Лекция 4

1. Морские геологические исследования

а) Характеристика морских грунтов

б) Драги, тралы, дночерпатели

в) Грунтовые трубки

г) Косвенные методы исследований

2. Наблюдения за колебаниями уровня

а) Уровенный пост. Нуль поста

б) Полуинструментальные методы

в) СУМ Рорданца

г) ГМ-28

д) Состав и сроки наблюдений

3. Наблюдения за соленостью

а) Определение солености

б) Ареометр

в) Титрование на хлор

г) Оптический метод

д) Электросолемер

3.1 Морские геологические исследования

Характеристика морских грунтов. В зависимости от происхождения, донные отложения подразделяются на терригенные, биогенные, хемогенные и красную глину.

Терригенные отложения образовываются или в результате абразивных процессов (то есть процессов разрушения коренных пород, из которых состоят морские берега или дно ) или выносятся в океан речными потоками.

Биогенные отложения состоят из скелетов, панцирей или ракушек разных морских организмов, которые не подверглись разложению или растворению.

Хемогенные отложения образовались в результате химических процессов, которые возникают в суспензиях и в растворах разных веществ в морской воде.

Кроме этих отложений в океане часто встречается красная глина - вязкая прослойка красно-коричневого цвета, которая образовывается в результате разложения морской водой продуктов вулканических извержений. По механическим свойствам терригенные грунты делятся на древние горные породы (плотные осадочные грунты или изверженные кристаллические массивы) и современные осадочные породы, которые в свою очередь делятся на грубообломочные (валуны, галька, щебень), сыпучие (гравий, песок) и связанные (песчаный ил, глинистый ил).

Современные биогенные отложения подразделяются на ракушечный песок, коралловый песок, ракушки, кораллы и т.д.

Среди хемогенных отложений особое внимание отводится конкрециям - минеральным образованиям сферичной формы диаметром 1-25 см. Они состоят в основном из железа и марганца.

При исследовании грунтов их различают также по цвету, пластичности, консистенции (густоте, подвижности) и т.д.

В зависимости от поставленных задач, рельефа дна и структуры донных отложений для сбора образцов грунта применяются такие приборы и приспособления: драги, тралы, дночерпатели и грунтовые трубки.

Драги, тралы, дночерпатели

Драги представляют собой жесткие металлические рамы, которые обшиты плотным материалом или стальными листами. Приблизительно такую же конструкцию имеют и тралы. Только обшиваются они мелкоячеистой сеткой. Драгирование и траловые работы ведутся на минимальном ходу судна. Они обычно выполняются для получения образцов грунта с каменистого дна - обломков коренных пород, валунов, гальки, гравия. Или для добычи разных видов донной фауны.

Дночерпатели применяются для сбора проб поверхностного слоя донных осадков и фауны. Глубина проникновения их в грунт не превышает 35-40 см. Дночерпатель "Океан" бывает трех видов: 1 - с площадью захвата 0.1 м ² и массой 30-50 кг; II - 0.25 м² - 125 кг; III - 0.4 м² - 175-200 кг.

Дночерпатель имеет два вращающихся на оси стальных ковша с боковыми чугунными грузами. При опускании ковши открыты и уменьшают сопротивление дночерпателя. При подъеме они плотно закрыты. К верхней стороне крышек прикреплен трос с кольцом, которое одевается на крюк сбрасывателя. Сбрасыватель имеет вид неравноплечего стального рычага, который оборачивается на оси. С одной стороны сбрасывателя находится груз - противовес, а с другой стороны - груз-разведчик подвешен на тросе, и который находится во время опускания несколько ниже дночерпателя. На нижней части ковша закреплен замыкающий трос, который через систему блоков крепится к вертлюгу в нижней части сбрасывателя. При достижении грузом- разведчиком дна, рычаг выходит из горизонтального положения, рычаг соскальзывает с крюка сбрасывателя и оба ковша острыми краями врезаются в грунт. При подъеме дночерпателя замыкающий трос стягивает ковши, а давление воды прижимает крышки друг к другу.

Грунтовые трубки

Грунтовые трубки предназначены для взятия проб из верхнего и нижележащих слоев грунта, чаще всего составленных из осадочных пород. Высота колонки отобранного грунта зависит от состава грунта и типа грунтовой трубки. Различают три типа грунтовых трубок:

1. Ударного типа

2. Поршневые

3. Гидростатические

Ударные трубки наиболее простые по конструкции. Они углубляются в грунт под влиянием силы, которая зависит от массы трубки и скорости ее погружения.

Трубка ГОИН может быть использована на любых глубинах. Длина ее 1.5 м, масса 19 кг. Трубка ГОИН состоит из стальной трубы, со вставленным в нее разъемным тонкостенным латунным вкладышем. На нижнюю часть трубки навинчивается стальной наконечник с острыми краями. На верхнем конце трубки есть груз со стабилизатором для придания прибору вертикального положения при опускании. Кроме того, в верхней части трубки есть клапан, который служит для закрывания верхнего отверстия трубки при ее подъеме во избежание вымывания грунта. Недостатки ударных трубок состоят в том, что длина колонок грунта у них всегда меньшее заглубления трубки в грунт из-за сил внутреннего трения, которые усиливаются при уплотнении и заклинивании грунта.

Поршневые трубки также углубляются в грунт под действием силы тяжести. Однако потом начинается их дополнительное углубление за счет вакуума, создаваемого при вытягивании поршня тросом. Поршневые трубки позволяют получать образцы грунта длиной около 20 м. Длина колонки грунта соответствует углублению трубки в грунт.

Трубка ПГТ-56 разработана в ИОАНе. Колонковая труба с внутренним диаметром 50-60 мм составлена из нескольких секций, длиной 7.5-8 м каждая. В верхней части трубки находится разборный груз обтекаемой формы массой около 250 кг. Вес трубки с двумя секциями тоже -250 кг. На нижний конец колонковой трубы навинчен наконечник с острыми краями. Наконечник имеет лепестковый клапан. Вся трубка подвешена на короткое плечо стального коромысла-сбрасывателя. Груз-разведчик, подвешенный на тросе к длинному плечу коромысла, удерживает его в горизонтальном положении и расположен на 5-6 м ниже наконечника.

Поршневой трос проходит по всей длине внутренней части трубки и соединен с поршнем. Во время опускания трубки, как только груз-разведчик достигнет грунта, нагрузка с длинного плеча коромысла снимается, трубка соскакивает с короткого плеча и, свободно падая, углубляется в донные осадки. При этом поршневой трос вытягивается вместе с поршнем из трубы. Внутри нее создается вакуум и труба втягивается в грунт. Таким образом, поршневая трубка берет колонку грушу со всей глубины своего погружения.

Гидростатические грунтовые трубки предназначены для взятия наиболее длинных, ненарушенных колонок грунта с любых глубин Мирового океана. Трубка ГГГТ (глубоководная гидростатическая грунтовая трубка) позволяет брать колонки грунта длиной до 40 м. Трубка состоит из толстостенного стального баллона емкостью 75 л, который может выдержать давление более 1000 атм, кранового устройства и колонковой трубы сечением 72x60 мм. Колонковая труба состоит из секций длиной 9 м каждая. На нижний конец трубы навинчен наконечник. Внешний вид трубки такой же, как и у поршневой. При достижении грузом-разведчиком дна трубка соскальзывает с короткого плеча коромысла и углубляется в толщу донных осадков. В это же время крановое устройство под влиянием давления в трубе открывается и вода из трубы перетекает в баллон. Под действием различия давлений - атмосферного в баллоне и гидростатического на дне - происходит дальнейшее углубление трубки до тех пор, пока оба давления не уравновесятся. Таким образом, сначала ГТГТ работает как ударная трубка, а потом превращается в гидростатическую. Сила давки воды определяется по формуле

F=(P_h-1)S

где F - сила давления воды, кг;

P_h, - гидростатическая давка извне, кг/см²;

S - поперечное сечение входного отверстия трубы, см²

Общим недостатком всех перечисленных приборов, которые отбирают морской грунт, заключается в том, что они дают дискретную картину распределения грунтов на океанском дне и только из верхнего слоя. Поэтому возникает необходимость применения других методов изучения донных грунтов. К ним относятся:

Подводная фотосъемка - позволяет исследовать микрорельеф и структуру донных отложений на любых глубинах. Для тех же целей может быть использовано подводное телевидение.

Акустические методы базируются на расхождениях в скорости распространения звука и звукоотражающей способности различных грунтов. Грунты по разному отражают звуковые волны, но для каждого вида грунта характеристика отражения остается постоянной в довольно узких пределах. Грунт в этом случае определяется по форме отраженного сигнала путем сверки с изображением эталонных импульсов. Метод звуковой геолокации заключается в том, что в воде возбуждаются мощные импульсы звуковой частоты. Часть их энергии отражается, а часть проникает в верхний слой грунта. На границе со слоем грунта другой плотности происходит повторное отражение и т.д.

Геофизические методы: сейсморазведка, гравиметрическая и гидромагнитная съемки - также позволяют установить структуру и плотность грунта.