Закономерности изменения фазового и химического состава, теплофизических характеристик засоленных пород и криопэгов п-ова Ямал в процессе их криогенного метаморфизма

• Автор: Кияшко, Надежда Владимировна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил. + Прил. (125 с.: ил.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общая характеристика работы

Глава 1. Геокриологические условия п-ова Ямал

1.1 Краткие сведения о климатических условиях, орографии и геологическом строении

1.2 Геокриологические и гидрогеологические условия

1.3 Распространение, происхождение и химический состав засоленных мерзлых

пород и криопэгов

Глава 2. Методики экспериментального и расчетного определения фазового и химического состава, теплофизических характеристик, засоленных пород и криопэгов

2.1 Методика экспериментального определения коэффициента теплопроводности

пород
2.2 Методика экспериментального определения фазового состава влаги и температу-
ры начала замерзания пород
2.3 Методика экспериментального определения теплоемкости пород
2.4. Методика исследования химического состава водных вытяжек пород
2.5 Методика расчетного определения параметров фазового и химического состава
поровых растворов засоленных пород и криопэгов с помощью программного
продукта
Глава 3. Характеристика объектов исследования
3.1 Краткая характеристика исследуемых образцов пород
3.2 Краткая характеристика исследуемых проб криопэгов
3.3 Методика обработки исходной информации о химическом составе криопэгов и
водных вытяжек засоленных пород
Глава 4. Закономерности изменения фазового и химического состава в процессе
криогенного метаморфизма криопэгов п-ова Ямал
4.1 Существующие представления о криометаморфизации морской воды в диапазоне
отрицательных температур
4.2 Закономерности изменения фазового и химического состава криопэгов в процес-
се их криогенного метаморфизма
4.3 Закономерности изменения фазового и химического состава в процессе криоген-
ного метаморфизма засоленных пород

Глава 5. Методика прогноза температуры начала замерзания и фазового состава влаги криопэгов п-ова Ямал
5.1 Методика прогноза температуры начала замерзания, фазового состава влаги,
плотности и pH криопэгов с помощью программного продукта
5.2 Методика прогноза температуры начала замерзания, фазового состава влаги,
теплофизических свойств, плотности и pH криопэгов с помощью приближенных инженерных соотношений
Глава 6. Методика прогноза температуры начала замерзания, фазового состава влаги и теплофизических свойств засоленных пород п-ова Ямал
6.1 Методика прогноза температуры начала замерзания, фазового состава влаги, и
теплофизических свойств засоленных пород с помощью программного продукта
6.2 Методика прогноза температуры начала замерзания, фазового состава влаги и
теплофизических свойств криопэгов с помощью приближенных инженерных
соотношений
Выводы
Список литературы
Приложения (отдельный том)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Тематика работы направлена на решение одной из фундаментальных проблем геокриологии - выявления закономерностей криогенного метаморфизма поровых растворов пород и криопэгов морского типа засоления, в процессе изменения термобарических условий, включая промерзание-оттаивание. Выявление этих закономерностей позволит глубже понять природу и механизм преобразования фазового и химического состава этих рассолов, причем не только на качественном, но и на количественном уровне. Физическая картина процесса промерзания засоленных дисперсных пород сложна. Процесс образования кристаллов порового льда сопровождается вытеснением ионов растворенных солей в пленки незамерзшей воды, что приводит к увеличению концентраций ионов в поровом растворе, а при относительно невысоких скоростях промерзания возможен и захват ионов растущими кристаллами льда; миграцией воды и ионов за счет концентрационной диффузии и осмоса; кристаллизацией солей с образованием минералов - мирабилита, гидрогалита и др.; адсорбцией порового раствора на минеральной поверхности пород; ионным обменом и химическими реакциями.
Под криогенным метаморфизмом природных вод мы понимаем совокупность физикохимических процессов, включающих такие явления как кристаллизация воды и плавление льда, осаждение и растворение солей, удаление и поглощение газов, изменение состояния солевых равновесий, образование ячеек льда с включенным в структуру рассолом, перераспределение солей между твердой и жидкой фазами воды. Промерзание песчаных пород сопровождается, как правило, частичным отжиманием порового раствора из зоны кристаллизации и его концентрированием. Процесс криогенного концентрирования может приводить к образованию линз высокоминерализованных отрицательно-температурных подземных вод-криопэгов.
Термин «криопэг» имеет в литературе неоднозначное толкование. Наиболее употребительным является, введенное Н.И. Толстихиным определение: «..Криопэги (криогалинные воды) - природные соленые воды с отрицательными температурами». В такой трактовке этот термин рассматривается нами.
Сложности и многообразие химического состава природных засоленных растворов, крайне затрудняет экспериментальное исследование процессов криогенного метаморфизма при различных термобарических условиях. Так в лабораторных условиях подробно исследован это процесс только для морской воды. Натурные определения химического состава водных вытяжек и проб криопэгов носят, как правило, единичный (за сезон) и фрагментарный характер. Это обуславливают целесообразность применения для исследования и прогноза изменения величин соответствующих характеристик других методов, в первую очередь, современных методов тер-

Слой, контактирующий с охранным стаканом, изготовлен из пенопласта и имеет толщину <3 = 15 мм. Внешний слой ((3 =6 мм) изготовлен из стали.
Измерения и регулирования температуры калориметра осуществляются с помощью компьютерной системы с использованием компьютерного порта, выполненного в виде отдельного модуля, имеющего предусилитель, АЦП и ЦАП и соединенный с компьютером через принтерный порт (рис.2-5).
Система измерения и регулирования калориметра осуществляется по следующей схеме. На первый канал АЦП подается предварительно усиленный сигнал от датчика разности температуры калориметрического и охранного стаканов. В зависимости от полярности этого сигнала, его величины и скорости его изменения на первый канал ЦАП передается управляющий сигнал и на его выходе появляется аналоговый сигнал, который подается на управляющий разъем стабилизированного источника Б5—45А, питающий охранный нагреватель калориметрического стакана.
Рис. 2-5. Схема калориметрической установки: 1 — ноль-термостат; 2 - калориметр; 3 — блок усилителей постоянного тока; 4 - блок АЦП и ЦАП; 5 - источник питания калориметра; 6 -источник питания охранного стакана; 7 — системный блок компьютера
Система регулирования температуры охранного стакана организована таким образом, что направлена на поддержание нулевой разности температуры между калориметрическим и охранным стаканами и этим обеспечивает адиабатические условия для калориметрического стакана. При этом разбаланс температуры охранного и калориметрического стаканов компьютерной системой интегрируется и записывается в таблицу данных.
На третий канал АЦП подается предварительно усиленный сигнал от основного датчика калориметра, расположенного в охранном стакане. Этот сигнал периодически записывается в таблицу данных. Следует отметить, что при нулевой разности температуры калориметрического и охранного стаканов сигнал, фиксируемый на третьем канале, будет точно соответствовать температуре калориметрического стакана. Для того чтобы это соответствие сохранилось и при