Статья: Изотопно-геохимический состав пластовых ледяных залежей на междуречье рек Мордыяха и Сеяха (Мутная), Центральный Ямал

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ)

Изотопно-геохимический состав пластовых ледяных залежей на междуречье рек Мордыяха и Сеяха (Мутная), Центральный Ямал

Васильчук Юрий Кириллович

доктор геолого-минералогических наук профессор

Буданцева Надежда Аркадьевна

кандидат географических наук

Аннотация

Объектами исследования являются пластовые ледяные залежи в долине в верховьях р.Мордыяха и на террасе в верховьях р.Сеяха (Мутная) в центральной части Ямала. Первое из изученных обнажений пластового льда располагается в центре Ямала, в верховьях р.Мордыяха (68°11?18? с.ш., 68°51?39? в.д.), на абсолютных отметках 66-70 м. Второе - (70°23,4 с.ш., 68°19,4 в.д.) располагается в 0,6 километрах к юго-западу от промысловой базы ГП-1 Бованенковского месторождения и в 5 км к северо-западу от поселка Бованенково, на абсолютных отметках 87 м. Авторы подробно рассматривают строение пластовых залежей и особенности их контактов с вмещающими породами. Выполнены исследования содержания стабильных изотопов кислорода и водорода во льду, состав главных анионов и катионов, а также изучины спорово-пыльцевые остатки во льду. Основными выводами проведенного исследования являются: а). Изученные пластовые залежи относятся к залежам внутригрунтового типа; б). Одним из главных источников воды, из которой сформировался пластовый лед, были озерные воды и вода подозерных таликов; в). В процессе формирования льда происходило заметное изотопное фракционирование, которое привело к формированию пластов с изотопным составом несколько более тяжелым, чем исходные озерные воды. лед порода изотоп анион

Ключевые слова: пластовый лед, повторно-жильный лед, изотопы кислорода, изотопы водорода, анионы, катионы, пыльца и споры, поздний плейстоцен, голоцен, Ямал

Abstract

The objects of this research is the massive ice beddings in the valley Mordyakha River valley, as well as the terrace of Seyakha River (Mutnaya) in the central part of Yamal Peninsula. First of the studied ice bedding outcrops is located the center of Yamal Peninsula, in the upper reaches of Mordyakha (68°11?18?N, 68°51?39?E), at absolute elevation of 66-70 m; the second one (70°23.4 N, 68°19.4 E) is located 0.6 km towards southwest of the field base GP-1 Bovanenkovo deposit and 5 km towards northwest of Bovanenkovo settlement, at absolute elevation of 87 m. The authors meticulously examine the structure of bedded deposits and peculiarities of their contacts with the enclosing rocks. The article studies the concentration of stable isotopes of oxygen and hydrogen in ice, composition of the main anions and cations, as well spore-pollen remains within ice. The following conclusions were made: a) the studied bedded deposits are classifies as intra-ground type; b) one of the main water source that formed massive ice were lake waters and talik water ; c) in the process of ice formation took place a significant isotope fractionation, which led to the formation of layers with isotope composition heavier than the original lake waters.

Keywords: Holocene, Late Pleistocene, pollen and spores, cations, anions, hydrogen isotopes, oxygen isotopes, ice wedge, massive ice, Yamal Peninsula

Введение

Цель нашей работы - исследовать пластовые ледяные залежи в долине в верховьях р.Мордыяха и на террасе в верховьях р.Сеяха (Мутная) в центральной части Ямала, выполнить исследования содержания стабильных изотопов кислорода и водорода во льду, состав главных анионов и катионов, а также изучить спорово-пыльцевые остатки во льду. На основе этих данных выявить условия формирования льда и показать, что пластовые льды, вероятнее всего, здесь гетерогенны и их источником были озёрные воды.

Район исследований и отбор образцов

Первое из изученных обнажений пластового льда располагается в центре Ямала, в верховьях р.Мордыяха (68°11?8? с.ш., 68°51?39? в.д.), на абсолютных отметках 66-70 м. Второе обнажение располагается в 5 км к северо-западу от поселка Бованенково, на абсолютной отметке 87 м (70°23,4 с.ш., 68°19,4 в.д.).

Рис. 1 Pасположение изученных пластовых льдов на полуострове Ямал: Мерзлотные зоны: 1 - 2 - зона сплошного распространения многолетнемёрзлых пород: 1 - среднегодовая температура пород ниже -5°С, 2 - температура от -3 до -5°С, 3 - зона массивно-островного и островного с поверхности распространения многолетнемёрзлых пород, среднегодовая температура пород от 0 до -3°С); 4 - границы мерзлотных зон; 5 - расположение пластовых залежей: Бов - Бованенковской, в долине р.Сеяха (Мутная), Мор - Мордыяхинской, в верховьях р.Мордыяха

Залежь в верховьях р.Мордыяха мощностью более 4 м с нормальной горизонтальной слоистостью по латерали переходит в вертикально слоистый лёд (рис. 2) и рассекается 4-5-метровыми сингенетическими повторно-жильными льдами (рис. 3).

Рис. 2 Косовертикальнослоистый пластовый лед в верховьях р.Мордыяха. Красные квадраты - точки отбора образцов льда. Фото Ю.Васильчука

Рис. 3 Пластовый лед, рассекаемый сингенетическим повторно-жильным льдом в верховьях р.Мордыяха. Красные квадраты - точки отбора образцов льда. Фото Н.Буданцевой

Слои льда вскрываются в левой части обнажения под углом 65-75°. В центральной части обнажения лед относительно чистый, слоистость просматривается за счет прослоев льда разного цвета. Ширина этих прослоев от 1-3 до 10-15 см. Влево этот лед постепенно переходит в ледогрунт также косо-вертикально ориентированный. Грунтовые прослои представлены серой супесью. Ближе к периферии залежи, влево, количество грунта возрастает и примерно в 10 м от центральной ледяной части пластовая залежь заканчивается, и вмещающими отложениями здесь является серый песок. Вправо от центральной части с косо-вертикальнослоистым льдом, в верхней части расположена несколько более поздняя вкладка, представленная горизонтально-слоистым льдом. Ширина этой вкладки около 10-12 м, высота - 2,5-3 м. Слева и справа от горизонтальной ледяной вкладки располагаются ледяные жилы, сложенные желтовато-серым льдом. Хвосты этих жил входят в расположенный ниже косо-вертикальнослоистый лед. Подобные находки парагенетических сочетаний в едином разрезе повторно-жильных и пластовых льдов в криолитозоне единичны ^[1].

На территории Бованенковского НГКМ исследовано обнажение пластовых льдов в северной части озера Ханикосито (точка Л (1-64) на рис. 4), в обнажении террасы р.Сеяха (Мутная) изучены повторно-жильные льды (точка Ж (1-23) на рис. 4).

Рис. 4 Расположение мест отбора проб льда и воды на территории Бованенковского НГКМ

Обнажение пластового льда вскрывается в бортах термоцирка по его периметру (рис. 5, 6). Вершина термоцирка располагается в 130 м от берега озера. Видимая часть обнажения имеет ширину около 30 м, высоту 6 м.

В разрезе в вершине вскрываются:

0-12 см - оторфованный бурый легкий суглинок с включениями сфагновых мхов.

12-20 см - серовато-бурый средний суглинок с выраженной угловато-крупитчатой структурой.

20-85 см - оглеенный сизоватый средний суглинок

85-200 см - серый и бурый ледогрунт (подробное описание - табл. 1.)

200-600 см - пластовый лёд (подробное описание образцов - табл. 3).

Произведен горизонтальный отбор образцов на глубине 3 м через каждые 5-10 см, и вертикальный отбор до глубины 6 м (рис. 5).

Рис. 5 Обнажение пластового льда в северной части оз. Ханикосито, Бованенковское НГКМ (точка Л (1-64) и схема отбора образцов. Фото Е.Гаранкиной

Рис. 6 Пластовый лед в северной части оз. Ханикосито, Бованенковское НГКМ: а - общий вид, б - фрагмент пласта, где производился отбор образцов льда. Фото Дж.Васильчук

Таблица 1

Описания отложений верхней части толщи, вмещающей позднеплейстоценовые пластовые льды в районе Бованенковского НГКМ

В верхней части борта термоцирка на берегу р.Сеяха (Мутная) в трещине между двумя полигонами, под слоем сфагнового мха и горизонтом торфяно-глеезема исследованы повторно-жильные льды (рис. 7). В разрезе вскрыты:

0-37 см - сфагновый бурый торф.

37-44 см - сизоватая супесь с буроватым оттенком и охристыми пятнами.

44-54 см - сизая супесь с охристыми пятнами.

54-91 см - мерзлый легкий суглинок.

91-200 см - верхняя часть повторно-жильного льда вертикально-слоистого.

На глубине 100-110 см произведен отбор образцов повторно-жильного льда вдоль горизонтального профиля.

Рис. 7 Повторно-жильный лед в обнажении террасы р.Сеяха (Мутная), точка Ж (1-23). Фото Е.Гаранкиной

Методы опробования и аналитических определений

Образцы льда отбирались путём предварительной зачистки стенки обнажения и скалывания льда топором. Образцы льда упаковывались в двойной целлофановый пакет, растапливались при комнатной температуре, а затем разливались во флаконы. Для изотопных и геохимических определений из обнажения пластового льда в долине р.Сеяха (Мутная), на берегу озера Ханикосито было отобрано 64 образца позднеплейстоценового пластового льда и ледогрунта, 23 образца голоценового повторно-жильного льда на террасе р.Сеяха (Мутная).

Из обнажения в верховьях р.Мордыяха было отобрано 11 образцов позднеплейстоценового пластового льда и ледогрунта на глубинах 6-7,5 м по вертикали и горизонтали и льдистый пылеватый песок подо льдом (гл. 9-10 м), 2 образца позднеплейстоценового сингенетического повторно-жильного льда (см. рис. 3, 4).

Для сопоставления изотопного состава отобран лед из ледяной жилы, вскрытой в пределах голоценового торфяника (6 образцов).

Концентрации катионов и анионов во льду измерялись в химико-аналитическом центре географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова на ионном хроматографе «Стайер». Предел точности для хлорид-ионов 0,02 мкг/мл, пределы обнаружения других анионов и катионов менее 0,01 мг/л.

Изотопный состав льда определялся в лаборатории геохимии стабильных изотопов кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического ф-та МГУ имени М.В.Ломоносова на масс-спектрометре Delta-V со стандартной опцией газ-бенч. При измерении д¹⁸О анализируемые образцы уравновешивались с СО₂ в течение 24 часов, при измерении д²Н уравновешивание в присутствии платинового катализатора производилось в течение 40 минут. Изотопный состав выражается в д (‰) относительно среднеокеанической воды V-SMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water). Для измерений использовались международные стандарты V-SMOW, SLAP, собственный лабораторный стандарт МГУ - снег ледника Гарабаши (д¹⁸О = -15.60‰, д²Н = -110.0‰). Погрешность определений составила ±0.6‰ для д²Н и ±0.1‰ для д¹⁸O.

Результаты изотопных и геохимических определений

По пластовому льду в верховьях р.Мордыяха получен сравнительно малый диапазон значений д¹⁸O (варьирующих от -21 до -23,2‰) и д²Н (варьирующих от -162,7 до -172,9‰). Льдистый песок подо льдом характеризовался более высокими значениями изотопного состава: значение д¹⁸O в нем составило -20‰, д²Н -156,8‰. Близкие значения изотопного состава получены по льду позднеплейстоценовой ледяной жилы, рассекающей пласт льда в краевой части обнажения: значения д¹⁸O в верхней части жилы составили -22,6 и -23,4‰), значения д²Н -172,2 до -179,5‰ (табл. 2). Изотопный состав сингенетических ледяных жил из голоценового торфяника, вскрытого в карьере, заметно отличается в сторону более высоких значений: по одной из жил получен диапазон вариаций д¹⁸O от -16,2 до -17,3‰, д²Н - от -119,4 до -126,4‰ (табл. 3).

Таблица 2

Значения д¹⁸O, д²Н и d_exc в позднеплейстоценовых пластовых и повторно-жильных льдах в верховьях р.Мордыяха, 537 км ж/д дороги Обская Бованенково