resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2021-26-3-64-74resar-133Research ArticleНауки о Земле. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведениеEarth sciences. Engineering geology, permafrost and soil scienceМетод микроморфологического анализа рыхлых отложений и его применение для реконструкции палеогеографической обстановки в криолитозонеThe method of micromorphological analysis of loose sediments and its application for the reconstruction of paleogeographic settings in the cryolithozonehttps://orcid.org/0000-0001-7970-9124КутьА. А.Kut’A. A.

КУТЬ Анна Алексеевна, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник

677007, Якутск, ул. Мерзлотная, 36

Researcher ID: E-2780-2018

KUT’, Anna Alekseevna, Cand. Sci. (Geology and Mineralogy), Researcher

36 Merzlotnaya st., Yakutsk 677010

Researcher ID: E-2780-2018

ann.urban@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7910-9441МельниковА. Е.MelnikovA. E.

МЕЛЬНИКОВ Андрей Евгеньевич, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

677007, Якутск, ул. Мерзлотная, 36

Researcher ID: O-4081-2017, Scopus ID: 57208581176

MELNIKOV, Andrey Evgen’evich, Cand. Sci. (Geology and Mineralogy), Senior Researcher

36 Merzlotnaya st., Yakutsk 677010

Researcher ID: O-4081-2017, Scopus ID: 57208581176

melnikowdron@mail.ruИнститут мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАНРоссияMelnikov Permafrost Institute, SB RASRussian Federation2021160920212636474Copyright © Куть А.А., Мельников А.Е., 20212021Куть А.А., Мельников А.Е.Kut’ A.A., Melnikov A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/133

В статье приведены сведения об истории развития метода микроморфологического анализа рыхлого материала. Описаны существующие методики диагностики отложений, рассмотрены основные проблемы, связанные с их применением и корреляцией результатов. Проанализировано современное положение микроморфологического анализа в комплексе литолого-фациальных исследований. Подчеркнуто, что становлению метода способствовал технический прогресс в XX в. Применение электронной микроскопии вывело рассматриваемый метод на совершенно новый уровень. Метод в свое время был разработан для реконструкции обстановки переноса и накопления четвертичных отложений вне области криолитозоны. Однако с 1970-х годов исследование поверхности зерен начали применять для изучения особенностей проявления криогенеза в осадочных отложениях. На современном этапе начинают внедрять современные методы исследований поверхности частиц с использованием компьютерной томографии. Это значительно расширяет область применения метода микроморфологического анализа рыхлых отложений для различных целей. Приводится набор диагностических элементов, выделенных в результате применения данного метода для Кызыл-Сырского дюнного массива в бассейне р. Вилюй и разреза Абалахской поверхности в среднем течении р. Лена.

The data on the history of the morphological analysis of loose materials are presented. The existing procedures of sediment diagnostics are described, the major problems related to their application and correlation of the results are considered. The modern status of micromorphological analysis in the set of lithological-facial investigations is analyzed. The development of the method was promoted by the technological advancement in the 20th century. The application of electron microscopy has brought the method under consideration to a brand new level. The method was originally developed to recover the settings of transport and accumulation of Quaternary sediments outside the boundaries of the cryolithozone. However, since the 1970-s, investigation of grain surfaces started to be applied to study the features of cryogenesis manifestations in sedimentary deposits. At the modern stage, up-to-date methods to study particle surface with the help of computer tomography are under introduction. This broadens the area of the application of micromorphological analysis of loose sediments for various purposes. A set of diagnostic elements allocated as a result of the application of this method for the Kyzyl-Syr dune area in the basin of the Vilyuy river and for the section of the Abalakh surface in the middle reach of the Lena river is presented.

микроморфологический анализисторический обзорстановление методаобстановка осадконакоплениякриогенезmicromorphological analysishistorical surveyestablishment of the methodsedimentation environmentcryogenesisРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-55-53006 «Криогипергенез грунтовых массивов Южной Якутии России и Северо-Восточного Китая: механизм и особенность».The research was carried out with support from the Russian Foundation for Basic Research (Project number 20-55-53006 «Cryogenesis of ground massifs of Southern Yakutia, Russia, and North-Eastern China: mechanism and specificity»).ReferencesSorby H.C. On the structures and origin of noncalcareous stratified rocks // Quart. J. Geol. Soc. London. 1880. Vol. 36. P. 46–92.Sorby H.C. On the structures and origin of noncalcareous stratified rocks // Quart. J. Geol. Soc. London, 1880. Vol. 36. P. 46–92.Wadell H. Volume, shape, and roundness of rock particles // Jour. Geol. 1932. Vol. 40. P. 443–451.Wadell H. Volume, shape, and roundness of rock particles // Jour. Geol. 1932. Vol. 40. P. 443–451.Krumbein W.C. Measurement and geological significance of shape and roundness of sedimentary particles // J. Sed. PetroI. 1941. Vol. 11. P. 64–72.Krumbein W.C. Measurement and geological significance of shape and roundness of sedimentary particles // J. Sed. PetroI. 1941. Vol. 11. P. 64–72.Cailleux A. Les actionnes éoliennes périglaciaires en Europe // Mémoires de la Société Géologique de France. 1942. Vol. 41. 176 p.Cailleux A. Les actionnes éoliennes périglaciaires en Europe // Mémoires de la Société Géologique de France. 1942. Vol. 41. 176 p.Cailleux A. Morphoskopische Analyse der Geschiebe und Sandkörner und Ihre Bedeutung für die Paläoklimatologie // Geologische Rundau. 1952. Bd. 40. P. 11–19.Cailleux A. Morphoskopische Analyse der Geschiebe und Sandkörner und Ihre Bedeutung für die Paläoklimatologie // Geologische Rundau. 1952. Bd. 40. P. 11–19.Crinsley D.H., McCoy F. Aeolian quartz sand and silt // Scanning Electron Microscopy in the Study of Sediments / (Ed. by W.B. Whalley), Geo Abstracts. Norwich, UK, 1978. P. 249–259.Crinsley D.H., McCoy F. Aeolian quartz sand and silt // Scanning Electron Microscopy in the Study of Sediments / (Ed. by W.B. Whalley), Geo Abstracts. Norwich, UK, 1978. P. 249–259.Margolis S.V., Krinsley D.H. Processes of formation and environmental occurrence of microfeatures on detrital quartz grains // Am. J. Sci. 1974. Vol. 274, No. 5. P. 449–464.Margolis S.V., Krinsley D.H. Processes of formation and environmental occurrence of microfeatures on detrital quartz grains // Am. J. Sci. 1974. Vol. 274, No. 5. P. 449–464.Higgs R. Quartz-grain surface features of Mesozoic-Cenozoik sands from the Labrador and western Greenland continental margins // Journal of sedimentary petrology. 1979. Vol. 49, No. 2. P. 599–610.Higgs R. Quartz-grain surface features of Mesozoic-Cenozoik sands from the Labrador and western Greenland continental margins // Journal of sedimentary petrology. 1979. Vol. 49, No. 2. P. 599–610.Петтиджон Ф. Дж. Осадочные породы: Пер. с англ. М., Недра, 1981. 751 с.Pettyjohn F.G. Osadochnyie porody/ Per. s angl. M.: Nedra, 1981. 751 p.Bull P.A. Procedures in environmental reconstruction by SEM analysis // The Scientific Study of Flint and Chert. Fourth International Flint Symposium. Brighton, 1986. P. 221–226.Bull P.A. Procedures in environmental reconstruction by SEM analysis // The Scientific Study of Flint and Chert. Fourth International Flint Symposium. Brighton, 1986. P. 221–226.Mahaney, W.C. Atlas of sand grain surface textures and applications. Oxford: Oxford University Press, 2002. 237 p.Mahaney W.C. Atlas of sand grain surface textures and applications. Oxford: Oxford University Press, 2002. 237 p.Хабаков А.В. Об индексах окатанности галечников // Советская геология. 1946. № 10. С. 98–99.Khabakov A.V. Ob indeksah okatannosti galechnikov // Sovetskaya geologiya. 1946. No. 10. P. 98–99.Батурин В.П. Петрографический анализ геологического прошлого по терригенным компонентам. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1947.Baturin V.P. Petrographicheskiy analiz geologicheskogo proshlogo po terrigennym komponentam. M.; L.: Izd-vo AN SSSR, 1947.Чичагов В.П. К методике изучения поверхности песчаных зерен и ее значение для определения генезиса четвертичных отложений // Материалы по генезису и литологии четвертичных отложений (К V Конгрессу ИНКВА). Минск: Изд. АН БССР. 1961. С. 249–262.Chichagov V.P. K metodike izucheniya poverhnosti peschanyh zeren I ee znachenie dlya opredeleniya genezisa chetvertichnyh otlogheniy // Materialy po genezisu I litologii chetvertichnyh otlogheniy (K V Kongressu INQUA). Minsk: Izd-vo AN BSSR. 1961. P. 249–263.Рухин Л.Б. Основы общей палеогеографии. Л.: Гостоптехиздат, 1962.Rukhin L.B. Osnovy obshey paleogeographii. L.: Gostoptekhizdat, 1962.Рухина Е.В. Литология ледниковых отложений. Л., 1973. 76 с.Rukhina E.V. Lithologiya lednikovyh otlogeniy. L., 1973. 76 p.Артемова Н.Л. Микроморфология лессовидных образований области вечной мерзлоты как показатель их генезиса: Дис ... канд. геогр. наук. М., 1988. 195 с.Artemova N.L. Micrimorphologiya lessovidnyh obrazovaniy oblasti vechnoy merzloty kak pokazatel ih genezisa: Dis … kand. geogr. nauk. M., 1988. 195 p.Тимирева С.Н. Динамика экзогенных процессов в ледниковых и перигляциальных зонах среднего и позднего плейстоцена центра Русской равнины (на основе анализа морфоскопии и морфометрии песчаных кварцевых зерен): Дис ... канд. геогр. наук. М.: ИГ АН, 1989.Timireva S.N. Dinamika ekzogennyh processov v lednikovyh i periglacialnyh zonah srednego i posdnego pleistocena centra Russkoi ravniny (na osnove analiza morphoskopii i morphometrii peschanyh I kvarcevyh zeren): Dis … kand. geogr. nauk. M.: IG RAN, 1989.Konishchev V.N., Rogov V.V. Cryogenic processes in loess. Geography, environment, sustainability. 2017. Vol. 10(2). P. 4–14. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2017-10-2-4-14Konishchev V.N., Rogov V.V. Cryogenic processes in loess. Geography, environment, sustainability. 2017. Vol. 10(2). P. 4–14. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2017-10-2-4-14Рогов В.В. Особенности морфологии частиц криогенного элювия // Криосфера Земли. 2000. Т. 4, № 3. С. 67–73.Rogov V.V. Osobennosti morphologii chastic kriogennogo eluvia // Kriosphera Zemli. 2000, Vol. 4, No. 3. P. 67–73.Mycielska-Dowgiałło E., Woronko B. Analiza obtoczenia i zmatowienia powierzchni ziarn kwarcowych frakcji piaszczystej i jej wartość interpretacyjna // Przegląd Geologiczny. 1998. Vol. 46. P. 1275–1281.Mycielska-Dowgiałło E., Woronko B. Analiza obtoczenia i zmatowienia powierzchni ziarn kwarcowych frakcji piaszczystej i jej wartość interpretacyjna // Przegląd Geologiczny 1998. Vol. 46. P. 1275–1281.Krinsley D.H., Doornkamp J.C. Atlas of quartz sand surface textures. Cambridge: University Press, 1973. 92 p.Krinsley D.H., Doornkamp J.C. Atlas of quartz sand surface textures. Cambridge: University Press, 1973. 92 p.Конищев В.Н., Рогов В.В. Микростроение грунтов, испытавших многократное замораживание и оттаивание // Проблемы криолитологии. Вып. 2. М.: Изд-во МГУ, 1972. С. 90–94.Konishev V.N., Rogov V.V. Microstroenie gruntov, ispytavshih mnogokratnoe zamoragivanie I ottaivanie // Problemy kriolitologii. Vyp. 2. M.: Izd-vo MGU, 1972. P. 90–94.Конищев В.Н. Некоторые общие закономерности преобразования состава дисперсных пород криогенными процессами // Проблемы криолитологии. Вып. VI. М.: Изд-во МГУ, 1977.Konishev V.N. Nekotorye obshie zakonomernosti preobrazovaniya sostava dispersnyh porod kriogennymiprocessami // Problemy kriolitologii. Vyp. VI. M. Izd-vo MGU, 1977.Russel R.D., Taylor R.E. Roundness and shape of Mississippi River sand // Jour. Geology, 1937. Vol. 45. P. 225–267.Russel R.D., Taylor R.E. Roundness and shape of Mississippi River sand // Jour. Geology, 1937. Vol. 45. P. 225–267.Kuenen Ph.H. Experimental abrasion. 4. Eolian action // J. Geol. 1960. Vol. 68. P. 427–449.Kuenen Ph.H. Experimental abrasion. 4. Eolian action // J. Geol. 1960. Vol. 68. P. 427–449.Kuenen Ph.H., Perdok W.G. Experimental abrasion 5. Frosting and defrosting of quartz grains // Journal of Geology. 1962. Vol. 70. P. 648–658. https://doi.org/10.1086/62686Kuenen Ph.H., Perdok W.G. Experimental abrasion 5. Frosting and defrosting of quartz grains // Journal of Geology. 1962. Vol. 70. P. 648–658. https://doi.org/10.1086/62686Krinsley D., Takahashi T. Surface textures of sand grains: an application of electron microscopy // Science. 1962. Vol. 135, No. 3507. P. 923–925.Krinsley D., Takahashi T. Surface textures of sand grains: an application of electron microscopy // Science. 1962. Vol. 135, No. 3507. P. 923–925.Krinsley D., Takahashi T. Surface textures of sand grains – an application of electron microscopy: glaciation // Science. 1962. Vol. 138, No. 3546. P. 1262–1264.Krinsley D., Takahashi T. Surface textures of sand grains – an application of electron microscopy: glaciation // Science. 1962. Vol. 138, No. 3546. P. 1262–1264.Georgiev V.M., Khrischev K. Experimental modelling of subaqueous mechanical abrasion of eolian quartz grains // 27th IGG Moscow, 1984. Vol. 2, P. 61–62.Georgiev V.M., Khrischev K. Experimental modelling of subaqueous mechanical abrasion of eolian quartz grains // 27th IGG Moscow, 1984. Vol. 2, P. 61–62.Величко А.А., Грибченко Ю.Н., Тимирева С.Н. Моделирование эоловой обработки песчаных зерен // Литология и полезные ископаемые. 1997. № 4. С. 431–439.Velichko A.A., Gribchenko Yu.N., Timireva S.N. Modelirovanie eolovoy obrabotki peschanyh zeren // Litologiya i polezniy iskopaemye. 1997.No. 4.P. 431–439.Шмелев Д.Г. Криогенез рыхлых отложений полярных областей Земли: Дис ... канд. геогр. наук. М., 2015. 155 с.Shmelev D.G. Kriogenez ryhlyh otlogeniy polyarnyh oblastey Zemli: Dis … kand. geogr. nauk. M., 2015. 155 p.Folk R.L. Petrology of sedimentary rocks: Austin, Texas, Hemphill’s Book Store, 1968. 170 pFolk R.L. Petrology of sedimentary rocks: Austin, Texas, Hemphill’s Book Store, 1968. 170 pФазлиахметов А.М., Стаценко Е.О., Храмченков Э.М. О применении рентгеновской компьютерной томографии при изучении песчаников // Геологический сборник № 11. Информационные материалы. 2014. С. 92–96.Fazliahmetov A.M., Stacenko E.O., Hramchenko E.M. O primenenii rentgenovskoy komputernoy tomografii pri izuchenii peschanikov // Geologicheskiy sbornik No. 11. Informacionnie materialy. 2014. P. 92–96.Курчатова А.Н., Рогов В.В. Новые методы и подходы к изучению гранулометрического и морфологического состава криогенных грунтов // Инженерные изыскания. 2014. Вып. 5-6. С. 58–63.Kurchatova A.N., Rogov V.V. Novie metody i podhody k izucheniu granulometricheskogo i morphologicheskogo sostava kriogennyh gruntov // Ingenernie izyskaniya. 2014. Vyp. 5-6. P. 58–63.Wenbo Zheng, Xinli Hu, Tannant D.D. Shape Characterization of Fragmented Sand Grains via X-Ray Computed Tomography Imaging // International Journal of Geomechanics. 2020. Vol. 20, Iss. 3. DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001599Wenbo Zheng, Xinli Hu, Tannant D.D. Shape Characterization of Fragmented Sand Grains via X-Ray Computed Tomography Imaging // International Journal of Geomechanics. 2020. Vol. 20. Iss. 3. DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001599Романенко К.А., Абросимов К.Н., Курчатова А.Н., Рогов В.В. Опыт применения рентгеновской компьютерной томографии в исследовании микростроения мерзлых пород и почв // Криосфера Земли. 2017. Т. 21, № 4. C. 75–81. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-4(75-81)Romanenko K.A., Abrosimov K.N., Kurchatova A.N., Rogov V.V. Opyt primeneiya rentgenovskoy komputernoy tomographii v issledovanii mikristroeniya merzlyh porod I pochv // Kriosphera Zemli. 2017. Vol. 21, No. 4. P. 75–81. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-4(75-81)Romanenko K.A., Abrosimov K.N., Kurchatova A.N., Rogov V.V. The experience of applying X-ray computer tomography to the study of microstructure of frozen ground and soils // Kriosfera Zemli. 2017. Vol. XXI, No. 4. P. 63–68. DOI: 10.21782/EC2541-9994-2017-4(63-68)Romanenko K.A., Abrosimov K.N., Kurchatova A.N., Rogov V.V. The experience of applying X-ray computer tomography to the study of microstructure of frozen ground and soils // Kriosfera Zemli. 2017. Vol. XXI, No. 4. P. 63–68. DOI: 10.21782/EC2541-9994-2017-4(63-68)Кунафин А.Д., Балыкова С.Д., Чернов М.С., Кузнецов Р.А. Особенности морфологии песчаных зерен и ее влияние на свойства аллювиальных песчаных пород горных рек // Материалы второй Общероссийской научно-практической конференции молодых специалистов. М., 2018. С. 21–27.Kunafin A.D., Balykova S.D., Chernov M.S., Kuznecov R.A. Osobennosti morphologii peschanyh zeren i ee vliyanie na svoistva alluvialnyh peschanyh porod gornyh rek // Materialy vtoroy Obcherossiyskoy nauchno-practicheskoy konferencii molodyh specialistov. M., 2018. P. 21–27.Cho G.C., Dodds J., Santamarina J.C. Particle shape effects on packing density, stiffness, and strength: Natural and crushed sands. // J. Geotech. Geoenviron. 2006. Vol. 132 (5). P. 591–602. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2006)132:5(591)Cho G.C., Dodds J., Santamarina J.C. Particle shape effects on packing density, stiffness, and strength: Natural and crushed sands. // J. Geotech. Geoenviron. 2006. Vol. 132 (5). P. 591–602. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2006)132:5(591)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.