Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Характеристика отложений современных озер как объектов палеомагнитных исследований 22
1.1. Общая характеристика современных озер 22
1.2. Седиментационный процесс и особенности накопления магнитных частиц в озерных осадках 24
1.3. Формирование естественной остаточной намагниченности озерных осадков 36
1.3.1. Ориентационная и посториентационная остаточная намагниченности 36
1.3.2. Кристаллизационная или химическая намагниченность озерных осадков и процессы диагенеза 42
Глава 2. Сеисмоакустичекие методы в комплексе палеомагнитных исследований отложений современных озер 49
2.1. Стадийность работ при палеомагнитных исследованиях озерных отложений 49
2.2. Озерный сейсмоакустический комплекс КГУ 52
2.2.1. Частотный диапазон сейсмоакустических исследований... 55
2.2.2. Источники упругих волн 61
2.2.3. Приемный тракт сейсмоакустической установки 67
2.3. Сейсмостратиграфический анализ временных разрезов отложений современных озер 70
2.4. Результаты сейсмоакустических исследований озер карстового происхождения 80
Глава 3. Технические средства отбора отложений современных озер 88
3.1. Проблемы отбора донных осадков водоемов 88
3.2. Установка ЮГУ для отбора озерных осадков 103
3.3. Подготовка коллекций образцов для палеомагнитных исследований 112
Глава 4. Методика лабораторных исследований 122
4.1. Диагностика магнитных частиц озерных отложений 122
4.2. Измерения естественной остаточной намагниченности образцов озерных отложений 139
4.3. Определение временного масштаба в изучаемых коллекциях 4.4. озерных отложений 142
Глава 5. Результаты палеомагнрггных исследований отложений современных озер 155
5.1. Вариации элементов геомагнитного поля в голоцене по палеомагнитным исследованиям донных отложений озер Асликуль и Кандрыкуль (Западное Предуралье) 155
5.2. Вариации элементов геомагнитного поля, записанные в донных отложениях озер Нарочь и Свирь (Белоруссия) 173
5.3. Палеомагнетизм современных отложений Аральского моря... 196
5.4. Особенности вариаций элементов геомагнитного поля в Восточной Европе за последние 10-12 тысяч лет 213
Заключение 233
Литература 236
- Седиментационный процесс и особенности накопления магнитных частиц в озерных осадках
- Озерный сейсмоакустический комплекс КГУ
- Установка ЮГУ для отбора озерных осадков
- Вариации элементов геомагнитного поля, записанные в донных отложениях озер Нарочь и Свирь (Белоруссия)
Введение к работе
Актуальность проблемы. На существующем этапе развития науки, палеомагнетизм отложений современных озер является относительно молодым направлением земного магнетизма. Возникшее менее четырех десятилетий назад, данное направление, наряду с прямыми наблюдениями, археомагнетизмом и палеомагнетизмом древних осадочных пород, позволяет изучать фундаментальные геомагнитные процессы, вызывающие эволюционные изменения во всех земных оболочках. Прошедшие годы, однако, не привели к широкому распространению палеомагнитных исследований отложений современных озер среди палеомагнитологов. Палеомагнитное изучение отложений современных озер практически не проводилось в Восточной Европе и в Центральной Азии; единичные наблюдения приходятся на Африканский и Южно-Американский континенты. Во многом это объясняется существованием, на всех этапах палеомагнитных исследований донных осадков, целого комплекса технических и методических проблем. Создав систему технологического обеспечения палеомагнитных исследований отложений современных озер, мы открываем возможности широкого изучения во многом уникальных палеомагнитных объектов. Так для современных озерных котловин различного генетического типа характерным является регулярное, с момента формирования озера, накопление донных отложений, соответственно, получаемые ряды палеомагнитных данных обычно непрерывны в изучаемом временном интервале. Возраст существующих озер, а значит и длительность получаемых временных палеомагнитных рядов, колеблется в широком диапазоне - от миллионов до единиц лет. Осад-конакопление в озерах происходит с достаточно высокой скоростью - от долей мм/год до десятков мм/год, что, в среднем, на порядок выше скорости осадконакопления в морях и океанах. Соответственно, в озерах с высокой скоростью осадконакопления разрешение палеомагнитной записи может
достигать десятков лет, приближаясь к разрешенности исторических данных. Современные озера широко распространены на различных континентах; они, как правило, являются легко доступными объектами палеомагнит-ных исследований, что, в свою очередь, делает возможным изучение характеристик геомагнитного поля в трехмерной системе координат в заданном масштабе. Информация, получаемая при проведении палеомагнитных исследованиях отложений современных озер, многогранна и достаточно тонко отображает изменения, происходившие во всех оболочках Земли в период формирования осадков.
Цели и задачи работы. Основными целями работы являются: 1) разработка и обоснование системы технологического обеспечения различных этапов палеомагнитных исследований донных отложений современных озер; 2) получение, на основе палеомагнитных исследований осадков ряда современных озер Европы и Азии, новой надежной информации о пространственных характеристиках геомагнитного поля за последние несколько тысяч лет.
В соответствие с поставленными целями, решались следующие задачи: а) технико-методическое обеспечение этапа опережающих исследований озерных отложений сейсмоакустическим методом; б) разработка технических средств и способов, позволяющих производить высокоточный отбор ориентированных непрерывных колонок разнообразных озерных отложений при полном сохранении первоначальной текстуры осадков; в) оптимизация технологии подготовки коллекций образцов донных отложений для палеомагнитных исследований; г) обоснование рационального комплекса методов диагностики магнитных минералов озерных отложений; д) получение, на основе разработанных технологий, новых надежных палеомагнитных данных по отложениям ряда современных озер Евро-Азиатского
континента; е) уточнение пространственно-временнных характеристик геомагнитного поля за последние несколько тысяч лет.
Исходные материалы исследований. В работе использованы материалы исследований и разработок, полученные непосредственно автором или при его участии в процессе полевых, лабораторных и интерпретационных этапов работ. В качестве объектов исследований при разработке системы технологического обеспечения палеомагнитных исследований отложений современных озер выступали 24 озера европейской и азиатской частей России, Белоруссии и Казахстана: озера Лесное, Ясное (Ульяновская обл.); озера Асликуль, Кандрыкуль (Западное Предуралье); Увильды, Тургаяк, Сур-гаяк, Сунукуль, Кисегач (Восточный Урал); озера Плещеево, Кубеньское, Галичское, Лача, Онежское (центр и север Европейской части России); озера Нарочь, Свирь (Белоруссия); озера Яркуль, Ик, Сартлан (Восточная Сибирь); озера Соленое, Югидем, Глухое, Кичиер (Республика Марий Эл); озеро Раифское (Республика Татарстан); Аральское море (Казахстан). По результатам рекогносцировочных исследований, на 20 озерах проводились детализационные работы с отбором колонок для палеомагнитного, магнито-минералогического, петрофизического и других анализов. В общей сложности было исследовано более 100 колонок мощностью от 1,0 до 6,5 метров. Коллекции образцов для палеомагнитных исследований были подготовлены более чем из 60 колонок, что составило 8500 образцов.
Научная новизна и личный вклад автора. Автором были сформулированы и поставлены задачи, решение которых изложено в данной работе. Все основные научные результаты, представленные в работе, получены автором лично. Он руководил работами и лично принимал непосредственное участие на всех этапах и направлениях исследований: разработка аппаратур-но-методических комплексов и программного обеспечения; подготовка,
организация и проведение экспедиционных работ; проведение опережающих сейсмоакустических исследований; отбор коллекций; обоснование и применение методов палеомагнитных и магнито-минералогических исследований; обработка и интерпретация получаемых материалов; пространственно-временной анализ данных палеомагнитных исследований отложений современных озер.
Научной новизной диссертационной работы являются:
1. Разработанная и обоснованная система технологического обеспечения палеомагнитных исследований озерных осадков, включающая в себя:
а) технологию опережающих сейсмоакустических работ при палеомагнит- ном изучении донных отложений
б) комплекс оборудования и методику работ по отбору ориентированного керна и высокоточной подготовки коллекций образцов озерных отложений различного генезиса
в) оптимальную технологию магнито-минералогических и палеомагнитных исследований современных озерных осадков;
2. Впервые полученные, по отложениям современных озер для территории Восточной Европы, пространственно-временнные характеристики геомагнитного поля за последние несколько тысяч лет;
3. Впервые полученные детальные характеристики PSV за последние -1200 лет для территории Средней Азии на основе высокоразрешенных палеомагнитных записей в осадках Аральского моря.
Основные защищаемые положения.
1. Система технологического обеспечения палеомагнитных исследований озерных отложений, включающая в себя: а) аппаратурно-методический комплекс для высокоточного отбора керна и подготовки коллекций ориентированных образцов различного типа озерных отложений; б) оптимальную систему магнито-минералогических и палеомагнитных исследований озер ных отложений; в) технологию опережающих сейсмоакустических исследований донных отложений современных озер.
2. Пространственно-временные характеристики PSV за последние несколько тысяч лет для Восточной Европы и прилегающих территорий, зарегистрированные в отложениях современных озер.
Научная и практическая значимость работы. Разработанная автором система технологического обеспечения палеомагнитных исследований озерных отложений, включающая в себя комплексы технических средств, методические приемы полевых и лабораторных исследований, способы обработки и интерпретации получаемых данных, открывает перспективы широкого и повсеместного использования в палеомагнетизме уникальных объектов - отложений современных озер. Отдельные составляющие разработанной системы могут быть с успехом использованы не только в палеомагнетизме озерных осадков, но и при проведении разнообразных лимнологических исследований. Это касается в первую очередь изучения палеоклима-та, озерных экосистем, решения экологических задач. Созданный специализированный озерный сейсмоакустический комплекс позволяет контролировать условия седиментации разнообразных водоемов, выявлять зоны эпигенетических изменений осадков, решать задачи палеореконструкций бассейнов. Уникальный донный телескопический пробоотборник позволяет получать ненарушенные ориентированные непрерывные колонки осадков мощностью до 6,5 метров не только в современных озерах различного генетического типа, но и на шельфах окраинных морей и в переходных зонах. Получение подобных колонок представляет научный и практический интерес для решения задач инженерной геологии, прикладной геофизики, палеомагнетизма. Конструктивные особенности разработанного пробоотборного комплекса и технология его использования делают его высокомобильным и недорогим инструментом исследований
разнообразных донных отложений.
Впервые полученные достоверные палеомагнитные данные по ряду озер Евро-Азиатского континента позволяют существенно дополнить и уточнить пространственно-временные характеристики геомагнитного поля в голоцене и проследить их изменения на обширных, ранее неизученных территориях. Полученные палеомагнитные данные по детально нами изученным озерам вошли в мировые каталоги и используются, совместно с другими европейскими данными, для решения теоретических и практических задач геомагнетизма (Frank et al., 2002). Начиная с 1995 года, научная новизна исследовательских проектов автора по изучению отложений современных озер, получала признание и поддержку Российского Фонда Фундаментальных Исследований.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались на ежегодных итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (Казань, 1983 - 2003 г.г.), неоднократно представлялись на семинарах по палеомагнетизму и магнетизму горных пород (Борок, 1999 - 2003 г.г.), на Всероссийской конференции "Мониторинг геологической среды: активные эндогенные и экзогенные процессы" (Казань, 1997 г.), на Юбилейной конференции "Геология и современность" ( Казань, 1999 г.), на научно-практической конференции "Геоакустика -2001" (Москва, 2001), на Всероссийской научной конференции "Геология, Геохимия и Геофизика на рубеже XX и XXI веков" (Москва, 2002). Работы автора представлялись на 19-24 Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (Гренобль -1994 г., Гамбург -1995 г., Гаага -1996 г., Вена -1997 г., Ницца -1998, 2003), Заседаниях рабочей группы GFZ (Потсдам, Германия - 2000 г.), международной конференции "Палеомагнетизм и магнетизм горных пород" (Словакия, 2000 г.), международной конференции "Baik - Sed - 2" (Бельгия, 2003), международной конференции INTAS по Аралу (Бухара, 2003 г.), международной конференции "Новая геометрия
природы" (Казань, 2003). Всего по теме диссертационной работы опубликовано более 35 печатных работ, из них 2 монографии в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы 267 страниц; в работе содержится 108 рисунков, 6 таблиц; список литературы состоит из 317 наименований.
Благодарности. На всем протяжении выполнения данной работы автор пользовался поддержкой и помощью Д.К.Нургалиева,
П.Г.Ясонова, Б.В.Бурова, [В.П.Боронина; на различных этапах в работе
принимали участие Ш.З.Ибрагимов, Д.И.Хасанов, И.Я.Жарков, И.Ю.Чернова, М.П.Гришина и многие другие. Выполнению работы способ ствовало, обсуждение основных положений работы с [Г.Н.Петровой А.Н.Храмовым, Д.М.Печерским, Л.Е.Шолпо, А.Н.Диденко, Т.С.Гендлер, В.А.Большаковым, Г.З.Гурарием, В.С.Цирель, В.И.Белоконем,
В.Э.Павловым, М.И.Малаховым, А.Ю.Казанским, С.П.Бурлацкой, И.Е.Начасовой, К.С.Бураковым, В.А.Бахмутовым, А.М.Глевасской, В.П.Щербаковым, В.В.Щербаковой, А.К.Гапеевым, В.М.Трубихиным,
М.Л.Баженовым, А.Г.Иосифиди, Т.Б.Нечаевой, [Г.Ф.Загнием! и многими другими. Всем им автор выражает свою самую глубокую признательность. Отдельно хотелось бы поблагодарить зарубежных коллег, с которыми автор сотрудничает многие годы: профессоров Ken Сгеег (Эдинбург) - лекция которого в Казанском университете в 1991 году инициировала наши работы по озерным осадкам, Friedrich Heller (Цюрих) - начиная с 1994 года оказывал всемерную поддержку нашим исследованиям и по его инициативе в КГУ был передан криомагнитометр, Hedi Oberhansli (Потсдам) - благодаря которой были проведены работы на Аральском море, а сейчас мы начинаем работы в районе Байкала.
Основная финансовая поддержка работ осуществлялась Казанским государственным университетом (Министерство образования РФ), отдельные разделы работы выполнены в рамках грантов РФФИ № 95-05-15416, № 99-05-65586, № 01-05-65457, ГНТП № 18 "Глобальные изменения", гранта Швейцарского научного фонда №7SUPJ048550, проекта ИНТАС (Арал-00-1030). Автор выражает благодарность всем этим организациям.
Седиментационный процесс и особенности накопления магнитных частиц в озерных осадках
Палеомагнитная информативность донных отложений современных озер во многом определяется седиментационными процессами, в ходе которых в осадках накапливаются железосодержащие минералы - носители естественной остаточной намагниченности (ЕОН). В отличие от океанических отложений, для озер характерны относительно высокие скорости седиментации, позволяющие получить на порядок (а в некоторых случаях и выше, как это было констатировано нами в глубоководном заливе Аральского моря) более разрешенную палеомагнитную запись по сравнению с океаническими осадками, для которых стандартной является тысячелетняя разрешенность палеомагнитной информации. Среди факторов, определяющих осадконакопление в озерах, необходимо, прежде всего, назвать климатические условия, которые определяют гидрологический и щцрохимический режим озерных водоемов, преобладающий характер осадконакопления и тип озерных отложений: терригенный или обломочный, органогенный, хемогенный. Терригенные осадки образуются в основном за счет приноса обломочного материала реками и в меньшей степени за счет размывающей (абразионной) деятельности озерной воды во время волнений. Терригенные осадки характерны для крупных проточных, преимущественно пресных озер, находящихся в областях гумидного климата, как на равнинах, так и в горах (Ладожское и Онежское озера, оз. Байкал и др.). Развиты они также в крупных озерах семиаридных и аридных областей - оз. Иссык-Куль на Тянь-Шане, озера в Африке и многие др. Из исследованных нами соленых озер, преимущественно терригенная седиментация была встречена нами на озере Асликуль [Нургалиев, Борисов и др., 1995]. Для терригенных осадков крупных озер характерна фациальная изменчивость отложений по гранулометрическому составу, подобно морским осадкам. Пляжевые и прибрежные фации обычно представлены галечным, гравийным и песчаным материалом. Наиболее широко эти отложения развиты в приустьевых участках крупных рек, выносящих большое количество обломочного материала. Глубоководные фации представлены пелитовьми частицами (глинами), сформировавшимися за счет выноса тонких взвешенных наносов в глубокие части озера. Нередко терригенный материал смешивается с органогенным, образуя смешанный тип осадка. Для таких осадков характерно наличие большого количества гумусового вещества, придающего осадкам темно-серый, зеленоватый и синеватый оттенок. Характерные примеры подобных осадков были встречены нами на озере Плещеево Центральной России, озере Кандрыкуль Западного Урала, на Аральском море.
Органогенные или биогенные осадки образуются в результате гибели различных организмов и растительности. К биогенным осадкам пресных озер относится торф, образующийся при зарастании озер растительностью. Характерным типом озерных осадков небольших пресных застойных водоемов являются сапропели, представляющие собой коллоидальную студенистую массу оливково-коричневого цвета. Сапропели образуются за счет отмирания и разложения без доступа кислорода на дне озер животных и растительных остатков. Уплотненный сапропель имеет четкую горизонтальную слоистость с более мощными темноокрашенными летними слоями и тонкими светлоокрашенными зимними. Осадочные толщи уплотненного сапропеля мощностью в 3 - 4 метра были встречены нами при исследовании озер Вологодской области центра России - в частности, на озере Галич организована его добыча для нужд сельского хозяйства. Колонки осадков, отобранные нами в неизмененных хозяйственной деятельностью частях озера Галич в 1993 году, оказались вполне пригодными для палеомагнитных исследований.
В северных холодных озерах (Карелия, Кольский п-ов) часто образуются диатомиты и трепелы, представляющие собой светлые рыхлые породы, состоящие на 90% из кремнистых панцирей микроскопических диатомовых водорослей, населяющих толщу озерных вод. Мощность пластов диатомитов и трепелов колеблется от нескольких сантиметров до 6-7 м. Подобные осадки были встречены нами в отобранных колонках Онежского озера (1995 год).
Хемогенные осадки образуются за счет осаждения растворенных в воде минеральных веществ, солей и коллоидов. Подобные осадки могут образовываться как в пресных, так и в соленых озерах. В пресных и солоноватых озерах теплых аридных областей за счет выпадения из воды карбоната кальция образуются карбонатные осадки - известняки и мергели. Озерный мергель пресных озер представляет собой рыхлый осадок белого, серого, желтого и красного цвета в зависимости от примесей и степени окисления железа.
Озерный сейсмоакустический комплекс КГУ
Решение задач рекогносцировочного этапа палеомагнитных исследований отложений современных озер, требовало использования специализированного аппаратурно-методического комплекса, включающего в себя источник упругих колебаний, приемное устройство, систему регистрации и накопления информации, соответствующее программное обеспечение. Как у нас в стране, так и за рубежом, сейсмоакустические исследования на акваториях проводятся с использованием единичных или мелкосерийных разработок [Дубров, 1967; Калинин и др., 1983, 2002; Schock, 1990; P.van Rensbergen et al., 1999; Безродных и др., 2001 и др.]. Для проведения озерных сейсмоакустических работ в комплексе палеомагнитных исследований, мы пришли к выводу об экономической и технологической целесообразности разработки и создания специализированного озерного сейсмоакустического комплекса. Такое решение базировалось также на многолетнем накопленном опыте автора в области сейсмоакустики [Борисов и др., 1978].
Специализированный озерный сейсмоакустический комплекс был создан под руководством автора в палеомагнитной лаборатории КГУ. Специфика поставленных задач обусловила выбор метода непрерывного сейсмоакустического профилирования - НСП [Калинин, 1983] в качестве базового при сейсмоакустическом изучении озер в комплексе палеомагнитных исследований донных отложений. Основным доводом в пользу выбора НСП послужила высокая технологичность метода, возможность осуществления экспресс-обработки получаемых данных. Мы остановились на следующих параметрах системы наблюдения: один источник упругих волн звукового диапазона частот, одно приемное устройство, разнесенное от источника на расстояние 1 м. Источник и приемное устройство заглублены на 1/4 видимой длины волны (рис. 2.1). Компактное набортное оборудование включает в себя импульсный генератор, блок аналого-цифрового преобразования информации, компьютерный регистратор-накопитель, аккумуляторный источник питания. Все оборудование может размещаться на небольшой надувной лодке, а результаты наблюдений по принципу центрального луча непрерывно выводятся на экран набортного компьютера.
При проведении исследований донных отложений современных озер, энергетически достаточно применение звуковых геолокаторов первого и нулевого классов [Дубров, 1967], мощность излучателей которых не превышает сотен ватт. Подобная мощность излучателей позволяет создавать достаточно компактные сейсмоакустические системы. Основные параметры, которым в той или иной степени должны удовлетворять подобные системы, можно сформулировать следующим образом:
1) горизонтальная и вертикальная разрешенность записи в диапазоне единицы сантиметров - единицы метров;
2) глубинность исследования - единицы метров - сотни метров и более;
3) высокая производительность и наглядность получаемых результатов. Вышеуказанные требования обусловили специфические технические характеристики сейсмоакустической аппаратуры, используемой на рекогносцировочном этапе полевых работ, в частности это касается частотного диапазона.
При разработке специализированного озерного сейсмоакустического комплекса, в первую очередь нам необходимо было решить проблему выбора его частотного диапазона. Согласно теоретическим основам распространения упругих волн [Гурвич, 1975], поглощение звуковой энергии в среде пропорционально частоте колебаний. Амплитудный коэффициент поглощения, или коэффициент поглощения ( а ) характеризует величину изменения амплитуды волны на пути, равном единице длины. Коэффициент поглощения является функцией частоты колебаний и имеет размерность в системе СИ (м"1):
a = Cjf (2.1)
где Cj - постоянный множитель. Применительно к распространению упругих волн в горных породах, широкое распространение получили две теории поглощения: теория упругого последствия Больцмана и теория вязких потерь [Hosali, 1923]. Измерения коэффициента поглощения в широком диапазоне частот на различных осадочных и кристаллических породах, как в полевых, так и в лабораторных условиях подтверждают линейную зависимость коэффициента поглощения от частоты [Карус, Пасечник, 1954]. В то же время, для водонасыщенных пород, доминирующих в звуковой геолокации, справедлива теория вязких потерь, которая предполагает наличие в горных породах внутреннего трения, подобно внутреннему трению в жидкостях. Это приводит к квадратичной зависимости коэффициента поглощения от частоты: а = С2/ (2.2) где Сг -постоянный множитель, пропорциональный коэффициенту вязкости.
В реальных условиях на величину коэффициента поглощения влияет ряд дополнительных факторов: физико-механические свойства горных пород, обусловленные литологическим составом, степенью метаморфизации, условиями их залегания (глубина, температура, степень обводненности и т.п.); структурные и текстурные особенности горных пород, слоистость -горизонтальная и вертикальная, мощность слоев, степень искривления границ раздела пластов, характер межслоевого контакта и т. п. Исследовать зависимость коэффициента поглощения от какого-либо одного фактора, исключив другие, почти невозможно, поэтому при экспериментальных работах получаются значительные разбросы. Коэффициент поглощения рыхлых осадочных пород (лёссовые суглинки, галечники, пески, рыхлые глины), залегающих на небольших глубинах, при измерениях на акустических частотах находится в диапазоне 10"2-f3 10"2 м"1.
Установка ЮГУ для отбора озерных осадков
Палеомагнитная лаборатория КГУ, с момента ее образованная в 1963 году, традиционно занимается палеомагнетизмом палеозойских отложений. Возникновению нового для лаборатории направления по изучению донных осадков современных озер, во многом способствовал визит в КГУ весной 1991 года одного из основателей этого направления профессора К.М.Сгеег и его французского коллеги - P.Tucholka. Продемонстрированные зарубежными учеными эффектные палеомагнитные материалы, полученные на озерах Англии и Франции, инициировали коллектив лаборатории на организацию подобных исследований в России. Под руководством и непосредственном участии автора данной работы, уже к осени того же года в лаборатории был сконструирован и изготовлен первый вариант уникального донного пробоотборника, позволяющего отбирать колонки отложений современных озер для палеомагнитных исследований. При разработке донного пробоотборника, в его конструкцию были заложены следующие исходные технические параметры: 1) мощность исследуемой толщи осадков - не менее 6 метров достаточно плотных отложений 1) ориентировка образцов - по вертикали и горизонтали с точностью в первые единицы градусов 2) глубины исследуемых водоемов - от единиц до сотен метров 3) вес установки - до 100-200 кг с возможностью мобильной транспортировки и последующей работы с небольшой плавающей платформы 4) возможность отбора осадков различного генезиса и различной консистенции.
В основе работы сконструированного телескопического пробоотборника лежит использование поршневой системы двухстороннего действия. После проведения полевых испытаний, конструкция была доработана, в результате чего созданный пробоотборный комплекс не имеет мировых аналогов. Принципиальным отличием нашей конструкции является использование телескопического принципа работы донного снаряда, обеспечивающего задавливание колонковой трубы в изучаемую толщу осадков и ее обратное извлечение после f завершения процесса бурения. Для предотвращения преждевременного отрыва пробоотборника от дна исследуемого водоема в случае литофицированных осадков, донный снаряд снабжен специальной камерой - присоской, в которой создаются отрицательные (при отборе осадков) или положительные (при отрыве снаряда) перепады давления.
Сконструированный пробоотборный комплекс состоит из опускаемого на дно водоема бурового снаряда и поверхностной гидравлической аппаратуры. Универсальная конструкция донного снаряда позволяет использовать также пневматическую поверхностную аппаратуру взамен гидравлической. Буровой снаряд, имеющий телескопическую конструкцию, состоит из внешней тонкостенной высокопрочной немагнитной стальной трубы диаметром 105 мм, внутри которой перемещается, посредством рабочего поршня двухстороннего действия, немагнитная стальная колонковая труба диаметром 70 мм. Колонковая труба имеет специальный профиль, исключающий спиралевидное вращение. Для фиксации бурового снаряда на дне водоема служит цилиндрическая камера-присоска диаметром -850 мм, прикрепленная к нижнему фланцу бурового снаряда. К верхней части бурового снаряда крепится специально разработанный нами телеметрический инклинометр с системой видеоконтроля, обеспечивающий точность азимутального и вертикального ориентирования донного снаряда в пределах +1. Все элементы донного снаряда изготовлены из немагнитных материалов.
Одна из проблем, возникающая при работе пробоотборников различной конструкции на дне водоемов - возможное неконтролируемое отклонение бурового снаряда от вертикали. В большинстве существующих конструкций эта проблема обычно игнорируется, хотя есть и исключения типа гравитационного пробоотборника с парашютом [Cushing S. et. al, 1997]. Разработанный нами пробоотборник снабжен двумя независимыми системами контроля вертикальности снаряда - это телеметрический инклинометр и поплавки-стабилизаторы. Перед спуском снаряда на дно, к его верхней части прикрепляются специальные поплавки, компенсирующие порядка 80% отрицательной плавучести донного снаряда и обеспечивающие строго вертикальное положение снаряда при его работе независимо от рельефа дна. Принцип и основные циклы работы пробоотборника иллюстрирует рис. ЗЛЗ.Спуско-подъемные операции с донным снарядом осуществляются при помощи ручной лебедки.
Вариации элементов геомагнитного поля, записанные в донных отложениях озер Нарочь и Свирь (Белоруссия)
Оз. Нарочь является наиболее крупным озером Белоруссии, его пло-щадь составляет 79.6 км , средняя глубина воды 9 м, максимальная - 24 м [Якушко, 1971]. Озеро имеет изометричную форму, состоит из двух частей. Южная часть озера, наиболее глубокая - до 24 м., имеет сложную поверхность дна. В этой части озера существует придонное течение, приводящее к размыву и переотложению осадков. В северо-западной части озера рельеф дна спокойный. При низком уровне воды указанные части озера могли быть почти раздельными, соединяясь лишь узкой протокой располагающейся в самой центральной части современного озера. Рельеф окружающей территории и характер водотоков, впадающих в озеро свидетельствуют о слабом привносе терригенного материала в бассейн. Можно также предположить, что при высоком уровне воды сток терригенного материала в озеро мог вообще прекращаться.
Оз. Свирь имеет удлиненную форму, вероятно, что в некоторые моменты времени это озеро могло быть проточным. В настоящее время длина озера составляет около 18 км при ширине от 1.5 до 3 км, максимальная глубина воды до 8 м. Рельеф дна озера имеет простую корытообразную форму. Рельеф территории, окружающей озеро, достаточно спокойный, превышения составляют несколько десятков метров, но речка и ручьи, впадающие в озеро, привносят значимое количество терригенного материала. До проведения наших исследований, опубликованных данных о составе, свойствах и возрасте донных отложений оз. Свирь, нами, к сожалению, не было обнаружено. Влияние климатических изменений на седиментацию в озере обусловлено изменениями общей увлажненности и изменениями уровня озера. Такие данные имеются для оз. Нарочь. По палеобиологическим и литологи-ческим данным колебания уровня воды в оз. Нарочь имели следующую историю [Tarasov et al, 1996]: с 13600 до 13150 лет т.н. - очень низкий уровень, с 13150 до 10900 лет т.н. - от низкого к среднему, с 10900 до 9500 лет т.н. - низкий уровень, с 9500 до 8500 лет т.н. - высокий уровень, с 8500 до 5120 лет т.н. - промежуточный уровень, с 5120 до 3850 лет т.н. - очень высокий уровень, с 3850 до 2360 лет т.н. - относительно низкий уровень, с 2360 лет т.н. до настоящего времени - высокий уровень.
С геологической точки зрения, оз. Нарочь представляет интерес как внутриконтинентальный бассейн интенсивного карбонатного накопления. Весь осадок сильно известковистый, в основном он представлен известко-вистой гитией, только в нижней части имеется слой известковистого песка, а выше залегает сильно известковистая глина (почти мергель). Осадок в оз. Свирь представлен сапропелем с высоким содержанием органического ма териала. Мощность осадка достигает 7-8 метров. В нижней части залегает плотная темно-зеленая глина (профундаль), выше залегает сапропель, обогащенный в нижней его части глинистым материалом. Видимая слоистость отсутствует, что затрудняет визуальную корреляцию колонок. Верхняя часть осадка имеет пятнистую окраску, сверху вниз цвет сапропеля переходит от темно-зеленого до практически черного.
На оз. Свирь было отобрано 5 колонок донных отложений, из которых 3 были использованы для палеомагнитных исследований (таблица 5.3).
На оз. Нарочь всего было отобрано 7 колонок донных отложений, из которых 6 было использовано для палеомагнитных исследований (таблица 5.4). Местоположение колонок в озере было определено с помощью приемника GPS, а глубина воды - с помощью эхолота. Для абсолютных датировок отбирались части керна, оставшиеся после отбора кубиков на палеомагнит-ный анализ. Поверхность остатков керна счищалась чистым ножом и помещалась в алюминиевую фольгу, а затем в герметичный пластиковый пакет. Обычно отбирались куски керна длиной 4-6 см.
После транспортировки в лабораторию, образцы хранились в течение 1-3 месяцев в положении "по полю" с целью приближения величины и направления остаточной намагниченности образцов к их естественному состоянию. Затем их магнитная восприимчивость была измерена прибором KLY-1, а естественная остаточная намагниченность (NRM) (модуль и направления) измерялись с помощью криомагнитометра ScT. Величины NRM образцов изменяются в пределах 0.29-79.4 мА/м, а магнитной восприимчивости - от 0.28x10"6 до 268x10"6 ед. СИ (с введением поправки за магнитную восприимчивость пластикового контейнера). Для определения параметров магнитной чистки, предварительно было проведено поэтапное размагничивание переменным магнитным полем спадающей до нуля амплитудой (чистка переменным магнитным полем) 3-5 образцов каждой колонки из различных слоев с отличающимися величинами магнитной восприимчивости.
