Чабан В.В. Особенности расположения гипсовых отложений в

132
.
18, 2007 .
УДК:550.4:631.41
Чабан В.В., аспирант
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Ч
В
бн
а
. Особенности расположения гипсовых отложений в восточном бассейне
Сакского соленого озера.
Описывается гипсовая корка восточного бассейна Сакского соленого озера. Приводится типизация гипсовой
корки и распределение ее по дну озера.
соленые озера, кристаллы гипса, гипсовая корка, донные отложения.
Цель работы заключается в изучении гипсовой корки восточного бассейна Сакского соленого озера, разработке типизации гипсовых отложений и изучении техногенного воздействия на гипсовую
корку озера.
В современном своем состоянии озеро представляет каскад изолированных друг от друга водоемов, которые делятся на три группы:
I группа. Водосбор Михайловской и Чеботарской балок: Михайловский пруд, Буферный бассейн.
II группа. Водосбор Чокракской балки: водоём Чокрак, водоём Ковш, накопительные и испарительные бассейны.
III группа. Месторождение лечебной грязи и рапы: Западный лечебный, Восточный лечебный.
Бассейн является площадью современной добычи лечебной грязи и рапы на основании государственной лицензии на разработку месторождения (площадь равна 1,42 км2 , объём равен 1,27 млн. м3 ,
среднемноголетние превышения над уровнем Чёрного моря Н=-0,9м).
Во всех бассейнах установлена система искусственного регулирования перетока вод.
Техногенное воздействие на Сакское озеро еще в конце IX века привело к усиленной осадке гипса
в лечебной части озера, в результате чего на дне озера начала образовываться гипсовая корка. На сегодняшний день практически вся нетронутая грязевая залежь в восточном бассейне покрыта толстым
слоем гипсовых отложений.
С одной стороны, гипсовая корка необходима для нормального протекания процессов грязеобразования в восточном бассейне. Она выступает своеобразным буфером между биологической зоной, в
которой ведут активную деятельность целый ряд микроорганизмов, и между агрессивной средой озера
(минерализация рапы в летние месяцы доходит до 180 г/л). Но, с другой стороны, мощный слой гипсовой корки мешает осуществлять добычу лечебной грязи.
Поэтому актуальность работы заключается в выявлении толщины и степени целостности гипсовой корки в различных частях озера.
Предмет исследования является распространение гипсовой корки по дну озера и картирование
участков, испытывающих наиболее сильное техногенное воздействие.
Предварительно была проведена работа по сбору, анализу и обобщения опубликованных и фондовых материалов по изучению гипса Сакского соленого озера.
Для составления карты-схемы распространения гипсовой корки разработана типизация гипсовых
отложений, в основу которой легли внешние признаки: мощность и морфологические особенности
гипсовой корки. Отдельным типом выделен гипс, который распространен по всей площади бассейна
в виде мелких (до 0,5-1,0 мм) кристаллов и их обломков. Этот тип гипса в основном является продуктом механического разрушения плотных, сцементированных разностей гипсовой корки в прибрежной
зоне за счет антропогенного воздействия и волноприбойной деятельности.
Отбор проб при помощи бура позволил изучить вертикальное строение гипсовой корки.
Координаты опорных точек, с помощью которых устанавливались различные границы типов гипса, определяли при помощи приемника спутниковых сигналов – GPS. В ходе работы была составлена
компьютерная база данных, в которую были внесены основные характеристики всех опорных точек.
Для составления топаосновы использовали компьютерные программы «Goggle» и «Photoshop 8».
Создание контуров залегания гипсовой корки различных типов проводили в графическом редак-
.
18, 2007 .
133
торе «Corel draw 12».
Сакское соленое озеро образовалось около 5 тысяч лет назад из морского залива, образовавшегося
в начале при затоплении морем устьевого расширения Чеботарской и Чокракской балок, а в дальнейшем при отделении от моря песчано-галечной пересыпью (длиной до 3 км, шириной до 600 м и высотой 3-4 м). В результате «отшнуровывания» Сакского озера от моря песчаной пересыпью, в нем возникли условия для установления специфического гидрологического режима соленого водоема и формирования донных отложений. Колебания уровня воды были связаны с сезонным различием атмосферных осадков и интенсивностью испарения. Иногда озеро практически полностью пересыхало. В
условиях сухого полупустынного климата при сильном испарении происходило накопление морских
солей, а с поверхностными водами привносился глинистый и биогенный материал, образуя на дне
озера смешанные осадки. По мере увеличения солености озера происходило выпадение гипса в осадок, которое стало значительным при разделении Сакского озера на ряд отдельных бассейнов и организации соленого промысла. Это привело к тому, что в восточном бассейне минерализация воды
достигла уровня, свойственного для гиперсоленых водоемов и все дно было покрыто слоем гипса,
выпавшего в осадок в периоды больших испарений. [1]
После разделения озера перемычками гипс продолжал выпадать в осадок только в тех частях
озера, режим которых меньше всего подвергся нарушению и в большей части сохранились все
необходимые для этого условия. Единственная часть озера, которая подверглась наименьшему
преобразованию, был участок, отведенный под пользование грязелечебницы.
Академик А.Е.Ферсман, проводивший работы на Сакском соленом озере в начале прошлого
века, описывал гипсовую корку как ровную шероховатую поверхность, разбитую как бы в шахматном порядке, рядом извиваются и перекрещиваются возвышения, образующие петли. Эти возвышения образуются в результате выпячивания общего слоя гипса; под ними скапливается очень
жидкая и илистая масса, в которой можно заметить гораздо более интенсивное течение биологических процессов, чем в более плотной грязи, подстилающей ровные поверхности. Образование
извилин можно объяснить необходимостью растущей корки гипса увеличивать свою поверхность,
так как кристаллы все время растут. Сами кристаллы образуются в результате взаимодействия гипса и солёной воды. Кристаллы имеют копьевидную форму. Свободные концы таких кристаллов
частью выделяются над поверхностью особой зоны, но только часть кристаллов гипса прорастает
эту зону и заканчивается головкой, другая часть дорастает только до биологической зоны и заканчивается неровной поверхностью. В ряде мест новообразования гипса происходит возникновение новых гипсовых плёнок в виде тонких пластинок.
Внутри кристаллов серого цвета ясно видны зонально-расположенные включения. Число таких колец колеблется между 17 – 25, но, в общем оно постоянно и в ряде взятых образцов положение колец, взаимное расстояние и их характер тождественны. В общем, каждое такое кольцо соответствует одному годовому периоду, но не исключена возможность образование и нескольких колец в один год.
На основании изучения годичных колец нарастания кристаллов гипса Академик А.Е.Ферсман
пришел к выводу, вполне оправдываемому общей историей озера: рост кристаллов гипса должен
был начаться около 1896 года, причём зародыши гипса образовались в среде ила и росли первые
6-8 лет в массе тины и грязи. После довольно сильного отложения грязи, приходящегося приблизительно на 1902 год, началось нормальное и сильное развитие гипса правильными кольцами, с
мало колеблющимися размерами отложений. Начиная с 1910-1912 года (время прорыва Михайловской плотины и наводнения) в росте кристаллов наступает значительный перелом. Кристаллы покрываются количеством осадков, часть их не может даже прорасти сквозь покров грязи и
заканчивает свою кристаллизацию неправильным зарастанием отдельных центров. Годичное отложение гипса сильно снижается[2].
По подсчёту профессора С.А. Щукарёва на основании многочисленных анализов в толще всего
сакского грязевого отложения на глубине только 3 м заключается около 2400000 т поваренной соли,
670000 т магниевых солей, 2500000 т гипса, причём все эти соли находятся преимущественно в твёрдом состоянии [3].
134
.
18, 2007 .
В результате добычи грязи было также добыто большое количество гипса, которое пытались использовать в производстве. Этим занималась в 30-х годах директор станции С.А. Пастак. В начале
были произведены исследования гипса как стройматериала. Химический анализ гипсовой корки показал, что по своим свойствам гипс Сакского озера не только не уступает существующим нормативам,
но по некоторым параметрам превосходит их (Табл.). [4]
Таблица
Результаты испытания гипса
Рыхл.
Утряс.
Сод. Гидр. воды
Врем. Ток.
Начало
Конец
Сроки охватывания
Удельный вес
Гипс без 0.32 22%
промыва
Гипс с все промывкой прош 25%
ло
ОСТ № 2 не 645
более 30%
2%
Объемный вес
Нормальная густота
Остаток на 900
Марка
Остаток на 64
Тонкость помола
50%
2.5
855
933
5%
3 м 5 м
6 м
65%
2.5
944 1253
5%
9 м 9 м 12,2 м
-
-
-
-
3-6% 2 м 6 м
6 м
Механ.проч. в кл/см2
1 день 7 день
9.6
20
11.2
16
7
14
Но, несмотря на то, что новые технологии позволяли получить более дешевый и качественный
гипс, менее устойчивый процесс производства так и не был налажен.
Исследования гипсовых отложений проводились в 90-х годах Сакской ГГРЭС, которая наблюдала за
скоростью садки гипса на дно озера. В ходе проведённых исследований была выявлена четко выраженная
зависимость скорости садки гипса от климатических условий в течение года. В годы с сильным испарением
садка гипса проходила более интенсивно, чем в годы с большим количеством осадков. Интенсивность садки
гипсовых отложений также колебалась в зависимости от сезона года: в летнее время значительно интенсивней, чем в зимнее. Выявленные закономерности объясняются увеличением частиц гипса, оседающих на дно
при интенсивном испарении, и растворение частиц при разбавлении рапы (дожди, закачка).
В настоящее время дно восточного бассейна покрыто плотным слоем гипсовой корки, мощность
которой варьирует от 3 до 8 см.
Представленная ниже типизация гипсовой корки Восточного бассейна Сакского соленого озера
состоит из четырех основных типов. Первоначальная же типизация состояла из большего количества
типов, которые по мере проведения полевых и камеральных работ были обобщены по наличию ряда
общих признаков, которые позволяли качественно отделить их от других типов корки. Таким образом,
предлагаемая нами классификация представляет собой четыре сложных типа гипсовой корки, большинство из которых можно разбить на более простые типы.
Первый тип гипсовой корки распространен в ю-з части (на территории деятельности бывшего
солепромысла) и по периферии главного гипсового поля и с-в части Восточного бассейна. Характерной особенностью первого типа гипсовой корки является то, что он практически везде покрыт “наплывным” илом, а в верхнем слое покрыт кристаллами соли и органикой светло-коричневого цвета.
Целостность этого типа гипсовой корки в северной и северо-западной части Восточного бассейна в
значительной степени разрушена вследствие бесконтрольного процесса самолечения грязями местными жителями и приезжими в город-курорт Саки. Иногда встречаются локальные выступы на гипсовой
корке, не покрытые наплывным илом, которые называют «бляшками». Гипсовая корка первого типа
имеет мощность от 3 до 5 см. В основном корка рыхлая, но иногда образует более плотные участки
гипсового слоя называемого “брекчия”.
18, 2007 .
Рис.1. Карта-схема распространения гипсовых отложений в восточном бассейне Сакского соленого озера.
.
135
136
.
18, 2007 .
Второй тип гипсовой коркиокаймляет главное, центральное поле его развития в Восточном бассейне.
Имеет более плотное строение, менее разрушенное антропогенным воздействием, практически везде отсутствует слой наплывного ила и имеет среднюю мощность до 4 см. Верхняя часть покрыта уплотненным
светло-коричневым слоем, который обогащен органическими остатками. Гипсовая корка имеет двухслойное
строение из-за тонкого прослоя (до 3-5 мм) темного ила, что свидетельствует или о двухэтапном, т.е. с перерывом, накоплении гипсовых отложений в Восточном бассейне, или о новообразованном нижнем слое
гипса в процессе перекристаллизации его мелкодисперсной разновидности из самих донных отложений.
Иногда встречаются участки “землистого” слабосцементированного гипса.
Третий тип гипсовой корки (центральное гипсовое поле) наиболее плотный, имеет четко выраженное двухслойное строение и образует сплошное гипсовое поле (рис. 1.). Гипсовая корка верхнего
слоя до 4-7 см, а нижнего до 5-8 см., но общая мощность, как правило, не превышает 15 см. Разделяющий прослой донных илов от 0,5 до 2 см., также как и во втором типе фиксирует перерыв в стадии
образования гипса или вторую фазу в формировании гипсовой корки, связанную с кристаллизацией мелкодисперсной его разности из донных отложений (Рис.2 .).
Рис.2. Схематическое строение двухслойной гипсовой корки.
В нижней части описываемого типа корки широко распространена крупнокристаллическая разность
образованная хорошо ограненными, копьевидными кристаллами гипса. При извлечении на поверхность и
применении механического воздействия распадаются на отдельные гипсовые копья. Достаточно высокая
плотность третьего типа гипсовой корки потребует специальных приемов ее разрушения и удаления с тем,
чтобы не происходило излишнего засорения материала донных отложений ее обломками в процессе добычи лечебной грязи.
В центральной части гипсового поля находятся места с полным отсутствием гипсовой корки. Такие
«окна» имеют неправильную форму и представляют собой места выхода грязи на поверхность. Обнаружить
такие места визуально трудно, поскольку они располагаются на одном уровне с гипсовой коркой и, к тому же,
покрыты слоем наплывного ила.
В процессе изучения распространения гипсовой корки в восточном бассейне не было обнаружено описанных Ферсманом А.Е., локальных (диаметром до 10 см) “выпячиваний” более хрупкого, слабосцементированного гипса над общим слоем гипсовой корки. В прибрежной части повсеместное распространение имеют так называемые «бляшки», - небольшие возвышения 1-3 см, представляющие собой места целой (не
разрушенной) гипсовой корки свободной от наплывного ила, иногда покрытые органикой светло-коричневого цвета.
.
18, 2007 .
137
В значительной степени разрушена гипсовая корка, расположенная вдоль северного берега озера, т.е. в
местах массового отдыха и купания населения. Эта территория подвержена наиболее сильному техногенному влиянию. Следы механического воздействия на гипсовую корку хорошо прослеживаются на сотни метров от берега, а отдельные встречаются на основном гипсовом поле. В этих местах разрушенная корка находится на 1-3 см ниже, чем общий уровень дна, а остатки цельной гипсовой корки выглядят как поднятия.
На поперечном разрезе (Рис.3) хорошо видно строение поврежденных участков гипсовой корки: сверху
находится слой наплывного ила, затем небольшие кристаллы гипса расположенные в хаотическом порядке.
Остатки разрушенной корки распространяются на глубину до 5 см.
Рис.3. Схема строения разрушенных участков гипсовой корки у берегов озера.
а – гипсовая корка; b – разрушенная гипсовая корка; c – наплывной ил;
d – донные отложения.
В целом наблюдается следующая закономерность – увеличение плотности и мощности гипсовой корки
к центру озера. И более слабое ее выражение или же полное отсутствует у берегов (см. Рис.1.). Наиболее четко
такая закономерность наблюдается со стороны северного и южного берегов озера, где типы гипсовой корки
практически равномерно сменяют друг друга, а на краю участка разрабатываемой грязевой залежи распределения гипсовой корки на типы не установлено (сразу начинается гипсовое поле).
ВЫВОДЫ:
1. В предыдущих работах ряда ученых указывается на наличие непосредственной связи между образованием мощного слоя гипсовых отложений и техногенным влиянием, оказываемым на восточный бассейн Сакского озера [2,3].
2. Исследования, проведенные в 2006 году, дали возможность оценить степень техногенного воздействия на гипсовую корку, расположенную вдоль берегов озера. В ходе работы было изучено вертикальное строение разрушенных участков гипсовой корки.
3. Нужно продолжать работу по изучению вещественного состава гипса и его использования в промышленности. Дальнейшие исследования гипсовой корки Восточного бассейна Сакского соленого озера помогут узнать природу образования второго слоя гипсовой корки и встречаемых в центре гипсового поля участков, полностью не покрытых гипсом.
3. В дальнейшем необходимо более подробно изучить роль техногенного влияния на гипсовую корку
и в целом на экосистему озера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Годовиков А.А. Минералогия М.: «Недра», 1983. – 650 с.
2. Ферсман А.Е. К геолого-минералогическому обоснованию Сакского озера. Петроград: «1-я государственная типография» 1919. – 80 с.
3. Щукарев С.А. К вопросу о рациональном грязевом и рапном хозяйстве в лечебной части Сакского озера. «Кур.Дело»,
1928. – 60 с.
4. Пастак С.А. Гипс Сакского озера и его промышленное использование // Журнал: Экономика, культура . № 7-8. Крым:
1993, - С. 27-34.