Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Литология современных осадков шельфа Израиля и их антропогенное загрязнение

ВАК РФ 04.00.21, Литология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Мотненко, Ирэна Владимировна, Москва

А /. ^ - / ^

а.-»'

/

/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. Ломоносова

Геологический факультет Кафедра литологии и морской геологии

на правах рукописи

МОТНЕНКО Ирэна Владимировна

УДК 552.5:551:79:543.3(569.4)

ЛИТОЛОГИЯ СОВРЕМЕННЫХ ОСАДКОВ ШЕЛЬФА ИЗРАИЛЯ И ИХ АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

специальность 04.00.21 - литология

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Научные руководители: академик РАЕН, профессор, доктор г.-м. наук В.Т. ФРОЛОВ (Московский Государственный Университет, Россия) и профессор Ё. КРОНФЕЛЬД (Университет Тель Авива, Израиль)

Москва, 1999

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. Ломоносова

Геологический факультет Кафедра литологии и морской геологии

на правах рукописи

МОТНЕНКО Ирэна Владимировна

УДК 552.5:551:79:543.3(569.4)

ЛИТОЛОГИЯ СОВРЕМЕННЫХ ОСАДКОВ ШЕЛЬФА ИЗРАИЛЯ И ИХ АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

специальность 04.00.21 - литология

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1999

Оглавление.

Введение.................................................................................................4

Глава 1. Некоторые данные о загрязнениях морского шельфа .....................12

Глава 2. Современные физико - географические условия и геологические

процессы и описание района работ.......................................................21

2.1. Рельеф и геологическое строение...............................................21

2.2. Тектоника.................................................................................32

2.3. Климат.....................................................................................36

2.4. Почвы....................................................................................37

2.5. Орогидрография..........................................................................37

2.6. Ландшафты и животный мир.......................................................40

2.7. Антропогенное воздействие и охрана окружающей среды...............42

2.8. Описание района работ.........................................................................43

Глава 3. История изучения.....................-...................................................45

3.1. Батиметрия................................................................................45

3.2. Тектонические структуры глубоководья..........................................45

3.3. Структуры мелководья.................................................................47

3.4. Осадки......................................................................................48

Глава 4. Методика иследований.................................................................54

4.1. Экспедиционные работы.............................................................54

4.2. Лабораторные исследования..................... .............................-....55

4.2.1. Литологические методы............................................................56

4.2.2. Физико - химические методы.....................................................58

4.3. Статистическая обработка аналитических даных............................62

4.3.1. Факторный анализ...................................................................62

4.3.2. Кластерный анализ.....................................................................63

4.3.3. Определение уровней накопления компонентов..........................64

4.4. Методика обобщения данных......................................................65

Глава 5. Литология.....................................................................................66

5.1. Обломочные породы.....................................................................66

5.1.1. Грубо- и крупнообломочные породы (псефиты).............................66

5.1.2. Пески.....................................................................................69

5.1.3. Песчаники..............................................................................92

5.2. Карбонатные породы.................................................................101

5.2.1. Крупно- и грубообломочные карбонатолиты.............................101

5.2.2. Известковые пески и илы.......................................................109

5.2.3. Известняки...........................................................................113

5.3. Алевриты и глины..................................................................123

5.3.1. Алевриты.............................................................................123

5.3.2. Глины..................................................................................131

Глава 6. Минералогия зернистых осадков................................................147

6.1. Группа аллохтонных компонентов.............................................149

6.1.1. Реликтовые терригенные компоненты............ ........................149

1. Породообразующие кристаллокласты.........................................149

2. Акцессорные компоненты (кристаллокласты)..............................151

3. Литокласты......................................................................................162

4. Особые случаи нахождения реликтовых минералов..................163

5. Глинистые терригенные минералы...............................................167

6.2. Группа автохтонных компонентов..............................................167

6.2.1. Реликтовые эдафогенные компоненты.....................................169

6.2.2. Биогенные компоненты............................................................170

6.2.3. Аутигенные минералы.....................................................................172

6.3. Техногенные компоненты.........................................................175

6.3.1. Аутигенное сульфидообразование.................................................182

6.3.2. Накопление фосфатов.....................................................................189

Глава 7. Геохимические ассоциации........................................................191

Глава 8. Особенности распределения и формы нахождения тяжёлых

металлов в осадках... ....................................................................206

8.1. Уровни накопления химических элементов..................................206

8.2. Формы нахождения тяжёлых металлов в донных осадках.............211

Заключение..........................................................................................224

Список литературы................................................................................234

Введение.

Актуальность. Загрязнение окружающей среды на рубеже XX - XXI веков стало проблемой номер один в мире. Необходимый первый акт её решения - создание эффективной системы мониторинга загрязнений на суше и в океане. Реализация этой задачи делает необходимыми комплексные геолого - биологические исследования. Детальные литологические исследования - одна из составных частей этого комплекса.

Данная работа является одной из основных частей европейского проекта AVI СТ92-0007 (1993-1996 г.г.), выполненного в рамках международной программы AVICENNE, посвященной мониторингу и защите Средиземного моря от загрязнения (Yanko et al., 1994). Основная цель проекта - разработка нового вида мониторинга загрязнений шельфовой зоны Восточного Средиземноморья у побережья Израиля и Турции (Yanko, ed., 1995, 1996, 1997). Исследования по проекту предполагали последовательный анализ изменений геоэкологической обстановки в изучаемом регионе как результат интенсивного хозяйственного освоения побережья, с последующей оценкой уровня экологических нарушений в указанной части шельфа.

Представляемая работа посвящена изучению геоэкологической обстановки в северной части шельфа и побережья Израиля на участке г.г. Акко-Хайфа-Атлит, где её изменение обусловлено возрастающим уровнем техногенного воздействия городской агломерации в районе залива Хайфа. Город Хайфа - главный транспортный узел Галилеи и крупнейший порт Израиля, где сосредоточены предприятия различного профиля, промышленные отходы которых сбрасываются, в основном, в прибрежно-морской зоне. Поступление загрязняющих компонентов с поверхностным стоком осуществляется реками Кишон (индустриальные стоки) и Нааман (муниципальные и сельско-хозяйственные стоки), обеспечивающими основной транзит седиментационного материала в залив. Существенную роль в формировании потоков загрязнения играют агротехногенные процессы, связанные с мелиорацией земель долины Зевулун. Южнее устья реки Нааман располагается крупнейший в Израиле завод "Frutarom Chemicals", изготавливающий химические удобрения. Он также сбрасывает свои отходы в море. Интенсивное поступление промышленных и хозяйственно - бытовых

отходов в этих условиях деформирует поверхностный сток и нарушает сложившийся баланс веществ, накапливающихся в осадочной толще.

Цель и задачи работы. Целью данной работы являлось де-тальное литолого -минералогическое и геохимическое изучение современных осадков и оценка влияния потоков загрязнения на развитие седиментационного процесса в Средиземноморской шельфовой области Северного Израиля (на участке Акко -Хайфа - Атлит).

Перечень решаемых задач включает:

1. Детальное изучение вещественного состава отложений.

2. Выделение литотипов пород и отнесение их к тем или инным генетическим типам.

3. Разграничение геохимических ассоциаций тяжелых металлов и выделение комплекса загрязняющих компонентов в осадках.

4. Определение форм нахождения и уровней накопления токсикантов в осадочной толще.

5. Анализ общих закономерностей осадконакопления и условий локализации загрязнений в заливе Хайфа и прибрежной зоне сопредельных территорий.

Материал. Основой данной работы послужили результаты опробования поверхностного слоя осадков в мае 1993 года на 87 станциях (64 станции в заливе Хайфа и 23 станции в районе Атлит). Исследования проводились на судне "Шикмона" Израильского Института Океанографии и Лимнологии. Характеристика 87 проб включает 9 измеряемых параметров. Они дают сведения о местоположении станций пробоотбора, температуре, солёности, рН морской воды и о количестве растворённого в ней кислорода (Уапко е1 а1., 1998; табл. введение 1)-

Изучение водной толщи и поверхностного слоя донных отложений проведено по системе 10 профилей, ориентированных по нормали к береговой линии (рис. введение 1). Непосредственно в районе залива Хайфа отработано 6 профилей с равноинтервальным расположением точек опробования по сетке 1x1 миля. В прибрежных районах, непосредственно прилегающих к возможным источникам загрязнения, сетка точек опробования была сгущена до 0,5x0,5 миля. В районе Атлита (прибрежная зона к югу от Хайфы), испытывающего минимальное техногенное воздействие и принятого нами в качестве объекта сравнения, было отработано 4 профиля. Полученный материал в оптимальном объеме

Таблица 1

Координаты и океанографические параметры придонных вод на станциях опробования (побережье Израиля, круиз А VI-!, Май 11-13, 1993).

№ Широта Долгота Глубина Солёность Температура рН РК, СЫ-а

станции северная западная м %о °с г/м3 цг/л-1

1а ПК 32°48.47' 35°01.70' 2.7 39.4 29.4 7.8 8.9

2а ПК 32°48.62' 35°01.75' 5.7 39.43 29.3 7.8 8.9

За ПК 32°48.85' 35°01.64' 10.0 39.43 _28.7 7.8 8.6

4а ЗХ 32°49.27' 35°01.17' 11.0 39.43 28.6 8.1 9.0

1 ЗХ 32°49.10' 35°01.35' 7.0 39.03 19.99 8.3 10.1 26.77

2 ЗХ 32°49.71' 35°02.38' 7.0 38.92 20.41 8.3 10.1 29.01

3 ЗХ 32°50.87' 35°03.25' 7.0 38.92 20.25 8.3 10.3 27.94

4 ЗХ 32°51.8' 35°03.70' 7.0 38.94 19.99 8.3 10.2 13.53

5 ЗХ 32°52.6' 35°04.00' 7.0 38.97 19.98 8.1 10.0 8.82

6 3Х 32°53.83' 35°04.32' 7.0 38.94 20.27 8.2 7.6 4.12

7 ЗХ 32°54.6' 35°04.5' 6.5 39.03 19.93 8.2 8.2 11.76

8 ЗХ* 32°55.3' 35°03.25' 13.0 39.13 19.44 8.2 8.4 0.92

9 ЗХ* 32°54.3' 35°03.2' 13.3 39.10 19.59 8.3 9.0 0.60

10 ЗХ* 32°53' 35°02.81' 13.5 39.09 19.77 8.1 3.7 1.06

11 ЗХ 32°52.15' 35°02.6' 12.5 39.09 19.71 8.1 9.5 1.24

12 ЗХ 32°51.27 35°02.16' -1-3 к 1 \J.\J 39.08 19.51 8.1 8.7 1.38

13 ЗХ 32°50.02' 35°02.16' 12.0 16.62 19.49 8.2 9.2 35.00

14 ЗХ 32°50.5' 35°00.2' 15.5 17.42 19.05 8.1 8.8 3.09

15 ЗХ* 32°51.6' 32°03.25' 21.0 39.16 19.03 8.1 8.6 1.82

16 ЗХ 32°52.5' 35°01.5' 19.0 39.14 19.16 8.2 9.0 1.18

17 ЗХ 32°53.36' 35°07.76' 21.0 39.13 19.08 8.0 8.7 0.56

18 ЗХ 32°54.6' 35°02.16' 19.0 39.15 19.00 8.1 8.5 0.37

19 ЗХ* 32°55.3' 35°02.12' 18.0 39.15 19.03 8.0 9.0 0.36

20 ЗХ 32°55.7' 35°01.05' 32.0 21.97 18.09 8.2 9.6 0.18

21 ЗХ 32°55' 35°01.1' 30.0 39.15 17.94 8.1 9.9

22 ЗХ 32°52.75' 35°00.6' 29.0 39.18 17.96 8.2 9.9

23 ЗХ 32°52.85' 35°00.3' 27.0 39.15 18.29 8.2 . . 9.7

24 ЗХ 32°51.93' 34°59.93' 25.0 39.13 19.08 8.0 9.7

25 ЗХ 32°50.9' 34°59.05' 16.0 17.45 19.07 8.1 8.8

26 ЗХ 32°51.3' 34°57.95' 19.0 39.14 19.16 8.2 9.0

27 ЗХ 32°52.3'. 34°58.75' 26.0 39.15 18.29 8.2 9.7

28 ЗХ 32°53.25' 34°58.75' 29.0 39.18 17.96 8.2 9.9

29 ЗХ 32°54.1' 34°59.5' 30.0 39.15 17.94 8.1 9.9

30 ЗХ 32°55.4' 34°59.9' 32.0 39.21 17.92 8.1 9.9

31 ЗХ 32°56.03' 34°58.85' 32.0 39.21 17.93 8.1 9.8

32 ЗХ 32°56.5' 34°58.85' 34.0 39.15 17.84 8.2 9.9

33 ЗХ 32°55.75' 34°58.8' 32.0 39.20 18.22 8.1 9.9

34 ЗХ 32°54.5' 34°58.4' 30.0 39.16 17.96 8.1 9.9

35 ЗХ 32°53.7' 34°58.1' 28.0 39.15 18.26 8.1 9.8

36 ЗХ 32°52.7' 34°57.8' 28.0 39.15 18.26 8.1 9.9

37 ЗХ 32°51.7' 34°56.83' 27.0 39.15 18.29 8.2 9.7

38 ЗХ 32°52.13' 34°55.74' 31.5 39.16 17.96 8.1 9.9

39 ЗХ 32°52.24' 34°56.64' 34.0 39.15 17.84 8.2 9.9

40 ЗХ 32°54' 34°57' 33.5 39.13 17.77 8.2 10.0

41 ЗХ 32°54.9' 34°57.3' 33.0 24.09 17.74 8.1 10.0 0.24

42 ЗХ 32°56.14' 34°57.61' 36.0 39.11 17.51 8.1 10.0 0.25

43 ЗХ 32°56.8' 34°57.6' 32.0 39.12 17.62 8.2 10.0 0.22

44 ЗХ 32°57.3' 34°56.8' 48.0 36.54 17.24 8.1 10.0 0.24

45 ЗХ 32°56.5' 34°56.5' 47.0 39.11 17.34 8.2 10.0 0.20

46 ЗХ 32°55.2' 34°56.1' 45.0 27.70 17.03 8.3 9.9 0.19

47 ЗХ 32°54.35' 34°56.1' 43.0 39.12 17.29 8.3 10.2 0.59

48 ЗХ 32°53.5' 34°55.3' 48.0 39.15 17.63 8.2 10.1 1.35

49 ЗХ 32°52.4' 34°54.7' 44.0 39.13 17.56 8.3 9.4 0.14

Продолжение таблицы 1

50 ЗХ 32°52.8' 34°53.6' 47.0 39.10 16.88 8.3 9.0 0.96

51 ЗХ 32°54' 34°54.5' 67.0 39.08 16.84 8.27 9.1 0.61

52 ЗХ 32°54.7' 34°54.7' 67.0 39.09 16.44 8.25 9.0 0.29

53 ЗХ 32°55.6' 34°54.95' 66.0 39.09 16.43 8.2 9.1 0.16

54 ЗХ 32°56.85' 34°55.4' 74.0 38.38 16.33 8.2 9.1 0.15

55 ЗХ 32°57.5' 34°55.6' 72.0 39.10 16.29 8.28 9.2 0.16

56 ЗХ 32°58' 34°54.6' 210.0 39.07 15.12 8.3 9.0 2.06

57 ЗХ 32°57.3' 34°54.36' 200.0 36.40 15.4 8.2 9.3 0.16

58 ЗХ 32°56' 34°54' 184.0 39.13 15.31 8.15 9.1 0.15

59 ЗХ 32°54.28' 34°53.29' 82.0 39.13 16.08 8.3 10.2 0.14

60 ЗХ 32°53.24' 34°52.65' 75.0 39.11 16.1 8.4 10.3 0.06

84 ЗХ 32°54.34' 35°04.48' 6.0 38.75 20.70 8.3 10.1

85 ЗХ 32°53.09' 35°03.09' 6.5 38.72 21.31 8.4 15.3 65.88

86 ЗХ 32°52.19' 34°03.83' 6.5 38.98 20.80 8.3 12.4 43.53

87 ЗХ 32°48.52' 35°01.63' 3.0 39.30 20.90 8.2 12.3 55.29

61 РА 32°48.4' 34°52' 66.0 39.10 16.39 8.35 10.3 0.73

62 РА 32°48.3' 34°53.2' 54.0 39.20 16.52 8.3 10.3

63 РА 32°48.25' 34°54.1' 47.0 39.10 16.88 8.3 10.2

64 РА* 32°48.2' 34°55.25' 31.0 39.16 17.96 8.1 10.1

65 РА * 32°48.1' 34°56.3' 14.0 39.09 19.77 8.1 9.9

66 РА 32°43.7' 34°55.6' 20.0 39.13 19.08 8.0 9.9

67 РА 32°43.8' 34°54.6' 35.0 39.15 17.84 8.2 10.0

68 РА 32°43.9' 34°53.3' 51.0 39.06 16.82 8.2 10.1

69 РА 32°43.9' 34°52.5' 56.0 39.20 16.52 8.3 10.1

70 РА 32°44' 34°51.3' 68.0 39.10 16.39 8.4 10.1

71 РА 32°40.6' 34°50.7' 63.0 39.06 16.82 8.2 10.0

72 РА 32°40.4' 34°52' 53.0 39.06 16.82 8.2 9.9

73 РА* 32°40.35' 34°53.4' 37.0 39.11 17.51 8.1 10.1

74 РА 32°40.25' 34°54.55 24.0 39.13 19.08 8.0 9.9

75 РА 32°40.35' 34°55.24' 7.0 39.11 19.99 8.1 9.9 0.24

76 РА 32°43.7' 34°56.4' 7.0 39.12 19.63 8.3 10.0 0.52

77 РА 32°47.1 34°36.9' 6,0. 39.14 20.09 8.2 10.0 0.58

78 РА 32°48.11 34°56.9' 7.0 39.10 20.00 8.2 10.0 0.46

79 РА* 32°47.Г 34°55.7' 30.0 39.14 18.70 8.1 9.9 0.10

80 РА* 32°47.2' 34°54.4' 36.0 39.08 17.78 8.3 10.1. 0.12

81 РА 32°47.3' 34°53.1' 57.0 39.06 16.66 8.2 10.3 0.06

82 РА 32°47.4! 34°51.8' . 71.0 39.09 16.32 8.3 10.1 0.04

83 РА 32°47.8' 34°50.8' 102.0 39.13 16.19 8.3 10.1 0.04

ПК - порт Кишон; ЗХ - залив Хайфа; РА - район Атлит; * - рифы; РК - растворённый кислород; СИ1-а - растворённый хлорофилл.

34°50' 35°00' 35° 10'

Рис. 1. Карта фактического материала (северное побережье Израиля, восточное Ср ед из емно морь е).

характеризует процессы, развивающиеся в различных обстановках осадконакопления на шельфе до глубин - 210 м.

Аналитическую основу работы составили данные гранулометрического и минералогического анализов, определения карбонатности и содержаний органического углерода. Кроме того, в 77 пробах измерялось содержание 5 элементов - Сс1, РЬ, Сг, Си, Zn. Менее представительный материал (38 проб) характеризует распределение Аб, Со, "П, V. Привлекались некоторые гидрохимические параметры придонных вод.

Автор, являющийся непосредственным исполнителем проекта, в камеральных условиях описал все поднятые со дна моря образцы (85 образцов), 9 шлифов известняков, осуществил гранулометрический (85 образцов) и минералогический (17 образцов) анализы, статистически обработал и обобщил все полученные аналитические данные. Разграничение проб по гранулометрическим и геохимическим показателям сопровождалось выявлением отдельных минеральных фаз доступными методами. В частности, присутствие фосфатов во фракциях биогенных карбонатов было подтверждено качественным химическим анализом.

Автор также самостоятельно изучил береговые обнажения эоловых образований плиоцена и антропогена и построил многочисленные карты распределения гранулометрических фракций, содержаний тяжелых металлов, СаСОз и Сорг, обобщил материал по методике В.Т. Фролова (1965, 1984, 1992, 1993, 1995) и построил в заключение карты литотипов и фаций.

Защищаемые положения.

1. Обломочные, глинистые и карбонатные породы представлены не менее чем 45 литотипами. Преобладающими генотипами являются волновые, флювиальные, тиховодные и коллювиальные отложения, а также подводно - аллювиальные и биогенные образования.

2. Литогенетический состав современных осадков и их фациальная структура определяются тектоническими и климатическими условиями территории Израиля, Египта, Ливана, их геологической предисторией и техногенезом.

3. Структурно - морфологическая позиция массива Кармель на юго-западном фланге залива Хайфа играет определяющую роль в развитии осадочного процесса. Массив Кармель и залив Хайфа являются, соответственно, экраном и

его тенью - ловушкой, препятствующими распространению нильских осадков на север.

4. Формирование геохимической ассоциации Cr-Zn-Cu и Сорг. тесно связано с накоплением алевритов и глин, а формирование геохимической ассоциации Cd-Pb-As тесно связано с накоплением грубозернистых компонентов, представленных преимущественно биогенными карбонатами.

Научная новизна.

1. Впервые произведено выделение и детальное описание литологических типов современных осадков на участке Акко-Хайфа-Атлит. Выделено 45 литотипов.

2. Впервые была проведена генетическая типизация изучаемых осадков и расшифрованы генетические типы большинства литотипов, установлено доминирование механогенных отложений и аллювиальных образований при подчинённом значении биогенных.

3. Впервые в двух секторах шельфа выявлена детальная фациальная структура современных осадков и уточнена система факторов её формирования.

4. Изучена геохимия 7 элементов (тяжёлых металлов) и, впервые, формирование геохимических ассоциаций тяжёлых металлов было связано с накоплением определённых литотипов осадков.

Практическое значение.

1. Полученные данные могут быть использованы при мониторинге загрязнений морских шельфов и других природоохранных мероприятиях.

2. Выявленные литологический и генетический состав и фациальная структура являются актуалистической основой палеогеографических интерпретаций, поисков полезных ископаемых и проектирования инженерных сооружений.

Апробация и внедрение результатов исследований.

Основные методические и содержательные положения работы докладывались на 6-м ежегодном симпозиуме по Восточно-Средиземноморской континентальной окраине Израиля ("The eastern Mediterranean Continental Margin of Israel", Израиль, 1994), на научной конференции академического состава Одесского государственного университета (Украина, 1996), на 1-ой Международной конференции "Applications of Micropaleontology in Environmental Sciences" (Из