Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования состава и свойств новейших отложений южной части шельфа Баренцева и Балтийского морей

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования состава и свойств новейших отложений южной части шельфа Баренцева и Балтийского морей"

Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт имени Г.В.Плеханова

На правах рукописи Кутень Николай Александрович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ НОВЕЙШИХ ОТЛОЖЕНИЙ ИЕНОЙ ЧАСТИ ШЕЛЬФА БАРЕНЦЕВА И БАЛТИЙСКОГО МОРЕЙ

04.00.07 - Инжеьерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геслого-минералогических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследоватольском институте морской геологии и геофизики НПО "Союзморинжгеология Министерства газовой промышленности СССР.

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических нау^

И.Д.ДЗШША

Официальные оппоненты: доктор гволого-минералогических наук,

профессор В.Д.ЛОМТАДЗЕ

кандидат геолого-минералогических наук, доцент В.Г.ЗАЙОНЧЕК

Ведущая организация: ВШй! геологии и минеральных ресурсов Мирового океана Министерства геологин СССР.

Защита состоится " ноября 1991 г. в /) час.

мин. на заседании специализированного Совета Д.063.15.07 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук в Ленинградском горком институте по адресу: 199026, Ленинград, 21 линия, 2, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛГИ. Автореферат разослан " 18 " октября 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат геолого-минералогических наук, доцент

И-- А.В.Кузьмин

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

И

т •л л I

э.угаций I Актуальность темы. Инаенерно-геологиче-

~ оТЛз освоение новых территорий привело к распадения объекта инженерной геологии и появлении новых научных направленна. Одним из наиболее молодух и пнтенснЕно развившихся направлений является морская инженерная геология, изучавшая инленерно-геологические условия (ИГУ) областей л регионов континентального польза для нузд морского иефтегазопромыслового строительства. НоЕоГлме отлозения, слагаете верхнво часть разреза осадочного покрова зельфа, располагаются з зоне непосредственного азаи\"Одейс?ЕПя с спорной частью передвизных и стацнонар;тх буровых устаиозс:с и других инзенерных сооружения, что определяет их использование з качестве естественного кесуцего основания. Отсюда очевидна необходимость знаний об особенностях их строения, состава а ф{зиЕ0-механичеси1х свойств (£УС) по лате-раяи и из глубину, определяемуп их мощностью и сферой влияния о? при?;еняе!ж сооружений. Однако, до настоящего времени, несмотря на гначлтельннэ объеш ингенерно-геологических изысканий, проводила в различных регионах континентального пельфа, :я!0ГП0 юпроси оценки строительных свойств гратов нозейяего покрова сояьфа окончательно но реяены. Прежде всего ото касается вопросов фор:£!ровыпш я особенностей состава, ШС и анализа пространственно? изменчивости инзенерно-геологических показателей новейпнх отлогений регионов шельфа, относших я единой ледниковой зоне Европейского центра оледенения. Тем сшды, установление закономерностей формирования состава и £21С новейших отложений нгяюй части пельфа Баренцева и Балтийского морей актуально дзя с теоретических позиций, так и в плане практического использования, лрзяде всего с точки зрения проектирования ноЕнх видов перэдвизшх и стационарных буровых установок з соответствии с характерными особенностями ИГУ рассматриваемых регионов пельфа.

Целью исследования являлось выявление основных закономерностей формирования новейшие отложений хшюй частя сельфа Баренцева и Балтийского морей для обоснове.чин характеристик их состава, £.{С и пространственной изменчивости. В кйчегтзе основного методического приема использован срални-

тельньгй анализ основных компонент инженерно-геологических условий двух нефтегазоперспективных регионов шельфа применительно к решению вопросов разработки комплексных програмы нефтега-зоразведочных работ, а также для проектирования новых типов передвижных буровых установок с учетом особенностей ИТ рассматриваем« регионов.

Основные задачи исследования заключались в решении следующих вопросов:

анализа инженерно-геологической изученности для оценки представительности и качества исходного материала обобщения;

изучения вещественного состава, поровых вод и обменной способности стратиграфо-генетиче^ких комплексов (СГК) отложений районов шельфа Баренцева меря, питаемых терригенным материалом различных областей сноса;

изучения вещественного состава, поровых вод и обменной способности СГК отложений юго-восточной части Балтийского моря в зависимости от их стратиграфического положения в разрезе, ввиду значительной преемственности минерального вещества и связи с единой областью сноса;

оценки структурно-текстурных особенностей глинистой цементирующей ткани СГК отложений регионов шельфа в зависимости от состава породообразующих глинистых минералов и фациальных особенностей седиментации;

установления особенностей обменно-сорбционного поглощения в системе глинистая составляющая - раствор отлоаений ледниковой, ледово-морской формации юго-восточной части шельфа Баренцева моря;

выявления пространственной изменчивости показателей состава и свойств СГК отложений юго-западной части шельфа Баренцева моря для установления закономерностей формирования состава и генезиса;

установление закономерностей формирования 5ЫС СГК новейших отложений южной части шельфа Баренцева и Балтийского морей;

получения сравнительной характеристики состава и СГК отложений регионов шельфа по данным лабораторных и полевых испытаний.

научная новизна работы заключается в тем, что впервые для оценки особенностей инженерно-геологи-

ческих услозий нефтегазоперспективных регионов континентального шельфа Баренцева и Балтийского морей изучены закономерности формирования и выполнено сравнение ®С СГК новейших отложений па основе факторов, контролирующих их изменчивость. В результате:

получены новые данные о вещественном составе, пороБых водах, емкости обмена СГК отложений регионов шельфа и установлены факторы, их контролирующие;

выделены ряд районов южной части шельфа Баренцева моря (в ранге минералогических провинций), питаемые терригенным материалом различных областей сноса и существенно различающихся вещественным составом СГК новейших отложений;

показано, что минеральный состав комплексов ледниковых отложений юго-восточной Балтики определяется в основном их стратиграфическим полсаениеи з разрезе ввиду значительной пространственной однородности состава' морены, обусловленной преемственностью их вещественного состава и единым источником сноса;

выявлены закономерности формирования состава и свойств СГК отлозений, слагающих разрез новейшего покрова юго-западной часта езльфа Баренцева моря, строение которого отражает последовательную смену ледникового (континентального) и морского рэетшов седиментации типичную для гляцигенных шельфов;

установлено, чте изменчивость основных показателей ШС пылевато-глинистых грунтов новейшего покрова регионов шельфа обусловлена различиями их вещественного состава, генезисом и особенностями структурно-текстурного строения глинистой цементирующей ткани;

показана значительная неоднородность фациальных особенностей седиментации спорных по генезису валунных суглинков третьего сейсмострагнграфичесяого комплекса (Ш ССК) пельфа Баренцева моря и установлены районы предпочтительного развития континентального реяима седиментации.

Автор защищает следующие основные положения: выявленную изменчивость вещественного состава, поровых вод и обменной способности новейших отложений южной части шельфа Баренцева и Балтийского морей, обусловленную приуроченностью изученных минералогических провинций к различным по сос-

таву материнских пород областям сноса;

изученные закономерности обменио-сорбционного поглощения в системе глинистая составляющая - поровкй раствор валунных суглинков Ш ССК юго-восточной части пельфа Баренцева моря, определяемые минеральным составом глинистого вещества, его обменной способностью и типом порового раствора;

полученные в результате математического моделирования закономерности пространственной изменчивости гранулометрического состава валунных суглинков Ш ССК юго-западной частк шельфа Баренцева моря, подтверждающие континентальный реши.* их седиментации;

выявленную взаимосвязь основных показателей комплексов новейших отлокений регионов шельфа с особенностями их вещественного состава, обменной способностью и строением глинистой цементирующей ткани.

Практическая ценность работы определяется приложением ее результатов для комплексного обоснования рациональных путей хозяйственного освоения северо-западных регионов континентального шельфа морей СССР. Результаты исследований применяются при литолого-петрографиче-ских исследованиях и расчленении четвертичного покрова нефте-газоперспективных регионов шельфа. Особенности физико-механических свойств СГК отлокений верхней части разреза осадочного покрова использованы при проектировании новых видов СПБУ применительно к конкретным ИГУ, рассматриваемых регионов шельфа.

Результаты работ внедрены во ВНИИморгео НПО "Союзморинжгеология" для комплексного обоснования расчленения и разработки схем строения покрова новейших отложений в основных нефтегазоперспективных районах Баренцева моря. Результаты оценки инженерно-геологических особенностей СГК новейших отложений осадочного покрова вельфа используются в ЦНИИ им. А.Н.Крылова при разработке н проектировании СПБУ применительно к конкретно ингсенерно-геологическим условиям исследованных регионов континентального шельфа.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации были доложены на научно-технических конференциях НПО "Согзморинжгеология" (т\Рига, 1984, 1336, 1909 гг.), Всесоюзной конференции "Проблемы четвертич-

ной палеоэкологии и палеографии Баренцева и Белого морей" (г.Мурманск, 1985 г.), Международном симпозиуме "Инженерная геология шельфа и континентального склона морей и океанов мира" (г.Тбилиси, 1583 г.). Методические положения работы обсуждались на 1У литологической шхоле Методические основы литогенеза ледниковой формации" (г.Ленинград, ЛГИ, 1989 г.). По темо диссертации опубликовано 7 работ.

Обгон работы. Диссертационная работа объемом 217 страниц машинописного текста состоит из введения, пят глав, выводов, списка использованной литературы из 168 наименований, иллюстрирована 52 рисунками и 28 таблицами.

Использованный материал. В основу работа полонены материалы морских, камеральных и тематических инженерно-геологических исследований, выполненных в 1981-1986 гг. Арктической и Балтийской морскими иняенерно-геолсгическими экспедициями НПО "Союзморинжгеология" при непосредственном участии автора. Исследование вещественного состава, кэзоструктуры отложений, моделирование геологических полей на ЗШ выполнялись по единой методике под руководством и личном участии автора. Неоценимую помощь при изучении материала в шлифах оказали консультации и опыт с.н.с. ВНИИморгео Б.Д.Клагиш. Диссертационная работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте морской геологии и геофизики под руководством кандидата геолого-минералогических наук И.Л.Дзилны, которой автор выражает глубокую благодарность за постоянную помощь и поддержку в течение втего периода работы над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы работы, сформированы цели исследования, задачи и методика исследований, кратно изложено содержание основных защищаемых положений.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. В ней дается анализ игаенерно-геологаческой изученности юглой части шельфа Баренцева и юго-восточной части Балтийского морей. По полноте освещения ИГУ регионов шельфа все

выполненные работы подразделены на три группы: общего характера, попутного и специализированные инженерно-геологические исследования. Рассмотрены основные черты современного морфо-структурного плана регионов шельфа на уровне морфоструктурных элементов П и Ш порядков. Под морфоструктурой автором подразумевается эндогенно обусловленное геолого-геоморфологическое образование, связанное процессом единства своего образования (Мещеряков, 1965, 1981). Показано, что многие аспекты геологической и инженерно-геологической оценки новейших отложений регионов шельфа остаются спорными и до конца не выясненными. К числу наиболее спорных относятся вопросы стратиграфии и генезиса валунных суглинков (диамиктитов) Ш ССК шельфа Баренцева моря. В завершении главы дается методика изучения вещественного состава сводных разрезов новейших отложений морфострук-тур шельфа.

Вторая глава диссертации посвящена литолого-минералогической характеристике комплексов новейших отложений южной части шельфа Баренцева и Балтийского морей. На основе данных рентгеноструктурного анализа глинистой составляющей кернового материала из морских инженерно-геологических скважин и станций пробоотбора, полученных в пределах различных морфоструктур шельфа, оценена латеральная и вертикальная изменчивость минерального состава ССК новейших отложений шельфа Баренцева моря. Установлен ряд участков шельфа, питаемых терригенным материалом различных областей сноса и существенно различающихся вещественным составом и обменной способностью СГК новейших отложений. Вертикальная изменчивость фазового состава отложений 1-Ш ССК характеризуется явным уменьшением вниз по разрезу веса гидрослюды и увеличением - монтмориллонита, за счет ассимиляции его из подстилающих коренных пород. Выделен ряд минералого-петрографических провинций шельфа Баренцева моря локализуемые в пределах морфоструктур П, Ш порядков:

юго-западная провинция (Кольско-Канинская моноклиза);

Центрально-Баренцевская провинция (Центрально-Баренцев-ский свод). Предполагаемый источник сноса - угленосные отложения юры и нижнего мела Земли Франца-Иосифа (А.И.Елажчишин, 1990);

юго-восточная провинция (Печорская синеялиза и Юкно-Ба-ренцевская впадина) - область питания Тимано-Печорский регион;

северо-восточная провинция (Приновоземельсиая ступень) с областью сноса о.Новая Земля.

Показательно, что обменная способность отложений комплексов контролируется минеральным составом глинистой ткани и варьирует в широких пределах.

Изучение кернового материала в шлифах показало, что структурные системы новейших отложений по характеру ориентации подразделяются на 2 типа мезоструктур: ориентированные и неориентированные (Е.М.Сергеев и др., 1979). К первому типу отнесены каркасная, флюидальная, блоковая. Ко второму -пленочная и хаотическая.

Отложениям I и П ССК характерны наиболее организованные структурные системы первых трех видов. Для отложений Ш ССК свойственны, как правило, 2 вида структурных систем глинистой ткани: каркасная и хаотичная. Установлено, что отложениям Ш ССК юго-западной, северо-восточной и низам разреза юго-восточной провинций присущи неупорядоченные, хаотические

структуры глинистого матрикса, сходные со структурными системами типичных морен Балтики. Это позволяет рассматривать их как генетический признак, сформированный в результате воздействия внешних нагрузок, типично континентального режима седиментации. Для большей части отложений 1-Ш ССК южной части шельфа Баренцева моря характерны хорошо ориентированные структуры глинистого вещества, сформированные в результате бассейнового (возможно ледово-морского) режима седиментации.

В начале раздела, посвященного минералогической характеристике СГК четвертичных отложений юго-восточной части Балтийского моря рассматривается современный морфоструктурный план акватории я дается характеристика морфоструктурных элементов 11 и Ш порядков. Анализ опубликованных материалов и данные полученные по кернозому материалу морских инженерно-геологических скважин, пробуренных в пределах различных морфоструктур юго-восточной части Балтийского моря, показал, что СГК четвертичных отложений характеризуются значительной однородностью вещественного состава. Глинистая составляющая четвертичных отложений Балтики представлена монотонной гидрослю -

диетой ассоциацией с примесью каолинита, обусловленной значи-чительной преемственностью вещественного состава СГК отложений и единым источником сноса терригенного материала со Сканди -навского щита. В связи с этим рассмотрение литолого-минерало-гических особенностей СГК четвертичных отложений юго-восточной Балтики произведено по стратиграфическому признаку. В качестве литологического метода расчленения моренной толщи, дополняющего сейсмостратиграфический (Л.Э.Берзинь, 1990), использовался роговообманковый метод (В.Г.Ульет и Я.Я.Майоре, 1964). В общем объеме ледниковых отложений Балтики выделяются и прослеживаются Кураская, Заладно-Курзеыская и Летижская морены (Ю.И.Гольдфарб, 1990), соотносимые с верхним, средним и нижним звеньями плейстоцена. Вещественный сослав отложений современного морского СГК представлен хлорит-гидрослюдистой ассоциацией с незначительной примесью каолинита. Основная часть гидрослюд представлена дисперсным субмикроскопическим иллигом. Минеральный состав отложений верхнеплейстоцзнового бассейнового СГК гакяо характеризуется монотонной гидрослюдистой (70 %) ассоциаций глинистых минералов с примесью каолинита и дисперсного хемогенного кальцита. Структурно-текстурным особенностям ленточных глин присущи как первичные параллельно-чешуйчатые черты, так и наложен: о гляциодинамические. Ледниковым отложениям Балтики свойственны глубокие гипергенные изменения полевошпатового пластического материала и значительная карбонатность глинистой цементирующей ткани. Для верхнеплейстоценовой морены содержание гидрослюды составляет 70-80 %, каолинита-хлорита 20-30 %. Структура глинистого матрикса неупорядоченная, микрочешуйчато-зернистая, реже флюидальная. Емкость поглощения глинистого вещества в среднем 15,2 мг/100 г.г. Отложения средне-плейстоценового ледникового СГК отличаются по вещественному составу от нижне-, верхнеплейстоценовых повышенным содержанием монтмориллонита (до 25-40 %), хотя ведущее место в ассоциации занимает гидрослюда (45-50 %). Структура матрикса мик-рочешуйчато-эернистая. Емкость поглощения глинистого вещества, ввиду высокого содержания монтмориллонита, сравнительно высокая - 22,4 ыг/'ЮО г.г. Нижнеплейстоценовый ледниковый СГК характеризуется ограниченным распространением и приурочен, как правило, к долинам палеоврезов. Для них характерна понижен-

- 1С -

ная карбонатность. Среди глинистых минералов преобладают гидрослюда (55-70 %), содержание которой возрастает склэу-зверх по разрезу. Структура слабоупорядоченная, микрочешуй-чато-зернистал. Практически для всех трех ледниковых СГК отмечается увеличение содержания гидрослюды вверх по разрезу, что обусловлено изменением условий формирования в начальный и завершающей этапы литогенеза (Г.М.Немцова, 1986). Глинистые минералы морен находятся в тесной ассоциации с дисперсным кальцитом, формируя сплошную неориентированную нзвестковисто-глинистую матрицу. На текстурном уровне проявляется явная ориентация элементов строения в плоскости перпендикулярной к нагрузке уплотнения, выражающаяся в появлении сильноанизотропных структурно-текстурных элементов флсидального типа. В завершении главы дается сравнительная литолого-минералоги-ческая характеристика СГК ледниковых отложений юго-восточной Балтики и спорных ло генезису отложений Ш ССК южной части шельфа Баренцева моря, наиболее часто используемых в качестве основного несущего пласта основания СПЕУ, реже стационарных буровых установок. Установлено, что наиболее близкими по составу и строению являются ледниковые отложения Балтики и валунчке суглинки юго-западной части шельфа Баренцева моря. Сходные черты отложений двух регионов обусловлены принадлежностью к одной области сноса - Балтийскому щиту и единым режимом седиментации - континентальным, ледниковым. Отличительными особенностями ледниковых отложений этих регионов является наличие сходных структурных систем, сформированных под действием внешних нагрузок. Наиболее близкие рассмотренным накопления Ш ССК установлены з ПриновоземельскоЯ части изльфа и в низах разреза новейших отложений Печорской еинеклизы« В разрезе залуииых суглинков Балтийского моря преобладают типичные ледниковые накопления, за исключением т.н. без-валуннше суглинков сталдзенского подгоризонта среднего плейстоцена, позволявших, по ряду признаков, рассматривать их как бассейновые (ледово-морские) отложения. Таким образом, несмотря на общность основных этапов поздней истории геологического развития четвертичного покрова регионов континентального шельфа, относимых к единой зоне Европейского центра оледенения (М.А.Спиридгнсв и др., 1984), им своЯствсгош суг,?ст-гекн-ге различия, об/слозленные поступлением терригзнного ма-

териала из различных по составу материнских пород областей питания и специфическими фациальными условиями седиментации.

Глава третья посвящена рассмотрению состава легкорастворишх солей норовых вод и обменной способности ОГК новейших отложений южной части шельфа Баренцева к Балтийского морей. Минерализация водных вытяжек современных осадков I СОК южной части шельфа Баренцева ыоря в средней, составляет 991 мг/lOO г.г. с доминированием в ионном комплексе хлора, сульфат-ионов и катионов натрия. По значениям рН среда I ССК характеризуется в основном как кислая, типичная для осадков ранних стадий диагенеза. Ионный комплекс водных вытяжек бассейнових отложений Г1 ССК близок к голоценовому и типичен для условий ыорсхого типа засоленич. В нижней части отмечаются инте :сивные флуктуации в содержании ионов-индикаторов морского и континентального типов засоления, обусловленных сменой фациальных условий за счет попеременного вторжения в палео-бассейн морских и пресных вод (Я.Б.Неизвестное, 1990). Общая минерализация водных вытяжек в среднем 634 ыг/100 г.г. Значения рН в среднем 8,2, что определяет устойчивую щелочную реакцию среда, возрастающую вниз по разрезу. Минерализация норовых вод отложений Ш ССК "Шельфа Баренцева моря изменяется в широких пределах от 208 до 1526 ыг/100 г.г., что помимо всего прочего отражает разнообразные фациалыше условия их седиментации. В целом, вниз по разрезу содержанке анионов хлора, сульфатов и катионов натрия, калия постепенно убывает до приподо-швенной части, где происходит их резкое увеличение. Характер вертикального распределения элементов ионного ко!.4Ялекса поросых вод свидетельствует о наложении процессов вторичного ин-фильтрационного засоления на первичный седиментационный состав солевого комплекса (В.П.Кольненков, 1985). По значениям рН среда комплекса характеризуется как щелочная, реже сильнощелочная.

В составе легкорастворимых солей порогах вод осадков современного морского СГК юго-восточной части Балтийского моря преобладают анконы хлора, сульфат-коны, а также катионы натркя-калкя. Общая минерализация составляет 219 иг/100 г.г. Минерализация поровых вод верхнеплейстоценового бассейнового СГК достигает максимальных величин (552 мг/100 г.г.) срьди четвертичных отлокений Балтики. Изменение рН происходит в достаточно узком

диапазоне (з среднем 7,8), что определяет достаточно устойчивую щелочную реакцию среда СПС, возрастающую вниз по разрезу. Общая минерализация поровых вод СП( ледниковых отложений, в зависимости от стратиграфического положения, испытывает значительные колебания: 192-404 мг/100 г.г. Причем максимальные значения присущи ни'гснеплейстоценовой морене (404 иг/ 100 г.г.) за счет ассимиляции непосредственно материала коренного субстрата и минкмальнне-среднеплейстоценовой, вероятно за счет ассимиляции ледником более молодых кайнозойских континентальных образований, в результате смены зкзароцнонного плана на границе нижнего-среднего плейстоцена. Высокое содержание гидрокарбонатов в поровых водах морен, вероятно обусловленное растворением дисперсного кальцита в процесса отложения тилла, что является неотъемлемой чертой ледового типа литогенеза (Ю.А.Лавршшк, 1974).

Голоценовым морским осадкам иельфа Баренцева моря соответствуют наиболее высокие значения минерализации порогах вод -991 мг/100 г.г. по сравнению с Балтикой. По-видимому, это обусловлено прежде всего высотой емкостью поглощения Баренцэ-воморских осадков (существенно монтмориллонитов« по составу), различной соленостью морских вод, а также литологией сравниваемых осадков» Наиболее близкими как по составу легкорасттэо-риыых солей, так п минерализации поровых вод являются бассейновые отложения верхнеплейстоценового СГК регионов шельфа: 552 мг/100 г.г. - для Балтики и 634 - для Баренцэвомсрского. Тип засоления хлоридно-сульфатно натриевый. При сходных значениях содержания сульфат-ионов и гидрокарбонатов, они отличается по содержанию ионов хлора,

Комплексы моренных отложений юго-восточной Балтики характеризуются гидрокарбонатно-хлорндно натриево-кальциогвм типом засоления и значительным разбросом значений минерализации по-роЕих вод. Им присуще типичное для континентальных образований превалирование гидрокарбонатов над хлор-иояами и сульфатам;? к значительно меньшее (чем для Баренцевоморских) - катиона натрия, калия над кальцием. Валунным суглинкам Ш ССК аельфа Баренцева моря присущ хлоридно-натрнешй тип засоления, свойственный, з целом, обстановка« бассейнового (морского) осадкона-коплекия. Анализ распределения макрсионов между норовим раствором и поглощенным комплексом суглинков свидетельствует о наличии

тесной гидравлической связи между этими системами грунта практически по всему разрезу Ш ССК. Селективное распределение катионов между поглощенным комплексом и поровым раствором определяется в'первую очередь минеральным составом глинистого вещества, типом и минерализацией контактирующего с ним раствора.

Четвертая глава работы посвящена вопросам математического моделирования пространственной неоднородности состава и свойств новейших отложений юго-западной части шельфа Баренцева моря в виде трехслойной модели разреза четвертичного покрова, соотносимой с разновозрастными отлоае-ш.лмм I, П, Ш ССК. В начале глаш дается краткий обзор теоретических аспектов моделирования для обоснования выбора метода аппроксимации в зависимости от уровня организации моделируемого геологического тела, самих моделируемых показателей и целей исследования (Г.К.Бондарик, ЕЛ!.Иерусалимская, 1975). Качество аппроксимации полученных моделей оценивалось методом минимизации сумма квадратов отклонений теоретических значений показателей от исходных, с помощью статистических критериев, графиков последовательного сечения шлей показа^-телей, схем локальных остатков и на основе контрольных точек по исходным данным. Анализ оценки качества приближения теоретических поверхностей к экспериментальной основе каждого из слоев позволил сделать вывод о соответствии отраженного в моделях уровня изменчивости целям моделирования и перейти к обоснованной геологической интерпретации полученных моделей. Пространственная неоднородности гранулометрического состава современного морского СГК описывается с помощью карт тренд-поверхностей содержания фракции мелкого песка (0,10,25 мы) и глины ( 0,005 мм), имеющих структурно-взаимоисключающий характер. Установлено, что структура поля фракции мелкого песка соответствует ыорфоструктурному плану акватории шельфа и обусловлена гидродинамической активностью среды седиментации. Взаимоисключающий характер структуры полей показателей мелкого песка и глины свидетельствует о том, что закономерности неоднородности зернового состава современных" морских осадков формируются под действием как минимум двух фаз процесса седиментации - переносом и отложением зерен мелкого

песка в гидродинамическом поле и выпадением пелитовых частиц в застойных условиях. В отличие от изменчивости полей современных осадкоБ, неоднородность гидродинамического поля верхнеплейстоценового бассейна седиментации описывается показателем суммарного содержания фракции пыли (0,05-0,005 мм). С учетом зависимостей размера переносимых частиц от скорости течения (Г.Хюльстре'Л, 1980), можно утверждать, что скорости течений в верхнечетвертичное время были существенно меньше, чем в голоцене. В качестве наиболее вероятных причин снижения гидродинамики верхнеплейстоценового бассейна можно предположить усиленный ледовый покров акватории (5.А.Щербаков, 1983), нарушаемый периодическим сносом алевритового материала в результате дегляциации континента. Структура поля содержания фракции глины, таким образом, характеризует застойную фазу процесса осадконакопленяя, наследуя основные черты современного морфоструктурного плана акватории.

Пространственная неоднородность гранулометрического состава валунных суглинков Ш ССК обнаруживает явную связь не с современным морфоструктурным планом шельфа, а с диалогическим составом пород коренного субстрата и характеризуется закономерностями не свойственными морскому режиму седгялэн-тации. Полученные закономерности отражают континентальный режим седиментогенеза отложений Ш ССК и могут быть обусловлены движением и экзарацией коренных пород ложа покровными ледниками Кольского полуострова. В целом же, последовательность в чередовании различных осадочных формаций четвертичного покрова отражает цикличность поэднечетвертичного этапа развития гляциальных шельфов (М.А.Спиридонов и др., 1984), обусловленную последовательной сменой ледникового (континен-тачьного) седиментогенеза морским.

В пятой главе диссертации характеризуются 5МС комплексов новейших отложений южной частя шельфа Баренцева и Балтийского морей. Показано, что изменчивость основных показателей £МС комплексов новейших (четвертичных) отложений южной части шельфа Баренцева моря определяется их вещественным составом, обусловленным приуроченностью к различным минералогическим провинциям. Установлено, что максимальные значения природной влажности, гористости (и минималькыэ -

плотности грунта) присущи осадкам I ССК Южно-Баренцевской впадины, содержащим значительное количество (30 % и выше) наиболее дисперсного и гидрофильного глинистого минерала монтмориллонита. Минимальные значения показателей влажности, пористости (соответственно, максимальные - плотности грунта) характерны осадкам I ССК Центрально-Баренцевского поднятия, содержащим более 50 % наименее гидрофильного минерала - каолинита. Минимальные значения удельного сцепления (2 КПа) присущи инженерно-геологическим разновидностям грунтов При-нопоземельской ступени, существенно гидрослюдистыы (70 %) по составу, а максимальные (8 КПа) грунтам Южно-Баренцев-ской впадины с высоким содержанием монтмориллонита (31 %). Существенное различие значений неконсолидированного сцепления грунтов является следствием характерной для монтмориллонита повышенной способности его аморфных, хлопьеобразных частиц к сцеплению друг с другом, значительно превышающей таковое у хорошо ограненных кристаллов гидрослюды (А.К.Ларионов, 1966). Верхнеплейстоценовые бассейновые отложения И ССК шельфа Баренцева моря по показателям ШС подразделяются на 2 обособленные группы:

отложения глубоководных областей шельфа (впадин и желобов) и мелководья (до глубин моря 100-150 м).

Установлено, что изменчивость ФМС глубоководных отложений И ССК обусловлена текстурно-структурными особенностями строения, за счет изменения относительной мощности глинистых И песчано-пылеватых слоев (лент). Значительные отличия по показателям <ШС, в сравнении с глубоководными, присущи отложениям II ССК мелководных областей шельфа, приуроченных к Ку-ренцовской структурной террасе и мелководью акватории Печорской синеклизы, т.е. к областям шельфа претерпевшим осушку и промерзание во время предголоценовой регрессии моря (В.Н.Бондарев, 1986). Установлено, что наиболее отчетливо эти изменения проявляются в различии прочностных и деформационных свойств грунтов II ССК, указанных областей шельфа Баренцева моря, как по данным лабораторных, так и полевых испытаний. Таким образом, существенные различия по $МС бассейновых отложений И ССК областей шельфа Баренцева моря обусловлены, прежде всего, текстурно-структурными особенностями их строения и историей

последующего геологического развития, в результате воздействия экзогенных (прежде всего, геокриологических процессов, а также фациальных особенностей их седиментации.

Отложения Ш ССК глубоководных областей южной части шельфа Баренцева моря, в зависимости от приуроченности к конкретной минералогической провинции шельфа, проявляют значительную изменчивость по основным показателям Максимальные значения природной влажности (33 %) и минимальные плотности грунта Ц,В4 г/см^) присущи валунным суглинкам Ш ССК Юяно-Баренцевской впадины с высоким содержанием монтмориллонита в матриксе (65 %). Соответственно, при уменьшении содержания монтмориллонита, и следовательно увеличении гидрослюды как у суглинков Ш ССК Лудловской седловины (полутвердые суглинки), природная влажность снижается (21 %) и плотность грунта увеличивается (2,С8 г/см^). Существенное влияние на ИС грунтов Ш ССК оказывают фациальные особенности их седиментации. Так, различные по вещественному составу ледниковые отложения Ш ССК Кольско-Канинской моноклинали и Печорской синеклизы характеризуются сходными значениями показателей физических свойств. Полутвердым суглинкам этих областей присущи минимальные значения природной влажности (Г7 %) и максимальные - плотности грунта (2,18 г/аР), обусловленные уплотнением под динамическими нагрузками ледникового покрова. Значительные отличия прослеживаются по прочностным и деформационным свойствам различных генетических типов отложений. Угол внутреннего трения ледниковых 'твердых суглинков. Приновоземельской ступени (25° - консилиди-рованный срез, 29° - статическое зондирование) почти в 2 раза превышает таковой для твердых ледово-морских суглинков Лудловской седловины (15° - консолидированный срез). Соответственно модуль деформации ледниковых, с хаотичной, но компактной мезоструктурой (3,5 МПа) выше чем у ледово-морских, хорошо структурированных отложений (2,2 МПа) прежде всего за счет предпочтительной перестройки, либо нарушения исходной структуры последних в процессе деформации (В.Н.Соколов, 1988). Таким образом, изменчивость $МС грунтов Ш ССК южной части шельфа Баренцева моря обусловлена их генезисом, особенностями вещественного состава и структуры глинистой ткани.

- Г7 -

Осадкам современного морского СГК юго-восточной части Балтийского моря присуще отчетливая взаимосвязь их гранулометрического состава и физических свойств с гидродинамической активностью среды накопления (глубиной акватории). Для современных песков это прежде всего выражается в снижении плотности сложения с увеличением зернистости, а также в увеличении плотности грунта с ростом степени сортированное™ состава одного и того же вида песков. Для связных, илистых грунтов отчетливо проявляется зависимость физических свойств (.т степени диагенегических преобразований. Верхнеплейстоце-нобым ленточным глинам бассейнового СГК характерна значительная однородность вещественного состава, зависимость показателей ЗМС от текстурно-структурных особенностей, а также отчетливо выраженная вертикальная изменчивость свойств. Наиболее высокие значения показателей МС присущи опесчаненньш разновидностям за счет сравнительного увеличения мощности песчаных лент над глинистыми, за счет ускоренного отжатия влаги по ним в процессе диагенеза. Для ледниковых СГК отложений в целом характерно закономерное возрастание показателей ШС в зависимости от возраста морен с присущей им унаследованностью вещественного состава. Очевидное исключение составляет средне-плейстоценовая морена с прослоями безвалунных суглинков существенно монтмориллонитевых по составу, влияющих на показатели $МС.

В завершении главы дается сравнительная характеристика ©1С комплексов новейдих отложений южной части шельфа Баренцева и Балтийского морей. Наиболее существенные отличия по составу и свойствам отложений современного морского СГК присущи для связных грунтов. Вследствие крайне высокой диспер-гированности глинистых илов Балтики, представленных субмикроскопическим иллитом, влажность их в 3-5 раз выло, а плотность значительно ниж-з чем у голоценовых илов Баренцева моря. Наиболее Блачительные различия верхнеплейстоценовых отложений бассейнового СГК двух регионов шельфа прежде всего прослеживаются по вещественному составу. Глинистый матрикс бассейновых отложений шельфа Баренцева моря представлен монткорилло-нит-гидрослюдистой ассоциацией с содержанием монтмориллонита 15-46 %. Озерно-ледникоЕыа глннины Балтики в основном гияро-

слюдистые (60-07 %). Вследствие высокой гидрофильности монтмориллонита пластичность и влажность глин Баренцева моря вша, а плотность - ниже чем для ленточных глин Балтики. Соответственно удельное сцепление Баренцевоморских глин еншо чем у ленточных глин Балтики (Е.М.Сзргеев и др., 1979). Близкие значения присущи верхнейплейстоценовой морена Балтики и валунным суглинкам Ш ССК ьго-западной части шельфа Баренцева моря, вследствие блнзост!? их вещественного состава и одного и го го же режима седиментации - ледникового. Наиболее близкие по составу и показателям 1>1.0 суглинкам III ССК глубоководья паль-фа Баренцева моря являются среднеплеВстоценоше т.н. безвалунные суглинки Балтики, что свидетельствует об отличном о? ледникового генезисе последних. Значительные отличия по минеральному составу ледниковых СГК отложений Балтики и валунных суглинков Ш ССК Баренцева моря, резко разграничивает их по прочностным и деформационным свойствам. Так, удельное сцепление отложений Щ ССК в 2 раза превышает таковое у нин-неплейстоценовых морен Балтики (165 и 70 КПа). Соответственно, угол внутреннего трения отложений Ш ССК во столько же раз ниже, чем для морен Балтики (Г7° и 30°), прежде всего за счет более высокой структурной жесткости скелета Балтийской мореш, формируемого избытком грубых фракций в зерновом составе и цементирующего кальцита матрикса. Количественно это выражается в том, что модуль деформации моренных отложений Балтики практически на порядок выше чем у валунных суглинков Ш ССК Баренцева моря.

Основные выводы. В комплексе новейших, преимущественно четвертичных отложений южной части шельфа Баренцева и, взятой для сравнения юго-западной части Балтийского морей, прослеживается закономерное чередование формаций осадочных отложений, отражающих многократную смену континентального (ледникового) и морского режимов седиментации. В соответствии с этим в рыхлом покрове регионов шельфа выделяются формации преимущественно глинистого состава, закономерно сменяющие друг друга в плане и вниз по разрезу - морская, лод-никово-водная (бассейновая), ледниковая к ледово-морская. Часть глинистых отложений новейшего покрова сравниваемых регионов шельфа представлена моренными континентальными обра-

зованияыи (т.н. Кольская и Приновоземельская части шельфа, нижняя часть разреза Печорской синеклизы, а также Балтийское море). Наряду с ними широкое распространение имеют близкие им по облику спорного генезиса т.н. валунные суглинки (диа-миктиты) Ш ССК, к которым рядом авторов отнесены песчано-глинистые толщи, генезис которых связывается с ледово-морским осадконакоплением. Доминирующее влияние на текстурно-структурные особенности, гранулометрический состав и ЗМС глинистых отложений, независимо от их формационной принадлежности, сравниваемых регионов шельфа оказали минеральный состав глинистого матрикса, обусловленный сносом терригенного м:териала из различных по составу материнских пород областей питания, а также фациальные условия осадконакопления и история последующего геологического развития. Вертикальная изменчивость минерального состава отложений Ш ССК южной части шельфа Баренцева моря контролируется составом подстилающих коренных пород. Ассоциации глинистых минералов более молодых отложений, как правило, обусловлены процессами ассимиляции вещества из глинистой ткани валунных суглинков, или же пород коренного субстрата, о чем свидетельствуют результаты математического моделирования полей геологических параметров отложений Еерхнеплейстоценового и голоценового СГК. 5изико-хи-мические свойства породообразующих глинистых минералов (прежде всего - монтмориллонита) и фациальные условия осадконакопления, выделенных провинций шельфа Баренцева моря, оказали решающее влияние на степень организованности к компактности структур глинистого вещества. Хаотичная и плотная структура морен Балтики обусловлена известковисто-глинистым составом цементирующей пелитовой ткани и степенью преобразования структуры под действием динамического воздействия ледников. Высокие значения удельного сцепления грунтов Баренце-воморского шельфа объясняются повышенным содержанием и способностью частиц монтмориллонита к сцеплению друг с другом и формированию микроагрегатов. Превалирование к матриксе гидрослюд, представленных частицами с хорошо выраженными гранями, выражается в снижении их сцепления друг с другом как на микро-, так и на мезоуровнях. Различия в значениях угла внутреннего трения грунтов регионов шельфа обусловлены

в основной более высокой жесткостью структурного скелета Балтийских морен за счет избытка грубых, песчаных фракций и бысокой карбонатности. Последнее позволяет пелитовую цементирующую ткань морен рассматривать как известковисто-глинистую, что накладывает отпечаток на высокие деформационные свойства морен Балтики. Сравнительно высокая сжимаемость валунных суглинков Ш ССК, помимо низкой жесткости структурного скелета, определяется значительной гидрофильностью монтмориллонитовой глинистой ткани, приводящей к обводнению плоскостей спайности глинистых часгиц под действием нагрузок и, соответственно к переориентации их и уплотнению. Таким образом, несмотря на общность основных этапов поздней истории геологического развития новейшего покрова рассматриваемых регионов континентального шельфа, относимых к единой зоне Европейского центра оледенения и формацконное единство слагающих их отложений, им свойственны существенные отличия по основным показателям ШС. Эти различия обусловлены, предце всего, особенностями минерального состава, физико-химическими свойствами основных породообразующих минералов глинистой ткани, спецификой их структурно-текстурного строения и фациальными условиями седиментации.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Использование методов факторного анализа и математического моделирования геологических полей на ЭВМ при морских инженерно-геологических исследованиях //Строение шельфа морей СССР как основа оценки ИГУ, - Рига: ЕНИИморгео, 1984. -

С. 46-52.

2. Инженерно-геологические и геофизические признаки процесса деградации криолитозоны в западном секторе Арктического шельфа (совместно с И.И.Гриценко, В.Г.Бочковским) /Де-зисы докладов научно-технической конференции ВНИИморгео. - Рига: ЕНИИморгео, 1984. - С. 31-32 (ДСП).

3. Некоторые особенности литогенеза новейших отложений шельфа Карского и Баренцева морей (совместно с С.И.Рокос, В.В.Алексеевым) //Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Проблемы четвертичной палеоэкологии и палеогеографии Баренцева и Белого морей". - Мурманск, 1985. - С. 76-78.

4. Вещественный состав и ЙС отложений ледниковой и ледово-морской формации регионов континентального шельфа (сов-

ыестно с Б.Д.Клагиш) //Тезисы докладов международного симпозиума "Инженерная геология шельфа и континентального склона морей и океанов мира". - Тбилиси, 1988. - С. 73-75.

5. Вещественкай состав и текстурно-структурные особенности моренных (ыореноподобшх) отложений регионов континентального шельфа (совместно с Б.Д.Клагиш) //ИГУ нефтегазо-порспектиБных районов шельфа. - Рига: ВНИИморгео, 1989. -

С. 24-30 (ДСП).

6. Инженерная геология шельфа Балтийского моря (совместно с И.Д.Дзилной, Д.Э.Берэинь) //"Инженерная геология СССР. Шельфл СССР". - И.: Недра, 1990. - С. 7-39.

7. Пространственная изменчивость показателей состава и свойств комплексов четвертичных отложений Ю-3 части Арктического шольфа (совместно с В.В.Свириденко) //Морская инженерная геология". - Рига: ШИИморгео, 1990. - С. 3-18.

Отпечатано на ротапринте ВНИИморгео. Заказ № 52.

- 22 -