В работе приведены первичные данные анализа кернов 66-ти и 22-метровой скважин, пробуренных в 2018 г. на о Самойловском в дельте р. Лены. Осадки в более глубокой скважине представлены тремя пачками отложений: верхним органо-минеральным переслаиваним (слоёнкой) до глубины 25,3 м; песками с двумя горизонтами размыва на глубине 26, 30-31 м и единичными гальками до глубины 52-53 м; нижними галечниками. Определение возраста осадков, геохимический и диатомовый анализы показали, что отложения формировались на протяжении почти 200 тысяч лет в водоёме эстуарного типа с периодическим проникновением в него морских вод. Отложений более мелкой скважины представлены аллювием, но также отмеченным влиянием моря.

Ключевые слова: дельта р. Лены, скважины, ИК-ОСЛ- и ¹⁴С-датирование, геохимический и диатомовый анализы, возраст и условия накопления осадков

Введение. В рамках российско-германских исследований по проекту «Исследовательская станция «Остров Самойловский» 13-24 апреля 2018 г. проведено бурение двух скважин в разных по геологическому и геоморфологическому строению частях острова. Цели бурения: изучить геологическое и мерзлотное строение острова, достичь поверхности дочетвертичных пород, организовать наблюдения за температурным режимом многолетнемёрзлых пород, выявить границу подруслового талика и историю развития района дельты р. Лены в прошлом. Бурение осуществлялось буровым станком УРБ 2А2 на шасси КАМАЗ бригадой буровиков из ООО «Арктик-Бур» − малого инновационного предприятия при Северо-Восточном федеральном университете в составе: Острельдин С.К., Григорьев Б.В., Острельдин С.С. Извлечение, описание и упаковка керна в термобоксы производилось авторами в палатке, установленной в точках бурения. Бурение проводилось сухим способом с полным отбором керна мёрзлых пород, но с естественными потерями из-за трудностей бурения в мёрзлых грубообломочных породах в скважине №1. Керн разделён между участниками бурения и его исследование продолжается. Проведено описание керна скважины при извлечении из колонковой трубы, отобраны небольшие образцы из разных горизонтов скважин и выполнены следующие виды анализов: геохимический анализ и датирование части образцов органики радиоуглеродным методом в лаборатории геоморфологических и палеогеографических исследований полярных районов и Мирового океана им. В. Кёппена СПбГУ, диатомовый анализ выполнен в ААНИИ, датирование отложений методом ИК-ОСЛ проведено в Лаборатории четвертичной геохронологии Таллиннского технического университета (Эстония), температурные исследования в скважине и датирование радиоуглеродным методом части образцов выполнены Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН.

Остров Самойловский представляет собой небольшой (3,0х2,6 км) останец первой аллювиально-морской террасы, размытой с западной стороны, к которой причленена аккумулятивной песчаная форма, затапливаемая практически ежегодно в половодье и растущая из-за отложений наилка и древесных остатков (Рис. 1). Терраса высотой до 10 м сложена горизонтально переслаивающимися аллохтонными растительными остатками (зелёные мхи, осока, древесные остатки и детрит) с алевритами и песками, доля которых в аккумулятивном слое террасы выше уреза воды составляет в целом не более 10%. В почти отвесных уступах размыва повторножильный лёд ежегодно вскрывается вследствие интенсивной термоэрозии.

 Возраст надводной части слоёнки, определённый радиоуглеродным методом, от 500 до 3500 лет [Большиянов и др, 2013]. Возраст причленившихся с запад песков поймы около 500 лет [Большиянов и др., 2013]. Любой аэрофото- или космический снимок острова совершенно чётко указывает на то, что первая терраса была срезана с запада эрозионной деятельностью реки, а затем с запада же к эродированной части было прислонено аккумулятивное тело поймы. Эрозия и срез западной части острова происходили в совершенно других гидрологических условиях, когда сток реки осуществлялся с западной стороны, в отличие от современного направления течения - с востока. Имеющиеся до настоящего времени определения возраста слоёнки и песков о. Самойловского, свидетельствуют о том, что такие событие в вершинной части дельты р. Лены могли происходить в интервале времени 2000-500 лет назад. Известно также, что отложения, слагающие остров, содержат свидетельства вторжения в вершину дельты морских или солоноватых вод в прошлом, что показал керн 26-ти метровой скважины, пробуренной в 2005 г. в районе построенной в 2012 г. новой станции. Та первая скважина, оборудованная термокосами, показывает потепление мерзлоты в течение периода измерений температур мёрзлых пород с 2007 по 2019 гг., но в условиях техногенного влияния – над скважиной ежегодно формируется сугроб толщиной до 3 м в результате действия построек станции на режим снегонакопления. Поэтому было решено пробурить новую скважину глубиной до 100 м в естественных условиях, чтобы выявить температурный режим более глубоко залегающих горных пород и, возможно, добуриться до пород фундамента, который в этой части дельты залегает неглубоко [Геологическая карта России, 2004; Большиянов и др., 2013].

Фактический материал. Скважина № 1 пробурена на первой террасе, недалеко от её бровки, в западной части острова (Рис. 2). Скважина вскрыла следующие осадки сверху – вниз.

0-4,05 м – песчаный алеврит с обломками и кусочками древесины. Ледяные шлиры расположены под углом друг к другу, льда до 50%. В нижней части пачки целые ветки кустарников, залегающие навстречу друг – другу в отложениях со слоистостью типа ёлочки.

4,05-20,75 м – слоёнка или переслаивание мелкого растительного детрита в слойках с алевритовым песком, слоистость горизонтальная, внизу линзовидная и типа ёлочки со слойками, падающими навстречу друг другу.

20,75-22,3 м песок с обломками древесины (сучки, стволики диаметром до 4,5 см).

22,3 – 25,3 – горизонтально-слоистая слоёнка.

25,3-26, 0 – песчаный алеврит с горизонтальными слойками по 0,3 – 1 см. Нижний контакт неровный, вероятна граница размыва.

26,0 – 30,0 пески разнозернистые, желтовато-серые с большим количеством льда (до 40%), который часто присутствует в виде вертикальных жилок (полосатик). Нижний контакт – граница размыва и она в керне почти вертикальная – граница между песками и алевритами до глубины около30,9 м. Алевритов вскрыто около 0,5 м.

30,0 – 40,5 м – песок разнозернистый с линзами древесных окатышей и мелкими гальками, встречаются прослои песчаного алеврита, слоистость наклонная и горизонтальная.

40,5-65,35 м переслаивание песков и галечников, с глубиной количество галек увеличивается. Слоистость видна лишь в нескольких кусках керна, а обычно отобранный осадок вываливается из колонковой трубы. Но слоистость осадка чувствуется по проходке – длительное разбуривание галечников сменяется коротким быстрым углублением трубы в песках, менее насыщенных гальками. Гальки окатаны преимущественно хорошо, их размер средний и мелкий, крупные гальки единичны. Бурение завершилось на этой глубине вследствие примерзания бурового снаряда. Удалось извлечь всю колонну буровых штанг и тем самым спасти скважину для геофизических исследований.

Таким образом, скважина вскрыла верхние толщи органо-минерального переслаивания (слоёнка) до глубины 25,3 м; пески с двумя горизонтами размыва на глубине 26 и 30-31 м и единичными гальками до глубины 52-53 м; переслаивание галечников и песков, в которых преобладает галечник.

Скважина № 2 пробурена в северной части острова на нижней части поймы, которая заливается водами реки в течение большей части года (см. рис.2).

Под метровым слоем снега и речного льда вскрываются переслаивающиеся кварцевые пески и алевритовые пески, в которых содержатся растительные остатки. Слоистость горизонтальная и волнистая, только на глубине 2,6-2,8 м –наклонная и косая. До глубины 22 м растительные остатки в прослоях редки, а на глубине 22-23,8 их много – примерно пополам с песком и алевритом. Здесь есть ветки кустарников и окатанная древесина. Талик вскрыт с глубины до 21 м и пройден с отбором керна до 23,8 м. Далее бурение производилось только штангами для достижения нижней границы талика, в которую штанги упёрлись на глубине 29 м.

По данным количественного рентгено-фазового анализа (табл.1) основными компонентами осадков скважины о. Самойловского являются кварц и полевые шпаты; хлорит и слюда присутствуют в подчиненных количествах. Максимальные содержания двух последних минералов наблюдаются в образцах, по литологическому составу соответствующих глинам.

Результаты количественного рентгено-флуоресцентного анализа показывают, что основными компонентами осадка являются окислы кремния и алюминия, в значительно меньших количествах присутствуют железо, кальций, титан, марганец, магний и калий.

Анализ распределения микроэлементов (табл. 2) показал, что Fe, Mn, Ti, Mg, K, Al проявляют между собой линейную положительную взаимосвязь и отрицательную с Si, что, по всей вероятности, обусловлено изменением пропорций основных слагающих пробы минералов. В этой связи использование вариаций данных элементов по разрезу в качестве показателя поступления морской воды в осадочный бассейн малоинформативно. Более эффективным оказались нормированные на содержание Al₂O₃ концентрации стронция (Din 1992; Van der Weijden 2002), поскольку данный геохимический показатель лишен влияния литологического фактора.

 Как видно из рисунка 3 он проявляет отчетливые отрицательные аномалии в районе глубин 2 м (проба №1), 4,6 м (№3), 23,7 м (№13) и 49,6 м (№28). Более того, к данным горизонтам приурочены максимальные концентрации брома и серы, являющихся существенными компонентами именно морских вод. В данных пробах были зафиксированы также различимые сигналы присутствия хлора.

В 18 образцах из скважины 1 глубиной 66 м на острове Самойловском и 1 образце из скважины 2 были изучены ископаемые диатомовые водоросли.

В отложениях интервала 57,6-65,3 м скважины 1 были обнаружены единичные обломки и створки морских планктонных диатомей Thalassiosira gravida и T. sp.

В отложениях интервала 30,85-55,4 м никаких микрофоссилий не установлено.

Единичные пресноводные бентосные диатомовые водоросли обнаружены в горизонте на глубине 26,15 м. Они представлены преимущественно донными северными видами Cavinula pseudoscutiformis, Amphora proteus, Stauroneis phoenicenteron и другими.

На глубине 23,75 м обнаружена всего одна створка планктонной диатомеи рода Aulacoseira.

На глубине 17,35 м установлены единичные пресноводные водоросли (единичные болотные виды Eunotia minor), а также единичные цисты золотистых водорослей.

С глубины 16,4 м до 4,65 м обнаружены богатые пресноводные диатомовые комплексы.

В диатомовом комплексе на глубине 16,4 м установлено 46 видов диатомей и цисты золотистых водорослей. Численно доминируют пресноводные Staurosirella pinnata (20% от всего состава комплекса), ей сопутствуют и заметны Staurosira venter (8%), галофил Sellaphora pupula (6%), ацидофильные виды Eunotia bilunaris (5%), E. minor (5%), Еyonema pausistriata (4%), планктонные виды Aulacoseira subarctica (4%) и Ulnaria acus (3%),  Cymatopleura solea (3%). По отношению к солености: пресноводные – 93,7% (в их числе все численно преобладающие виды), следует отметить в числе пресноводных галофила Sellaphora pupula (6%), пресноводно-солоноватоводные - 6,3% (Navicula cryptocephala - 2%, Tryblionella levidensis – 1%, Meridion circulare – 1% и др.). Все перечисленные пресноводно-солоноватоводные диатомеи встречены только в этом горизонте, выше по разрезу они отсутствуют в диатомовых комплексах. По отношению к реакции воды рН: алкалифилы - 56,4% (преобладающие виды Staurosirella pinnata, Staurosira venter, алкалибионт Gyrosigma acuminatum и другие), индифференты - 29,3%, ацидофилы – 14,3%.

На глубинах 7,27-12,2 м количество диатомей заметно снижается также как разнообразие видов, но их количество и сохранность створок позволяет заключить, что диатомеи отлагались in situ. В диатомовых комплексах преобладают пресноводные бентосные Ulnaria ulna, ацидофильные Eunotia bilunaris,  E. minor  и другие.

На глубине 4,65 м также установлен богатый пресноводный диатомовый комплекс, отличающийся от диатомового комплекса на глубине 16,4 м. В нем установлено 34 вида водорослей. Преобладают ацидофильные болотные виды рода Eunotia (43%: Eunotia bilunaris (25%), E. faba (8%), E. bilunaris var. mucophyla (5%), E. minor (2%) и другие), им сопутствуют Еncyonema pausistriata (9%) и другие. По отношению к солености: пресноводные – практически 100% (в их числе все численно преобладающие виды), единично присутствует галофил Sellaphora pupula (1%), пресноводно-солоноватоводных водорослей не обнаружено. По отношению к реакции воды рН: алкафилы - 48,7% (Staurosirella pinnata и другие), индифференты - 5,3%, ацидофилы (все виды рода Eunotia – 46%, Pinnularia subcapitata (3%) и другие). Количество алкалифильных и ацидофильных видов приблизительно в равных долях.

На глубине 2,15 м установлены единичные пресноводные бентосные диатомовые водоросли и цисты золотистых водорослей.

В одном образце скважины №2 с глубины 23,3 м установлен богатый пресноводный диатомовый комплекс, состоящий из 41 вида диатомей и цист золотистых водорослей. Как и в образце из скважины 1 с глубины 16,4 м численно доминируют пресноводные Staurosirella pinnata (20% от всего состава комплекса), ей сопутствуют и заметны планктонные виды Aulacoseira ambiqua (13%), вид-обрастатель Achnanthidium minutissimum (11%) и другие. По отношению к солености: пресноводные – 99% (в их числе все численно преобладающие виды), пресноводно-солоноватоводные - 1% (Meridion circulare – 1%). По отношению к реакции воды рН: алкалифилы - 76,4% (преобладающие виды Staurosirella pinnata, а также Staurosira venter, Gomphonema acuminatum и другие), индифференты - 17,2%, ацидофилы – 6,4%. В скважине 2 на глубине 23,3 м в отложениях установлен пресноводный диатомовый комплекс со смешанным видовым составом, развивавшийся в щелочном мелководном водоеме, в достаточно холодноводных условиях, но с проникновением морских вод (один солоноватоводный вид и преобладание видов алкафилов).

Выводы. В обеих скважинах вскрыты осадки, откладывавшиеся в водоёме, скорее всего эстуарного типа с периодическим проникновением в него морских вод. Естественно, водоём был преимущественно пресноводным, т.к. речные воды в нём доминировали. Имеющиеся результаты позволяют нам считать, что проникновение морских вод в эстуарий могло иметь место во время отложения осадков в скважине №1 на глубинах: 65,3 - 57,6 м; 49,6 м; 23,75 м; 16,4; 4,65 м, 2,15 м. Проникновение морских вод зафиксировано и в скважине №2 на глубине 23,3 м. Вся вскрытая мощность аллювия в скважине 2 активно перемывалась в последнем тысячелетии. Песчаное тело поймы, прислонённое к останцу первой террасы о. Самойловского имеет возраст 440-500 лет. Это означает, что срез острова с западной стороны при совершенно другой картине распределения течений в вершине дельты р.Лены, имел место в период 1200-500 лет назад.

Исследования финансировались Институтом полярных и морских исследований Альфреда Вегенера и грантом РФФИ 18-05-70091 «Оценка темпов разрушения арктических берегов, объёмов терригенного материала и органического углерода, поступающих в арктический бассейн».

ЛИТЕРАТУРА

Большиянов Д.Ю., Макаров А.С., Шнайдер В., Штофф Г. Происхождение и развитие дельты реки Лены. СПб: ААНИИ, 2013. 267 с.

Геологическая карта России и прилегающих акваторий масштаба 1:2 500 000. СПб: ВСЕГЕИ, 2004.

PRIMARY RESULTS OF THE 66-METERS BOREHOLE DRILLING AT SAMOYLOV ISLAND IN THE LENA RIVER DELTA

¹Bolshiyanov D., ²Grigoriev M., ²Maksimov G., ³Straus J., ³ Schneider W., ^{1, 4}Pushina Z., ⁵Molodkov A., ⁶Kuksa K., ⁶Petrov A.

¹ Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg, Russia

² Permaffrost Institute, Yakutsk, Russia

³ Alfred-Wegener-Institute Helmholtz-Zentrum for Polar and Marine Investigation, Potsdam, Germany

⁴ VNIIOkeangeologiya, St. Petersburg, Russia

⁵ Laboratory of Quaternary geochronology «Geo-Age», Tallinn, Estonia

⁶ St Petersburg University, St. Petersburg, Russia

In this article the primary data from two boreholes drilled up to 66 and 22 m on Samoylov Island are discussed. Sediments from the first one borehole are represented by 3 beds: layering of organic matter, silt and sand up to 23,3 m; sands with 2 horizons of disconformity on depth of 26 and 30-31 m; pebbles. IR-OSL and ¹⁴C dating, chemical and diatom analysis demonstrate that sedimentation took place during the period of nearly 200 thousand years in estuary basins with periodical penetration of sea waters. Sediments of the 22-meters borehole consist of alluvium, but with influence of sea waters too.

Keywords: Lena River Delta, boreholes, IR-OSL and ¹⁴C dating, geochemical and diatom analysis, age and conditions of sedimentation

Ссылка на статью:

Большиянов Д.Ю., Григорьев М.Н., Максимов Г. Штраус Й, Шнайдер В., Пушина З.В., Молодьков А.Н., Кукса К.А, Петров А.Ю. Первичные результаты бурения 66-метровой скважины на острове Самойловском в дельте р. Лены в 2018 г. // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. 2020. Выпуск 7. C. 24-31. doi:10.24411/2687-1092-2020-10703