При ведении морских геологических исследований одной из основных задач является составление специализированных карт: грунтовых, литологических, геоморфологических, металлоносности, инженерно-геологических и других, которые должны обеспечиваться необходимыми сведениями о составе и свойствах морских отложений и пород, получаемыми в результате лабораторных исследований. Морские геологические исследования, отличаясь большой специфичностью, требуют особого решения задач лабораторных исследований, в частности комплексности, высокой точности и большой продуктивности. Эти задачи с успехом могут быть выполнены в результате применения новых методов и средств лабораторных исследований, коренного совершенствования старых и в первую очередь— создания экспрессных методов, используемых в ходе лабораторных исследований на борту судна.
Современные методы и технические средства лабораторных исследований морских отложений и пород делятся на три основных вида:
— методы изучения гранулометрического состава;
— методы изучения химического состава;
— методы изучения минералогического состава.
Объем и характер используемых методов и средств лабораторных исследований могут изменяться в зависимости от решаемых задач, особенностей осадков и пород, типа искомого минерального сырья, этапа тематических работ и т. д.
Работы по определению гранулометрического состава (с выделением соответствующих фракций) выполняются прежде все-«о для установления классификационного наименования осадка, это необходимо также как подготовительный этап к последующему ведению технологических, минералогических, геохимических и других исследований.
Определение гранулометрического состава имеет важное значение в связи с необходимостью установления четкого классификационного наименования того или иного осадка. В настоящее время нет единой классификации морских осадков и пород, что приводит к путанице в понимании их особенностей и свойств, к их разноречивым наименованиям и классификациям.
При изучении гранулометрического состава в зависимости от крупности морских отложений применяют два основных вида анализа: ситовой и водный. Первый используют в случае анализа отложений гравийно-галечного и песчаного состава, второй — в случае пылевато-глинистого состава. Обычно гранулометрический состав морских отложений в лабораториях СССР выполняется по методикам, разработанным Институтом океанологии АН СССР. В последние годы для получения ускоренной информации о составе песчаных отложений создаются автоматические приборы; в частности, для выполнения гранулометрического и минерального состава создан автоматический прибор «Контраст» (AMA-I).
В ФРГ изготовляется прибор, позволяющий автоматически вести учет количества осажденных частиц с помощью седимен-тационных масс. Автоматические приборы определения гранулометрического состава применяют в США, Канаде и других странах. Гранулометрический состав пылеватых и глинистых отложений исследуется также по методике ИО АН СССР непрерывного водного анализа. Разработанный фирмой «Культ-роникс франс» (Франция) автоматизированный прибор «ТА» представляет собой 16-канальный анализатор, позволяющий за несколько секунд получить информацию и дифференциальную кривую распределения фракций, результаты анализа регистрируются на самописце. Эта же фирма разработала «Седиграф 5000», который с помощью рентгеновских лучей дает возможность автоматически измерять концентрацию частиц, находящихся в суспензии на различной высоте, как функцию времени.
Выбор методов и средств изучения элементного (химического) состава морских отложений определяется их составом и особенностями, количеством элементов, необходимых для определения, и требованиями точности анализа. В состав основных методов химического анализа входят физические, физико-химические и химические.
Физические и физико-химические методы анализа, обладая рядом широких возможностей и особенностей (высокая чувствительность, точность, экспрессность и т. п.), являются ведущими в аналитических исследованиях. В этих исследованиях наиболее широко используют эмиссионный спектральный анализ, атомно-адсорбционный анализ, ядерно-физические, рентге-носпектральные и электрохимические методы анализа. Перечисленные методы применяют с помощью специальных технических средств, как, например: спектрографов (ИСП-30, ДФС-8, СТЭ-1 и др.), квантометров (СФС-10, МФС-3 и др.), микрофотометров (МФ-4, ИФО-54) и др.), спектрофотометров («Спектр-2», «Сатурн», и др.) и т. д. В состав химического (классического) метода входят весовой и объемный методы анализа, посредством которых возможно определение до 70 элементов. Весовой метод дает возможность определять содержание кремния, серы, углерода, бария, объемный — содержание железа, цинка, меди, свинца, ртути.
Изучение минералогического состава морских отложений является одним из основных методов изучения особенностей ме-таллоносности терригенных отложений и условий формирования подводных россыпей, определения содержания полезных и сопутствующих минеральных компонентов, а также подсчета запасов россыпных месторождений. В зависимости от состава и особенностей морских отложений, от этапа и задач геологических исследований применяют метод анализа шлихов и рудных концентратов и метод анализа пылевато-глинистых фракций. Минералогические анализы выполняют по схемам, включающим фракционирование исходного материала проб (концентратов) по классам трудности, по плотности, магнитной восприимчивости и электропроводности, с последующим определением минералогического состава фракций.
Минералогический состав концентратов из пылевато-песча-ных фракций изучают с помощью бинокулярных микроскопов, точное же определение состава минералов требует применения иммерсионных препаратов и использования микроскопов серии ПОЛАМ, рентгеноструктурного и микрохимического анализов и т. д. В последние годы получили распространение инструментальные методы изучения минералов глин, в частности термический анализ, электронная микроскопия и рентгенодифракто-метрический метод. Минералогический анализ можно проводить как с точным количественным определением содержания всех составляющих пробу (концентрат) минералов, так и полуколичественным анализом материала с определением и подсчетом только полезных минералов и их типоморфных спутников. Результаты минералогического анализа проб морских отложений контролируются при помощи экспрессных ядерно-фи-зических или спектральных методов.
Эффективность и качество выполнения лабораторных исследований в значительной мере будут зависеть от того, насколько рационально подобран комплекс их методов. До сих пор нет единого подхода к комплексированию методов и средств лабораторных исследований, в результате чего получаемые в различных лабораториях данные нередко трудно сопоставимы.
ВНИИМОРГЕО разработана схема обработки и изучения вещественного состава проб при поисках россыпных месторождений в прибрежной части шельфа, согласно которой виды анализов группируются в три аналитических комплекса: 1) шлихо-минералогический, 2) химический, 3) литологический. При этом изучение вещественного состава морских россыпей рекомендуется выполнять по двум видам проб: рядовым и опорным. В зависимости от вида проб материала россыпи, исследуемого на золото или олово, предложены соответственно и две схемы обработки и лабораторного изучения проб: схема изучения рядовых проб и схема изучения опорных проб. Первая предназначена для получения массовой информации о содержании в исследуемом материале полезных и сопутствующих компонентов, что достигается применением двух аналитических методов: шлихо-минералогического и химического.
Вторая схема предусматривает получение более полной информации о содержании полезных и сопутствующих компонентов, а также о некоторых литологических и геохимических особенностях изучаемых морских отложений в результате применения трех методов исследований: шлихо-минералогического, химического и литологического. При изучении опорных проб применяют некоторые виды специальных исследований (микро-фаунистический и палинологический анализы, определение абсолютного возраста, анализ состава иловых растворов и поглощенного комплекса и др.), объем и состав которых определяются этапом и целями геологических исследований, особенностями морских отложений и геолого-литологическим строением изучаемого района.
В целом морские геологические исследования требуют от лабораторных работ комплексного и рационального подхода к изучению вещественного состава морских отложений путем применения экспрессных методов непосредственно в полевых условиях, которые бы обладали при этом достаточной точностью и надежностью получаемых результатов анализов.