книги из ГПНТБ / Картирование шельфов сборник статей

В. Б. Ляцкий

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ И КАРТИРОВАНИЯ ШЕЛЬФОВ

Комплексное изучение шельфов предполагает познание их геологического строения и истории развития. Эффективным сред­ ством такого познания является геологическое картирование. Сказанное в равной степени относится и к суше, и ко дну Миро­ вого океана. Однако, если для суши научно-теоретические и мето­ дические основы проведения геологических, в том числе геолого­ съемочных и картировочных рарот давно уже служат предметом специального и пристального изучения, то для моря, даже прин­ ципиальные основы проведения геологических исследований тре­ буют еще своего обсуждения и разрешения.

До сих пор среди исследователей отсутствует единство даже в понимании самого термина «шельф», а тем более в толковании генезиса шельфов, их геологической классификации и т. п. (Ше­

шельфом разновидности плит, составляющие окраину континента в периферической зоне океана. Однако многие геологи и океано­ логи выступают против этого представления». В одной из послед­ них работ О. К. Леонтьев (1968; об этом ниже) вообще лишает права называться шельфами материковую отмель геосинклинальных областей.

В свете изложенного очевидно, что выработка единых теоре­ тических основ геологического изучения и картирования шельфов является важнейшей современной задачей морской геологии. Ниже делается попытка наметить конкретные пути решения этой задачи.

Основные подходы к трактовке понятия «шельф»

Согласно юридическому определению, содержащемуся, в част­ ности, в Указе Президиума Верховного Совета СССР от 6 фев­ раля 1968 года «О континентальном шельфе Союза ССР», «конти­ нентальным шельфом. .. являются поверхность и недра морского дна подводных районов, примыкающих к побережью или к остро­ вам. . ., но находящихся вне зоны территориального моря до глу­ бины 200 метров или за этим пределом до такого места, до кото­

31

рого глубина покрывающих вод позволяет разработку естествен­ ных богатств этих районов».

Эта формулировка вполне совпадает с определением, данным в статье I международной Конвенции о континентальном шельфе

(1958 г.).

Иное содержание вкладывают в понятие «шельф» географы. Гак, согласно определению Международного комитета по номен­ клатуре форм рельефа дна океанов (1953 г.), шельф — это «.. .зо­ на вокруг материаков, простирающаяся от береговой линии (при низком стоянии уровня воды во время отлива) до глубины, на которой отмечается резкое увеличение крутизны склона, спускаю­ щегося к области больших глубин», т. е. от уреза воды до конти­ нентального склона (см. в сб. «Рельеф...», 1964). Приведенная формулировка не может быть признана вполне четкой и удовле­ творительной, т.- к. в некоторых районах подводной периферии континентов наблюдается не один, а несколько перегибов поверх­ ности дна, что затрудняет определение внешней границы шель­ фов. Предложение о проведении ее по «наиболее четкому пере­ гибу» также не является безукоризненным.

чаще всего понимаются существенно выровненные, пологие по­ верхности морского дна (sheIf — по-русски — полка).

Таким образом, согласно наиболее распространенным пред­ ставлениям, нашедшим отражение и в энциклопедических слова­ рях (см., например, БСЭ, т. 26, «Краткую географическую энци­

или «континентальное мелководье». С нашей точки зрения, целе­ сообразно сохранить термин «шельф» именно в таком, традици­ онном географо-геоморфологическом понимании (рис. 1).

Рис. 1. Схематический профиль области перехода от океана к конти­ ненту (см.: Николаев, 1972). Средняя глубина шельфа— 132 м — дана по Ф. Шепарду.

32

В последнее время, однако, понятию «шельф» стал прида­ ваться также и геолого-тектонический смысл, шельфы начали рассматриваться как некоторые структурно-геологические эле­ менты земной коры. Существенно тектонический подход к изуче­ нию шельфов встречается все чаще и представляется в целом весьма перспективным. Это подтверждается хотя бы тем, что только с тектонических позиций, вероятно, можно объяснить та­ кие видимые закономерности периферических частей континентов, как в общем прямая пропорциональность ширины шельфов раз­ мерам прилегающей приморской равнины и обратная пропор­ циональность площади шельфов относительно площади аквато­ рии океанов, водами которого они омываются.

При этом, однако, следует считать крайностью, когда некото­ рые исследователи в своем увлечении «тектонизировать» содер­ жание термина «шельф» чуть ли не все его особенности (морфо­ логические, седиментологические и иные) склонны определять тектоникой. В этом отношении особенно показательны представ­ ления Д. Г. Панова (1963), который генетическую классификацию шельфов пытался строить целиком на основе внешней связи шельфов с теми или иными структурно-тектоническими элемен­ тами материков, выделяя шельфы допалеозойских платформ, шельфы палеозойских платформ и т. д.

В свете изложенного преувеличением представляются и воз­ зрения О. К. Леонтьева (1968, стр. 100—101), который полагает возможным называть шельфом только «. . .ту прилегающую к бе­ регу часть дна Мирового океана, которая в геоморфологическом и структурно-геологическом отношении представляет собой непо­

далее, — узкие прибрежные отмели, окаймляющие горные соору­ жения геосинклинальных областей, по-видимому, не следует име­ новать шельфом».

Такие предположения очевидно противоречат сложившемуся, традиционному географо-геоморфологическому пониманию тер­ мина «шельф», что неизбежно затрудняет их принятие специали­ стами разного профиля. Необходимо учитывать, что шельфы по существу являются новообразованиями, н а л о ж е н н ы м и на древний (относительно времени заложения этих новых образо­ ваний) субстрат. И, как всякие наложенные образования, шельфы

на котором они заложились, хотя влияние последнего может быть в определенных случаях весьма большим. Шельфовые отложения (преимущественно осадочные толщи, сформировавшиеся за весь период существования шельфовых водоемов, от времени заложе­ ния по настоящее время) в целом залегают несогласно на гео­ логических образованиях древнего основания (подложья).

Изучение особенностей геологических образований подложья существенно важно для решения многих теоретических и прак­ тических задач. Большое значение имеет исследование их текто­ нической природы, изучение их структурных форм, но это, так сказать, «мертвая» тектоника, прототектоника, лишь пассивно влияющая на развитие современных шельфов.

Другое дело новейшая тектоника, проявляющаяся в актив­ ных, «живых» тектонических движениях и формировании новей­ ших, «живых» структурных форм, — «морфоструктур». Она, есте­ ственно, оказывает прямое влияние на современные шельфы. Таким образом, если класть тектонический принцип в основу классификации шельфов, то следует принимать во внимание пре­ жде всего именно новейшую тектонику, определяющую главней­ шие черты современного рельефа Земли.

Однако и на такой основе вряд ли можно создать г е н е т и ­ ч е с к у ю тектоническую классификацию шельфов, т. к. возник­ новение поверхностей, на которых развились шельфовые бассей­ ны далеко не всегда связано с тектоникой вообще. Следует четко оговорить, о какой поверхности собственно идет речь: о нынешней ли поверхности дна современных шельфовых водоемов, т. е. гео­ морфологической поверхности, являющейся и т о г о м определен­ ного развития шельфовых бассейнов, фиксированным на сего­ дняшний день, или о той первичной палеогеоморфологической по­ верхности, на которой некогда н а ч а л о с ь развитие таких бас­ сейнов.

В прошлом вопрос о происхождении шельфов в такой пло­ скости не привлекал внимания, т. к. фактический материал по геологии морского дна, которым оперировали прежде, в лучшем случае давал информацию по характеристике лишь предельно узкого придонного слоя. Иное дело сейчас, когда данные морского бурения вскрыли на шельфах достаточно глубокие геологические горизонты и позволили сделать вывод, что.по крайней мере в не­ которых местах (например, на антлантическом побережье Север­ ной Америки) шельфовые седиментационные бассейны существо­ вали почти непрерывно на протяжении десятков, а порой и сотен миллионов лет, и подошва накопившихся в этих бассейнах осад­ ков отделена от их современной кровли (совпадающей с дном нынешних шельфовых морей) интервалом во многие километры.

Очевидно, что обе рассматриваемые поверхности — и совре­ менно-геоморфологическая, и палеогеоморфологическая, как и геоморфологические поверхности вообще — могли возникнуть в

34

итоге деятельности одних и тех же ведущих факторов: тектони­ ки, денудации или аккумуляции, действующих либо порознь, либо совместно (полигенетические поверхности выравнивания Ю. М. Мещерякова). Не менее очевидна, однако, также необхо­ димость раздельного их изучения и сопоставления их друг с дру­ гом, что может лечь в основу генетической классификации шель­ фов, как особых элементов рельефа подводной окраины массивов суши (материковой и островной).

р

Современные представления о происхождении шельфов

Первые научные представления о шельфах строились, исходя из предположения об их происхождении под влиянием аккумуля­ ции или абразии. Это естественно, поскольку шельфы рассматри­ вались с позиций лишь географо-геоморфологических, а не исто­ рико-геологических, а также вследствие того, что исследователи шли к познанию генезиса шельфов от побережья, через изучение современных береговых процессов, которые, как известно, непо­ средственно наблюдаются прежде всего в явлениях аккумуляции и абразии К

Соответственно, в конце XIX в. были сформулированы две основные концепции происхождения шельфов, ставшие класси­ ческими. Автором одной из них был Дж. Меррей — участник пер­ вой океанографической экспедиции на «Челленджере» в 1873— 76 гг. и редактор пятидесятитомного издания трудов — результа­ тов обработки материалов этой экспедиции. По его мнению, шельф — это подводная равнина, возникшая в итоге накопления продуктов разрушения континентов. Подобно дельте, шельф, так же как и материковый склон, наступает на море.

Иной точки зрения придерживался выдающийся немецкий географ Ф. Рихтгофен, который ведущую роль в образовании шельфов отводил разрушительному действию морских волн — морской абразии. Шельфы, согласно этим представлениям, явля­ ют собой абразионные равнины, развивающиеся со стороны на­ ступающего моря далеко в глубь материков.

Концепция Ф. Рихтгофена нашла много приверженцев, в том числе в лице таких крупнейших ученых как Э. Ог, А. П. Карпин­ ский, Дж. Девис и др. Наиболее завершенную форму идеи об определяющем значении морской абразии в формировании шель­ фа получили в работах Д. Джонсона. По его мнению, разруши­ тельное действие морской абразии распространяется в глубь материков практически беспредельно, и, таким образом, вся суша1

1 Приведенные ниже краткие исторические сведения даны лишь для луч­ шего понимания сложной картины с о в р е м е н н ы х научных представлений о генезисе шельфов. Изложение истории вопроса содержится в трудах Ж- Бур-

кара (1953), Д. Г. Панова (1963) и др.

*

35

может превратиться в подводную абразионную равнину. Он со­ здал концепцию профиля равновесия, согласно которой шельф состоит из двух частей: внутренней, абразионной, и внешней, ак­ кумулятивной.

Последующие исследования опровергли столь крайние пред­ ставления «абразионистов». По новейшим данным (Зенкович, 1962 и др.), при самых благоприятных условиях морская абразия (при неизменном абсолютном уровне моря) не может образовать равнинную поверхность, ширина которой превышала бы 200— 300 км, т. к. возникающий при этом профиль равновесия кладет предел дальнейшему распространению абразионной деятельности моря. Согласно выводам других исследователей, и эти цифры представляются весьма завышенными.

Несмотря на современное неприятие слишком уж прямолиней­ ных и упрощенных представлений Дж. Меррея, Ф. Рихтгофена и других ученых прошлых лет, вопрос о роли и значении процес­ сов аккумуляции и абразии в формировании шельфов до сих пор остается предметом серьезных разногласий. В связи с этим ха­ рактерны, например, возражения В. П. Зенковича Ж. Буркару, изложенные им в предисловии к русскому переводу книги послед­ него «Рельеф дна океанов и морей» (1953, стр. 8—9). Ж. Буркар, пишет В. П. Зенкович, «. . .пытается доказать, что абразия в раз­ витии рельефа земной коры играет подчиненную роль». И далее: «Такая тенденциозность автора непонятна.. .», т. к. общеизвестны «. . .факты о значительном темпе абразии. . .» и т. д.

Однако принципиально важными являются не эти и иные по­ добные разночтения в определении роли и значения абразии и аккумуляции среди процессов, формирующих шельфы, а признан­ ная ныне сложность самих этих процессов, а также стремление выявить более глубокие причины, предопределившие как абра­ зионно-аккумулятивную деятельность моря, так и возникновение шельфов.

Впервые мысль о необходимости учета различных факторов формирования шельфов была четко развита Ф. Нансеном в 1904 г. Ему же принадлежит и одна из первых генетических классифи­

в) в итоге повышения уровня моря, г) при понижении краевой части материка.

Таким образом, наряду с абразией и аккумуляцией Ф. Нансен учитывал также фактор тектонический (понижение краевой части материка) и фактор эвстатического подъема уровня моря. В даль­ нейшем мысль исследователей шла в основном в направлении выяснения значения именно этих факторов.

Еще Ф. Рихтгофен признавал, что для образования обширных абразионных поверхностей необходимо допустить трансгрессию моря. Особая роль трансгрессий в возникновении шельфов была

36

отмечена позже, в 1938 г., В. Новаком. По его мнению, шельфы явились результатом глобальной эвстатической трансгрессии чет­ вертичного времени.

Горячим сторонником теории возникновения шельфов в связи с трансгрессиями моря был Ж. Буркар. Но он увязывал транс­ грессии с развитием континентальной флексуры, под которой понимал «зону перегиба поверхности суши и поверхности океа­ нического дна». Таким образом, он объяснял трансгрессии суще­ ственно тектоническими причинами. «. . .Современная граница моря и суши, — писал Ж. Буркар (1953, стр. 93), — почти точно соответствует границе зон погружения и поднятия земной коры». И далее: «В итоге мы приходим к следующему выводу: изменение положения береговой линии в основном определяется изменением формы земной коры» (там же, стр. 95).

Представления о преимущественно тектоническом происхо­ ждении шельфов нашли поддержку у многих ученых. В част­ ности, в 1956 г. значение тектоники как главного фактора в обра­ зовании шельфов было особенно подчеркнуто В. Е. Хаиным и Е. Е. Милановским. При этом указанные авторы особо отметили важнейшую роль неотектоники в создании современного мега­ рельефа Земли, одним из основных элементов (типом) которого являются и материковые отмели. Шельфы, по мнению В. Е. Хайна и Е. Е. Милановского (1956, № 3, стр. 17) главным образом «.. -.отвечают тем районам платформ..., которые испытывали в н о- в е й ше е в р е м я слабое а б с о л ю т н о е п о г р у ж е н и е (до нескольких сотен метров, реже до 2—4 км, как, например, север­ ные части Мексиканского залива), в целом полностью компенси­ руемое накоплением морских осадков»; лишь « о т д е л ь н ы е наи­

Против взглядов В. Е. Хайна и Е. Е. Милановского реши­ тельно выступает О. К. Леонтьев (1963, 1968). Он ссылается на новейшие труды многочисленных исследователей, подтверждаю­

ский фактор). К этому можно лишь добавить, что, по мнению

на в эпоху максимального четвертичного оледенения было еще большим и пре­ восходило — 160 м.

37

оледенения, — пишет О. К. Леонтьев (1963, стр. 242—243),— можно прийти к выводу, что большая часть подводной окраины материков оказалась затопленной именно в результате подъема уровня моря, а тектоническое погружение в этом процессе играло второстепенную роль».

Таким образом, даже из краткого ретроспективного обзора взглядов на происхождение шельфов видно, что в существующих генетических представлениях имеется много неясного, спорного и противоречивого. При этом, как нам представляется, недоразу­ мения возникают в значительной степени в связи со смешением понятий а) географо-геоморфологических (шельф, как опреде­ ленный элемент рельефа, который может быть аккумулятивным, денудационным, абразионным, структурным); б) географо-океа­ нографических (шельфовый водоем, как часть водного бассейна Мирового океана, приуроченная к шельфу; он может быть трансгрессионным, эвстатическим, теократическим); в) геолого-форма­ ционных (шельфовые осадочные комплексы или седиментационные бассейны, как геологические тела, формации и парагенезы формаций, накопившиеся в ходе геологически длительной эволю­ ции многочисленных разновозрастных шельфовых водоемов); г) геолого-геоморфологических (шельфовые зоны, как морфоло­ гическое выражение былого существования шельфовых седиментационных бассейнов; часть их и ныне находится под водой — собственно шельф, а часть, при современном положении уровня Мирового океана, может располагаться на суше — приморские равнины) и д) геолого-структурных (теофидные зоны, как особые геоблоки со специфическим тектоническим режимом, которые предопределяют развитие в их пределах своеобразных перикон-. тинентальных прогибов, формирование теократических шельфов,, шельфовых седиментационных бассейнов и шельфовых зон).

Теоретическая модель шельфовой и теофидной зон

По мере расширения океанографических исследований и раз­ вития новых разделов науки — морской геологии, морской гео­ морфологии — становилось все более ясным, что шельфовые моря и, соответственно, поверхность их дна, т. е. собственно шельфы, имеют сложную историю. При этом выяснилось также, что мно­ гие шельфы исторически и генетически связаны с прилежащей сушей, что сами они несут на себе следы былого субаэрального (наземного) существования, сохранившиеся в виде реликтов спе­ цифических наземных форм рельефа (речных долин и пр.).

С другой стороны, детальное изучение геологии суши отчет­ ливо показало, что многие геологические структурные элементы материков непосредственно продолжаются под водами шельфо­ вых морей. Данные гидрографических и геофизических съемок подтвердили этот вывод.

38

Отсюда было сделано заключение, что шельфы являются не­ посредственным продолжением материка в сторону океана. Спра­ ведливость этого утверждения, в принципе не вызывающая воз­ ражений среди геологов, не является столь же бесспорной с точки зрения ландшафтно-географической, рассматривающей шельфы как определенные элементы ландшафтно-географической оболоч­ ки Земли, как особые географические комплексы (системы), отно­ сящиеся к классу подводных ландшафтов и, тем самым, резко отличные от геокомплексов суши.

Как попытка решить отмеченное противоречие, было предло­ жено (см. Введение к сб. «Шельфы...», 1969), помимо термина «шельф», обозначающего собственно географическое понятие (элемент рельефа), выделять, в качестве особого, существенно геологического понятия «шельфовую зону», представляющую со­ бой единую структурно-геоморфологическую поверхность шельфа совместно с примыкающей к нему приморской равниной (coastal plane, с их submurged, или субаквальной — собственной шельф — и emurged, т. е. субаэральной — приморская равнина — ча­ стями) .

С позиций структурно-системного подхода («Системные иссле­ дования» за 1969—1973 гг. АН СССР) очевидно, что шельфы мо­ гут рассматриваться и как вполне автономные ландшафтно-гео­ графические системы подводного царства географической оболоч­ ки Земли, и как части геоморфологических систем, которые отвечают геоморфологической ступени гипсографической кривой, охватывающей периферии континентов («материковая, или кон­ тинентальная терраса»; «Шельфы. . .», 1969; Николаев, 1972

идр.). Действительно, современные теократические шельфы и со­ пряженные с ними приморские равнины образуют целостные структурно-геоморфологические образования (зоны), единство различных частей которых в разное время и с разных точек зре­ ния подчеркивалось еще Ю. М. Шокальским, М. М. Тетяевым

идр. Объясняется такое единство сходством генезиса субаэральных и субаквальных частей шельфовых зон, предопределенным общностью их геологического строения и истории их геологиче­ ского развития.

Шельфовые зоны возникают как результат длительной г е о ­ л о г и ч е с к о й и с т о р и и определенных участков земной коры, для которых оказывается характерным на определенном этапе их тектонического развития преимущественное существование шель­ фовых водоемов. Былое распространение этих водоемов фикси­ руется в геологических разрезах шельфовых зон в виде особых формаций (набора прежде всего морских и прибрежно-морских отложений шельфовых седиментационных бассейнов).

При этом следует иметь в виду, что в ходе длительного раз­ вития шельфовых морей их береговая линия (как и различные гидрологические условия) могла подвергаться, и действительно

39

подвергалась, многочисленным и порой очень значительным коле­ баниям, так что современные границы географического распро­ странения шельфов могут не совпадать с геологическими грани­ цами шельфовых седиментационных бассейнов, развившихся в ходе длительного геологического времени, в течение которого могли существовать различные морские водоемы, последователь­ но сменявшие друг друга. Возраст шельфовых седиментационных бассейнов несравненно древнее возраста современной береговой линии океанов, которая, как справедливо отмечал В. А. Магниц­ кий, очень молода и как бы наложена на континентальные структуры.

Вопрос о роли эвстатических и тектонических движений в фор­ мировании новейших шельфовых седиментационных бассейнов, по-видимому, решается достаточно просто: постплейстоценовое эвстатическое повышение уровня Мирового океана проявилось повсеместно, но оно не могло служить причиной образования сколько-нибудь мощных седиментационных бассейнов, т. к. по максимальным подсчетам оно вряд ли превышало 200 м; текто­ нические периконтинентальные погружения находят локальное проявление, но с ними связано возникновение крупнейших шель­ фовых седиментационных бассейнов мезозойско-кайнозойского возраста. Таким образом, с геологической точки зрения представ­ ляется возможным и необходимым выделять, прежде всего, две главные группы шельфов: эвстатические и теократические, используя иные классификационные основания для более дроб­ ной их классификации. Некоторые важнейшие геологические осо­ бенности указанных шельфов изложены в табл. 1 (см. также Айнемер и др., 1971).

Хотя практически любое шельфовое море являет собой неко­ торый бассейн седиментации, однако не каждому шельфовому водоему суждено иметь длительную геологическую историю и занять достаточно видное место в каменной хронике разрезов земной коры шельфовых зон: эвстатические шельфовые моря, поскольку они вызваны кратковременными и преходящими при­ чинами (например, таянием ледников четвертичного времени), не оставляют сколько-нибудь значительных следов в геологиче­ ской истории; иное дело — теократические шельфовые водоемы, с которыми собственно и связано развитие в разрезах земной коры обширных шельфовых седиментационных бассейнов — впа­ дин, заполненных своеобразными и мощными формациями гор­ ных пород преимущественно морского и прибрежно-морского происхождения.

Возникновение и развитие теократических шельфовых водо­ емов и шельфовых седиментационных бассейнов, так же как и шельфовых зон, предопределено особенностями тектонического режима, который переживают в определенное время некоторые участки литосфры Земли, — геоблоки периферических частей кон-

40