книги из ГПНТБ / Картирование шельфов сборник статей

Изменение температуры морской воды на 1—3° С ведет к из­ менению ее вязкости, перекрывающему в большинстве случаев (вне мутьевых потоков) влияние на вязкость изменения солено­ сти и давления (при глубине <1000 м и t > Ч-1° С; Хорн, 1972, табл. 3, 4, фиг. 1.16, 1.19). Это справедливо при малом содержа-

-нии тонкой взвеси (Леви, 1967, фиг. 7—5; Якубович и др., 1972; Swift и др., 1973). Такое изменение температуры ведет к измене­ нию гидравлических крупностей зерен (Караушев, 1969, табл. 13.4), которое может быть выявлено 19-фракционным анализом при условии равенства других параметров седиментации (Смир­ нов и др., 1973). Экспериментальные данные по влиянию измене­ ния температур на транспорт наносов подтверждают изменение гидравлических крупностей зерен осадка (Colby и др., 1965; Nordin и др., 1965). Возможность палеотермии по гранулометрии предполагается А. Моссом (Moss, 1972). В данном случае оценка эффекта температуры для осадков к северу и югу от мыса Гаттерас затруднена недостаточной дробностью анализа, совмещением современных и реликтовых осадков, отсутствием полных данных по придонным скоростям течений. В то же время к северу от мыса Гаттерас вариации придонной температуры (Serial Atlas, 1968) позволяют выделить теплое полугодие с t = 5—20° (июнь — но­

ябрь) и холодное полугодие с t = 5—12,5° (ноябрь — июнь). Влияние времени опробования на структуру современных

осадков (в отличие от реликтовых осадков) сказалось в том, что в мае — июне (конец холодного периода) отмечается большая вероятность отбора алевритовых песков, чем в октябре (конец теплого периода). Возможно, однако, что колебания в зернисто­ сти осадков являются результатом влияния весеннего стока рек. Это затрудняет оценку влияния изменения температур, т. к. воз­ никает дополнительный фактор, требующий учета. Из изложен­ ного вытекает необходимость постановки специальных исследо­ ваний на донном полигоне для изучения вопроса о возможных эффектах изменения температур.

Ос а д к и к о н т и н е н т а л ь н о г о с к л о н а к северу от мыса Гаттерас охватывают глубины 200—2000 м. К югу от него от 100 до 600—800 м глубины идет склон Флорида — Гаттерас. Далее до глубины 1000 м следует плато Блейк (рис. 1). Осадки этих площадей представлены песчано-алевро-глинистыми отло­ жениями. Для краткости рассмотрим зависимость %— т (рис. 6).

а) Выделяются три главные совокупности пород дефицитом промежуточных значений крупностей около 3 и 6ф с изменением значения т по обе стороны от зоны дефицита.

б) Тип породы по классификации Шепарда точно не харак­ теризует совокупность. Отсутствуют чистые глины и алевриты, что, вероятно, может быть следствием техники опробования, не зависящей от характера слоевыделения тонкообломочных пород, т. е. смешения при опробовании.

100

в) Большая часть песков и песчаных алевритов принадлежит группе «т>0», что хорошо согласуется с представлением об их более высокой переработке по сравнению с песками шельфа.

г) Большая часть глинистых алевритов и алевритовой глины принадлежит группе «т<0», что может характеризовать их как продукты интеграции или смешения, возможно и за счет несовер­ шенства опробования.

д) Выделяются подсовокупности, обусловленные дефицитом некоторых значений %, а на их фоне «подподсовокупности» в связи с дефицитом некоторых значений т при т, не стремящимся к 0.

Для сравнения с песками шельфа рассмотрим значение %— т для одномодальных песков склона Флорида — Гаттерас, имею­ щих в большинстве случаев б< 1,5 (рис. 7). Несмотря на малое

Рис. 7. Связь среднего размера (%) с коэффициентом эксцесс (т) при б<1,5 для одномодальных песков склона Флорида-Гаттерас (пл. 42, 46, 49, 54, 57, 61,.

см. рис. 1):

1 — проба со шкалой 1,0ф; >2— то же при 0,5ср.

число анализов, дискретность %и т проявляется. При т не стре­ мящемся к 0 намечаются разновидности песков: — 1,0<т<0,0 < т < + 1,0 и + 1,0< т< +2,0. В сравнении с южным шельфом возрастает доля группы «т>0». Это можно объяснить большей степенью переработки осадка и ее прерывистым (?) возрастани­ ем— появлением песков при + 1.0<т<+2.0. Намечающиеся дефициты % определяются, вероятно, границами каких-то подсовокупностей песков, и эта граница смещена относительно границ песков шельфа (рис. 2). На плато Блейк доля группы «т>0» возрастает еще больше, что свидетельствует о еще более значительной переработке осадочного материала. Однако малое число анализов не позволяет провести подробный анализ. Отме­ тим, что рассмотренные нами пески не являются продуктами мутьевых потоков. Последние не могут генерировать столь «чи­ стые» пески. Есть и другие факты, подтверждающие перенос дан-

102

ных песков глубоководными течениями (Pratt, 1963; Hubert, 1964). Таким образом, осадки континентального склона так же обладают дискретными свойствами.

З а к о н о ме р н о с т и д и с к р е т н о й с т р у к т у р ы пара­ генерации осадков шельфа и склона могут быть обобщены поня­ тием о четырех порядках дискретности параметров их грануло­ метрического состава, зависящих от физических условий седимен­ тации:

1. Первый порядок характеризуется наличием дефицита по­ род, отвечающего определенным значениям среднего размера зе­ рен и других параметров гранулометрического состава в общем спектре парагенерации осадков шельфа и склона. Выделяются три главные совокупности — пески пород со средним разме­ ром зерен >0,125 мм; пески, алевритовые пески и песчаные але­ вриты со средним размером зерен —-0,015—0,125 мм; глинистые алевриты со средним размером зерен <0,015 мм. Отсутствие чихтых алевритов и глин частично связано, вероятно, со смешением материала при опробовании. Происхождение дискретности дан­ ного порядка может связываться с различием законов транспор­ тировки и седиментации частиц (по Ф. Петтиджону, Л. Б. Рухину) и их минералогией (по Н. М. Страхову).

2.Второй порядок определяется аналогичным образом для каждой совокупности. Для песков это связано с наличием под­ совокупностей (подпород) преимущественной суспензионной, сальтационной и донной транспортировок, имеющих разные раз­ меры зерен. Параметры подсовокупностей зависят от физических условий среды седиментации. Для алевритовых и глинистых по­ род дискретность данного порядка может быть связана с дискрет­ ным спектром физических параметров среды седиментации.

3.Третий порядок обнаруживается дефицитом песков, имею­ щих строго логнормальное распределение размеров зерен по коэффициенту эксцесса для каждой из подсовокупностей. Это определяется существованием продуктов осадочной дифферен­

циации и интеграции, имеющих противоположную тенденцию из­ менения структуры осадка, что дает для каждой подсовокупности две «подподсовокупности» (подподпороды). Для алевритовых и глинистых пород отмечается лишь одна из двух «подподсовокупностей».

4. Четвертый порядок предполагается для всех пород дефи­ цитом для каждой из «подподсовокупностей» осадочной диффе­ ренциации материала некоторых степеней переработки. Это вы­ зывает представления о скачкообразном (?) процессе осадочной дифференциации.

Изложенные выводы, особенно касающиеся дискретности 3—4 порядков, требуют дальнейшего изучения, для чего необхо­ димы специальные исследования на придонном полигоне в морях и на шельфе. Это определяется перспективами исследования

103

дискретности для изучения физических процессов образования современных осадков и использования этих знаний для рекон­ струкции физических параметров седиментации осадков прошлых эпох. Тем не менее уже сейчас особенности дискретной структуры выдвигают следующие основные желательные требования при изучении и картировании современных осадков:

а) максимально возможная дробность гранулометрического анализа;

б) повторное опробование по одной и той же сети в связи с сезонными или другими вариациями условий седиментации;

в) совершенствование техники опробования алевритовых и глинистых пород;

г) учет скоростей течений, температур и распределения тон­ кой взвеси придонного слоя воды в момент опробования;

д) дифференцирование систем опробования по площадям, от­ личающимся условиями седиментации;

е) последовательный анализ дискретных свойств спектров гранулометрических параметров с выявлением параметров диск­ ретным совокупностей;

ж) главное — картирование параметров дискретной структу­ ры взамен характеристик, исходящих из формальных классифи­ каций.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

Ви с т е л и у с А. Б. Красноцветные отложения полуострова Челекен. М.? «Наука», 1966.

конакопления в кембро-ордовикских песках Прибалтики. — ДАН, т. 212, № 3, 1973.

в связи с проблемой палеогравитации. — «Бюлл. МОИП», сер. геол., № 2, 1972. С м и р н о в Л. С., К о л о б з а р о в О. В., Р о ж к о в Г. Ф. Дискрет­ ность материала песчано-алевритовых пород в связи с эволюцией осадкона-

копления. — «Сов. геология», № 12, 1973.

С м и р н о в Л. С., Р о ж к о в Т. Ф. Дискретность и симметрия грануло­ метрического состава песчаных пород. — В кн.: Симметрия в природе. Л., 1971.

С т р а х о в Н. М. Основы теории литогенеза. М., АН СССР, 1962. Физико-географический атлас мира. М., АН СССР, 1964.

Хо р н Р. Морская химия. М., «Мир», 1972.

104

О. С. Корнев, М. А. Детков

Р Е З У Л Ь Т А Т Ы О П Ы Т Н О - М Е Т О Д И Ч Е С К И Х РА Б О Т ПО Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Й С Ъ Е М К Е Ш Е Л Ь Ф А

Геленджикским отделением ВНИИМОРГЕО в 1968—1972 гг. проводились опытные работы по созданию методики средне- и крупномасштабной геологической съемки шельфа.

Район исследований представляет полосу шельфа у Таман­ ского полуострова шириной до 50 км, к юго-востоку он резко су­ жается в районе мыса Пицунда, где континентальный склон под­ ходит близко к берегу, ширина шельфа уменьшается до 0,5 км. На целом ряде участков шельф изрезан каньонами, вершины кото­ рых иногда подходят очень близко к берегу, начинаясь на глу-' бинах 20—50 м.

В геологическом отношении исследуемая полоса шельфа яв­ ляется продолжением системы альпийской складчатости южного склона Большого Кавказа. Самые древние отложения, обнажаю­ щиеся на шельфе, представлены дислоцированными породами верхнемелового флиша. Это — чередующиеся мелкослоистые мер­ гели и глины. Выше по разрезу — также дислоцированный терригенный комплекс палеогеновых и неогеновых осадков. Разрез венчается морскими осадками четвертичного возраста, которые образуют рыхлый чехол на дислоцированных образованиях мезокайнозоя. Мощность чехла ориентировочно оценивается в не­ сколько десятков метров, но не более 70—100 м. Породы мезокайнозоя, как правило, образуя бенч, обнажаются в прибрежной полосе шельфа и на континентальном склоне с крутыми углами.

На различных участках были опробованы следующие техни­ ческие средства ведения морских геолого-съемочных работ: сей­ смоакустика, магнитометрия, электрометрия, радиометрия, каппометрия, мелкое ударное бурение, отбор колонок грунта прямо­ точными и вибропоршневыми трубками, отбор образцов и проб грунта драгой и дночерпателем, подводные геологические наблю­ дения, проводившиеся геологами-акванавтами.

Се й с мо а к у с т и к а выполнялась аппаратурой с магнитострикционным и электроискровым источником упругих колебаний на судах водоизмещением 300—400 т, при скорости хода 3— 3,5 узла. В табл. 1 приведены типы аппаратуры и параметры регистрации.

Работа на ЗГЛ-2 в геологических условиях района показала, что его4геологическая эффективность на различных участках не-

106

/

v

равнозначна и в общем-то низкая. Полезная информация была получена в пределах маломощной (10—12 м) существенно псам­ митовой толщи морских четвертичных осадков. Здесь отмечались явления выклинивания отдельных слоев. Максимальные глубины отражающих горизонтов были зарегистрированы в каньонах. На борту каньона вблизи устья р. Шахе мощность водонасыщенных илов определена в 70 м. В других каньонах по верхнему слою осадков (10—15 м) четко фиксировались оползневые явления.

Более информативными явились результаты использования сейсмоакустических приборов с электроискровым источником упругих колебаний. В первое время, при опробовании моделей аппаратуры на высоких энергиях с датчиком, представляющим собой два точечных электрода, получаемые результаты были ма­ лоудовлетворительны. От сильного прямого удара полоса помех накладывалась на верхнюю часть записи, что не позволяло рабо­ тать на глубинах менее 25—30 м. Большой помехой явился по­ вторный удар, накладывающийся на запись более глубоких гори­ зонтов. В дальнейшем были применены групповые датчики, по­ зволившие уменьшить энергию и время действия повторного удара, освоена методика работ с использованием корпуса судна в качестве экрана от прямого удара, увеличен диапазон частот регистрации в сторону их повышения. Все это дало возможность работать на самых малых глубинах, определяемых лишь навига­ ционным качеством судна.

Так, на Таманском шельфе при глубинах моря 10—50 м с источником мощностью 4 кдж были получены отражающие го-

107

ризонты в четвертичных и неогеновых отложениях до глубин 50—200 м от дна с разрешающей способностью до 3—4 м. Выяв­ лена сложная картина взаимоотношений чехла рыхлых отложе­ ний и дислоцированной толщи неогена, зафиксирован целый ряд сопряженных антиклиналей и синклиналей конседиментационного и диапирового характера.

На акватории мыса Пицунда использовалась аппаратура с бо­ лее мощным разрядным устройством (табл. 1, пункт 5). Получен сейсмоакустический разрез рыхлой толщи четвертичных осадков и неогеновых отложений общей мощностью 400—600, а иногда до 1000 м при глубинах моря до 1000 м. Выявлен характер взаи­ моотношения этих толщ и особенности строения неогеновой. На континентальном склоне зафиксированы образования, вызванные оползнями. Минимальная временная мощность отдельных гори­ зонтов, отмеченных сейсмоакустикой, в отложениях неогена со­ ставляет 5 м/сек, в чехле рыхлых осадков — 3—7 м/сек.

Нужно заметить, что на шельфе в области развития монотон­ ной толщи верхнемелового флиша, где использованы сравнитель­ но низкие частоты фильтрации, не было получено четких отра­ жающих границ. Анализ материалов показывает, что высокую разрешающую способность можно получить при работе на высо­ ких частотах, но глубинность исследования в таком случае будет! небольшая. Поэтому при усовершенствовании аппаратуры необ­ ходимо направить усилия на осуществление одновременной реги­ страции сигналов в двух диапазонах частот, примерно 100—600

и 600—2000 гц.

Ма г н и т о ме т р и я выполнялась в комплексе с сейсмоаку­ стикой на отрезке шельфа Сочи — Лазаревское с помощью мор­ ского протонного магнитометра М-30. В прибрежной полосе были зафиксированы магнитные аномалии интенсивностью 0,5—2,0 мэ. Грубая оценка глубин залегания возмущающего'объекта соста­ вила 200—300 м. К сожалению, сейсмоакустические работы на этом участке проводились еще неусовершенствованной аппара­ турой и аномалии АТ остались без корреляции с данными этого метода. Отрицательным фактором при количественной интерпре­ тации магнитных аномалий явилась незаконченность профилей со стороны берега, т. к. его близость не позволила выйти с наблю­ дениями в нормальное поле. Основной технический недостаток методики — значительное удаление (150—200 м) датчика от суд­ на, что ограничивает область исследования прибрежной полосы, а также затрудняет навигационный маневр при детализационных работах.

Эл е к т р о ме т р и я опробовалась на шельфе в варианте измерения потенциала естественного поля (ЕП) с помощью опыт­

ч

(1,5—5,0 м) исследования проводились со шлюпки при разносе MN 50 м; при работе с корабля эта величина составляла 100 м. На мелководье (Геленджикская бухта) методом ЕП были зафик­ сированы, выявленные ранее по геологическим признакам, круто­ падающие разрывные нарушения, а также речное русло, погре­ бенное под морскими осадками. Запись измерений потенциала естественного поля с корабля не обнаруживает закономерных изменений и не коррелируется с магнитометрией, проводившейся в комплексе. Это объясняется несовершенством применяемой методики и ее следует пересмотреть.

Ка п п о ме т р и я и р а д и о ме т р и я . Известно, что полез­ ные компоненты россыпей, как правило, представлены минера­ лами тяжелой фракции. Среди них почти повсеместно присут­ ствуют формы с высокой магнитной восприимчивостью и радио­ активностью. Опыт морской радиометрии показал перспектив­ ность метода в картировании осадков и поисков россыпей. Не меньшие перспективы в этом отношении можно ожидать от каппометрии, поскольку технически возможно фиксировать весьма небольшие количества магнитных минералов, имеющих в природе очень широкое распространение.

Исходя из этого, с целью поисков морских россыпей, радио­ метрический и каппометрический каналы были совмещены в двух погружных вариантах: для поисков месторождений на ходу судна (испытания велись со шлюпки) и для поисков в процессе под­ водных геологических работ. Оба образца были скомпанованы из полевого радиометра СРП-2 и каппометра, близкого по схеме ИМВ-2. Испытания были проведены на шельфе (Геленджикская бухта), где развиты осадки с очень слабой дифференциацией наблюдаемых свойств — существенно карбонатными илами и песками; четких аномальных показаний обнаружено не было. Однако применение рабочих эталонов, а также обследование под­ водных искусственных объектов (железобетонные плиты, бетон­ ные глыбы), имеющих аномальные значения измеряемых свойств, показали работоспособность обоих каналов. В дальнейшем ра­ боты совмещенных каналов необходимо опробовать на известных магнетитовых россыпях кавказского шельфа.

Перечисленные методы довольно мобильны и с их помощью можно быстро получить большой объем полезной информации. Однако, чтобы ее однозначно проинтерпретировать, необходимы прямые геологические исследования горных пород по разрезу и прямые геологические наблюдения под водой. В ряде же случаев с помощью геологических методов может быть получен основной объем информации.

Мелкое уда рное б у р е ни е проводилось на шельфе мыса Пицунда, где оно было скомплексировано с сейсмоакустическим методом. Для бурения была применена опытная модель плавучей буровой установки (ПБУ) «Днепр-1», принадлежащая Черномор-

109