Введение к работе
Актуальность работы Данные по химическому составу поровых вод обладают высокой информативностью, являясь чувствительным индикатором самых разнообразных процессов, протекающих в донных отложениях Многие проблемы биогеохимии, геохимии диагенеза, аутигенного мииералообразования, нефтегазообразования и рудогенеза не могут быть решены без изучения жидкой фазы донных отложений (Вернадский, 1936, Бруевич, 1978, Шишкина, 1972, Гурский, 2004)
Озеро Байкал - одно из крупнейших и глубочайшее пресноводное озеро в мире, расположено в центре тектонически-активной рифтовой зоны Интенсивная сейсмичность, наличие гидротерм по берегам озера, повышенное содержание глубинных компонент (Не, Rn) в термальных водах свидетельствуют о геологической активности Байкальского рифта в настоящее время Определяющее значение в морфотектонике озера имеют активные глубинные разломы (Мац и др , 2001) Недавно современными геофизическими методами в поверхностных осадках донной толщи выявлены сопряженные с глубинными серии малых активных разломов, сопровождаемые тепловыми аномалиями, выходами газов и нефти (Van Rensbergen et al, 2002, 2003, Дучков, 2003, Klerkx et al, 2006, Хлыстов и др , 2007a) В этих районах вероятна также субаквальная разгрузка глубинных вод, что еще не было изучено
Одним из наиболее значительных достижений в исследовании Байкала за последние годы стало открытие в осадках озера газовых гидратов Ранее скопления газовых гидратов были известны только в осадках морей и океанов (Гинсбург, Соловьев, 1994, Соловьев, 2003) Присутствие субмаринных гидратскоплений часто приурочено к местам разгрузки глубинных флюидов Первые данные, полученные на Байкале для грязевого вулкана «Маленький», подтвердили предположения существования таких флюидов и в этом водоеме (Granina et al, 2000, Matveeva et al, 2003, Клерке и др , 2003) Возникла задача выяснить, существуют ли очаги субаквальной разгрузки флюидов в других, недавно открытых, районах приповерхностных гидратпроявлений, необходимость изучить и выяснить особенности, характерные, в отличие от морских гидратсодержащих осадков, для осадков пресноводного водоема Кроме того, практически отсутствовали исследования по химическому составу поровых вод донных отложений оз Байкал в районах спокойного осадконакопления
Таким образом, тема данной работы является актуальной и имеет важное научное и практическое значение как для понимания закономерностей функционирования экосистемы Байкала, так и для фундаментальной науки в целом
Цель работы - изучение закономерностей формирования химического состава поровых вод донных отложений оз Байкал в районах спокойного осадконакопления и местах накопления и разгрузки углеводородов
Для ее достижения решались следующие задачи
-
Усовершенствовать методы отбора и анализа поровых вод
-
С помощью техники пошагового анализа и современных методов исследования изучить химический состав поровых вод различных районов оз Байкал
-
Выявить закономерности формирования химического состава поровых вод донных отложений в глубоководных районах, характеризующихся спокойным осадконакоплением
-
Проанализировать особенности формирования химического состава поровых вод в донных отложениях районов присутствия газовых гидратов
-
Выявить закономерности формирования химического состава поровых вод в донных отложениях районов холодных сипов и высачивания природной нефти
Научная новизна:
-
Усовершенствованы методы отбора и отделения поровых вод, состав поровых вод первых 2-4 м осадочного чехла (голоцен - поздний плейстоцен) изучен с детальностью 1-3 см, проанализировано 4100 проб
-
Модифицированы современные методы (AAS, ВЭЖХ, ICP-MS) для проведения анализа полного ионного состава поровых вод из малого объема (2 мл) пробы
-
Впервые с высоким разрешением исследован полный ионный состав (Na+, К+, Са +, Mg2+, НСО3, NO3', S042", CI) поровых вод, выявлены закономерности их формирования в донных отложениях пелагиали всех трех котловин Байкала
-
На основе обширного фактического материала детально изучены закономерности формирования химического состава поровых вод в кратерах грязевых вулканов, выявлена разгрузка приразломных глубинных флюидов различного состава и минерализации
-
Выявлены особенности формирования химического состава поровых вод в районах хотодных сипов и природных нефтепроявлений, обнаружены узколокализованные каналы разгрузки глубинных вод
Практическая значимость работы Отработан комплекс методов для изучения химического состава поровых вод донных отложений оз Байкал Выявленные критерии отличия глубинных миграционных аномалий от типично озерных постседиментационных преобразований позволяют диагностировать тектонические нарушения на дне озера, проявления грязевого вулканизма, а также присутствие в осадках газовых гидратов Комплексные многолетние исследования, проведенные совместно с геофизиками, геологами, микробиологами и др, позволяют использовать полученные данные для расчетов и моделирования по разнообразным направлениям, важны для понимания закономерностей функционирования уникальной экосистемы Байкала Собранный обширный материал может быть использован природоохранными ведомствами при мониторинговых работах
Фактический материал и личный вклад соискателя В основу диссертации положены материалы, полученные автором в 9 экспедициях за период 2000-2007 гг Керны донных отложений отбирались бентосными и гравитационными трубками зимой со льда, летом с борта НИС «Верещагин» на глубоководных станциях (рис 1) Южного (4 керна), Среднего (2 керна) и Северного (4 керна) Байкала, в кратерах грязевых вулканов «Маленький» (26 кернов), «Большой» (6 кернов) и «К-2» (13 кернов), в районах холодных сипов и нефтепроявлений (36 кернов) За 7 лет проанализировано 4100 проб, выполнено более 30 тыс определений различных компонентов Определение химического состава поровых вод проводитесь автором с использованием методов атомно-абсорбционной спектроскопии (AAS), высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS)
Достоверность полученных результатов обеспечена применением комплекса современных высокочувствительных унифицированных методов химического анализа в аккредитованной лаборатории гидрохимии и химии атмосферы (№ РОСС RU 0001 513855) Лимнологического института СО РАН Контроль полноты определения ионного состава пробы (Rl,%) осуществлялся путем сопоставления эквивалентов концентраций катионов и анионов Расхождение баланса ионов не превышало 5-7% Достоверность результатов подтверждена межлабораторным контролем в совместных работах с сотрудниками Института Технологий (г Китами, Япония), а также участием в 17 международных интеркалибрациях по контролю качества анализа "пресных вод" под эгидой ВМО и ЕАНЕТ
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на российских и международных конференциях и совещаниях Международном рабочем совещании
"Происхождение и эволюция биосферы" (ВОЕ), (Новосибирск, 2005), Международной научной конференции "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов" (Иркутск, 2005), Четвертой международной Верещагинской Байкальской конференции (Иркутск, 2005), International Symposium Speciation in Ancient Lakes, SI\L IV (Берлин, 2006), International Conference on Gas Hydrate Studies (Листвянка, 2007), HI Межд науч конф "Озерные экосистемы биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды" (Минск-Нарочь, 2007), Международной научной конференции (Школе) по морской геологии "Геология морей и океанов" (Москва, 2007)
Публикации По теме диссертации опубтиковано 9 тезисов и 5 статей в рецензируемых журналах, 1 статья в сборнике - в печати, по требованию ВАК - 5 публикаций
Благодарности Автор выражает глубокую благодарность д г н ТВ Ходжер, д б н Т И Земской и академику М А Грачеву за научное руководство и поддержку работы Автор искренне благодарит сне ОМ Хлыстова за помощь и консультации при отборе кернов и литологическое описание осадков, инж И Н Долю, за помощь при пробоподготовке образцов, к т н ЛИ Голобокову, д г-м н Л 3 Гранину, д г и И Б Мизандронцева за помощь и консультации при написании работы
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы Основной текст диссертации изложен на 154 страницах и включает 70 рисунков и 17 таблиц В списке цитируемой литературе 180 наименований
