Геохимическая зональность донных осадков Днепро-Бугского лимана
Целью проведенных исследований явилось изучение характера распределения геохимических ассоциация элементов в донных осадках Днепро-Бугского лимана - выявление их геохимической неоднородности, а также выяснение факторов, ответственных за дифференциацию донных осадков в лимане.
Для решения этой задачи был привлечен комплекс методов математической обработки: главных компонент (ГК) факторного анализа, многократной корреляции, мультипликативной характеристики, тренд-анализа. Критерием, позволяющим оценить комплекс примененных методов, является согласованность полученных характеристик с существующими геологическими представлениями и сходимость результатов, полученных различными методами.
Исходной информацией послужили результаты химического, спектрального, гранулометрического и частично минералогического анализа 84 проб донных осадков лимана, отобранных по профилям, достаточна равномерно покрывающих их вес акватории. Пробы анализировались в лабораториях ИГФM АН УССР (спектральный анализ) и Управления "Укрчерметгеология" (гранулометрический и химический анализы). Машинная обработка (ЕС ЭЦМ, Днепр-2) результатов анализов проводилась с использованием программ, составленных и апробированных Я.Н. Меркуловым и А.И. Передернем (НИИ Геологии ДГУ) и Л.С. Финкелем (ИГФМ АН УCCP).
Компонентный анализ геохимической системы донных осадков Днепро-Бугского лимана применен с целью интерпретации ГК в виде минеральных форм нахождения. При этом оценивалась степень соответствия этой интерпретации реальному составу. Одновременно решалась классификационная задача разделения в полях факторов. Метод ГК факторного анализа вскрывает сущность неявных закономерностей, которые являются причиной вариация изучаемых явлений. Опираясь на наблюдения многих переменных, он обеспечивает переход от вектора Х зависимых нормированных случайных величин к вектору Z независимых переменных (ГК) меньшей размерности.
Таким образом, изучаемая группа признаков заменяется некоторым новым независимый признаком, обобщающим информации о всей совокупности, где в одну группу объединяется геохимические признаки, имевшие достаточно сильную линейную связь между собой. Геологический смысл выявленных факторов определяется анализом их на грузок, значений, собственных чисел и характером распределений значений по площади. В конкретном случае число факторов ГК было ограничено сравнительными величинами собственных значении и возможностями интерпретации ГК применительно к геохимии осадкообразовании.
Дополнительно к факторному анализу использовались классификационные возможности мультипликативной характеристики. Рандирование геохимических признаков по вкладу в мультипликативную характеристику имеет тот же интерпретационный смысл, что и выделение информативных признаков в факторном анализе, к дополняет использование метода ГК, выделяя однородные области в более крупном масштабе.
Метод многократной корреляции использовался для выделения типоморфных ассоциаций элементов для ряда литологических разностей осадка.
Анализ пространственных закономерностей распределения значения ГК производился как разделением в полях факторов, так и с помощью тренд-анализа. Одновременно изучались пространственнее закономерности распространения Al2O3 и SiO2 в донных осадка[ лимана.
Анализ статистических параметров и корреляционной матрицы изучаемой совокупности проб (химический и спектральный анализы) позволяет выделить ряд элементов: Sобщ, Sсульфид, Al2O3? Fe2O3 (Sc, Y, Ni), которые отличатся довольно высокими коэффициентами вариации, превышавшими единицу. Минимальные значения устанавливается для SiO2, MnO, Р( Ca, P, Yb ).
Анализ корреляционных матриц позволяет выделить более двух больших групп элементов с высокими корреляционными связями. Располагая элементы в порядке понижения значений коэффициентов корреляции, получаем ряд, в начале которого находится ассоциация наиболее активных (по интенсивности и экстенсивности) элементов: Al2O3, K2O, Na2O, Fe2O3, Sобщ*Sсульфид (Y, Yb, Cr, Ni, Sc), фракция осадка менее 0,005 мм. Обращает внимание высокая степень связи Sобщ и Sсульфид с Fe2O3 (r + 0,72), что позволяет предположить их закономерное сонахождение в осадке. Одновременное присутствие окисных и сульфидных форм железа возможно в близнейтральной среде при определенных концентрациях иона серн в pаствope и зависит только от колебаний Eh. Колебания Eh в осадках лимана связаны с сезонной пульсацией стока рек, сгонно-нагонными явлениями, зональностью распределения седиментационных веществ, кислородным режимом лимана, бактериальными сульфатредукционными процессами.
Уже анализ корреляционной матрицы, наряду с более четко выраженной группой элементов, типоморфных для пелитовой части осадка, позволяет выделить две обособленные ассоциации. Более четко названные ассоциации обособляются в составе I ГК (таблица). Составляющие ее элементы с высокими положительными значениями факторных нагрузок располагается в порядке понижения вклада. Выделенная ассоциация элементов позволяет интерпретировать компоненту как глинисто-гидрослюдистую, гетит-гидрогетитовую с сульфидами. Правильность интерпретации подтверждается характером распределения компоненты по площади и анализом факторных нагрузок элементов, определенных спектрально, где I ГК формируется ассоциацией малых элементов, концентрирующихся с дисперсном веществом в илах.
С отрицательными значениями факторных нагрузок в I ГК входят СаО , FeO, п.п.п., SiO2:Zr, Nb, фр., 0,25-0,1 мм. Эти ассоциации более четко обособляется в составе II и III ГК. II ГК интерпретируется как карбонатная фракция, обогащенная закисным железом; II ПС - как терригенная кварцевая фракция с акцессориями (ильменит-титано-магнетитовая).
Tаким образам, в бассейне намечаются три типоморфные ассоциации элементов, соответствующие распространение различных типов осадка. Их наличие обусловлено преимущественный концентрированием в каждом типе определенных веществ, участвующих в седиментационном процессе. Устойчивость выделенных ассоциация подтверждается выделением аналогичных групп методами мультипликативных показателей (Fe О, CaO)max, (SiO)min и методами многократной корреляции.
1. Ассоциации элементов с положительными нагрузками:
а) Al2O3, Fe2O3, Sсульфид, No2O, K2O, Sобщ, MgO, TiO2, P2O5, SiO2;
б) Mn, Co, Ni, Ti, V, Cr, Cu, Pb, Ca, Be, Sc, La, Y, Yb, Ba.
2. Ассоциации элементов с отрицательными нагрузками:
a) CaO, FeO, n.n.n;
б) Zr, Nb, P.
Xapактep распространения выделенных ассоциаций элементов в осадках изучаемого бассейна описывается поверхностью тренда 1-4-го порядков. На карте тренда 4-го порядка I ГК фиксирует заметный максимум в устье Бугского лимана, которая уменьшается к юго-западy по мере удаления от устья, заметный минимум отмечается ближе к устью Днепра, в юго-восточной части лимана.
Положительные значения II ГК (карбонатной) образуют зону максимальных значении в западной части лимана. Основная тенденция карбонатной, фракции замечается в уменьшении значения с запада на восток. Нулевая изолиния проходит по меридиану Бугского лимана.
На картах, составленных по значениям мультипликативных характеристик, выведенные поля максимальных значений соответствуют полям максимальных значений I ГК, что еще раз свидетельствует о преимущественном осаждении в этой зоне тонкодисперсной пелитовой части, являющейся носителей широкого набора микроэлементов. Граница, намеченная в центральной части лимана по значениям I и II факторов, подтверждается мультирангом и разделением в полях факторов. К западу от нее находится поле преимущественно го развития ассоциации CaO , FeO, к востоку Fe2O3, Sсульфид. Последней ассоциации соответствует совместное нахождение а осадке пирита и гидрогетита. Это позволяет предположить в отмеченной области наиболее устойчивую зону миграции гидрофронта морских вод, являющихся источником серы.
Устойчивое проявление в западное части лимана ассоциации FeO , CaO объясняется активным поступлением и постоянный присутствием в этом районе морских вод. В результате железо, принесенное с речным стоком, к сероводород, продуцируемый в осадок в процессе сульфатредукции, образуют сульфиды железа, фиксируя в осадке, а бурное развитие ракушечных биоценозов в зоне подтока морских вод продуцирует биогенный карбонат кальция.
В итоге на сводной карте геохимической зональности донных осадков Днепро-Бугского лимана (рисунок) обособляются ареалы распространения устойчивых ассоциаций элементов, обусловленные различными генетическими особенностями изучаемых осадков и характером осадконакопления в лимане.
Выполненные исследования позволяет отметить следующее:
1. Южный Буг питает Днепро-Бугский лиман преимущественно тонкой (<0,005 ми) глинисто-гидрослюдистой, гетит-гидрогетитовой фракцией, после реализации которой в осадок на раннедиагенетической стадии образуются сульфиды. Карты тренда Al2O3 и I ГН устанавливают ареал распространения этой фракции в дониьх осадках лимана.
2. В восточной части лимана развита кварцево-песчаная фракция стока Днепра, что подтверждается картами тренда SiO2 и картами отрицательных значении I и П ГК.
3. Проникновение морских вод в Днепро-Бугский лиман создает в его западной части геохимическуо обстановку, благоприятную для образования в донных осадках диагенетических карбонатов не только кальциевого, но и сидеритового состава. Последний вывод требует дальнейшего минералогического подтверждения.
Таким образом, дифференциация седиментационного материала в лимане идет по двум направлениям. Первое связано с закономерным распределением гранулометрических типов донных осадков, обусловленным гидродинамической сортировкой материала. Оно подтверждается выделением типоморфных ассоциаций элементов, связанных с различными гранулометрическими типам осадка (гранулометрическими фракциями). Второе направление обусловлено гидрохимическими особенностями лимана в связи с подтоком морских вод. С них связана зональность, фиксируемая специфической типоморфной ассоциацией преимущественно реакционноспособных веществ.