Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса

brief description

Введение...3

1. Методика исследований...8

2. Осадконакопление в Каспийском морском бассейне в плейстоцене...11

2.1. Источники, пути поступления осадочного материала и факторы седиментогенеза...11

2.2. Характер и закономерности накопления терригенных, карбонатных и биогенных осадков и распределение в них химических элементов...16

2.3. Постседиментационные изменения морских осадков и поровых вод... 31

2.4. Этапы развития Каспийского морского бассейна в плейстоцене...35

3. Характеристика водоносного комплекса плейстоцена...42

4. Характеристика и формирование геофильтрационной среды водоносного комплекса плейстоцена...54

4.1. Типизация пород по лито-генетическому принципу...54

4.2. Типизация водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению...66

4.3. Районирование территории водоносного комплекса по литолого- геофильтрационному строению...76

5. Формирование химического состава подземных вод водоносного комплекса плейстоцена в естественных условиях...77

5.1. Характеристика химического состава подземных вод и гидрогеохимические закономерности...77

5.2. Формирование химического состава подземных вод. Источники, факторы, процессы...88

6. Формирование подземных вод плейстоцена в техногенных условиях Астраханского Газового Комплекса...100

6.1. Характер техногенного воздействия и компоненты-загрязнители...100

6.2. Техногенные изменения в водоносном комплексе плейстоцена...104

7. Моделирование с целью количественной оценки балансовых, гидрогеодинамических и гидрогеохимических характеристик в природных и

техногенных условиях...109

Заключение...129

Литература...132
Введение

Введение

Актуальность проблемы обусловлена острой необходимостью выявления и оценки негативных процессов в природных средах территории Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса (АГК) и перспективностью на нефтегазовые месторождения в целом. В начальный период эксплуатации АГК (конец 80-х годов) основное внимание уделялось проблеме загрязнения речных вод как единственного источника водоснабжения. Подземные воды изучались в связи с этой проблемой. Однако задача установления формирования подземных вод для ее решения не ставилась; для этого не было ни достаточных фактических данных, ни обоснованного подхода. В результате геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических съемочных работ (охвачена территория площадью около 1600 км2) были получены общие сведения о подземных водах. Литературные данные характеризуют изучаемые подземные воды на уровне общих представлений. Особое внимание требуется к изучению подземных вод с позиций контроля и управления их техногенными трансформациями, поскольку они могут поставлять загрязнения от промышленных объектов в поверхностные воды, являющиеся единственными источниками водоснабжения Северного Прикаспия и имеющие огромное значение для рыбного хозяйства. Подземные воды территории существенно минерализованы и для водоснабжения не пригодны.

Водоносный комплекс плейстоцена отличается сложностью строения, выражающейся в существенной литологической, геофильтрационной, гидрогеохимической и др. неоднородности. Его отличает значительная мощность отложений, формирование в течение исторического этапа в специфичных условиях, гидравлическая обособленность от залегающих ниже элементов гидрогеологического разреза, тесная (местами затрудненная) гидравлическая взаимосвязь водоносных слоев, общий характер движения и изменения химического состава подземных вод и т.д.

Водоносный комплекс плейстоцена, являясь составляющей новейшего гидрогеологического этажа, отличается приоритетом экзогенных факторов формирования: климатического, геоморфологического факторов, существенностью роли геологического строения и значительной литолого-фациальной неоднородности отложений.

Требуется значительное развитие представлений в направлении качественной и особенно количественной интерпретации сложной картины распреде-

ления напоров и концентраций химических элементов в подземных водах в естественных условиях и при техногенном воздействии.

Решение гидрогеоэкологических вопросов включается в работу в связи с необходимостью оценки загрязнения подземных и, главное, поверхностных вод. Причем для этого применен аппарат математического моделирования, один из самых трудоемких и требующий самого серьезного теоретического обоснования. Из-за более низкой минерализации (относительно природных вод) подавляющего большинства стоков АГК при их утечках происходит уменьшение минерализации в подземных водах. Этот факт заставляет усомниться в обоснованности постановки проблемы загрязнения. Однако стоки АГК содержат много опасных загрязнителей, прежде всего микрокомпонентов (Sr, Cd, Hg), вредных органических веществ и т.д., причем в значительных концентрациях. Поэтому проблема загрязнения весьма актуальна. Моделированием осуществляется решение задачи установления потенциальной способности подземного потока переносить компоненты-загрязнители в реки.

Целью работы является исследование формирования подземных вод плейстоцена в природно-техногенных условиях Северного Прикаспия на примере Астраханского газового комплекса.

Основные задачи исследования:

1) выявление генетически обусловленных механизмов и факторов формирования геофильтрационной среды водоносного комплекса, его строения с позиций гидрогеодинамических и гидрохимических закономерностей;

2) установление формирования химического состава подземных вод в естественных и техногенных условиях по натурным и модельным данным;

3) разработка математической модели геофильтрации и геомиграции в целях количественной оценки интенсивности водообмена в природных и техногенных условиях;

4) обоснование факторов формирования подземных вод и характера водообмена с оценкой элементов балансовой структуры в естественных и техногенных условиях.

Фактический материал и методика исследований.

Работа выполнена по материалам исследований, проведенных лично автором в период 1989-1999г и при его участии в качестве сотрудника Астраханской партии НИЧ Геологического факультета МГУ в связи с договорными работами с РАО ГАЗПРОМ, по межотраслевой программе "Экология". При их выполнении были получены в большом объеме фактические данные о подземных водах (хи-

мическому составу, микро-, макрокомпонентам, рН, Eh и т.д.), о породах (лито-логическому, гранулометрическому составу, минералого-геохимическим и многим другим характеристикам), о геофильтрационных, гидрогеохимических и др. характеристиках водоносного комплекса плейстоцена. Также были использованы данные гидрогеологических и инженерно-геологических съемок территории АГК (И.К. Акуз, Л.Ф. Кривко, А.Е. Лютницкий), фондовые данные, данные ТИ-СИЗа, ГИПРОВОДХОЗа и др., литературные данные.

Основы методики обработки и интерпретации информации - содержательный естественноисторический анализ факторов и процессов формирования геофильтрационной среды, структуры баланса и химического состава подземных вод плейстоцена, базирующихся на принципах комплексности, системности, историчности, унифицированности. В этом подходе используются методы генетического классифицирования, картирования и районирования, математического (прогнозного и эпигнозного) моделирования, статистические и расчетно-аналитические методы.

Научная новизна.

1. Разработка методики обработки и интерпретации фактических данных для решения поставленных задач.

2. Разработан подход к схематизации строения водоносного комплекса: методики типизации пород по ллтогенетическому признаку, лито-геофильтрационному строению водоносного комплекса;

3. Систематизированы источники, факторы и закономерности седименто-генеза в Каспийском бассейне в плейстоцене, пути постседиментационных изменений осадков и поровых вод;

4. Установлена литологическая, геофильтрационная, гидрогеохимическая неоднородность, их генетическая взаимосвязь;

5. Выявлены показатели, позволяющие идентифицировать условия формирования отложений и механизмы формирования литологической неоднородности. Найдены гранулометрические фракции, содержание которых определяет фильтрационные, емкостные и гидрогеохимические характеристики пород, их взаимосвязь с мощностью водоносных пластов, обусловленная особенностями распределения осадочного материала в процессе формирования пород, составляющих пласты.

6. Выявлены показатели, идентифицирующие глубины залегания отложений трансгрессивно-регрессивных циклов плейстоцена и на этой основе в пределах водоносного комплекса выделены водоносные и слабопроницаемые пласты;

7. Осуществлена типизация и районирование водоносного комплекса по литолого-геофильтрационному строению;

8. На основе полученных закономерностей взаимосвязи проводимости и мощности пластов составлены карты проводимости.

9. Выявлены и систематизированы компоненты-загрязнители от наземных объектов АГК, определены процессы загрязнения ими подземных вод;

10. Разработаны геофильтрационная и геомиграционная модели, получены геофильтрационные параметры, количественно оценены элементы баланса подземных вод (расход транзитного потока, интенсивность инфильтрации-испарения) и интенсивность водообмена в естественных и техногенных условиях.

Практическая значимость работы. Доказаны теоретическими проработками о характере гидрогеодинамических условий водоносного комплекса плейстоцена и основанном на них моделировании невозможность переноса подземными водами компонентов-загрязнителей от АГК в реки вследствие очень существенного превышения времени движения подземного потока над реальными сроками эксплуатации комплекса [7].

На основании типизации водоносного комплекса плейстоцена по литолого-геофильтрационному строению и гидрогеоэкологическому картированию на территории АГК выделены районы техногенного формирования подземных вод в достоверных границах.

На территории АГК при участии автора АстраханьНИПИГАЗом и партией кафедры гидрогеологии в 1980-х годах прошлого столетия организован, а в дальнейшем подлежал оптимизации гидрогеоэкологический мониторинг [31].

Обоснована и разработана структура дренажной системы на объектах АГК [35].

Даны на основе математического моделирования прогнозные решения по гидрогеоэкологическим проблемам: трансформации состава речных вод вследствие изменения уровня воды в Каспийском море, в результате изменения режима эксплуатации и переработки сырья на АГК и др. [32,33,36].

Защищаемые положения.

1. Водоносный комплекс плейстоцена представлен отложениями четырех трансгрессивно-регрессивных этапов, образующими в разрезе и плане всего водоносного комплекса невыдержанные по простиранию различные по мощности и количеству водоносные и слабопроницаемые пласты, характеризующиеся большим литологическим (от песков до глин) разнообразием. Их формирование происходило на каждом из четырех этапов плейстоцена в относительно неглубо-

ководном (до 100 м) море при нарушенной (относительно стандартных условий) механической дифференциации осадочного материала; под влиянием особенностей нарушенной дифференциации, таких как степень дифференциации, связанная с интенсивностью стокового течения крупной реки и др., происходило разграничение осадков по гранулометрическому составу. В результате определились лигогенетические типы пород: песчаные типы - пески и супеси, глинистые - суглинки, легкие глины, средние глины и тяжелые глины.

2. Подземные воды водоносного комплекса плейстоцена в естественных условиях сформировались при чрезвычайно низких скоростях фильтрации в геологическое время, оцениваемое первыми тысячелетиями, в отсутствие полного цикла водообмена в обстановке режима близкого к застойному. Это определило сохранность в пределах водоносного комплекса до настоящего времени седи-ментационных морских вод.

3. Химический состав подземных вод водоносного комплекса плейстоцена унаследован от морских вод бассейна седиментации. Увеличенная минерализация подземных вод сформировалась на этапах диагенеза в результате отжима поровых вод и при литогенезе вследствие перехода из пород ионно-солевого морского комплекса. Геофильтрационная неоднородность комплекса определила его существенную гидрогеохимическую неоднородность.

4. Формирование подземных вод в техногенных условиях определено их низкими скоростями. В связи с этим, загрязненные подземные воды могут достичь поверхностных вод только через тысячелетия.

Апробация работы. Основные результаты доложены на конференциях молодых ученых геологического факультета МГУ (1993-1995г), на межрегиональной и международной конференциях (Астрахань, 1993,1995г), на международном симпозиуме "Подземный сток в прибрежной зоне" (Москва, 1996г), в школе-семинаре "эколого-гидрогеологические и гидрологические исследования природно-техногенных систем в районах газовых и газоконденсатных месторождений" (Астрахань, 1998г). Участвовала: в разработке методического руководства по созданию экологического мониторинга за гидрогеологическими и гидрологическими условиями в районах разработки месторождений газовой промышленности (Москва, 1993г); в составлении ОВОСа (Москва, 1996г). Результаты работы использованы в учебном процессе на кафедре гидрогеологии МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе в соавторстве, две работы - в печати (издание Вестник МГУ).

#'

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 137 страницах машинописного текста, включая 25 таблиц и 23 рисунка. Список использованной литературы содержит 67 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность за весьма внимательное и чуткое отношение, помощь и в высшей степени профессиональное научное руководство доктору геолого-минералогических наук, профессору Кларе Ефимовне Питьевой и доктору геолого-минералогических наук, профессору Алексею Владимировичу Лехову. Автор очень признателен за консультации кандидату химических наук С.А. Брусиловскому. Благодарности руководству и сотрудникам АстраханьНИПИГАЗа и ГАЗПРОМа О.И. Серебрякову, Г.А. Циху, В.П. Спирину, Г.В. Кутлусуриной, Т. Бессарабовой и др. за предоставленную возможность получения информации. Автор выражает искреннюю благодарность за поддержку зав. кафедрой гидрогеологии, доктору геолого-минералогических наук, профессору В.А. Всеволожскому, коллективу кафедры гидрогеологии за ценные замечания при обсуждении и помощь при оформлении работы.

• 1. Методика исследований

В основу методики исследований положен содержательный естественнои-сторический анализ условий и процессов формирования подземных вод плейстоцена, имевших место в водоносном комплексе на протяжении геологического времени начиная от "момента" накопления морских осадков, позднее преобразованных в его породы, до гидрогеологической обстановки современности.

Только такой подход в специфических природно-техногенных условиях объекта исследований позволяет достоверно установить формирование: геофильтрационной среды водоносного комплекса, балансовой структуры подземного потока и химического состава подземных вод.

Анализ базируется на принципах комплексности, системности, историчности, унифицированности. Он включает методы: генетического классифицирования, картирования и районирования; статистические, расчетно-аналитические, математическое моделирование и т.д.

Основные получаемые характеристические результаты:

- оценка гидрогеологических обстановок в границах, максимально приближенных к реальным границам;

- выявление главных природных и "наложенных" техногенных факторов формирования подземных вод;

- пространственное разграничение подземных вод на воды, формирующиеся в природных и техногенных условиях;

Исследования по данной методике носят прогнозный характер, обуславливают рациональную постановку мониторинга за подземными водами и связанными с ними средами. Для техногенных условий они обеспечивают разработку экономически выигрышных охранных и защитных мероприятий.

Комплексный характер методики исследований, прежде всего, вытекает из понятия о подземной воде, как о системе, характеризующейся: а)- единством и взаимообусловленностью химических и динамических свойств, определяемых геохимическими и структурными особенностями самой подземной воды, а также вмещающих и окружающих ее сред; б)- чувствительностью к практически любому техногенному воздействию; в)- высокой подвижностью.

Комплексность выражается, главным образом, в исследовании максимально возможного числа свойств подземных вод и влияющих на них факторов, в сочетании натурных и модельных исследований.

Методика унифицирована, так как является единой относительно разнообразия геолого-гидрогеологических обстановок, ландшафтно-климатических условий, природных и техногенных условий и др.

Принцип историчности [26], в крупном плане, заключается в рассмотрении формирования геофильтрационной среды и подземных вод водоносного комплекса, начиная с условий осадконакопления в Каспийском морском бассейне.

Системность методики [9] предполагает рассмотрение подземных вод во взаимосвязи с окружающими средами (породами, зоной аэрации, атмосферой, поверхностными водами и проч.) в природной иерархии систем.

Примеры методик систематизации:

- выполнение типизации и районирования территории исследования по литолого-геофильтрационному строению водоносного комплекса на основе установления различий формирования его отложений [6];

- выполнение гидрогеохимического картирования и районирования территории на основе генетического гидрогеохимического классифицирования и т.д.

Особенность приема гидрогеохимического классифицирования заключается в следующем [30]. Гидрогеохимическое классифицирование - логическое подразделение подземных вод на группы, характеризующиеся одновременно ин-

тервалами минерализации и конкретным компонентным составом в пределах выделенных интервалов. Это обеспечивается методикой классифицирования, основой которой является сочетание статистических приемов с количественными критериями.

При классифицировании массива данных строится график зависимости распределения компонентов и минерализации; минерализацию (в г/л) откладывают по оси абсцисс, концентрации компонентов (в экв-%/л) - по оси ординат. Линией, проведенной параллельно оси абсцисс и соответствующей 10%-экв/л оси ординат, "отсекаются" ионы с содержанием в воде более 10%-экв/л, которые образуют гидрогеохимические группы. Диапазоны минерализации для групп устанавливаются по точкам пересечения кривых распределения компонентов с горизонтальной линией, соответствующей 10%-экв/л.

В случае естественного формирования компонентов в водах, характер их распределения на классификационном графике соответствует природным условиям рассматриваемой территории; в случае техногенного формирования распределение каждого из компонентов фиксируется двумя кривыми, одна из которых соответствует природным, вторая - техногенным условиям.

Картирование осуществляется по результатам классифицирования. Отражается пространственное положение вод различного состава, качества, генезиса, выявленных посредством классифицирования.

Для приближенной оценки процессов водообмена и главных составляющих балансовой структуры подземных вод осуществлена идентификация геофильтрационной и геомиграционной модели [4,5,7]. Они удовлетворяют важнейшим критериям оптимальности - адекватности (в рамках поставленной цели) и практической реализуемости [8,59,63]. Процесс построения модели является одним из самых трудоемких и требующих самого серьезного теоретического обоснования. Его базой является всесторонне обоснованная естественноистори-ческим анализом комплексная, качественная модель формирования (геофильтрационной среды водоносного комплекса, балансовой структуры подземного потока и химического состава подземных вод) в естественных и техногенных условиях.

Аппарат математического моделирования применен и для решения гидрогеоэкологических вопросов (оценки загрязнения подземных и, главное, поверхностных вод). Моделированием осуществляется оценка потенциальной способности подземного потока переносить компоненты-загрязнители в реки.

ю

При систематизации основных закономерностей осадконакопления в водоносном комплексе плейстоцена методика исследований определяется следующим.

1. Необходимостью обоснования применения метода актуализма, выяснения ответа на вопрос распространяются ли закономерности современного осадконакопления на весь плейстоцен.

2. Необходимостью поиска критериев для обоснованного установления условий формирования изучаемых отложений, механизмов формирования лито-логической неоднородности пород и литолого-геофильтрационного строения водоносного комплекса, поиска критериев расчленения гидрогеологического разреза. Необходимостью интерпретации сложного характера распределения напоров водоносных пластов, минерализации и изменчивости химического состава подземных вод.

В ходе анализа проводилось сопоставление литературных данных и имеющегося фактического материала по территории исследования, анализ колебания уровня Каспия в плейстоцене, палеогеографических данных и т.д.

Таким образом, выше рассмотрены основные моменты, представляющие общую методическую направленность исследований. Подробное представление конкретных методических приемов приведено в соответствующих разделах работы.

2. Осадконакопление в Каспийском морском бассейне в плейстоцене

2.1. Источники, пути поступления осадочного материала и факторы седи-

ментогенеза

В настоящее время Каспийское море представляет собой уникальный бессточный водоем, занимающий крупную материковую депрессию. Его уровень приблизительно на 28м ниже уровня мирового океана. Площадь бассейна -378400 км2. Протяженность в меридиональном направлении - около 1030 км; ширина колеблется от 196 до 433 км. Максимальная глубина - 1025 м; уступает только оз. Байкал (1620 м) и Танганьика (1435 м) [14].

Главной особенностью Каспийского моря является малая минерализация воды (относительно мирового океана) в условиях аридного климата. По размерам, гидрологическому режиму, фауне, характеру многолетних колебаний уровня оно ближе к морям; по химическому составу воды - к озерам.

Основным элементом водного баланса Северного Каспия признан речной сток. Объемы вод данной части Каспия и речного стока имеют соотношение 3:5,

и

т.е. менее чем за 2 года воды Северного Каспия практически полностью "обновляются" [54].

Водосборный бассейн Каспия включает: 1) р. Урал, Эмба и левые притоки р. Камы (питающая провинция - Уральская геосинклиналь); 2) р. Волга и притоки (областью формирования стока которых является Восточно-Европейская платформа); 3) реки Большого и Малого Кавказа [42]. Соотношение площади акватории и водосбора (1:10) свидетельствует о существенности роли суши в его питании. Около 1/3 площади водосбора принадлежит бессточным впадинам, представляющим собой пустыни и полупустыни Западной Туркмении и Казахстана [14].

Таким образом, осадочный материал поступает в морской бассейн двумя основными путями: речным стоком (в северо-восточной, северной и юго-западной части водосборного бассейна) и деятельностью ветра (в юго-восточной части). Формирование осадочного материала происходит и за счет гумидных, и за счет аридных областей. Это является важной особенностью Каспийского моря как бассейна седиментации.

Основным поставщиком осадочного материала являются реки. По оценкам для Северного Каспия [54], твердый сток рек составляет 32,15 млн. т, сток растворенных веществ - 74,00 млн. т, что составляет 24,4% и 56,1% соответственно. Из-за наличия обширных пустынь и полупустынь, беспрепятственности перемещения воздушных масс, высоких скоростей ветра значительный вынос — 25,67 млн. т (19,5%) - осуществляется воздушным путем.

По физико-географическим условиям, водосборные площади рек подразделяются на зону формирования и зону рассеивания стока. Формирование исходного осадочного материала (в результате физического и химического выветривания) происходит в области гумидного климата, а рассеивание - аридного. Относительно слабая транспортирующая способность потока, обусловленная незначительными уклонами, малыми скоростями течения, множеством перекатов и др. определяет аккумуляцию значительной части терригенного, преимущественно крупнозернистого материала. Соотношение площадей области формирования и области рассеивания стока р. Волги составляет 5:1. Огромная масса осадочного материала аккумулируется в дельте. На участке от г. Волгограда до Каспийского моря, по некоторым оценкам [54], р. Волга теряет до 50% осадочных веществ.

Седиментогенез в Каспийском морском бассейне определяется как особенностями питающих провинций и прилегающих областей - геологическим

12

строением и климатическими особенностями, во многом определяющими состав поступающего материала, так и особенностями самого бассейна - морфометрией и геолого-тектоническим строением дна, движениями водной массы (гидродинамикой), разнообразием климатических условий акватории, а для Южного Каспия и грязевым вулканизмом.

Из-за большой протяженности в меридианальном направлении климатические условия Каспийского моря очень разнообразны. На западном побережье климат влажный. На восточном побережье климат резко континентальный (вследствие беспрепятственного проникновения воздушных масс с востока). На юге климат близок к морскому субтропическому (чему способствует гористый

рельеф).

о Среднегодовая температура воздуха изменяется от 8-ЮС в северной части

моря до 11-14С и 15-17С соответственно в средней и южной его части. Максимальные колебания температуры воды отмечаются в зимние месяцы, когда Северный Каспий не только покрывается льдом, но и промерзает на огромных площадях. Летом температура воды распределяется более равномерно.

Атмосферные осадки распределяются по акватории также неравномерно. В центральной части моря - 180-200мм/год, у западного побережья - 300-400, на юго-западе - до 1700мм/год, у восточного побережья - ЮОмм/год. Испарение достигает 910мм/год.

В морфометрии и рельефе дна отчетливо проявляется его гетерогенное строение на уровне тектонических структур I порядка. Отчетливо выделяются три впадины: Северный Каспий (в пределах Русской платформы), Средний Каспий (в пределах Скифско-Туранской плиты) и Южный Каспий (в пределах альпийского складчатого пояса) [17,42].

Северный Каспий представляет собой прибрежную равнину, очень слабо наклоненную к югу. Средняя глубина - 6,2м. В отличие от типичных шельфовых зон, особенности ее рельефа определяются комплексным действием экзогенных и эндогенных факторов. Пликативные движения вызывают плавные колебания внешнего края этой "прибрежной отмели" и определяют формирование очень пологих повышений и понижений морского дна. Экзогенные факторы - это движение (волнения, течения) воды, создающие современные формы рельефа и субаэральные агенты (ветер), действовавшие во время регрессии. Тектонические факторы не столько создают рельеф, сколько усиливают экзогенные процессы: размыв поднимающихся участков и аккумуляцию в прогибах [18].

13

В рельефе Северного Каспия выделяются две области: севернее и южнее Мангышлакского порога. Первая, глубиной до 10-15м, неоднократно испытывала осушение во времена регрессий. Вторая распространяется до глубин 90- 100м.

Особенностью рельефа мелководной области является формирование в результате сгонно-нагонных явлений "ветровых осушек", окаймляющих берега в виде широких маршей. Основные формы рельефа дна центральной части Северного Каспия — многочисленные острова и банки на фоне полого наклоненной равнины. Ясно прослеживаются реликты регрессионной фазы развития: затопленные участки речных долин, палеодолины крупных рек (Волги, Урала) и т.д., частично нивелированные осадконакоплением и действием талассогенных факторов.

Седиментогенез в условиях мелководного Северного Каспия характеризуется динамичностью. Колебания уровня моря, изменчивость масс твердого и жидкого речного стока и другие факторы обуславливают значительные вариации условий осадконакопления и, следовательно, литолого-фациальное разнообразие формирующихся осадков.

Каспийское море отличается сложностью, своеобразием и интенсивностью перемещения (динамики) водных масс. Несмотря на многолетние исследования, проблема гидродинамики Каспийского моря еще далека от разрешения.

Гидродинамический фактор является ведущим фактором седиментогенеза. Он контролирует скорость осаждения взвеси и распределение на дне абсолютных масс терригенных осадков, органического вещества, аморфного кремнезема, карбонатного материала, микроэлементов и др. [44]. В результате его действия максимум седиментации наблюдается в гидродинамически активных зонах, минимум - в халистазах глубоководных впадин Среднего и Южного Каспия [18].

Гидродинамика Каспийского морского бассейна, в свою очередь, определяется рельефом дна, направлением и скоростью преобладающих ветров, речным стоком и др. [14].

Химический состав воды Каспийского моря специфичен. Ее соленость, в целом, значительно ниже океанической. По данным СВ. Бруевич [1], в поверхностном слое соленость изменяется от 2,2%о вблизи дельты р. Волга (1,8%о в западной части и 3,2%о - в восточной) до 13,0-13,4%о у берегов о-ва Челекен и в пределах Красноводского залива, что связывают соответственно с речным стоком и испарением [42]. С влиянием речного стока также связывают заметное обогащение (по сравнению с мировым океаном) вод Каспия сульфатами (особенно MgSO,»), повышение значений рН до 8,3-8,4, обогащение кислородом.

14

В направлении от устья р. Волги в сторону моря наблюдается увеличение солености и изменение солевого состава вод (табл. 1) [12].

Таблица 1. Солевой состав вод Каспийского моря в различных областях

Состав Взморье р. Волги Зона влияния стока р. Волга переходная зона (от Северного Каспия к Среднему) Средний и Южный Каспий

[С1]- 0,69 / 32,19 1,58/33,58 4,64 / 34,66 5,43-5,46*/ /34,74-34,76

[so4f 0,42 /14,47 0,90/14,19 2,62/14,42 3,03-3,06/ /14,45-14,45

[НСОзГ 0,124/3,84 0,14/0,81 0,21/0,92 0,22-0,22/ /0,81-0,91

[Na]+ 0,41/29,32 0,98 / 32,08 2,83 / 32,59 3,24-3,25**/ /32,06-31,83

[КГ 0,02 / 0,85 0,03 / 0,53 0,06 / 0,40

[Са]2+ 0,07 / 5,36 0,12/4,45 0,28 / 3,65 0,35-0,36/ /4,00-4,06

[Mg]2+ 0,11/13,97 0,12/13,36 0,61/13,36 0,74-0,75/ /13,94-13,99

Сумма солей 1,844/100 3,87/100 11,24/100 13,01-13,10/100

Примечания: в числителе - концентрация ионов, %опо массе; в знаменателе - концентрация ионов, экв %; *- для суммы СГ+Вг"; **- Na+ +K+

По данным разных авторов, не имеющих принципиальных различий в методах определения [12], солевой состав вод значительной части акватории Северного Каспия (приустьевая область р. Волги, зона смешения речных и морских вод с различной степенью влияния речного стока) и приустьевого взморья рек до минерализации, равной 3%о(по массе) весьма нестабилен по абсолютным массам и по соотношениям (особенно за счет НСО3). Главная тенденция - увеличение доли содержания Na+n Cl' и уменьшение доли содержания НСОз" и Са2+. При минерализации выше 3%оизменения соотношения компонентов солевого состава практически не происходит, возрастают только их абсолютные массы.

Водная толща Каспия представляет собой неравновесную физико-химическую и гидробиологическую систему. Это обусловлено колебаниями климатических условий, речного стока, солености и др. На ряде участков акватории она пересыщена по карбонату кальция, что создает предпосылки хемоген-ного накопления карбонатов.

15

Таким образом, специфика осадконакопления в Каспийском морском бассейне определяется спецификой действия рассмотренных выше факторов седи-ментогенеза. Для Северного Каспия - это, главным образом, рельеф (тектоническая природа) дна, климат, речной сток и деятельность ветра.

2.2. Характер и закономерности накопления терригенных, карбонатных и биогенных осадков и распределение в них химических элементов

Основные вещественно-генетические типы осадков Каспийского моря -терригенные, биогенные, хемогенные. В числе терригенных распространены песчаные, алевритовые и глинистые осадки широкого диапазона крупности. Биогенные осадки представлены в основном ракушняками. Хемогенные осадки - карбонатными (СаСО3)осадками: оолитовыми песками и карбонатно-глинистыми илами.

Осадконакопление в Каспийском море, как в слабоминерализованном морском бассейне аридной зоны, отличается огромными массами осадочного материала и очень высокой скоростью (на 2-3 порядка превышающей таковую для аридных областей и на порядок - гумидных) [54]. Весьма сложен процесс механической седиментации. Как у типичного представителя водоёмов котловинного типа [42], основная масса осадков аккумулируется в области шельфа, а глубоководным впадинам соответствует минимум осадконакопления [17].

В общем и целом, выявлено наличие двух гипсометрических уровней-максимумов абсолютных масс осадков, поясов лавинной седиментации А.П.Лисицина [19,54]: 1)-большей части шельфа и 2)-основания материкового склона. Им соответствуют два уровня размыва пород дна: 1)- верхней части шельфа и 2)- бровки шельфа и материкового склона. Первый связан с активной деятельностью движущейся водной массы - волнения и течений. Второй - с повышенной подвижностью придонных вод при резком увеличении глубин в зоне шельфа и с гравитационным перемещением осадочного материала.

В пределах мелководья Северного Каспия также выявлены области интенсивного осадконакопления - это приустьевые области (авандельты) рек Волги, Урала, Терека и т. д. На "продолжении" русел, общие абсолютные массы донных осадков составляют более 200 мг/см2, в то время как на остальной его части - от 100 до 200 мг/см2 [54]. Увеличение абсолютных масс осадков в общем случае также наблюдается на участках тектонических и эрозионных понижений (на поднятиях осадконакопление минимальное), однако на шельфе Северного Кас-

16

пия не редки скопления песчано-ракушечного осадочного материала, приуроченные к положительным элементам рельефа - островам, банкам и др.

Основные литологические типы донных осадков и их распределение.

Осадки Каспийского моря часто отличаются полигенетичностью, пересечением ареалов распространения различных генетических типов и существенной изменчивостью вещественного состава по площади и в разрезе в связи со сложностью и многообразием условий осадконакопления. Поэтому полигенные осадки не описываются самостоятельно, здесь их характеристика проводится совместно с терригенными осадками. Характеристика вещественного состава осадков опирается на визуальные определения и данные анализа гранулометрического и химического состава [2,3,14,42,45,53,54].

Пески - типичные терригенные образования, связанные с речным стоком и эоловыми наносами. Минеральные зёрна, представленные кварцем, реже полевыми шпатами и обломками горных пород, в целом хорошо окатаны, поверхность блестящая или матовая, местами со следами штриховки. Пески содержат примеси (до 50%) алевритовых и пелитовых частиц, галечный и гравийный материал. Часто содержат карбонатный материал в виде ракушечного детрита и лепёшковидных форм. По цвету пески чаще серые, с зеленоватым оттенком (за счёт глауконита, хлорита, амфиболов и эпидота), с буроватым оттенком и бурые (за счёт тонкой плёнки гидрата окиси железа), с желтоватым оттенком и желтые (выветрелые).

По гранулометрическому составу пески крупно- средне- и мелкозернистые с преобладанием последних. В зависимости от содержания раковистого материала (изменяющегося от 0 до 60-70%), у слабо - и сильнораковистых песков средний диаметр частиц изменяется от 0,20 до 0,64 мм соответственно. Гранулометрический график двухвершинный: первый максимум, связанный с накоплением раковин приходится на фракцию 1мм, второй, определяемый размером терригенных частиц - на фракцию 0,5-0,25 или 0,25-0,1мм.

Распространены пески преимущественно на территории Северного Каспия, а также вдоль восточного и западного побережья - в наиболее мелководной зоне на глубинах от 0 до 200м в зависимости от положения источника песчаного материала, объемов его поступления, действия волнения и течений, геоморфологии дна и т.д. Оолитовые пески, на 80-90% составленные хемогенными карбонатными образованиями - оолитами, широко распространены в пределах Ма