Геохимическая характеристика донных отложений Керченского пролива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Характеристика района работ (обзор литературных данных)

1.1 Физико-географическое описание

1.2 Геологическое строение района работ

2. Методы полевых и лабораторных исследования

2.1 Полевые исследования

2.2 Лабораторные исследования

3. Полученные результаты

4. Обсуждение полученных результатов

4.1 Статистическая обработка результатов химического анализа донных осадков и построение геохимических карт

4.2 Формы нахождения тяжелых металлов в донных осадках

4.3 Формы нахождения тяжелых металлов в морской воде

Заключение

Список литературы

Введение

Объектом исследования данной работы является акватория Керченского пролива. Постановка задачи связана с созданием нового глубоководного порта на Таманском полуострове, интегрированного в МТК «Север-Юг» и дополняющего портовые мощности. В связи с предстоящим строительством проводится серия анализов проб вод и донных отложений с целью оценки экологической ситуации в целом, загрязнения отдельными токсикантами в настоящий момент и планирования последующего мониторинга. Особый интерес представляет прогноз возможного вторичного загрязнения воды Керченского пролива тяжелыми металлами в результате их перехода в водную фазу из донных осадков при проведении планируемых работ, в связи с чем исследуется не только поверхностный слой отложений, но и проводится опробование по скважинам.

Основная цель работы - определение степени загрязнения донных осадков и вод Керченского пролива, а также геохимических особенностей поведения тяжелых металлов в системе “донные отложения - вода”

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

· Определение содержания тяжелых металлов, органического вещества и нефтепродуктов в донных осадках, поверхностных и придонных водах.

· Оценка загрязнения донных осадков и построение геохимических карт.

· Определение преобладающих форм нахождения тяжелых металлов в донных осадках.

· Расчет коэффициентов водной миграции и форм нахождения тяжелых металлов в поверхностных и придонных водах.

При выполнении работы использовались следующие методы:

· Атомно-абсорбционная спектрометрия (определение тяжелых металлов)

· Фотометрия (определение нефтеуглеводородов)

· Метод постадийной экстракции (определение форм нахождения тяжелых металлов в донных отложениях)

· Программа STATISTICA (обработка результатов анализов)

· Программа PHREEQC (расчет миграционных форм элементов в водах)

· Программа Surfer и CorelDraw x4 (построение геохимических карт).

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры геохимии Альхову А.С и Семеновой В.В за помощь в проведении лабораторных исследований, статистической обработке и построениях карт. Отдельная благодарность сотрудникам ОАО “Ленморниипроект” и особенно Рябову Е.М, Рыжову С.Б и Иванову В.Н за помощь в работе, предоставлении полевого материала и фондовой информационной базы.

керченский геологический донный металл

1. Характеристика района работ (обзор литературных данных)

1.1 Физико-географическое описание

Работы проходили в Темрюксоком районе Краснодарского края в Керченском проливе и у побережья Таманского полуострова между мысом Панагия и мысом Тузла. Таманский полуостров расположен в западной части Краснодарского края на границе с Украиной, разделен с ней Керченским проливом, на юге граничит с Анапским и Крымским районами, на востоке со Славянским районом, с севера омывается Азовским морем, с юга - Черным морем. На Таманском полуострове находится административная единица Краснодарского края - Темрюкский район. Население города 36,2 тыс. жителей (2008).Район включает один город районного подчинения - Темрюк и 27 сельских населенных пункта. В непосредственной близости от района работ расположены поселок Волна, находящийся в двух километрах, и станция Тамань в восьми километрах. На территории Таманского полуострова находятся два порта международного значения порт "Темрюк" и порт "Кавказ", на мысе Железный Рог ведется строительство третьего порта "Тамань" который должен стать одним из крупнейших на юге России. На Таманском полуострове открыты месторождения природного газа и нефти, имеются железные рудопроявления.. Также здесь находится самое известное месторождение минерала, который иногда называют по названию полуострова -- таманитом.

Рельеф

Рельеф Таманского полуострова своеобразен. Он представляет собой всхолмленную равнину, большая часть которой является дельтовой равниной, на которой возвышаются низкие горы или сопки. Высота сопок от 40-ка до 160-ти метров над уровнем моря. Гряды и холмы сильно расчленены оврагами и промоинами. Поверхность полуострова сильно изрезана заливами, лиманами и солеными озерами. Низменные пойменные пространства - плавни занимают дельту реки Кубань и ее старое русло. На Таманском полуострове преобладают суглинистые, песчаные и солончаковатые грунты. Большой интерес представляют грязевые вулканы, расположенные в наиболее молодых прогибах земли. Рельефная поверхность Темрюкского района очень разнообразна, она сильно расчленена, а обнажения различных пород создают большое количество экологических ниш, которые помогают сохранению многих природных видов растений и животных.

Береговая линия

Берега Таманского полуострова довольно разнообразны, но преобладают два типа: высокие, крутые - абразионные, т. е. образовавшиеся в результате разрушительной деятельности морских волн, и низкие, плоские - аккумулятивные. Последние сформировались из песчано-глинистых отложений в результате деятельности морских волн и течений. Берег Таманского залива от мыса Тузла вплоть до станицы Тамань, возвышенный и крутой. В среднем высота его колеблется от 15 до 30 м. Береговая линия на значительном протяжении обрывиста, состоит из известняковых пород и ракушечника. Растительность большей частью антропогенная, однако в ряде мест вдоль береговых обрывов сохранилась первичная степная растительность. Дно побережья в основном песчаное, у мысов - каменистое. Прибрежная полоса моря и Керченского пролива замерзает почти ежегодно. В последние годы наблюдается наступление моря на сушу, что уменьшает ширину песчаного пляжа.

Климат

Климат района характеризуется как умеренно континентальный. Зимой преобладают холодные северные, северо-восточные, северо-западные ветры. Ветер с юга приносит тепло и дожди. Таманский полуостров относится к району недостаточного увлажнения. За год выпадает 200 - 250 мм осадков, в основном поздней осенью и зимой. Зима умеренно мягкая. Весна бывает ветреной, в последние годы с мало дождливой, но пасмурной погодой. Лето жаркое, температура достигает в июле - в августе до 40-ка и более градусов. Осадков не бывает по два - три месяца. Сентябрь и октябрь умеренно влажные и теплые

Гидрологические особенности

Гидрологические особенности Таманского полуострова отражают своеобразие его рельефа, геологического строения, климата и определяют специфику условий питания, стока и режима водоемов, характер подземных вод. Более половины территории полуострова (900 кв. км) заняты лиманами, плавнями и озерами. Речная сеть района представлена рекой Кубанью. Ширина реки 90 - 150 метров, глубина 2,5 - 5 метров, скорость течения 0,6 м/с. Берега низкие

Экологическая ситуация

Керченский пролив играет существенную роль в формировании особенностей гидролого-гидрохимического режима Азово-Черноморского бассейна и является важнейшим промысловым районом и судоходной магистралью. Формирование условий среды в проливе и их изменчивость происходит в условиях увеличения антропогенных нагрузок. Основными источниками негативного воздействия на экосистему пролива являются интенсивное судоходство, портовые и рейдовые перегрузочные комплексы, береговые источники загрязнения, расположенные в зоне Украины и Российской Федерации, дноуглубление акваторий портов и подходных каналов и дампинг изымаемых грунтов. В настоящей работе рассматриваются особенности поведения таких загрязняющих веществ, как тяжелые металлы.

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу токсикантов, получил значительное распространение в экологической литературе. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к металлоидам (например, мышьяк).

В химической литературе к тяжелым металлам относятся Cu, Pb, Zn, Ni, Sn; к ним примыкают так называемые малые, или младшие - Co, Sb, Bi, Hg, Cd. В (Treatise on Geochemistry, 2004) тяжелыми металлами названы Pb, Zn, Cd, Cr, Cu, Ni. В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см³.

Формально определению “тяжелые металлы” соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы; соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn. Среди тяжелых металлов, согласно данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), наиболее токсичны Hg, Sn, V, Mn, Mo, Pb, Zn, Cd, Cu, Cr, Ni, As. Обычно при организации мониторинга и оценке вредного воздействия загрязняющих веществ на организмы определяют содержание этих металлов. Тяжелые металлы, накапливаясь в пищевых цепях, обладают не только токсичными, но и мутагенными свойствами.

Таблица. 1. Биогеохимические свойства ряда тяжелых металлов

Свойство	Металлы
	Cd	Co	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
Токсичность	В	У	У	В	У	В	У
Канцерогенность	-	B	-	-	B	-	-
Подвижность	B	H	У	В	Н	В	У
Тенденция к биоконцентрированию	В	В	У	В	В	В	У
Эффективность накопления	В	У	В	В	У	В	В
Комплексообразующая способность	У	Н	В	У	Н	Н	В
Растворимость соединений	В	Н	В	В	Н	В	В
Время жизни	В	В	В	Н	В	Н	В

Примечание: В - высокая, У - умеренная, Н - низкая

Химический состав осадков, как таковой, безлик, т.к. валовая концентрация элементов представляет собой сумму количеств элемента в различных минералах, разнообразном биогенным материале и органо-минеральными образованиях (Калмыкова, 2001). Для различных типов горных пород характерен свой определенный набор минералов, соответствующий условиям их происхождения и определяющий геохимический фон объекта. В осадочных породах и донных осадках могут встречаться практически любые минералы. Кроме собственно обломочных минералов в осадках иногда в значительных количествах находится и биогенный материал.

1.2 Геологическое строение района работ

Керченский пролив локализован в зоне Ждановско-Керченского глубинного разлома, субмеридионально пересекающего Керченско-Таманскую складчатую область. В тектоническом отношении акватория пролива сложена двумя структурными этажами. Неогеновый структурный этаж является фундаментом, на котором несогласно залегают четвертичные отложения. План залегания четвертичных отложений обусловлен своеобразием строения нeoгeнoвoгo ложа пролива, сформировавшегося в peзультате деятельности палео Дона в зоне пересечения субмеридионального глубинного Ждановско-Керченского и субширотного регионального Парпачcкo-Тaмaнcкoгo разломов. В северной и южной частях пролива в неогеновом ложе палео Дона устанавливаются нeбольшие поднятия, прорезанные узкими долинами. На этих участках пролива мощность четвертичных отложений невелика и составляет 20-30 м. В центральной части пролива чехол четвертичных отложений достигает 50-60 м. Литолоrически четвертичные отложения разнообразны и представлены кварцевыми и раковинными песками, алевритами, глинами, лессовидными суrлинками.2. известняками и илами. В фациальном отношении они относятся к аллювиальным лиманным, морским и континентальным отложениям. Многочисленные лиманы и заливы Керченского пролива отражают сложную структуру этого района на стыке двух крупных регионов Крыма и Кавказа. Геологическая история Керченского пролива в четвертичное время представляет особый интерес, поскольку именно пролив связывал Черное и Kacпийское моря. В начале четвертичного периода в первую фазу чаудинской тpaнсгpecсии существовал односторонний сброс пресных вод из Каспийского и Азовcкoгo водоемов в Черное море. Вторая фаза чаудинской трансгрессии xapaктеризуется уже двусторонним обменом вод в проливе и завершается крупной регрессией с амплитудой 30-50 м. Этому моменту геологической истории соответствуют террасы подводного Kepченско-Taмaнcкoгo склона и постчаудинские отложения - лессовидные cуглинки с ископаемыми почвами, встpeченные во многих районах пролива. В древнем эвксине постчаудинское проточное озеро в проливе постепенно сменил ось углублявшимся полуопресненным водоемом. На границе древнего эвксина и каpaнгата произошла частичная регрессия небольшой амплитуды, не исключающая прямое развитие древнеэвксинской фауны в карангатскую. В карангате черноморские воды постепенно занимают впадину Азовского моря. Через пролив осуществляется широкий водообмен, море в проливе осолоняется, появляется черноморский, а затем средиземноморский комплекс фауны, живущей при солености до 300 ‰. Резкое отступление моря в посткарангате превращает пролив в долину реки палео Дoна, вытекавшего из Азовскоrо озера в Черное море. На севере и юге пролива река прорывает небольшие поднятия неогенового, фундамента, и долина ее неоднократно сужается. Последующая трансгрессия к началу новоэвксина охарактеризовалась сильным опреснением бассейна в результате привноса реками большого количества вод с севера, при этом связь с Каспийским морем и Средиземноморским бассейном прерывается. Соленость новоэвксинского водоема постепенно возрастает до 2‰. Максимальный уровень трансгрессии к концу новоэвксина был ниже современного на несколько метров. В голоцене море в общем трансгрессирует, исключая частные колебания (фанагорийская реrрессия, нимфейская тpaнсгрессия), возрастает eгo соленость. Максимум голоценовой трансгрессии соответствует уровню, который на 2,5-3 м выше cовременного. Формируются современные очертания пролива, появляются современные аккумулятивные формы.

Геофизические исследования, дополненные материалами бурения на Таманском и Керченском полуостровах позволили выделить по условиям залегания стратиграфических комплексов пять структурных этажей: неогеновый, майкопский, эоценверхнемеловой, нижнемеловой и юрский. Все они могут быть прослежены далее на восток в пределах Taманского полуострова и в акватории Kepченскоrо пролива. Общая мощность неогеновых отложений превышает 1000 м. На материковом склоне к югу от пролива мощность только плиоцен четвертичных осадков достигает 1500-2000 м . Литологически они вecьма разнообразны и представлены глинистыми, песчано-алевритовыми, кapбонатными (известняки и мергели), железистыми отложениями. Это наиболее разнообразный по составу пород структурный этаж, что, возможно, находит отражение в eгo сложном геологическом строении.

Акватория Керченского пролива занимает лишь часть поперечного Kepченско-Таманскоrо прогиба. По дaнным геологических съемочных работ и литературным источникам на Taманском полуострове сложенные неогеном антиклинальные зоны представляют собой усложненные диапирами и грязевыми вулканами складки. Они наклонены на юг, их южные крылья дислоцированы. Эти структуры прослеживаются в море и частично на Kepченском п-ове, где характер их несколько меняется. Акватория Керченского пролива находится в пределах двух структур Керченско-Таманского поперечноrо прогиба и Ceвepo-Тaманской зоны поднятий. Керченско-Таманский прогиб является поперечным относительно Кавказского и Крымcкoгo складчатых сооружений. Он отделяется от Индоло-Кубанскоrо прогиба Ceвepo-Таманской зоной. На востоке Керченского п-ва Таманский прогиб непосредственно переходит в западно-Кубанский краевой прогиб. На юго-западе он ограничен замыканием мегаантиклинория - Горного Крыма, на юrо-западе прогибом Сорокина, на юге Барьерной антиклинальной зоной на продолжении Анапcкoro выступа, на юrо-востоке замыканием антиклинория Большоrо Кавказа. Керченско-Таманскuй поперечный прогиб протягивается на 130-140 км при ширине до 50 км, глубина составляет 5000-6000 м по подошве майкопа. Ceвepo- Таманская зона поднятий ограничена по размерам и только западной частью захватывает север Керченского пролива. Глубина домайкопского фундамента в этой структуре 3000 -4000 м при длине около 50 км и ширине 20-25 км. Весьма существенную роль в строении домайкопского и более глубоких структурных этажей в этом районе играют разрывные нарушения. Керченский и Таманский п-ва слагаются в поверхностном срезе преимущественно неогеновыми осадками. Heoгeновый структурный этаж в акватории пролива является тем фундаментом, на котором несогласно залегают четвертичные отложения. В свою очередь образования неогенового структурного этажа подстилаются породами майкопского и более глубоко залегающих структурных этажей. Hеогеновые отложения акватории пролива смяты в складки, аналогичные развитым на Керченском и Таманском п-вах. Ограниченная площадь акватории обусловливает систематическое развитие структур типа суша-море, сложенных неогеновыми породами. Геологическое стpoeние акватории Керченского пролива несколько отличается от строения всей Таманской области: наибольшие площади морского дна заняты четвертичными отложениями.

ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ НЕОГЕНОВОГО СТРУКТУРНОГО ЭТАЖА ПРОЛИВА

Существует общая закономерность для всей акватории - это продолжение структур Керченского п-ва с запада на восток, под водами пролива на Таманский полуостров. Структуры Keрченского и Taманского п-вов связаны воедино прослеженными в отложениях дна пролива синклинальными и антиклинальными зонами. Интересной особенностью Керченского пролива является довольно широкое развитие киммерийских, а на юге нерасчлененных посткиммерийских отложений, весьма важных как один из основных коррелирующих гoризонтов.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ЧЕТВЕРТИЧНОГО СТРУКТУРНОГО ЭТАЖА

Особенностью строения четвертичного структурно этажа является своеобразное залегание четвертичных отложений, не согласующееся с геологическим строением нижележащего неогенового структурного этажа. Четвертичные образования повсеместно залегают несогласно, они почти всегда лежат горизонтально или полого наклонены, не образуют складок. Весьма возможно и развитие в них разрывных нарушений. Общий план залегания четвертичных отложений обусловлен спецификой морфологии Керченского пролива, сформированного в результате деятельности палео Дона и eгo притоков в зоне сложного пересечения субмеридионального глубинного и субширотного регионального разломов. Поверхность дочетвертичных отложений, прорезанных палео Доном, местами (на севере и юге пролива) усложнена молодыми неотектоническими подвижками. Современная поверхность дочетвертичных отложений является, таким образом, результирующей многих разнохарактерных процессов неотектонических движений блоков по разрывным нарушениям, деятельности палео Дона и течения в Керченском проливе и фиксирует ложбину размыва.

Учитывая существование почти постоянного водотока из Азовского моря в Черное в течение четвертичного периода и размыв более древних четвертичных отложений в моменты регрессий, можно было бы ожидать спокойное понижение уровня их отметок с севера на юг пролива. Между тем реальная кapтина совершенно иная. На севере Керченского пролива, примерно под северной половиной косы Чушка, отчетливо вырисовывается поперечный порог, воздымающийся примерно на 30 м над отметками дочетвертичного фундамента Азовского моря (около 60 м близ пролива). В районе пopoгa заметно уменьшается мощность четвертичных отложений. Центральная коленообразная часть пролива наиболее глубоко погружена (до 70 м). Здесь же развиты четвертичные отложения наибольшей мощности до 50 м. От центральной части пролива поднятием до уровня 20 м отделяется Таманский залив, где подошва четвертичных отложений погружена до 60 м. Мощность осадочногo четвертичного чехла в Таманском заливе достигает 40, а местами даже 55 м. На юге пролив перегорожен еще двумя сложными субширотными порогами. На фоне этой сложной ступенчатой поверхности, которая, видимо, отражает различные уровни моря в четвертичное время, выделяются две крупные субмеридиональные речные долины низовья палео Дона и палео Кубани. Южнее Керченского пролива установлен еще один прорванный палео Доном пopoг, за которым русло реки несколько отклоняется к западу. Таким образом, палео Дон как бы спускается к Черному морю по субширотным ступеням, прорывая поперечные поднятия. В понижениях между поднятиями долина реки расширяется, на поднятиях суживается.

ЧЕТВЕРТИЧНЫЙ ОСАДОЧНЫЙ ЧЕХОЛ И УСЛОВИЯ ЕГО ЗАЛЕГАНИЯ

Четвертичные отложения покрывают акваторию Керченского пролива, eгo лиманов и бывших заливов, а также слагают террасы, сохранившиеся на отдельных участках побережья пролива и более мелких водоемов. Площади развития морских четвертичных отложений за пределами современной aкватории пролива в общем невелики. В целом плащ четвертичных образований Керченского пролива имеет незначительную мощность. На севере и юге пролива, в областях развития уже упоминавшихся поперечных порогов, мощность четвертичного чехла осадков не превышает 20-30 м. Центральная часть пролива заполнена четвертичными породами мощностью 50 м и более. Характерной особенностью строения четвертичного осадочного чехла является преобладающее горизонтальное или слабо наклонное залегание пластов. В четвертичных отложениях пролива практически нигде не фиксируется складчатость.

СТРАТИГРАФИЯ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Нижний плейстоцен древнеэвксинский горизонт. К нижнему плейстоцену относятся отложения, сформировавшиеся в условиях слабосолоноватой зоны (cpeднe и верхне слабосолоноватых подзон). Они залегают с перерывом на постчаудинских отложениях и coгласно перекрываются карангатскими образованиями.

Средний плейстоцен карангатский горизонт.

Карангатские отложения морские послетретичные отложения Черноморской области развиты также по берегам Kepченского пролива.

Верхний плейстоцен, посткарангатский горизонт.

В периферийной части Керченскоrо пролива развито облессование морских осадков верхнего плейстоцена. В глубоководной зоне пролива отлагались осадки, характерные для регрессирующего моря, которое опреснялось наступающими пресными водами палео Дона и eгo многочисленных притоков. К стратотипам этих слоев следует отнести лессовидные суглинки и лессы, лежащие выше моpских верхнекарангатских отложений. К верхним слоям относятся широко развитые в данном районе аллювиальные речные и озерные отложения, лессовидные суглинки и ископаемые почвы.

Голоцен, новоэвксинский горизонт.

Лежащие выше голоценовые осадки coдержат только пресноводные виды моллюсков. Нижний контакт средних слоев новоэксина отличается появлением в осадках лиманного вида Monodacna. Таким образом, пресноводный комплекс преобразуется в пресноводнолиманные отложения, формирующиеся при солености 0,5-1,0%o с присущим им пресноводно-лиманным комплексом.

Голоцен, древнечерноморский горизонт.

Отложения древнечерноморского возраста широко распространены в акватории Керченского пролива, что подтверждает постепенный переход новоэвксинских осадков в древнечерноморские и свидетельствует о непрерывности развития голоценовой трансгрессии в этот промежуток времени.

Голоцен, новочерноморский горизонт

Изучение отложений новочерноморскогo горизонта показывает дальнейшее развитие голоценовой трансгрессии и изменение солености бассейна:

ЛИТОЛОГИЯ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КЕРЧЕНСКОГО ПРОЛИВА

Плиоцен. Чаудинские отложения

Чаудинские отложения представлены желтоватым известняком ракушечником с пропластками ceровато-белого кварцевого песка и залегают на абразионной поверхности миоценовых сланцевых глин на высоте около 10 м над уровнем моря, мощность их 6-10 м. Чаудинские отложения обнажаются в районе Керченского пролива и залегают на глинах нeогена. Минеральный состав чаудинских песков сравнительно однообразен. Выход тяжелой фракции в них coставляет 0,16-0,91 %. Она представлена преимущественно амфиболами (15,6-44,8%) и эпидотом (16,3-42,3%), а также гранатом (5,0-32,0). Среди амфиболов преобладает обыкновенная poговая обманка, редко встречается тpeмолит, антофиллит. Устойчивые минералы находятся в подчиненном количестве. Среди них наиболее xapaктерны: ильменит, циркон, рутил. Легкая фракция песков представлена в основном кварцем, в подчиненном количестве содержатся слюды, полевые шпаты и глауконит. Чаудинские отложения в районе мыса Тузла представлены конгломератами, мощность которых достигает 2 м; они подстилаются киммерийскими глинами неогена и перекрываются пятиметровой толщей верхнеплейстоценовых глин и суглинков.

Постчаудинские отложения

В Черноморском бассейне чаудинское время завершилось регрессией моря. В постчаудинское время характер ocaдконакопления существенно изменился. Отмечено, что в области Каспийского моря в этот период отлагались преимущественно сероцветные аллювиальные образования со значительным содержанием крупнозернистого материала. Понижение уровня моря повлекло за собой переyглубление речных долин и увеличение роли аллювиальных и континентальных отложений также в Черноморской области.

В Керченском проливе к постчаудинским отложениям отнесены песчано-глинистые осадки, которые залегают под древнеэвксинскими породами. Содержание гравия и мелкой гальки (размером до 3 см) в постчаудинских глинах иногда достигает 30%. глина голубовато и темнобурая, буровато-зеленая, иногда ее окраска имеет пятнистый характер. Консистенция глин плотная, вязкая, они в значительной степени алевритисты, в меньшей - песчанисты. Минеральный состав тяжелой фракции постчаудинских песков представлен в основном ильменитом (14,4-32,4%), дистеном и силиманитом (18,5-20,2%), амфиболами (6,4-18,9%) и гранатом (6;1-17,9%), в меньших количествах встречаются рутил (5,3-7,9%) ставролит (3,6-4,6%), турмалин (O,7-3,8%) и циркон (1,7-3,2%). Легкая фракция состоит преимущественно из кварца. тяжелых минералов. Глинистые минералы постчаудинских отложений представлены монтмориллонитом, гидрослюдой диоктаэдрической и каолинитом.

Древнеэвксинские отложения

Литологически древнеэвксинские отложения довольно разнообразны. Они пpeдставлены глинами, песками, paкушечниками. Последние являются прибрежными фациями, глины же развиты, как правило, в более глубоководных участках пролива. Максимальная вскрытая мощность древнеэвксинских отложений не превышает 45 м, к ceверу от пролива она понижается до 0,8 м. На юге пролива глина окрашена в темно-серый цвет, имеет слабо выраженную слоистость, содержит включения слюды и тонкие (до 3 мм) прослойки песков. В нижней части глин часто встречаются прослойки песков и включения гpавия. Они залегают на неогеновых породах по бортам пролива. В районе таманского залива отложения дpeвнeэвксинскоrо возраста подстилаются постчаудинскиии песками и глинами. В кровле древнеэвксинских отложений залeгают породы кapaнгaтскoro возраста.

Образование древнеэвксинских отложений происходило в лиманных условиях. Минеральный состав древнеэвксинских отложений характеризуется преобладанием в тяжелой фракции амфиболов и эпидота, глинистые минералы представлены монтмориллонитом и гидрослюдой, с незначительной примесью хлорита, каолинита и смешаннослойных образований. Алевритовый и песчаный характер древнеэвксинских глин подтверждается высоким содержанием в них Si0₂.

Карангатские отложения

Стратиграфические границы отложений карангатскогo возраста определяются кровлей древнеэвксинского и подошвой отложений посткарангатского горизонтов. Естественные границы залегания карангатских образований xaрактeризуются условиями незначительнoгo понижения уровня моря в начале карангатского времени и глубокой депрессии мopскoгo бассейна в конце. В результате этого в периферийных частях отложения Карангатских возрастов залегают с эрозионным перерывом на более древних породах (неогеновых, постчаудинских,). В центральной, наиболее глубокой части Керченского пролива, карангатский бассейн в начальной стaдии cвoeгo существования полностью не осушался. Здесь наблюдается последовательное непрерывное наслоение карангатских осадков на древнеэвксинские отложения. Кровля образований карангатского возраста в Керченском проливе также представлена разновозрастными породами (новоэвксинскими, древнечерноморскими и новочерноморскими), что обусловлено их трансгрессивным залеганием на сохранившихся вдоль бортов пролива и в Таманском заливе кapaнгатских осадках, испытавших нaряду с более древними четвертичными отложениями в центральной части Kepченского пролива полный размыв вплоть до неогенового основания. На отдельных участках черноморского взморья пролива с активным гидродинамическим режимом, где происходит размыв дна, карангатские отложения выходят непосредственно на eгo поверхность. Максимальная мощность отложений карангатского возраста на дне Керченcкoгo пролива достигает 19 м. Они представлены глиной алевритопелитовой, голубовато-бурой, тeмно-серой, бурой с прослойками до 10 см глины голубого цвета. глина плотная, пластичная со слабо выраженной слоистостью, с включениями слюды.

Посткарангатские отложения

Посткарангатские отложения представлены аллювиальными, лиманноморскими и континентальными породами, образовавшимися в условиях регрессии моря, наступившей после карангатского времени. В посткарангатское время в Керченском проливе осадки накапливались на различных eгo участках в неодинаковых физико-географических условиях. На большей части Керченского пролива произошел глубокий врез и размыв ранее образовавшихся постчаудинских, древнеэвксинских и кaрангатских отложений вплоть до неогенового основания. Карангатские и более древние четвертичные породы coхранились в Таманском заливе, а также по бортaм пролива. Сам пролив представлял собой глубокую, с крутым западным и более пологим восточным берегами эрозионную долину с небольшим наклоном с севера на юг. Мощность посткарангатских образований Керченского пролива в общем невелика, она не превышает 15 м. пески наиболее чистые, кварцевые по составу, мелкозернистые, реже cpeднeзернистые, хорошо сортированные с незначительной примесью глинистых и органогеннообломочных частиц. Но на юге вся толща посткарангаского горизонта сложена песком, лишь в средней ее части отмечаются небольшой мощности прослои ила и алеврита. Посткарангатские пески Керченскогo пролива имеют явные признаки речнoгo происхождения. Тяжелая фракция содержится в Kaрангатских и посткарангатских отложениях в количестве 0,09-1,23%. Относительно повышенные ее содержания отмечаются на отдельных участках западного побережья пролива и в районе Tаманского залива. На основной части пролива и eгo черноморскогo взморья содержание тяжелой фракции не превышает 0,2% Ильменит установлен в количестве. 2,7-50,6% тяжелой фракции.

Новоэвксинские отложения

Новоэвксинские отложения установлены на всем протяжении Керченcкoгo пролива. Они трансгрессивно залегают на неогеновых, древнеэвксинских, карангатских, и посткарангатских отложениях. Кровля новоэвксинских отложений представлена осадками древнечерноморoскoгo горизонта. Их мощность составляет 0,6-25,7 м. Нижняя часть новоэвксинских отложений представлена илами, алевритами и песками. Глинистые осадки развиты на обширной территории центральной части Керченского пролива, откуда они узкими полосами простираются в направлении Черного и Азовского морей. Эти осадки в большинстве случаев напоминают илы. Они пластичные, слоистые, реже комковатые, приобретают облик глин. Глинистые осадки окрашены в светло и темно-серый цвет с буроватым оттенком. В них отмечаются мелкие формы пресноводных моллюсков и прослои paковинного детрита. Минеральный состав новоэвксинских отложений характеризуются преобладающим содержанием в тяжелой фракции: амфиболов (1,8-63,4%), ильменита (0,8-23,0%), гpaната (3,3-12,7%), рутила (0,1-8,4%), ставролита (0,1-8,0%), турмалина (до 5,0%) и циркона (до 4,8%).

Древнечерноморские отложения

Наиболее отчетливо перерыв между новоэвксинскими и древнечерноморскими отложениями фиксируется в прибрежной части пролива. Здесь на размытой поверхности новоэвксинских образований, представленных преимущественно глинами, залегают пески и алевриты дpeвнечерноморского возраста. Мощность осадков древнечерноморcкoгo возраста незначительна. Максимальные ее величины (8,3-9,2 м) установлены на севере Керченского пролива, в районе западного побережья древнечерноморские отложения представлены в основном илами, которые развиты на большей части Kepченского пролива. Они покрывают почти всю северную часть пролива. Пески и алевриты встречены на юге Керченcеoгo пролива, на отдельных участках прибрежной зоны и в районе поднятия, расположенного западнее Таманского п-ва. Древнечерноморские пески пространственно приурочены к тем же участкам пролива, что и пески новоэвксинского возраста, однако они несколько смещены к прибрежной зоне пролива. В связи с повышением уровня моря дpeвнечерноморские пески центральной части южного района Керченского пролива становятся более мелкозернистыми и глинистыми по сравнению с подстилающими их новоэвксинскими песками. По составу древнечерноморские пески этой части пролива квapцeвые, слабо слюдистые, мелкозернистые, хорошо сортированные серые с желтоватым оттенком. В минералогическом отношении для тяжелой фракции древнечерноморских отложений характерны неустойчивые тяжелые минералы: амфиболы (26,1-70,3%) и эпидот (10,6-29,3%). В меньшем количестве встречаются ильменит (1,8-21,1%), дистен и силлиманит (0,6-16,6%), а также гранат (2,6-12,7%). Легкая фракция представлена в основном кварцем (84-92%), coдepжание полевых шпатов не превышает 1%. В состав глинистых минералов дpeвнечерноморских отложений входят преимущественно монтмориллонит и гидрослюда. В виде примеси содержатся также каолинит, смешаннослойные образования и хлорит.

Новочерноморские отложения

Отложения новочерноморского возраста слагают современное дно Керченского пролива; они не встречаются только на отдельных участках черноморского взморья пролива. Mоpское дно представлено бенчем нeoгeновых пород и карангатских отложений, слагающих отдельные банки. На основной части Керченcкoгo пролива новочерноморские отложения залегают на более древних породах четвертичного возраста. В общем мощности новочерноморских отложений в его акватории изменяются от 0,0 до 29,7 м. Максимальные мощности отложений новочерноморского горизонта установлены на юге Керченского пролива. Зона больших мощностей (24-28 м) простирается на север и достигает Азовскогo моря.

Новочерноморские отложения довольно разнообразны литологически. По периферии пролива располагается полоса песчаных отложений, местами разрываемая участками абразионного беpeгa. Пески слагают косы Тузлу и Чушку, отдельные обособленные отмели, узкие полосы осевой части юга пролива. Пески уходят в пролив до глубины 3-5 м. Мелкоалевритовые илы наиболее широко представлены на черноморском, а также азовском взморьях пролива, вдоль прибрежной зоны Taманскогo залива. Окраска их темно-серая, часто с буроватым и голубоватым оттенком, консистенция пластичная. Илы содержат включения paковинного детрита и целые створки paковин моллюсков. Алевритоглинистые илы распространены в центральной части пролива в основном на широте Taманского залива. Мощность их составляет 28 м. Они окрашены в темносерый до черного цвет. Основными терригенными минералами тяжелой фракции новочерноморских отложений являются амфиболы (2-68%), группа эпидота (3-45%), ильменит (2-35%), гранат (1-20%), силлиманит и дистен (1-38%), циркон (0,1-13%), рутил (0,1-18%). В незначительных количествах содержатся апатит, ставролит, андалузит, турмалин, магнетит, пироксены, анатаз, шпинель, сфен, брукит, корунд, биотит, хлорит и др. Аутигенные минералы представлены преимущественно пиритом. Тяжелая фракция крупнозернистых отложений прибрежной зоны пролива часто бывает обогащена гидрогетитом, что обусловлено размывом рудных горизонтов Kepченских железных руд. В тяжелой фракции амфиболы в наиболее значительных количествах (более 50% ) содержатся в отложениях центральной части южнoгo района Керченского пролива, в минимальных (2,0-26,2%) в отложениях прибрежной полосы пролива. Легкая фракция представлена в ocновном кварцем (50-100%) и полевыми шпатами (1-25%). Основным глинистым минералом отложений новочерноморского горизонта является монтмориллонит, а также гидрослюда диоктаэдрическая, почти постоянно наблюдается незначительная примесь каолинита. В Таманском заливе установлено небольшое количество хлорита, которого нет среди глинистых минералов новочерноморских отложений на юге пролива.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИОСАДКООБРАЗОВАНИЯ В КЕРЧЕНСКОМ ПРОЛИВЕ

Керченский пролив довольно сложный и своеобразный район седиментации. 3десь в течение четвертичного времени неоднократно происходила резкая смена условий осадкообразования. При значительном понижении уровня моря пролив осушался и превращался в речную долину, в которой накапливались аллювиальные и делювиальные отложения. Это происходило в основном в постчаудинское и посткарангатское время. Постчаудинские континентальные отложения, а также дpeвнeэвксинские лиманноморские и кapaнгатские морские осадки на большей части пролива уничтожены глубоким врезом реки в период посткарангатской регрессии. Образование новоэвксинских отложений на шельфе Черного и в Азовском морях по данным радиоуrлероднoгo анализа происходило в интервале 13100-9820 лет. Континентальный перерыв, соответствующий времени нaкопления аллювиальных посткарангатских отложений, продолжался в районе Керченского пролива на протяжении 27-10 тыс. лет. 3а последние 10 тыс. лет, в течение новоэвксинского, дpeвнeчерноморского и новочерноморского времени, в Керченском проливе образовалась толща осадков мощностью до 59,3 м,

Осадочный материал Керченского пролива генетически разнородный. Он представлен в основном продуктами разрушения пород Керченского и таманского п-вов, поступающих в пролив в результате абразии, смыва временными потоками и под влиянием гравитационных сил. Существенная роль принадлежит привносу терригенного материала в составе аллювия рек палео Дона и палео Кубани. Анализ изотопного возраста терригeннoгo материала и некоторых aкцecсорных минералов показывает, что ceверная часть Азовскоrо моря резко отличается от района Керченскоrо пролива. На юге преобладает комплекс неустойчивых минералов (амфиболы, эпидот), характерный для Крымской и Кавказской питающей провинции. Ставролит и дистен вообще не типичны для отложений этого региона. Появление в значительном количестве ставролита, дистена и некоторых других устойчивых минералов в составе отложений посткарангатского возраста Керченcкoгo пролива обусловлено проникновением терригенного материала с ceвера. Это подтверждается близостью основных комплексов тяжелых минералов отложений посткарангата и аллювия р. Дона. На этом основании в Керченском проливе можно выделить ставролит-дистен-ильменитовую терригенно-минералогическую провинцию, связанную с отложениями посткарангатского возраста.

Четвертичные отложения Керченского пролива по химическому составу силикатные, в отдельных случаях слабоизвестковистые (до 20% СаСО з ) из-за примеси раковинноrо дeтрита, который наиболее часто встречается в прибрежной зоне пролива.

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ КЕРЧЕНСКОГО ПРОЛИВА В ЧЕТВЕРТИЧНОЕ ВРЕМЯ

Геологическая история Керченского пролива в четвертичное время тесно связана с геологическими событиями, происходившими в Азово Черноморском бассейне, в неогене. Установлено, что в плиоцене, в частности в киммерии, в Керченско-Таманской области существовало архипелажное море, связывавшее Азовское и Черное моря мнoгoчисленными проливами, один из которых располагался, вероятно, на мecте современного Керченского пролива. В послепонтическое время наблюдается последовательное сокращение водных пространств моря озера до пределов современного Азово-Черноморскогo бассейна. Изучение фауны показывает смену бассейнов, в разной степени опресненных. В позднеплиоценовое время во всей Азово-Черноморской области происходят сильные орогенические движения, поднятия и пликативные дислокации, окончательно формирующие тектонические сооружения. В четвертичное время Черное море то превращалось в солоновато-водный бассейн, объединенный с Каспийским, то, вследствие глобальных трансгрессий, в морской бассейн, связанный со Cpeдиземным морем. Слияние с Каспийским водоемом осуществлялось через Азовское море и Керченский пролив. Завершившее позднеплиоценовую эволюцию Азово-Черноморского бассейна Акчагыльское море с пониженной соленостью, оставившее в основном мелководные осадки, сильно опресняется к началу четвертичного периода и сменяется полупресноводным бассейном. Керченский пролив был важным связующим звеном в этой системе. Тем не менее формирование осадочного чехла в проливе протекало в значительной мере под влиянием выносов Кубани и размыва местногo материала наряду с привносом терригенных минералов по системе палео Дона.

Рис .1 Схематический геологический разрез № VЙ по линии АB Шнюков Е.Ф, Аленкин и др. Керченский пролив. Киев.: Наукова Думка 1981г, 168с.)

Условные обозначения:

1. Cовременные почвы, соглинки, супеси 2.Новочерноморские морские илы,алевриты 3.Новоазовские морские илы 4.Древнечерноморские морские илы Новоэвксинские отложения: 5.Верненовоэвксинские морские илы, алевриты, пески 6.Лиманный комплекс фауны 7.Нижненовоэвксинские морские отложения 8.Новоэвксинские нерасчлененные морские отложения

Посткарангатские отложения:

9.Аллювиальные кварцевые пески. 10.Субаэральные глины, суглинки. 11.верхнекарангатские раковинно-детритовые известняки. 12. Лиманные и прибрежно-морские глины . 13.Мелководные и глубоководные глины.

Древнеэвкинские отложения:

14. Лиманные и прибрежно-морские глины 15. Мелководные и глубоководные глины. 16. Чаулинские и постчаудинские пески, глины, конгломераты, сугленки.

2. Методы полевых и лабораторных исследования

2.1 Полевые исследования

Отбор проб донных отложений

Работы по отбору пробы донных отложений проводились в Краснодарском крае в Темрюкском районе западной части полуострова Тамань, в районе акватории Керченского пролива в период с июля по ноябрь 2011г, заказчиком которым является ФГРУП “Росмопорт”. Пробы донных осадков отбирались дночерпателем Океан-25 в глубинах от 0,0-0,01 до 18м. По результатам работы было отобрано 157 точек отбора, из которых получено 320 проб. Для дальнейших исследований все пробы были переданы в компанию ОАО “Ленморниипроект”. После обработки для моей работы было использовано 140 точек отбора из которых получилось 212 проб.

Отбор проб морской воды

Морская вода отбиралась по 3 профилям на той же территории, что и донные отложения. Отбор проб воды выполнялся на 33 станциях для исследования гидрохимических параметров и содержания тяжелых металлов из придонного и поверхностного слоя. Вода отбиралась с корабля при помощи металлического пробоотборника до 10 м и зондом при глубине больше 10 м с определением солености и температуры. В состав гидрохимических исследований входили определения фосфора фосфатного (Р-РО4), азота нитритного (N-NO2), азота нитратного (N-NO3), азота аммонийного (N-NH4), кремния кремнекислоты (Si-SiO3), хлориды (Сl^-), сульфаты (SО^2-₄₎.

2.2 Лабораторные исследования

Лабораторное исследовании донных осадков включало

- визуальное описание проб

- гранулометрический анализ выборочных проб

- определение содержания металлов (Cd, Cu, Hg, Mn, Pb, Ni, Fe, Zn)

-определение содержания нефтепродуктов

- определение концентрации органического вещества

- определение форм нахождения тяжелых металлов в выборочных пробах.

Рис.3. Схема гидрологических станций наблюдения в районе порта Тамань

Гранулометрический анализ

Результаты гранулометрического анализа донных отложений были взяты из фонда данных ОАО “Ленморниипроект”. И приведены в Приложении 1 (по некоторым точкам) вместе с Таблицей 2. Литологическая классификация донных осадков

Определение химического состава методом атомно-абсорбционной спектрометрии

Определение химического состава проводились мной в научно-исследовательской химико-экологической лаборатории (ХЭЛ) ОАО “Ленморниипроект”. Определение металлов (Fe,Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Hg, Mn,) в пробах донных осадков проводили атомно-абсорбционным методом , предварительно пробы высушивались до воздушно-сухого состояния и проходили сетование по методике М-МВИ-80-2008. Отбиралась фракция до 1 мм с добавлением 3мл азотной кислоты и 5 мл дистиллированной воды и до полного растворения силикатной составляющей донных осадков, пробы помещались в микроволновую печь. Затем пробу фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу на 100 мл. Объем доводят до метки дистиллированной водой. Полученный раствор анализируют на приборе.

Определение нефтепродуктов

Определение нефтепродуктов (НП) в донных осадках проводили по измерению массовой доли нефтепродуктов на анализаторе жидкости «Флюорат-02» флуориметрическим методом, основанным на их экстракции из образца хлористым метиленом или хлороформом, переводе в гексан и очистке экстракта методом колоночной хроматографии с последующим измерением интенсивности флуоресценции очищенного экстракта на анализаторе «Флюорат-02». Диапазон измеряемых массовых долей нефтепродуктов составляет от 5 до 20000 мг/кг.

Определение концентрации органического вещества

Для определения концентрации органического вещества использовался метод сухого озоления. Пробы предварительно высушивались до постоянного веса при температуре 105-110єС. Предварительно было определено содержание гигроскопической влаги в %, необходимое для пересчета результатов озоления на сухое вещество. Озоление образца проводилось при 500-550^оС в течение 3-4 часов до постоянного веса. После озоления навески содержание органического вещества вычисляют по формуле:

,

где а - убыль массы, р - навеска абсолютно сухого вещества до озоления, взятого на анализ, г.

Определение форм нахождения тяжелых металлов

Одним из наиболее распространенных методов определения форм нахождения элементов в горных породах, почвах и донных осадков является их фазовый химический анализ, заключающийся в приготовлении и определении химического состава отдельных или постадийных вытяжек с использованием различных селективных реагентов, которые переводят в раствор одни соединения, не разлагая другие. Определение форм нахождения элемента производится обычно не из отдельных навесок, а путем последовательной обработки одной и той же навески различными растворителями.

Схемы проведения фазового химического анализа довольно многочисленны; выбор оптимальной схемы определяется особенностями исследуемого осадка, почвы или горной породы, а также набором определяемых элементов. В табл 3 приведена схема постадийных вытяжек, применяемая в настоящей работе.

Таблица 3. Порядок определения форм нахождения металлов в донных осадках.

Порядок извлечения	Формы нахождения элементов	Экстрагенты	Условия протекания эксперимента
1	Легко сорбированные (обменные) формы	1H BaCl2	Т:Ж=1:5 количество обработок-2 длительность каждой обработки-1 час 1г:50мл
2	Формы, связанные с гумусовой органической составляющей	Пирофосфатная вытяжка 0,1M Na4P2O7*10H2O	Т:Ж=1:20 количество обработок-2 длительность каждой обработки-2 часа 1г:50мл
3	Формы, связанные карбонатными соединениями	Ацетатно-буферная смесь 1H NaOH+1H CH3COOH+H2O=1:2:7	Т:Ж=1:20, рН=4.8 Обработка 2 раз в течение 20 минут 1г:50мл

Химический фазовый анализ выполнялся в химической лаборатории кафедры геохимии СПбГУ. Полученные вытяжки затем были проанализированы методом ICP MS на приборе ELAN 6100 DRC (аналитическая лаборатория ВСЕГЕИ).

3. Полученные результаты

Полученные результаты для донных отложений представлены в Приложении 1 (в мг/кг). С целью оценки загрязнения донных осадков они сравнивались с фоновыми концентрациями тяжелых металлов в осадках акватории размещения подводного отвала и с кларками химических элементов в осадочных породах. Полученные результаты приведены в табл. 4.

...