![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/work/work-img.png)
Геохимические особенности современных донных осадков восточной части моря Лаптевых (на примере губы Буор-Хая)
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………………………………………… 4
Глава 1. КРАТКИЙ ОБЗОР ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 10
1.1. Современное состояние изученности вопроса ……………………………………………………….. 10
1.2. Фактический материал, методы пробоотбора, аналитических исследований и
обработки данных ……………………………………………………………………………………………………….. 13
Глава 2. ОСОБЕННОСТИ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПИТАНИЯ И БАССЕЙНА
СЕДИМЕНТАЦИИ ………………………………………………………………………………………………………… 18
2.1. Континентальная область питания ………………………………………………………………………… 18
2.1.1. Физико-географическое положение …………………………………………………………………. 18
2.1.2. Геолого-тектоническое строение …………………………………………………………………….. 19
2.1.3. Материковая криолитозона …………………………………………………………………………….. 23
2.1.4. Бюджет осадочного материала, поставляемого в приемный бассейн ………………… 25
2.2. Бассейн седиментации ………………………………………………………………………………………….. 26
2.2.1. Физико-географическое положение …………………………………………………………………. 26
2.2.2. Геолого-тектоническое строение …………………………………………………………………….. 29
2.2.3. Позднечетвертичная история развития и ключевые палеографические события .. 30
2.2.4. Субаквальная криолитозона…………………………………………………………………………….. 33
2.2.5. Гидрометеорологические условия …………………………………………………………………… 34
2.2.5.1. Атмосферная циркуляция ………………………………………………………………………….. 34
2.2.5.2. Пресноводный баланс ……………………………………………………………………………….. 35
2.2.5.3. Ледовый режим …………………………………………………………………………………………. 36
2.2.5.4. Циркуляция и термохалинная структура вод ……………………………………………… 38
2.2.5.5. Волнение, периодические и непериодические колебания уровня ……………….. 41
Глава 3. АНАЛИЗ ЭКЗОГЕННЫХ ФАКТОРОВ И ПРОЦЕССОВ, КОНТРОЛИРУЮЩИХ
ПОСТУПЛЕНИЕ, ВОДНУЮ МИГРАЦИЮ И ОСАЖДЕНИЕ ТЕРРИГЕННОГО
МАТЕРИАЛА ………………………………………………………………………………………………………………… 42
3.1. Морфоскульптуры берегового обрамления и дна губы ………………………………………….. 42
3.2. Литодинамика среды мобилизации, транспортировки и седиментации вещества …… 48
3.2.1. Оценка динамики вод по гидрометеорологическим критериям ……………………….. 48
3.2.2. Оценка характера перемещения вещества на подводном береговом склоне губы 54
3.2.3. Особенности разгрузки твердой фазы речного стока в бассейне седиментации … 61
3.2.4. Черты биогеохимической трансформации твердой фазы речного стока в
бассейне седиментации ……………………………………………………………………………………………. 64
3.2.5. Литолого-минеральный состав отложений пограничной зоны «суша-шельф» ….. 65
3.2.5.1. Размерная структура и возраст берегового ледового комплекса………………….. 65
3.2.5.2. Минеральный состав береговых отложений ………………………………………………. 69
3.3. Главные черты пространственно-временной изменчивости распределения взвеси и
литологическая структура донных осадков ………………………………………………………………….. 72
3.3.1. Взвешенный материал ……………………………………………………………………………………. 72
3.3.1.1. Изменчивость распределения в водной толще губы …………………………………… 72
3.3.1.2. Тонкая структура распределения (на примере микрополигона) ………………….. 72
3.3.2. Донные осадки………………………………………………………………………………………………… 75
3.3.2.1. Изменчивость распределения в губе …………………………………………………………. 75
3.3.2.2. Тонкая литологическая структура осадков микрополигона ……………………….. 77
Глава 4. ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЙ И ГЕОХИМИЧЕСКОЙ
СПЕЦИАЛИЗАЦИИ ДОННЫХ ОСАДКОВ ……………………………………………………………………. 80
4.1. Минералогическая специализация………………………………………………………………………… 80
4.1.1. Основные черты минералогического состава …………………………………………………… 80
4.2. Геохимическая специализация …………………………………………………………………………….. 90
4.2.1. Пространственная изменчивость распределения химических элементов ………….. 91
4.2.2. Содержание и элементно-изотопный состав органического углерода ……………… 110
4.2.3. Литолого-геохимические реконструкции обстановок современного
осадкообразования …………………………………………………………………………………………………. 116
4.2.3.1. Фракционирование химических элементов ………………………………………………. 116
4.2.3.2. Индикаторы литогеохимических обстановок ……………………………………………. 119
4.2.3.3. Оценка статистических связей между элементами ……………………………………. 133
4.2.3.4. Типизация обстановок осадконакопления по литобиогеохимическим
характеристикам …………………………………………………………………………………………………. 138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………. 141
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………………………………………….. 142
Актуальность работы. Современный этап изучения и освоения ресурсного
потенциала шельфовых морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского диктует
необходимость глубокого изучения их природы и на этой основе решения обширного
ряда фундаментальных и прикладных проблем. Наряду с огромными углеводородными
ресурсами (Геология и полезные ископаемые…, 2002; Павленко, 2013 и др.) восточно-
сибирский шельф сосредотачивает в себе значительные ресурсы твердых полезных
ископаемых россыпного происхождения, среди которых преобладают золото, платина,
олово, редкометалльные и титановые россыпи (Бортников, 2015). Металлоносные
россыпи приурочены к олигоцен-миоценовым и прибрежно-морским плиоцен-
позднеплейстоценовым образованиям (Патык-Кара и др., 2001; Патык-Кара, 2002; 2003).
В регрессивные эпохи позднего плейстоцена восточно-арктический шельф осушался и
промерзал. Периоды трансгрессий завершались расширением и перестройкой его
структурного плана. Таким образом, к настоящему времени коренные россыпи
восточно-сибирского шельфа в большинстве случаев оказались погребенными более
молодыми прибрежно-морскими отложениями (Павлидис, Никифоров, 2000;
Геоэкология, 2001). Результат захоронения отразился в сокращении участков
россыпеобразования и снижении их продуктивности (Патык-Кара, 2002).
Исключениями стали только реликтовые подводные возвышенности, известные как
Приленское и Семеновское мелководья. Данные останцы субаэрального рельефа
находятся в современной аседиментогенной литодинамической зоне внутреннего
шельфа, поэтому их поверхности перекрыты реликтовыми песками (Дударев и др., 2010;
2014; 2015). На этом фоне до сих пор остается слабоизученной минералого-
геохимическая специализация верхнего литостратиграфического горизонта, т.е.
современных осадков, образовавшихся за последние 2-2.5 тыс. лет субатлантического
периода голоцена (Павлидис и др., 1998; Кошелева, Яшин, 1999). С этих позиций
наибольший интерес вызывают заливы – приемные бассейны стока крупнейших
Сибирских рек. Одной из таких структур-ловушек осадочного материала является губа
Буор-Хая. Согласно Н.Г. Патык Кара (Патык-Кара, 2002), она характеризуется
потенциальными россыпями золота и редких металлов, принимает сток реки Лена и по
перечисленным обстоятельствам рассматривается в качестве приоритетного и
идеального полигона для исследований. Мотивацией для получения новых знаний,
которые бы позволили достоверно и достаточно подробно оценить формирование
геохимической специализации современных донных осадков прежде всего послужила
интенсификация геолого-разведочных работ на стратегические сырьевые ресурсы.
Другим генерирующим необходимость исследований важным фактором являются
современные климатические изменения, негативно влияющие на состояние
многолетнемерзлых пород прибрежно-шельфовой криолитозоны. Последствие такого
воздействия проявляется в расконсервации и вовлечении в биогеохимический цикл
огромного пула древнего органического вещества (Семилетов, 1999; Semiletov et al.,
2007; 2011; Shakhova et al., 2017). Роль органического вещества реликтового и речного
происхождения крайне высока в областях смешения речных-морских вод, поскольку
оно контролирует процессы водной миграции и осаждения многих химических
элементов (Биогеохимия океана, 1983; Лисицын, 1994; Гордеев, 2012; Маслов и др.,
2014; Демина, 1982). Последний мотивирующий фактор заключается в недостаточном
массиве междисциплинарных данных. Имеющаяся для губы Буор-Хая в открытом
доступе ограниченная информация базируется на результатах геологической съемки
масштаба 1:200000 только для некоторых участков подводного берегового склона губы.
Работы выполнялись «ВНИИМоргео» в 80-90-х годах прошлого столетия с целью
прогнозных изысканий на металлоносность (Геологическое строение…, 1984; Кошелева,
Яшин, 1999; Патык-Кара, 2003). Несколько образцов для геохимических исследований и
датировок отобраны в рамках российско-немецкой программы «Система моря
Лаптевых» (Holemann et al., 1999). Незнание и поэтому, возможный недоучет
характерных особенностей формирования химического состава губы могут усложнить
представления о реальном геохимическом облике осадков, перекрывающих древние
россыпи. В определенной степени новые данные будут полезными при планировании
освоения многообразного ресурсного потенциала восточно-сибирского арктического
шельфа. Более того, выявление геохимических особенностей современных осадочных
процессов имеет важное значение для реконструкции палеоусловий формирования
месторождений полезных ископаемых. Решаемые в работе фундаментальные и
практические задачи полностью согласуются с разработанной Правительством РФ
концепцией ФЦП «Мировой океан», принятой в июне 2015 г. на период 2016-2031 гг.
Цель работы: изучение литолого-геохимических особенностей современных
донных осадков моря Лаптевых.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: (1) оценить
средние содержания химических элементов в донных осадках; (2) выявить особенности
геохимической специализации донных осадков и определить основные факторы,
контролирующие пространственное распределение химических элементов, а также
способствующие их накоплению; (3) охарактеризовать минералогическую
специализацию тяжелой подфракции донных осадков; (4) изучить особенности
формирования литологической структуры донных осадков; (5) типизировать обстановки
современного осадконакопления по литобиогеохимическим характеристикам.
Фактический материал и методы исследования. Фактическим материалом для
написания данной работы послужили пробы взвеси и донных осадков, отобранные в
губе Буор-Хая во время научно-исследовательских экспедиций. С целью получения
исходного материала осуществлялись:
(1) пробоотбор донных осадков, включая поверхностный слой (дночерпатель Van
Veen, бокскорер) и керны (малая гравитационная труба, корер «GEMAX», установка
разведочного бурения «УРБ-4Т»;
(2) отбор воды (1.8-5 л батометры системы Niskin), выделение взвешенного
материала (фильтровальная система Millipore). Для выявления общего содержания
взвеси вода фильтровалась через мембраны с диаметром калиброванных проб 0.45 мкм
(Charkin, 2011);
(3) регистрация термохалинной структуры водной толщи обеспечивалась зондами
«SBE19 plus» или «SBE19 plus V2» (Semiletov, 2011).
В пробах донных осадков анализировались:
– гранулометрический состав частиц (лазерный дифракционный микроанализатор
«Analysette 22 Fritsch», при необходимости метод совмещался с традиционным
классическим водно-механическим анализом (Петелин, 1961). Литологическая
типизация осадков и взвеси проводилась на основе трехкомпонентной классификации
ТОИ ДВО РАН по соотношению содержания фракций песка Ps (1-0.1 мм), алеврита A
(0.1-0,01 мм) и пелита Pl (<0,01 мм) (Лихт и др., 1983). Основные принципы
использованной типизации сопоставимы с классификациями ИО АН СССР и
ВНИИОкеангеологии (Петелин, 1961; Кошелева, Яшин, 1999).
– химический состав. Инструментальным нейтронно-активационного методом
INAA определялись концентрации 36 элементов в ГЕОХИ им. В.И. Вернадского РАН.
Точность анализов макроэлементов ±1%, микроэлементов ±10%;
– содержание Сорг (пиролизатор «Rock-Eval 6 Turbo», производитель VINCI
Technologies). Анализы выполнялись в международной научно-образовательной
лаборатории изучения углерода арктических морей ТПУ, а также в лабораториях
Международного Арктического центра при университете штата Аляска, Фэрбанкс;
– изотопный состав органического углерода, δ13C (изотопный масс-спектрометр
«Delta V advantage» фирмы «Thermo Fisher Scientific»). Исследования проводились в
лаборатории геохимии и пластовых нефтей ТомскНИПИнефть;
– состав тяжелой минеральной подфракции крупно-алевритовый фракции
(Петелин, 1957);
– содержание общего азота N. Анализ выполнялся на элементном CHNS-
анализаторе в центре коллективного пользования ТПУ.
Полученные результаты обрабатывались различными методами статистической
обработки.
Основные защищаемые положения.
1. Геохимической специализацией донных осадков губы Буор-Хая являются
повышенные содержания Na, K, Ba, Co, Ni, As, Se, Hf, Ta, U, La, Gd, Tb, Dy, Ho и
пониженные Ca, Br, Cs по сравнению с их содержаниями в осадочных породах
континентальной коры.
2. В пространственном распределении химических элементов в донных осадках
губы Буор-Хая проявлена субмеридиональная латеральная зональность, обусловленная
разными источниками осадочного материала в восточной и западной частях губы, а
также гидрологическим разделом в осевой части, выполняющим барьерную функцию и
ограничивающим перенос и обмен веществом.
3. Среднее содержание органического углерода в терригенных породах губы
Буор-Хая составляет 1,9 %. Максимальные его концентрации приурочены в прибрежной
зоне дельты р. Лена. Установлена значимая прямая корреляционная связь органического
углерода с Fe, Cr, Co, Ni, Zn, Sc, Br.
Научная новизна. Впервые выявлены геохимические особенности донных
осадков одного из наиболее крупных и перспективных на погребенные металлоносные
россыпи заливов-ловушек восточно-арктического шельфа – губы Буор-Хая. Для
практически всех химических элементов выявлена линейная субмеридиональная
структура полей распределения. Она обусловлена взаимодействием стоковых и
шельфовых вод и определяет различный уровень содержания элементов в западной и
восточной частях губы. На основании анализа массива междисциплинарных данных
впервые выполнено районирование акватории губы по характеру процессов,
контролирующих биогеохимический состав донных осадков. Впервые построены карты
распределения 37 химических элементов в поверхностном слое донных осадков.
Теоретическая и практическая значимость работы. Практическая значимость
определяется возможностью использования результатов диссертации для решения
прикладных задач, как например планирования освоения ресурсного потенциала района,
палеореконструкций условий арктического литогенеза и прогноза его возможных
изменений. Изложенные в работе данные расширяют представления о современных
осадочных процессах, а также восполняют дефицит информации по геохимическим,
минералогическим и литологическим особенностям донных осадков моря Лаптевых.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 в
журналах, входящих в перечень ВАК и базу данных Scopus и Web of Science.
Результаты исследований были представлены на российских и международных
конференциях и форумах: AGU Fall Meeting (США, г. Сан-Франциско, 2015), XIX, XX,
XXI Международных научных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых
имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2015-
2017 гг.), X Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов
и молодых ученых «Геология в развивающемся мире (Пермь, 2017), Международном
форуме, посвященном изучению биогеохимических последствий деградации вечной
мерзлоты в Северном Ледовитом океане (г. Томск, 2016), IX, X Всероссийских научных
молодежных конференциях с международным участием с элементами научной школы
имени профессора М.К. Коровина «Творчество юных – шаг в успешное будущее» (г.
Томск, 2016-2017). Также результаты исследований докладывались на научных
семинарах кафедры геологии и разведки полезных ископаемых НИ ТПУ.
По теме исследований автор принимал участие в выполнение работ по мегагранту
Правительства Российской федерации (грант 14 Z50.31.0012) и гранту Российского
научного фонда (грант 15-17-20032).
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач, выборе методики
исследований. Автор принимал участие в 5 научно-исследовательских экспедициях в
период с 2014 по 2016 гг., в ходе которых им была собрана большая часть фактического
материала, используемого для написания данной работы. Автор участвовал в отборе
донных осадков и взвеси, гидрологических и буровых работах, натурных наблюдениях.
При участии автора были получены и обработаны результаты гранулометрического,
нейтронно-активационного, пиролитического, хромато-масс-спектрометрического,
минералогического анализов донных осадков. Автором лично сформулированы
защищаемые положения, проведена статистическая обработка и обобщение полученных
результатов, которые изложены в диссертационной работе
В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы.
1. Проведенный анализ содержания химических элементов в современных
донных осадках губы Буор-Хая относительно их содержаний в осадочных породах
континентальной коры позволил установить специфику, выражающуюся в более
высоких концентрациях Na, K, Ba, Ni, As, Se, Sb, Ta, U, Hf, La, Ce, Eu, Er, Gd, Tb, Dy,
Ho и низких Ca, Br и Cs. Основными факторами, контролирующими накопление
химических элементов являются исходный состав терригенного материала, а также
сорбционная способность железа и органического углерода.
2. Латеральная субмеридиональная зональность минералого-геохимической
специализации донных осадков обусловлена разными источниками осадочного
материала, условиями его водной миграции и седиментации, а также контрастными
гидрологическими условиями;
3. Клин соленых низкотемпературных и более плотных шельфовых вод,
круглогодично приуроченный к центральной части губы, представляет собой
природный гидрологический барьер, ограничивающий придонный транспорт и обмен
вещества между западной в восточной частями губы.
4. Среднее содержание органического углерода составляет 1,9 %, а его изотопный
состав указывает на смешанный генезис органического вещества. Главным источником
Сорг, по-видимому, является речной сток Лены и продукты разрушения ледового
комплекса западного побережья;
5. Главным фактором пространственного распределения некоторых химических
элементов в донных осадках, вероятно, является биоаккумуляция, активизирующаяся в
районе гидрологического барьера в центральной части губы.
![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/signup-document.png)
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!