Исследовательская работа (стр. 1 )

  Содержание

Введение……………………………………………………………………………………...2

Глава 1. Современное состояние вопроса………………………………………………….3

Глава 2. Природа органического вещества в мерзлых горных породах…………………6

Глава 3. Методы определения  содержания органического вещества в мерзлых породах…………………………...…………………………………………………………..11

Глава 4. Характеристика природных условий района исследований……………………13 

  4.1.Орогидрография………………………………………………………………….13 

  4.2. Растительность…………………………………………………………………..16

  4.3. Геологическое строение………………………………………………………...18

Глава 5. Инженерно-геокриологические условия…………………………………………23

  5.1. Распространение, мощность и температура многолетнемерзлых пород…….23

  5.2. Состав, криогенное строение и льдистость многолетнемерзлых пород…….30

Глава 6. Содержание органического вещества в мерзлых горных породах исследуемого района………………………………………………………………………………………...39

Заключение…………………………………………………………………………………..49

Список литературы………………………………………………………………………….51

  Введение

  Органическое вещество в мерзлых породах -  результат жизнедеятельности и отмирания растительных и животных организмов. Оно может слагать как мощные слои (торфяники), так и находиться в виде включений и примесей в дисперсных породах, и участвует в формировании строения и свойств мерзлых пород. В отложениях различных генетических типов содержание органического вещества различно.

  Настоящая работа посвящена изучению содержания органического вещества в мерзлых породах Большеземельской тундры на примере района трассы нефтепровода Ю. Хыльчую – БРП Варандей.

  Целью работы является определение содержания органического вещества в мерзлых породах различного генезиса, возраста, состава и строения. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

Изучить современное состояние вопроса о содержании органического вещества в мерзлых породах и методах его исследования. Описать состав и строение верхней части разреза криолитозоны, а также мерзлотные условия исследуемого района Выявить закономерности содержания органического вещества в мерзлых породах различного генезиса, возраста, состава и строения.

  Автор выражает благодарность научному руководителю д. г.-м. н. за поддержку и помощь в работе. Особую благодарность автор также выражает сотрудникам отдела инженерно-геокриологической съемки и ГИС-технологий д. г.-м. н. и к. г.-м. н. за предоставленные материалы и советы при подготовке работы.

  Глава 1. Современное состояние вопроса

  Органическое вещество в мерзлых породах к настоящему времени изучено недостаточно. Большое значение имеет изучение влияния органического вещества на механические свойства мерзлых пород. Этот вопрос описывался в таких работах как «Физико-механические свойства мерзлых и торфяных грунтов»(1981) и «Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений»(1987), а также и и другими. Исследования влияния органического вещества на механические свойства показали, что даже небольшое его содержание оказывает существенное влияние на прочность мерзлого грунта.

  В последние годы в связи с проблемой глобального потепления климата большое количество работ было посвящено изучению выноса органического углерода в арктические моря и его трансформации.

  В работе , , и «Органический углерод в четвертичных отложениях побережья Карского моря» приводятся  данные о содержании органического углерода в прибрежных отложениях Карского моря различного состава, генезиса и возраста.

  Изучение и опробование разрезов четвертичных отложений на содержание органического углерода проводилось в западном (м. Шпиндлер1, полярная станция (п/с) Марре-Сале) и восточном (район г. Дудинка, урочище Красный Яр, п/с Сопочная Карга, м. Шайтанский) секторах побережья Карского моря. Исследуемые отложения преимущественно аллювиальные, морские, аллювиально-морские и гляциально-морские, представленные глинами, суглинками, супесями и песками. Проведенные исследования показали, что содержание органического углерода в породах пропорционально содержанию глинистых частиц  (рис. 1.1). 

Рис.1.1. Зависимость содержания органического углерода () от дисперсности в средне - и верхнеплейстоценовых отложениях побережья Карского моря (, и др., 2006)

  На рисунке 1.2 приведены обобщенные результаты оценки содержания органического углерода в четвертичных отложениях на побережье Карского моря.  Условия накопления органического углерода в глинистых морских отложениях в верхнем плейстоцене были более благоприятными по сравнению со средним плейстоценом. В среднем плейстоцене условия накопления Сорг в западном и восточном секторах Карского моря можно считать схожими. Наоборот, в верхнем плейстоцене в западном секторе условия накопления Сорг были более благоприятными по сравнению с восточным сектором (, и др., 2006).

Рис.1.2. Содержание органического углерода в четвертичных отложениях на побережье Карского моря (, и др., 2006)

  Глава 2. Природа органического вещества в мерзлых породах

  Органическое вещество  -  результат жизнедеятельности и отмирания растительных и животных организмов,  оно может слагать как мощные слои (торфяники), так и находиться в виде примесей в дисперсных породах. Особенности геохимической обстановка криолитозоны,  низкие температуры, недостаточность обменных и окислительных процессов способствуют преимущественной консервации растительных и животных остатков. Их превращение в органические вещества происходит в результате биологических и биохимических реакций и процессов и протекает в криолитозоне достаточно медленно, что определяет некоторые особенности  формирования состава органических и органо-минеральных-соединений. Органическое вещество участвует в круговороте углерода.

  В целом, органическое вещество в мерзлых породах может находиться в виде слаборазложившихся растительных и животных остатков, а также гумус, или перегной. (Основы геокриологии, ч. 2, 1996). Гумус часто находится в поверхностном слое почвы. Он придает ей темную окраску. Микроорганизмы перерабатывают гумус в минеральные соли. Поэтому гумус служит своеобразным запасом минеральных солей в почве. Чем больше гумуса, тем плодороднее почва. Мало гумуса в подзолистых почвах и в пустынных сероземах (1-3%). Наиболее богаты гумусом черноземные почвы (7-12%). 

  Основатель отечественного почвоведения считал черноземы главным богатством страны и называл чернозем «царем почв».

  Основную и наиболее важную роль в формировании органической составляющей дисперсных пород играют органические гумусовые вещества, количество которых может достигать 85-90% от общего количества органического вещества (Александрова, 1980). На основании отношения к различным растворителям в них выделяют две основные группы – гуминовые кислоты и фульвокислоты.

  Гуминовые кислоты по внешнему виду представляют коллоидное вещество черного цвета, а по составу относятся к органическим кислотам, включающим водород, кислород, азот и углерод. Гуминовая кислота имеет крупную молекулу, которая обладает сложными химическими и физико-химическими свойствами. Для них характерны две главные функциональные группы – карбоксильные и гидроксильные группы, количество которых колеблется в широких пределах и зависит от гумифицирующих остатков в стадии гумификации. Наличием этих групп определяется прежде всего кислотность. Гуминовые кислоты обладают высокой емкостью обмена, весьма гидрофильны и химически активны.  В составе дисперсных отложений гуминовые кислоты взаимодействуют с поверхностью глинистых минералов как нейтральные  молекулы, замещая воду в гидратной оболочке. Это приводит к увеличению емкости обмена грунтов, улучшению влагообмена и льдообразованию при промерзании. Большое значение как структурообразующий фактор имеет строение гуминовых кислот. Под электронным микроскопом молекулы гуминовых кислот имеют вид сферических частиц диаметром 80-100Г губчатого строения с множеством микропор. Этим в значительной мере определяются их сорбционные свойства, водоудерживающая способность, склонность к образованию агрегатов. Указанные особенности лежат в основе образования сферических агрегатов и кольцевых образований в зоне чередующегося промерзания-протаивания. (Основы геокриологии, ч. 2, 1996).

  Низкие температуры и высокое переувлажнение в криолитозоне понижают деятельность организмов и скорость химических реакций, поэтому состав гумусовых веществ в криолитозоне имеет свои особенности. Это отражается в том, что гумусообразование здесь завершается на менее зрелой стадии и приводит к образованию преимущественно фульвокислот.

  Фульвокислоты в естественном состоянии представляют собой еще более коллоидные соединения, чем гуминовые кислоты, а по составу – это органические кислоты, относящиеся к группе оксикарбоновых кислот, отличающихся от гуминовых более низким содержанием углерода, растворимостью в воде и минеральных кислотах и более значительной способностью к кислотному гидролизу (Тюрин, 1965). В целом, они имеют еще большую емкость обмена, подвижность и химическую активность. Благодаря высокой кислотности фульвокислоты разрушающе действуют на минералы. Они легко разлагают амфиболы, слюды, а также такие сравнительно устойчивые минералы, как кварц, окислы железа и титана. Особенно активно действуют фульвокислоты на глинистые минералы. По данным и (1983), водорастворимые органические вещества снимают с поверхности глинистых минералов пленки гидроокислов железа и алюминия, выщелачивают такие элементы, как Ca, Mg, Na, K, Fe, Si и другие, адсорбируют на внешней поверхности, а у монтмориллонита и на внутренней,  органические вещества.