CC BY
14Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Выпуск 7. 2020 doi:10.24411/2687-1092-2020-10703
ПЕРВИЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ БУРЕНИЯ 66-МЕТРОВОЙ СКВАЖИНЫ НА ОСТРОВЕ САМОЙЛОВСКОМ В ДЕЛЬТЕ Р. ЛЕНЫ В 2018 Г.
1Большиянов Д.Ю, 2ГригорьевМ.Н., 2Максимов Г. 3Штраус Й, 3Шнайдер В.,14Пушина З.В., 5Молодьков А.Н., 6Кукса К.А, 6Петров А.Ю.
1 ФГБУ «ААНИИ», Санкт-Петербург, Россия 2 Институт мерзлотоведения им. П.И.Мельникова Сиб. отделения РАН, Якутск, Россия Институт полярных и морских исследований Альфреда Вегенера, Потсдам, Германия
4 ФГБУ «ВНИИОкеангеология», Санкт-Петербург, Россия 5 Научно-исследовательская лаборатория геохронологии четвертичного периода «Geo-
Age» г. Таллинн, Эстония 6 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
В работе приведены первичные данные анализа кернов 66-ти и 22-метровой скважин, пробуренных в 2018 г. на о Самойловском в дельте р. Лены. Осадки в более глубокой скважине представлены тремя пачками отложений: верхним органо-минеральным переслаиваним (слоёнкой) до глубины 25,3 м; песками с двумя горизонтами размыва на глубине 26, 30-31 м и единичными гальками до глубины 52-53 м; нижними галечниками. Определение возраста осадков, геохимический и диатомовый анализы показали, что отложения формировались на протяжении почти 200 тысяч лет в водоёме эстуарного типа с периодическим проникновением в него морских вод. Отложений более мелкой скважины представлены аллювием, но также отмеченным влиянием моря.
Ключевые слова: дельта р. Лены, скважины, ИК-ОСЛ- и 14С-датирование, геохимический и диатомовый анализы, возраст и условия накопления осадков
Введение. В рамках российско-германских исследований по проекту «Исследовательская станция «Остров Самойловский» 13-24 апреля 2018 г. проведено бурение двух скважин в разных по геологическому и геоморфологическому строению частях острова. Цели бурения: изучить геологическое и мерзлотное строение острова, достичь поверхности дочетвертичных пород, организовать наблюдения за температурным режимом многолетнемёрзлых пород, выявить границу подруслового талика и историю развития района дельты р. Лены в прошлом. Бурение осуществлялось буровым станком УРБ 2А2 на шасси КАМАЗ бригадой буровиков из ООО «Арктик-Бур» - малого инновационного предприятия при Северо-Восточном федеральном университете в составе: Острельдин С.К., Григорьев Б.В., Острельдин С.С. Извлечение, описание и упаковка керна в термобоксы производилось авторами в палатке, установленной в точках бурения. Бурение проводилось сухим способом с полным отбором керна мёрзлых пород, но с естественными потерями из-за трудностей бурения в мёрзлых грубообломочных породах в скважине №1. Керн разделён между участниками бурения и его исследование продолжается. Проведено описание керна скважины при извлечении из колонковой трубы, отобраны небольшие образцы из разных горизонтов скважин и выполнены следующие виды анализов: геохимический анализ и датирование части образцов органики радиоуглеродным методом в лаборатории геоморфологических и палеогеографических исследований полярных районов и Мирового океана им. В. Кёппена СПбГУ, диатомовый анализ выполнен в ААНИИ, датирование отложений методом ИК-ОСЛ проведено в Лаборатории четвертичной геохронологии Таллиннского технического университета (Эстония), температурные исследования в скважине и датирование радиоуглеродным методом части образцов выполнены Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН.
Остров Самойловский представляет собой небольшой (3,0х2,6 км) останец первой аллювиально-морской террасы, размытой с западной стороны, к которой причленена
аккумулятивной песчаная форма, затапливаемая практически ежегодно в половодье и растущая из-за отложений наилка и древесных остатков (Рис. 1). Терраса высотой до 10 м сложена горизонтально переслаивающимися аллохтонными растительными остатками (зелёные мхи, осока, древесные остатки и детрит) с алевритами и песками, доля которых в аккумулятивном слое террасы выше уреза воды составляет в целом не более 10%. В почти отвесных уступах размыва повторножильный лёд ежегодно вскрывается вследствие интенсивной термоэрозии.
Рис. 1. Остров Самойловский в вершине дельты р. Лены с точками бурения скважин
Возраст надводной части слоёнки, определённый радиоуглеродным методом, от 500 до 3500 лет [Большиянов и др, 2013]. Возраст причленившихся с запад песков поймы около 500 лет [Большиянов и др., 2013]. Любой аэрофото- или космический снимок острова совершенно чётко указывает на то, что первая терраса была срезана с запада эрозионной деятельностью реки, а затем с запада же к эродированной части было прислонено аккумулятивное тело поймы. Эрозия и срез западной части острова происходили в совершенно других гидрологических условиях, когда сток реки осуществлялся с западной стороны, в отличие от современного направления течения - с востока. Имеющиеся до настоящего времени определения возраста слоёнки и песков о. Самойловского, свидетельствуют о том, что такие событие в вершинной части дельты р. Лены могли происходить в интервале времени 2000-500 лет назад. Известно также, что отложения, слагающие остров, содержат свидетельства вторжения в вершину дельты морских или солоноватых вод в прошлом, что показал керн 26-ти метровой скважины, пробуренной в 2005 г. в районе построенной в 2012 г. новой станции. Та первая скважина, оборудованная термокосами, показывает потепление мерзлоты в течение периода измерений температур мёрзлых пород с 2007 по 2019 гг., но в условиях техногенного влияния - над скважиной ежегодно формируется сугроб толщиной до 3 м в результате действия построек станции на режим снегонакопления. Поэтому было решено пробурить новую скважину глубиной до 100 м в естественных условиях, чтобы выявить температурный режим более глубоко залегающих горных пород и, возможно, добуриться до пород фундамента, который в этой части дельты залегает неглубоко [Геологическая карта России, 2004; Большиянов и др., 2013].
Фактический материал. Скважина № 1 пробурена на первой террасе, недалеко от её бровки, в западной части острова (Рис. 2). Скважина вскрыла следующие осадки сверху - вниз.
0-4,05 м - песчаный алеврит с обломками и кусочками древесины. Ледяные шлиры расположены под углом друг к другу, льда до 50%. В нижней части пачки целые ветки кустарников, залегающие навстречу друг - другу в отложениях со слоистостью типа ёлочки.
4,05-20,75 м - слоёнка или переслаивание мелкого растительного детрита в слойках с алевритовым песком, слоистость горизонтальная, внизу линзовидная и типа ёлочки со слойками, падающими навстречу друг другу.
20,75-22,3 м песок с обломками древесины (сучки, стволики диаметром до 4,5 см).
22,3 - 25,3 - горизонтально-слоистая слоёнка.
25,3-26, 0 - песчаный алеврит с горизонтальными слойками по 0,3 - 1 см. Нижний контакт неровный, вероятна граница размыва.
26,0 - 30,0 пески разнозернистые, желтовато-серые с большим количеством льда (до 40%), который часто присутствует в виде вертикальных жилок (полосатик). Нижний контакт - граница размыва и она в керне почти вертикальная - граница между песками и алевритами до глубины около30,9 м. Алевритов вскрыто около 0,5 м.
30,0 - 40,5 м - песок разнозернистый с линзами древесных окатышей и мелкими гальками, встречаются прослои песчаного алеврита, слоистость наклонная и горизонтальная.
40,5-65,35 м переслаивание песков и галечников, с глубиной количество галек увеличивается. Слоистость видна лишь в нескольких кусках керна, а обычно отобранный осадок вываливается из колонковой трубы. Но слоистость осадка чувствуется по проходке - длительное разбуривание галечников сменяется коротким быстрым углублением трубы в песках, менее насыщенных гальками. Гальки окатаны преимущественно хорошо, их размер средний и мелкий, крупные гальки единичны. Бурение завершилось на этой глубине вследствие примерзания бурового снаряда. Удалось извлечь всю колонну буровых штанг и тем самым спасти скважину для геофизических исследований.
Таким образом, скважина вскрыла верхние толщи органо-минерального переслаивания (слоёнка) до глубины 25,3 м; пески с двумя горизонтами размыва на глубине 26 и 30-31 м и единичными гальками до глубины 52-53 м; переслаивание галечников и песков, в которых преобладает галечник.
Скважина № 2 пробурена в северной части острова на нижней части поймы, которая заливается водами реки в течение большей части года (см. рис.2).
Под метровым слоем снега и речного льда вскрываются переслаивающиеся кварцевые пески и алевритовые пески, в которых содержатся растительные остатки. Слоистость горизонтальная и волнистая, только на глубине 2,6-2,8 м -наклонная и косая. До глубины 22 м растительные остатки в прослоях редки, а на глубине 22-23,8 их много -примерно пополам с песком и алевритом. Здесь есть ветки кустарников и окатанная древесина. Талик вскрыт с глубины до 21 м и пройден с отбором керна до 23,8 м. Далее бурение производилось только штангами для достижения нижней границы талика, в которую штанги упёрлись на глубине 29 м.
По данным количественного рентгено-фазового анализа (табл.1) основными компонентами осадков скважины о. Самойловского являются кварц и полевые шпаты; хлорит и слюда присутствуют в подчиненных количествах. Максимальные содержания двух последних минералов наблюдаются в образцах, по литологическому составу соответствующих глинам.
Результаты количественного рентгено-флуоресцентного анализа показывают, что основными компонентами осадка являются окислы кремния и алюминия, в значительно меньших количествах присутствуют железо, кальций, титан, марганец, магний и калий.
Рис. 2. Строение о. Самойловского по данным бурения двух скважин в 2018 г.
Таблица 1. Количественный фазовый состав отдельных образцов скважины о. Самойловского (вес. %) по данным полнопрофильного анализа методом Ритвельда*_
Глубина (м) 23,75 26,15 35,5 44,45 55,35
Кварц 44,4 66,1 85,0 58,9 77,7
Плагиоклаз 23,4 17,0 6,2 23,2 11,3
Микроклин 9,2 8,4 4,1 9,7 7,3
Слюда 10,4 7,0 4,1 4,1 < 1
Хлорит 10,0 1,5 следы 4,1 2,7
Тальк 1,7 — — — —
Амфибол < 1 следы — следы —
Яр (%)** 4,7 7,3 9,6 6,8 7,3
* - анализ выполнен в РЦ Рентгенодифракционные методы исследования, Научный парк СПбГУ;
Анализ распределения микроэлементов (табл. 2) показал, что Fe, Mn, Ti, Mg, K, Al проявляют между собой линейную положительную взаимосвязь и отрицательную с Si, что, по всей вероятности, обусловлено изменением пропорций основных слагающих пробы минералов. В этой связи использование вариаций данных элементов по разрезу в качестве показателя поступления морской воды в осадочный бассейн малоинформативно. Более эффективным оказались нормированные на содержание А1203 концентрации стронция (Din 1992; Van der Weijden 2002), поскольку данный геохимический показатель лишен влияния литологического фактора.
Таблица 2. Содержания микроэлементов в исследованных образцах по данным рентгено-флуоресцентного анализа. Содержания всех компонентов приведены в г/т_
№ обр Н, м Ti Fe Mn Sr Ca S Br
Скважина на о.Самойловском
1 2,15 6740 31834 619 236 9387 1851 190
3 4,65 7760 34816 495 275 12075 2994 200
9 16,4 6804 27165 427 284 11054 1445 -
13 23,75 6349 29268 528 278 11316 2771 190
15 26,15 5827 17468 377 314 7783 943 -
21 35,5 1363 7194 151 200 3326 916 -
22 37,6 1799 7663 112 285 4836 842 -
23 38,63 3031 12184 177 340 6939 935 -
26 44,45 3294 13510 365 325 7337 1322 -
28 49,6 6811 31556 861 246 11018 2696 -
31 55,35 2281 11690 304 214 5213 1121 -
33 57,62 3806 23431 575 200 8536 1071 -
38 65,3 3964 20008 453 277 10501 1514 -
* - прочерк означает содержание элемента ниже предела обнаружения
Как видно из рисунка 3 он проявляет отчетливые отрицательные аномалии в районе глубин 2 м (проба №1), 4,6 м (№3), 23,7 м (№13) и 49,6 м (№28). Более того, к данным горизонтам приурочены максимальные концентрации брома и серы, являющихся существенными компонентами именно морских вод. В данных пробах были зафиксированы также различимые сигналы присутствия хлора.
ЮЮ^ГЮ 1ЛЮСОСОЮСОЮ<МСО
<Я со Г. ю Ч I-" Ч oí « <°. ю
СМ^Гт-СОСОСОСОСО^Г-^ЮГ^СО
eg eg со ю ю
Глубина,м
Рис. 3. Вариации элементов по разрезу скважины на о. Самойловском. Серым цветом выделены горизонты с аномалиями содержаний S, Cl, Br и Sr/Al
В 18 образцах из скважины 1 глубиной 66 м на острове Самойловском и 1 образце из скважины 2 были изучены ископаемые диатомовые водоросли.
В отложениях интервала 57,6-65,3 м скважины 1 были обнаружены единичные обломки и створки морских планктонных диатомей Thalassiosira gravida и T. sp.
В отложениях интервала 30,85-55,4 м никаких микрофоссилий не установлено.
Единичные пресноводные бентосные диатомовые водоросли обнаружены в горизонте на глубине 26,15 м. Они представлены преимущественно донными северными видами Cavinulapseudoscutiformis, Amphoraproteus, Stauroneisphoenicenteron и другими.
На глубине 23,75 м обнаружена всего одна створка планктонной диатомеи рода Aulacoseira.
На глубине 17,35 м установлены единичные пресноводные водоросли (единичные болотные виды Eunotia minor), а также единичные цисты золотистых водорослей.
С глубины 16,4 м до 4,65 м обнаружены богатые пресноводные диатомовые комплексы.
В диатомовом комплексе на глубине 16,4 м установлено 46 видов диатомей и цисты золотистых водорослей. Численно доминируют пресноводные Staurosirella pinnata (20% от всего состава комплекса), ей сопутствуют и заметны Staurosira venter (8%), галофил Sellaphorapupula (6%), ацидофильные виды Eunotia bilunaris (5%), E. minor (5%), Еyonema pausistriata (4%), планктонные виды Aulacoseira subarctica (4%) и Ulnaria acus (3%), Cymatopleura solea (3%). По отношению к солености: пресноводные - 93,7% (в их числе все численно преобладающие виды), следует отметить в числе пресноводных галофила Sellaphora pupula (6%), пресноводно-солоноватоводные - 6,3% (Navicula cryptocephala -2%, Tryblionella levidensis - 1%, Meridion circulare - 1% и др.). Все перечисленные пресноводно-солоноватоводные диатомеи встречены только в этом горизонте, выше по разрезу они отсутствуют в диатомовых комплексах. По отношению к реакции воды рН: алкалифилы - 56,4% (преобладающие виды Staurosirella pinnata, Staurosira venter, алкалибионт Gyrosigma acuminatum и другие), индифференты - 29,3%, ацидофилы -14,3%.
На глубинах 7,27-12,2 м количество диатомей заметно снижается также как разнообразие видов, но их количество и сохранность створок позволяет заключить, что диатомеи отлагались in situ. В диатомовых комплексах преобладают пресноводные бентосные Ulnaria ulna, ацидофильные Eunotia bilunaris, E. minor и другие.
На глубине 4,65 м также установлен богатый пресноводный диатомовый комплекс, отличающийся от диатомового комплекса на глубине 16,4 м. В нем установлено 34 вида водорослей. Преобладают ацидофильные болотные виды рода Eunotia (43%: Eunotia bilunaris (25%), E. faba (8%), E. bilunaris var. mucophyla (5%), E. minor (2%) и другие), им
сопутствуют Encyonema pausistriata (9%) и другие. По отношению к солености: пресноводные - практически 100% (в их числе все численно преобладающие виды), единично присутствует галофил Sellaphora pupula (1%), пресноводно-солоноватоводных водорослей не обнаружено. По отношению к реакции воды рН: алкафилы - 48,7% (Staurosirella pinnata и другие), индифференты - 5,3%, ацидофилы (все виды рода Eunotia
- 46%, Pinnularia subcapitata (3%) и другие). Количество алкалифильных и ацидофильных видов приблизительно в равных долях.
На глубине 2,15 м установлены единичные пресноводные бентосные диатомовые водоросли и цисты золотистых водорослей.
В одном образце скважины №2 с глубины 23,3 м установлен богатый пресноводный диатомовый комплекс, состоящий из 41 вида диатомей и цист золотистых водорослей. Как и в образце из скважины 1 с глубины 16,4 м численно доминируют пресноводные Staurosirella pinnata (20% от всего состава комплекса), ей сопутствуют и заметны планктонные виды Aulacoseira ambiqua (13%), вид-обрастатель Achnanthidium minutissimum (11%) и другие. По отношению к солености: пресноводные - 99% (в их числе все численно преобладающие виды), пресноводно-солоноватоводные - 1% (Meridion circulare - 1%). По отношению к реакции воды рН: алкалифилы - 76,4% (преобладающие виды Staurosirella pinnata, а также Staurosira venter, Gomphonema acuminatum и другие), индифференты - 17,2%, ацидофилы - 6,4%. В скважине 2 на глубине 23,3 м в отложениях установлен пресноводный диатомовый комплекс со смешанным видовым составом, развивавшийся в щелочном мелководном водоеме, в достаточно холодноводных условиях, но с проникновением морских вод (один солоноватоводный вид и преобладание видов алкафилов).
Выводы. В обеих скважинах вскрыты осадки, откладывавшиеся в водоёме, скорее всего эстуарного типа с периодическим проникновением в него морских вод. Естественно, водоём был преимущественно пресноводным, т.к. речные воды в нём доминировали. Имеющиеся результаты позволяют нам считать, что проникновение морских вод в эстуарий могло иметь место во время отложения осадков в скважине №1 на глубинах: 65,3
- 57,6 м; 49,6 м; 23,75 м; 16,4; 4,65 м, 2,15 м. Проникновение морских вод зафиксировано и в скважине №2 на глубине 23,3 м. Вся вскрытая мощность аллювия в скважине 2 активно перемывалась в последнем тысячелетии. Песчаное тело поймы, прислонённое к останцу первой террасы о. Самойловского имеет возраст 440-500 лет. Это означает, что срез острова с западной стороны при совершенно другой картине распределения течений в вершине дельты р.Лены, имел место в период 1200-500 лет назад.
Исследования финансировались Институтом полярных и морских исследований Альфреда Вегенера и грантом РФФИ 18-05-70091 «Оценка темпов разрушения арктических берегов, объёмов терригенного материала и органического углерода, поступающих в арктический бассейн».
ЛИТЕРАТУРА
Большиянов Д.Ю., Макаров А.С., Шнайдер В., Штофф Г. Происхождение и развитие дельты реки Лены. СПб: ААНИИ, 2013. 267 с.
Геологическая карта России и прилегающих акваторий масштаба 1:2 500 000. СПб: ВСЕГЕ, 2004.
PRIMARY RESULTS OF THE 66-METERS BOREHOLE DRILLING AT SAMOYLOV
ISLAND IN THE LENA RIVER DELTA
1Bolshiyanov D., 2Grigoriev M., 2Maksimov G., 3Straus J., 3 Schneider W., 1 4Pushina Z.,
5Molodkov A., 6Kuksa K., 6Petrov A.
1 Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg, Russia Permaffrost Institute, Yakutsk, Russia Alfred-Wegener-Institute Helmholtz-Zentrum for Polar and Marine Investigation,
Potsdam, Germany 4 VNIIOkeangeologiya, St. Petersburg, Russia
5 Laboratory of Quaternary geochronology «Geo-Age», Tallinn, Estonia 6 St Petersburg University, St. Petersburg, Russia
In this article the primary data from two boreholes drilled up to 66 and 22 m on Samoylov Island are discussed. Sediments from the first one borehole are represented by 3 beds: layering of organic matter, silt and sand up to 23,3 m; sands with 2 horizons of disconformity on depth of 26 and 30-31 m; pebbles. IR-OSL and 14C dating, chemical and diatom analysis demonstrate that sedimentation took place during the period of nearly 200 thousand years in estuary basins with periodical penetration of sea waters. Sediments of the 22-meters borehole consist of alluvium, but with influence of sea waters too.
Keywords: Lena River Delta, boreholes, IR-OSL and 14C dating, geochemical and diatom analysis, age and conditions of sedimentation
