книги из ГПНТБ / Картирование шельфов сборник статей

А. И. Бурдэ, Б. />. Лящкийу Ю. Н. Тарасевич

ПРИНЦИПЫ И ЗАДАЧИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ ШЕЛЬФОВ

Современная геология, и как система знаний, и как система деятельности, немыслима без познания геологического строения и истории геологического развития земной коры, расположенной в пределах морей и океанов, и овладения минеральными богат­ ствами ее недр. Соответственно, основными задачами геологии моря, или морской геологии являются: а) геологическое изучение морского дна, б) его оценка в отношении полезных ископаемых и выделение участков локализации этих ископаемых, в) создание научной геологической основы хозяйственного освоения дна мо­ рей и океанов.

Важнейшим средством решения указанных задач служат морские геологосъемочные работы (МГСР), которые включают в себя комплекс надводных — аэрогеологических и аэрогеофизических — и собственно морских геологических и геофизических исследований. Непосредственной целью МГСР является сбор фактического материала — данных и фактов (Ляцкий, Гаталин, Бурдэ, 1967) — о физических полях того или иного региона и структурных, вещественных и динамических характеристиках слагающих его геологических тел. В результате обработки со­ бранного материала производится оконтуривание геологических тел, определение их физических и структурно-вещественных па­ раметров и взаимоотношений с другими геологическими телами в общей геологической структуре района. Необходимым элемен­ том комплексных МГСР являются поиски полезных ископаемых («Методическое руководство»..., 1954; Левоник, 1963 и др.): при мелко- и среднемасштабной съемке преимущественно выясняются региональные поисковые критерии (продуктивные тектонические зоны, литологические горизонты, структурные формы), при съемке крупного масштаба поиски ориентируются на выявление локальных поисковых критериев и конкретных месторождений полезных ископаемых.

Основными итоговыми документами, суммирующими резуль­ таты МГСР, служат геологическая карта и иные, специальные карты геологического содержания. Создание указанных карт вытекает из геологической съемки. В этом смысле картирование выступает в качестве составной части комплекса МГСР и, со­ ответственно, подчиняется (как и МГСР в целом) известным

52

принципам проведения всех геологоразведочных работ (Крейтер;. 1961; Бурдэ, 1972). Эти общие принципы таковы: принцип пол­ ноты исследований, обязывающий осуществлять всестороннее, многоаспектное изучение всей исследуемой территории; принцип последовательных приближений, определяющий стадийность и рациональную последовательность выполнения этих исследова­ ний; принцип равной достоверности и дополняющий его прин­ цип специализации, из которых вытекает необходимость углуб­ ленного изучения наиболее сложных или важных в практическом отношении участков и достаточной представительности получен­ ных результатов, и, наконец, принципы наименьших трудовых, материальных и временных затрат.

В то же время составление геологической карты, будучи, прежде всего, комплексом логических операций по синтезу раз­ личных геологических данных и фактов, не может быть сведено к обычным научно-производственным видам геологических ра­ бот. Составление геологической карты выступает как определен­ ная разновидность научно-теоретической деятельности, что на­ ходит выражение в специфике средств, которые используются при ее создании (прежде всего, логическое моделирование, в том числе моделирование математическое) и в специфике основных принципов. Последние полностью соответствуют общим прин­ ципам осуществления научно-теоретической деятельности (Кон­ шин, Ляцкий, 1971, 1972), которые состоят из принципа фактографичности (учет всех известных геологических фактов и данных), принципа непротиворечивости (отражение на карте разнообразного фактического материала в единой согласованной трактовке) и принципа системности (изучение и изображение геологических объектов как целостных совокупностей структурно связанных элементов, что определяет и структуру кода карты).

К настоящему времени геологическая съемка и составление геологических карт морского дна ни в Советском Союзе, ни за рубежом еще не приобрели такого размаха, как на суше (хотя США, Франция и ряд других стран начали систематическую ге­ ологическую съемку шельфа в м-бах 1:250 000—1:1000 000). Вме­ сте с тем, развитие геологической науки и практики вызывает острую необходимость создания для акваторий, прежде всего шельфовых, разнообразных карт геологического содержания, со­ поставимых по своей информативности с картами суши.

Важнейшими требованиями, которые предъявляются к мор­ ским геологическим картам, являются: а) однозначное изобра­ жение границ картируемых тел и их взаимных отношений и б) отражение прежде всего вещественного (литолого-петрогра- фического) состава и (или) физических свойств этих тел. Опыт составления подобных карт имеется, в частности, и в СССР.

Освоение шельфов стало ныне общественной необходи­ мостью. Поэтому планомерная геологическая съемка и картиро­

53

I

вание шельфовых районов СССР должны рассматриваться как 'Общегосударственная задача первостепенной важности.

Методика и организация морских геологосъемочных работ и составления геологических карт морского дна определяется особенностями условий их проведения:

1)недоступностью (при отсутствии соответствующих техни­ ческих средств) изучаемых образований непосредственному на­ блюдению из-за наличия слоя воды;

2)широким распространением слоя молодых донных осадков, подвижных и не всегда связанных с подстилающими их образо­ ваниями;

3)невозможностью или сильно ограниченными возможностя­ ми использования ряда методов исследования (геохимических, радиометрических, радиоволновых, фотометодов и т. д.) из-за наличия слоя воды и донных осадков;,

4)малой изученностью геологического строения дна морей и океанов;

5)отсутствием и трудностью создания полноценной топогра­ фической основы морского дна, подобной топографической осно­ ве суши;

6)трудностью ориентировки и точной привязки и, следова­ тельно, проведения повторных или детализационных исследова­ ний в том же самом месте;

7)техническими ограничениями, которые приводят к необ­ ходимости пользоваться плавсредствами, а также трудностями

.проведения подводных работ (в том числе морского бурения). Условия, указанные в пп. 1—4, в общем аналогичны тем,

с которыми приходится сталкиваться при проведении геологосъе­ мочных работ в закрытых районах суши. Это сходство усили­ вается еще и тем, что в ряде случаев, особенно в ходе изучения шельфовых районов, имеется возможность экстраполировать сведения о геологическом строении суши на морское дно, подоб­ но тому как сведения о геологическом строении открытых участ­ ков суши экстраполируются на закрытые участки. Все это поз­ воляет использовать приемы и методы, применяемые при геоло­ госъемочных работах в закрытых районах суши.

Особенности исследования морского дна, перечисленные в пп. 5—7, требуют введения специальных форм организации МГСР и использования специфичных методов обеспечения мор­ ских геологических работ, отличных от таковых на суше.

Остановимся на рассмотрении основных пунктов методики и

организации МГСР.

1. Принципы построения геологической карты. Малая досту ность геологических образований дна для визуального наблюде­ ния ограничивает возможности их исследования при картирова­ нии использованием преимущественно тех признаков, которые отражаются в физических полях. Геологическая карта морского

.'54

дна должна изображать распределение по изучаемому району комплекса пород того или иного литолого-петрографического состава. Обязательной является систематизация этих комплек­ сов по относительному положению в разрезе (или, иными сло­ вами, по их взаимоотношениям между собой). Таким образом, геологическая карта морского дна должна строиться на лито­ стратиграфическом принципе. Очевидно, что основной шка­ лой, используемой при построении геологической карты, будет местная шкала с выделением таких подразделений как серии, свиты, комплексы. При этом, однако, должно быть обязательным требование установления их соответствия подразделениям об­ щей (международной) стратиграфической шкалы в некоторых рангах единиц, определенных для каждого района и масштаба работ.

2. Основной элементарный объект МГСР определяется таким образом как комплекс пород или формаций (геологическое те­ ло), обладающий единством по некоторому набору признаков вещественного (в первую очередь, литологического и петрогра­ фического) состава и структурным особенностям. Условия про­ ведения МГСР показывают, что основное значение будут иметь характеристики вещественного состава, получаемые дистанцион­ ными, геофизическими методами, для которых слой воды и дон­ ных осадков создают меньшие помехи, чем для всех других способов исследования. Из этого следует, что на картах должны выделяться комплексы, единые, в первую очередь, по набору физических свойств (физических полей), как опосредованному отражению единства признаков их вещественного состава.

Как известно, геофизические поля и физические свойства имеют лишь вероятностную связь с вещественным составом гео­ логических тел. Это обусловливает некоторую неоднозначность карты, построенной по геофизическим данным. Указанная неод­ нозначность частично может быть снята наблюдениями по бу­ ровым скважинам и подводными наблюдениями по выходам ко­ ренных пород, однако в определенной степени она останется всегда. В связи с этим одним из первоочередных вопросов ус­ пешного проведения МГСР является разработка методики оцен­ ки достоверности геологических построений (особенно рекомен­ даций в отношении полезных ископаемых) и методики изобра­ жения полученных данных и фактов на геологической карте с одновременным отражением степени достоверности их установ­ ления.

3. Масштабы съемок. Низкая степень геологической изучен­ ности морского дна показывает, что в настоящее время основным видом съемок будут мелкомасштабные МГСР, задачей которых должно быть выявление различных видов полезных ископаемых и районов, перспективных на их обнаружение и важных для более детального изучения. Работы подобного рода на суше

55*

соответствуют работам масштаба 1:1 000 000. Однако высокая стоимость МГСР и трудности привязки и точного возвраще­ ния на старое место делают необходимой более тесную, чем на суше, связь основных мелкомасштабных работ с более крупномасштабными. Пока не видно особой необходимости от­ казываться от обычного деления геологосъемочных работ на стадии мелко-, средне- и крупномасштабных работ и менять об­ щие определения задач этих стадий по сравнению с тем, как они сформулированы для суши. Последовательность их должна быть такой же. Однако в связи с отмеченной необходимостью тесной -связи работ различного масштаба (и следовательно детальности) следует иметь в виду возможность проведения их одним коллек­ тивом в один сезон. Такое сочетание неизбежно приведет к разномасштабности (в смысле различной детальности, точности и достоверности) получаемых материалов в различных участках изучаемой площади. Следует отметить, что такое положение име­ ет место и на суше при изучении геологического строения погре­ бенных образований.

Изложенное позволяет рассмотреть и соотношение МГСР с нефтепоисковыми работами. Как известно, на суше тесная связь геологосъемочных и нефтепоисковых работ заканчивается на стадии съемок м-ба 1:100 000 и реже 1:200 000 (съемки м-ба 1:50 000 при поисках нефти относятся уже к стадии поисково-раз­ ведочных работ как одна из частей разведочного комплекса). По-видимому, эти соотношения останутся справедливыми и для работ в море, т. е. нефтепоисковые работы мелкого масштаба должны проводиться как обычные МГСР с обязательным состав­ лением нормальной геологической карты. Более детальные неф­ тепоисковые работы могут вестись независимо от МГСР, однако при этом следует для них установить правило о б я з а т е л ь н о - го попутного и з у ч е н и я всех в о з м о ж н ы х в д а н н о м р а й о н е полезных и с к о п а е м ы х . Иначе можно повторить пе­ чальный опыт специализированных нефтепоисковых съемок, ко­ торые сейчас непригодны для всестороннего использования и не могут служить научной основой прогнозирования иных полезных ископаемых, кроме нефти.

4. Виды съемок и карт должны определяться типом район и задачами его изучения. В общем случае, по-видимому, можно выделить три типа морских геологических съемок и соответству­ ющих им карт геологического содержания (табл. 1).

Соображения, .учитывающие стоимость работ, зависимость

•от плавсредств, слабую доступность геологических образований для непосредственного изучения и очевидное, в связи с этим, требование максимальной комплексности исследования морского дна заставляют считать, что во всех случаях проведения МГСР

.шельфа обязательной в комплексе создаваемых карт, является карта (схема) донных осадков, в том числе и тогда, когда эти

• 56

Таблица 1

Основные виды морских геологосъемочных работ и составляемые при них основные карты геологического

содержания

осадки не представляют интереса в отношении полезных иско­ паемых. Дело в том, что материалы для составления такой карты могут собираться попутно при изучении любых объектов на мор­ ском дне, а сама карта донных осадков крайне важна для хозяй­ ственного освоения шельфов и является одним из основных ис­ ходных геологических материалов при инженерно-геологических* биологических и других исследованиях.

Возможность и необходимость проведения геологической съемки покровных и особенно погребенных складчатых и вулка­ ногенных образований определяется степенью их перспектив­ ности и экономическими соображениями с учетом рентабельной глубины освоения (а следовательно, и поисков и разведки) по­ лезных ископаемых.

Вопрос о возможной нагрузке на картах должен решаться в зависимости от геологического строения изучаемой акватории, характера изучаемых объектов, задач и детальности (масшта­ ба) работ. Все эти вопросы в той или иной мере решались и решены для геологических съемок суши (Инструкция по геологи-

57

ческим съемкам м-бов 1:1 000 000 и 1:200 000, 1955, «Основные по­ ложения». . 1968 и др.). При определении нагрузки на геоло­ гических картах, составляемых при МГСР, следует учесть все эти разработки, рассмотреть их критически и попытаться опре­ делить хотя бы временные требования к содержанию материа­ лов, получаемых при МГСР, поскольку от таких требований за­ висят и комплексы методов исследования, и затраты на проведе­ ние работ. При разработке требований следует особо отметить, что современная тенденция в определении их заключается в уста­ новлении кондиционности карты по показателям ее точности, полноты и достоверности, а не по формальным показателям количества наблюдений, профилей, скважин и т. п.

5. Глубинность исследований при МГСР включает два аспек та: а) глубину морского дна в месте изучения от поверхности моря и б) предельную глубину изучения образований, слагаю­ щих морское дно, т. е. глубину изучения ниже поверхности мор­ ского дна.

МГСР будет поставлять материалы достаточно долговремен­ ного пользования (анализ многих советских и зарубежных ма­ териалов показывает, что средний срок жизни даже карт круп­ ного масштаба составляет около 20—25 лет, а для карт мелкого масштаба он еще больше). Очевидно, что при проведении МГСР нельзя ориентироваться на глубины, доступные для современного

меньших глубин (по-видимому, около — 200—300 м) и в боль­ шей близости к берегу (в пределах собственно шельфов морей и океанов).

Значительно сложнее второй аспект: определение предельной глубины изучения ниже поверхности морского дна (и в особен­ ности глубины изучения погребенных образований). В настоящее время на суше, изучение покровных осадочных толщ, перспек­ тивных на полезные ископаемые, ограничивается глубинами в 200—400 м, а погребенных складчатых и вулканогенных образоъаний — в 100—300 м; в обнаженных складчатых районах (Урал и т. п.) соответствующие глубины составляют 300—500 м. Коле­ бания глубин зависят от степени освоенности района и ценности сырья. Можно ожидать, что к концу столетия эти цифры достиг­ нут соответственно 600—800, 500—800 и 800—1500. Изложенные соображения показывают, что для морского дна вполне реально ориентироваться при проведении средне- и крупномасштабных

'58

МГСР на глубины в 200—300 м ниже поверхности морского дна. Разумеется, что глубинность изучения морского дна при' МГСР и возможность его геологического картирования опреде­ ляются особенностями геологического строения и развития кон­ кретных районов.

6. Комплексность изучения. Ряд ограничений в проведении МГСР, и в первую очередь ограничения в доступности объектов наблюдения, придают особое значение комплексности исследо­ вания при МГСР. Эту комплексность следует понимать шире, чем она обычно понимается при наземных исследованиях. В ходе проведения МГСР попутно может и должен быть собран обшир­ ный материал по биологии, гидродинамике моря и ряду других компонентов, имеющих прямое отношение к рациональному ис­ пользованию ресурсов моря и, в частности, к освоению возмож­ ных месторождений, а также для определения мероприятий по охране среды. Достаточно сказать, что сведения о возможности использования морских растений и животных в окрестностях от­ крываемых месторождений могут оказать существенное влияние на оценку рентабельности добычи полезных ископаемых. Из из­ ложенного с очевидностью следует вывод о необходимости и обязательности объединения МГСР с другими направлениями исследования морского дна с целью уменьшения общих затрат­ на его освоение.

7. Некоторые вопросы организации. Одним из важнейших во­ просов организации МГСР является осуществление комплексной п р е д в а р и т е л ь н о й обработки материалов с составлением предварительных карт (схем) и разрезов по линии рейса. Совре­ менная техника обработки геофизических данных и интерпрета­ ции их на ЭВМ с построением карт на графопостроителях вполне позволяет организовать такую экспрессную обработку материа­ лов. Необходимо заметить, что в связи с ограниченным количе­ ством фактического материала и невозможностью в большинстве случаев непосредственного прослеживания геологических тел, методы математической обработки материалов и методы мате­ матической геологии должны быть признаны необходимым эле­ ментом геологической съемки акваторий. Некоторые из них уже нашли применение в геологической практике (Вистелиус, 1961; Родионов, 1965 и др.).

По-видимому, в настоящее время следует начать широкие аэрогеофизические работы методами магниторазведки, а затем аэроэлектроразведки и гравиразведки в маштабе 1:1 000 000 — 1:500 000 вдали от берега и в маштабе 1:200 000 вблизи от бере­ га. Это позволит, с помощью экстраполяции данных суши и ин­ терпретации аэрогеофизических материалов, быстро составить предварительные геолого-геофизические карты (схемы) геоло­ гического строения шельфа и направить съемки на судах в наи­ более интересные участки акватории. Для полярных районов —

59