956]. В процессе обработки объемная цифровая информация заменяется небольшим числом величин (средними значениями к, дисперсией q²), а также строятся гистограммы, графики изменения в горизонтальной и вертикальной плоскостях и схемы площадного распределения значений.

Величина магнитной восприимчивости каждой пробы определяется интегральной характеристикой вещественного состава морских осадков (составом, содержанием, размерами и распределением тяжелых ферро- и парамагнитных минералов или высокомагнитных обломков горных пород в диамагнитной массе осадка). Наблюдения показывают, что величина к существенно зависит от размера частиц осадка. Повышенными значениями к характеризуются фракции крупного алеврита, мелкого песка (0,25-0,05 мм) и гравия (> 1 мм). Пониженными значениями к обладают фракции среднего и крупного песка (1-0,25 мм) и илы (менее 0,05 мм). В крупнозернистых отложениях (>0,5 мм) величина к зависит от петрографического состава обломков горных пород (значения к возрастают от осадочных пород к магматическим, а в последних - от кислых к ультраосновным). В мелкозернистых осадках (<0,5 мм) величина к зависит от процентного содержания тяжелых минералов.

В качестве примера использования метода каппаметрии для восстановления условий формирования прибрежно-шельфовых отложений приводятся результаты исследований, полученные в северо-западной части Японского моря в период с 1972 по 1976 г.

Установлено, что распределение показателей в толще осадков повсеместно имеет неравномерный характер, как по линии увеличения глубин, так и в вертикальном разрезе. Каждый литолого-фациальный тип осадков характеризуется определенными значениями K и q². В песчано-гравийно-галечных отложениях значения указанных параметров максимальные, а в илах - минимальные. Разновозрастные типы отложений также различаются по величине к. Как правило, максимальные значения магнитной восприимчивости отмечаются в тех участках аккумулятивных образований, которые в большей степени подвержены воздействию волнений.

Интересные данные получены при исследовании монофациальных типов осадков. В вертикальном разрезе этих отложений отмечается чередование повышенных и пониженных значений к, что связано с неравномерным осаждением магнитных частиц в процессе седиментогенеза. Причиной чередования значений к являются изменение твердого стока, изменение скорости осадконакопления и интенсивности волновой сепарации. По простиранию пластов распределение значений к более плавное. Уменьшение или увеличение значений к указывает на удаление или приближение к источнику сноса или свидетельствует об изменении гидродинамической активности водной толщи, способствующей перераспределению вещества осадка по удельному весу. При глубоком дне повышенные значения к приурочены к абрадируемым береговым обнажениям, где происходит разрушение волн и вынос легких фракций осадка. В условиях отмелого подводного берегового склона область повышенных значений к отмечается на глубинах от 4 до 15 м, т.е. там, где придонные волновые скорости достигают максимальной величины.

В подтверждение изложенному на рис. 1 и 2 приведены два примера. На первом рисунке показаны три типа осадков, вскрытых на подводном склоне одной из бухт Приморья. Каждый тип осадков характеризуется определенными значениями магнитной восприимчивости. Толща осадков волнового поля (до глубин 20-25 м) расчленяется на верхний слой повышенных значений к и нижний слой пониженных значений к. Верхний слой неоднороден, залегает плащеобразно, максимальная мощность его 150 см, наибольшие значения к отмечаются в зоне разрушения штормовых волн (глубина около 5 м). Этот слой отражает зону штормовой переработки и обогащен тяжелыми минералами. Под активным слоем осадки имеют равномерную магнитную восприимчивость. Очевидно, накопление последних происходило в стабилизированных условиях осадкообразования.

            Грубообломочные отложения древней береговой зоны имеют повы­шенные значения к. Наличие в илах песчаных прослоев фиксируется некоторым увеличением магнитной восприимчивости.

На втором рисунке показаны результаты каппафракционного анализа поверхностных донных осадков другой бухты. Вынесенные на схему значения магнитной восприимчивости были получены по формуле К=(к₁+к₂+к₃)/3, где к₁, к₂, к₃ - значения магнитной восприимчивости фракций 0,25-0,5; 0,1-0,25; < 0,1 мм. По распределению величины К можно судить о характере распределения мономинеральной части осадка по удельному весу. Повышенные значения параметров отмечаются вблизи источников сноса (абрадируемых мысов, островов), пониженные - у берегов аккумулятивного типа. По мере удаления от источников сноса величина магнитной восприимчивости уменьшается.

ЛИТЕРАТУРА

Арчиков Е.И., Хершберг Л.Б. Некоторые закономерности распределения концентраций на песчаных пляжах полного профиля и в верхней части подводного берегового склона (на примере аккумулятивного берега Южного Приморья). - В кн.: Геология моря. Л., 1974, № 3.

Арчиков Е.И., Хершберг Л.Б., Кокотов О.И. Опыт исследования динамики донных осадков методом измерения магнитной восприимчивости. - В кн.: Вопросы географии Тихого океана и притихоокеанских районов. Владивосток, 1975.

Бронштейн К.Г. О магнитной восприимчивости осадочных пород. - Прикл. геофиз., 1954, вып. 11.

Брусиловский С.Б., Глазовский Н.Ф. О магнитной восприимчивости донных осадков Каспийского моря. - В кн.: Взаимодействие поверхностного и подземного стока. М., 1973, вып. 1.

Комаров И.С. Накопление и обработка информации при инженерно-геологических исследованиях. М., 1972.

Кочемасов Ю.В. Изучение динамики осадков береговой зоны методом измерения магнитной восприимчивости. - Материалы Всесоюзной конференции по комплексному изучению и освоению океана. Владивосток, 1976.

Молостовский З.А. Об использовании магнитометрических данных для палеогеографии на примере верхнепермских и триасовых отложений Оренбургского Приуралья. - В кн.: Вопросы геологии Южного Урала и Поволжья. Саратов, 1969, вып. 6.

Тархов А.Г. О статистической обработке результатов массовых определений физических свойств образцов горных пород. - Прикл. Геофиз., 1958, вып. 20.

Хальд А. Математическая статистика. М., 1956.

Ссылка на статью:

Кочемасов Ю.В. Об использовании метода измерения магнитной восприимчивости морских осадков для восстановления условий их формирования на шельфе. – В кн.: Позднечетвертичная история и седиментогенез окраинных и внутренних морей. М., «Наука», 1979, с. 196-200.