Метод микроморфологического анализа рыхлых отложений и его применение для реконструкции палеогеографической обстановки в криолитозоне

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.

1. Sorby H.C. On the structures and origin of noncalcareous stratified rocks // Quart. J. Geol. Soc. London. 1880. Vol. 36. P. 46–92.

2. Wadell H. Volume, shape, and roundness of rock particles // Jour. Geol. 1932. Vol. 40. P. 443–451.

3. Krumbein W.C. Measurement and geological significance of shape and roundness of sedimentary particles // J. Sed. PetroI. 1941. Vol. 11. P. 64–72.

4. Cailleux A. Les actionnes éoliennes périglaciaires en Europe // Mémoires de la Société Géologique de France. 1942. Vol. 41. 176 p.

5. Cailleux A. Morphoskopische Analyse der Geschiebe und Sandkörner und Ihre Bedeutung für die Paläoklimatologie // Geologische Rundau. 1952. Bd. 40. P. 11–19.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Петтиджон Ф. Дж. Осадочные породы: Пер. с англ. М., Недра, 1981. 751 с.

10. 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.

11. Mahaney, W.C. Atlas of sand grain surface textures and applications. Oxford: Oxford University Press, 2002. 237 p.

12. Хабаков А.В. Об индексах окатанности галечников // Советская геология. 1946. № 10. С. 98–99.

13. Батурин В.П. Петрографический анализ геологического прошлого по терригенным компонентам. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1947.

14. 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.

15. Рухин Л.Б. Основы общей палеогеографии. Л.: Гостоптехиздат, 1962.

16. Рухина Е.В. Литология ледниковых отложений. Л., 1973. 76 с.

17. Артемова Н.Л. Микроморфология лессовидных образований области вечной мерзлоты как показатель их генезиса: Дис ... канд. геогр. наук. М., 1988. 195 с.

18. 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.

19. Konishchev V.N., Rogov V.V. Cryogenic processes in loess. Geography, environment, sustainability. 2017. Vol. 10(2). P. 4–14. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2017-10-2-4-14

20. Рогов В.В. Особенности морфологии частиц криогенного элювия // Криосфера Земли. 2000. Т. 4, № 3. С. 67–73.

21. 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.

22. Krinsley D.H., Doornkamp J.C. Atlas of quartz sand surface textures. Cambridge: University Press, 1973. 92 p.

23. 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.

24. Конищев В.Н. Некоторые общие закономерности преобразования состава дисперсных пород криогенными процессами // Проблемы криолитологии. Вып. VI. М.: Изд-во МГУ, 1977.

25. Russel R.D., Taylor R.E. Roundness and shape of Mississippi River sand // Jour. Geology, 1937. Vol. 45. P. 225–267.

26. Kuenen Ph.H. Experimental abrasion. 4. Eolian action // J. Geol. 1960. Vol. 68. P. 427–449.

27. 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/10.1086/62686

28. Krinsley D., Takahashi T. Surface textures of sand grains: an application of electron microscopy // Science. 1962. Vol. 135, No. 3507. P. 923–925.

29. Krinsley D., Takahashi T. Surface textures of sand grains – an application of electron microscopy: glaciation // Science. 1962. Vol. 138, No. 3546. P. 1262–1264.

30. Georgiev V.M., Khrischev K. Experimental modelling of subaqueous mechanical abrasion of eolian quartz grains // 27th IGG Moscow, 1984. Vol. 2, P. 61–62.

31. Величко А.А., Грибченко Ю.Н., Тимирева С.Н. Моделирование эоловой обработки песчаных зерен // Литология и полезные ископаемые. 1997. № 4. С. 431–439.

32. Шмелев Д.Г. Криогенез рыхлых отложений полярных областей Земли: Дис ... канд. геогр. наук. М., 2015. 155 с.

33. Folk R.L. Petrology of sedimentary rocks: Austin, Texas, Hemphill’s Book Store, 1968. 170 p

34. Фазлиахметов 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.

35. 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.

36. 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.1943-5622.0001599

37. Романенко 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)

38. 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)

39. 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.

40. 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)