книги из ГПНТБ / Картирование шельфов сборник статей

Ф. К. Волколаков, И. Л. Дзилна, И. А. Тимофеев

ПРОБЛЕМА КОМПЛЕКСНОСТИ ПРИ ГЕОЛОГИЧЕСКОМ КАРТИРОВАНИИ ШЕЛЬФА

Принцип полноты и многоаспектности исследования выдви­ гает перед геологическим картированием шельфа ряд требова­ ний. Среди них первостепенным является комплексность иссле­ дования. Кроме задач по изучению геологического строения и полезных ископаемых, при геологическом картировании шельфа должны решаться также задачи геоморфологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Содержание этих задач определяется, в первую очередь, детальностью исследований, т. е. масштабом ге­ ологического картирования, а также особенностями геологиче­ ского строения.

Для мелко- и среднемасштабного геологического картирова­ ния (1:1 000 000—1:200 000)1 содержание задач в общем виде можно определить следующим образом:

A.Изучение геологического строения, т. е.

—состава и строения покрова четвертичных отложений;

—стратиграфии, литологии и тектоники дочетвертичных от­ ложений.

Б. Изучение полезных ископаемых

—выявление общих закономерностей пространственного раз­ мещения твердых полезных ископаемых;

—выяснение связи твердых полезных ископаемых с геолого­ геоморфологическим строением и выделение перспектив­ ных площадей для последующих поисковых работ;

—выявление зон и тектонических структур в осадочном чех­ ле, перспективных на нефть и газ.

B.Изучение геоморфологии

—выяснение форм, возраста, генезиса и связи рельефа дна

сгеологическим строением;

—выяснение характера дочетвертичного погребенного рель­

ефа.

Г. Изучение инженерной геологии

—выяснение общих инженерно-геологических условий мор­ ского дна;

—инженерно-геологическое районирование шельфа.

Д. Изучение гидрогеологии

1 В статье рассматривается лишь мелко- и среднемасштабное картиро­ вание.

61

—выяснение гидрогеологической структуры шельфа и ее вза­ имосвязь с окружающей сушей;

—оценка общих условий водоснабжения;

—выяснение роли подземных вод в формировании, сохране­

нии или разрушении залежей нефти и газа. Перечисленными задачами мелко- и среднемасштабного гео­

картирования шельфа определяется набор карт, подлежащих со­ ставлению при комплексном геологическом изучении шельфа.. В числе обязательных необходимо назвать следующие карты: геологическую, четвертичных отложений, полезных ископаемых, геоморфологическую, аномального магнитного поля, аномально­ го гравитационного поля, тектоническую, инженерно-геологиче­ скую и гидрогеологическую.

Для некоторых районов шельфа дополнительно к девяти обя­ зательным картам могут составляться карты прогноза на от­ дельные виды полезных ископаемых (уголь, нефть, и газ и др.)у структурные карты по отдельным стратиграфическим поверхно­ стям.

Все карты, создаваемые в результате геологического карти­ рования шельфа, не должны иметь принципиальных отличий от карт прилегающей суши и должны быть тесно с ними увязаны. Связь между картами шельфа и побережья обусловлена, в пер­ вую очередь, возможностью широкой экстраполяции геологи­ ческих данных с суши на море. В этом отношении геологическое картирование шельфа весьма близко-к картированию на закры­ тых территориях суши, где сведения о геологии открытых сосед­ них районов экстраполируются и интерполируются на закрытые районы.

Принципиальное сходство содержания, а также методов и приемов построения карт для шельфа и закрытых территорий суши избавляет от необходимости подробного рассмотрения этих вопросов в связи с геокартированием шельфа. Они всесторонне разобраны в соответствующих инструкциях и методических ру­ ководствах по составлению карт суши. Остановимся лишь на ос­ новных особенностях и специфике отдельных карт различного геологического содержания, составляемых для шельфа.

Геологическая карта является основным документом о гео­ логическом строении шельфа. Ее содержание и нагрузка ничем существенным не отличаются от геологической карты побережья. Изображаемые на карте объекты должны представлять собой геологические тела в объеме соответствующих масштабу карти­ рования литолого-стратиграфических единиц. Геологическая кар­ та шельфа по достоверности не будет уступать геологической карте прилегающей суши. Это обеспечивается тем, что она (бази­ руется на данных, главным образом, геоакустического профили­ рования и картировочного бурения, в результате которых мы получаем систему параллельных, непрерывных по существу, гео­

62

логических разрезов пород на глубину в несколько сот метров от дна моря. По геологической информативности эти разрезы намного выше материалов, получаемых наземными геолого-ге­ офизическими методами картирования закрытых районов. Воз­ можность получения непрерывных геологических разрезов уп­ рощает и переход от мелкомасштабного к среднемасштабному картированию за счет сгущения сети профилей.

В качестве дополнительных данных при составлении геоло­ гической карты шельфа служат экстраполяция сведений по при­ легающему побережью, сведения по рельефу дна, геоморфологии и другие.

Карта четвертичных отложений содержит сведения о составе,

строении, происхождении и возрасте отложений последнего эта­ па геологического развития шельфа. Она служит основой для оценки перспектив и прогнозирования поисков месторождений твердых полезных ископаемых, связанных с четвертичным покро­ вом, выяснения инженерно-геологических, гидрогеологических условий шельфа.

Карта четвертичных отложений шельфа существенным обра­ зом отличается от подобной карты побережья. Основное их раз­ личие заключено в повсеместном присутствии на морском дне чехла недиагенезированных осадков. В основу картирования чет­ вертичных отложений шельфа должен быть положен тот же стратиграфо-литогенетический принцип.

Карта донных осадков. В связи с особым практическим инте­ ресом карта современных донных осадков составляется дополни­ тельно к карте четвертичных отложений.

Геоморфологическая карта отражает формы, генезис, возраст рельефа морского дна и связь его с геологическим строением шельфа. Вместе с другими картами она повышает достоверность оценки перспектив поисков месторождений полезных ископае­ мых, в первую оч'ередь россыпных, помогает выяснить инженер­ но-геологические и неотектонические условия шельфов.

Основополагающим принципом составления геоморфологи­ ческой карты шельфа, как показывает опыт, может служить ис­ торико-морфогенетический принцип, разработанный для суши. Основными геоморфологическими единицами мелко- и средне­ масштабного картирования, очевидно, являются морфогенетиче­ ские типы, их комплексы и макроформы рельефа. При этом необходимо разделение подводного рельефа по генезису на затопленый и собственно морской.

Тектоническая карта отражает структуру и историю развития верхней части земной коры. Она служит для составления свод­ ных обзорных тектонических карт, используется при металлогеническом анализе и прогнозировании полезных ископаемых и

в других целях.

Тектоническая карта шельфа по нагрузке и методике состав­

63

ления ничем существенным не отличается от карт суши. Основ­ ная трудность заключена, по-видимому, в определении положе­ ния и характера внешней границы шельфа, как геоструктурного элемента земной коры. Тектоническая карта составляется на основе геологической и структурных карт, а также гравиметри­ ческих и магнитометрических материалов.

Карта полезных ископаемых должна содержать все данные о их месторождениях и проявлениях, служить основой для оцен­ ки перспектив территории, отражать общие закономерности про­ странственного размещения минерального сырья, определять на­ правления дальнейших поисково-съемочных работ, служить ос­ новой для составления металлогенических, прогнозных, геолого­ экономических и других карт специального назначения. Общие принципы и методы составления карт полезных ископаемых, разработанные для суши, могут быть положены в основу состав­ ления карт по шельфам.

В отличие от карт суши на рассматриваемой карте основное место будут занимать полезные ископаемые, связанные с четвер­ тичными и современными донными отложениями, в первую оче­ редь прибрежно-морские россыпи олова, золота, титано-цирко­ ниевых минералов.

При малом количестве сведений о полезных ископаемых кар­ та полезных ископаемых может быть совмещена с геологической или с картой четвертичных отложений, в зависимости от харак­ тера минерализации.

В нефтегазоносных районах, кроме карты полезных ископае­ мых, составляется карта перспектив нефтегазоносности шельфа.

Карты аномального магнитного и гравитационного полей

должны включаться в комплект мелко- и среднемасштабной се­ рии. Они предназначаются для изучения глубинного строения земной коры, геолого-структурного районирования, составления сводных карт и геолого-геофизических разрезов, для оценки перспектив шельфа на некоторые виды полезных ископаемых и других целей.

Инженерно-геологическая карта необходима для хозяйствен­ ного освоения дна моря и должна отражать общие инженерно­ геологические условия шельфа, служить основой для оценки больших территорий морского дна с точки зрения строительства подводных и прибрежных сооружений, а также обеспечивать раз­ ведку и эксплуатацию месторождений полезных ископаемых.

Общие принципы мелко- и среднемасштабного инженерно-ге­ ологического картирования, разработанные на суше, могут ис­ пользоваться и при составлении инженерно-геологических карт шельфов. Однако ряд специфических факторов, присущих мор­ ской среде и вляющих на инженерно-геологические условия дна, накладывают свой отпечаток на эти карты. К таким факторам относятся прежде всего гидрологические характеристики: глуби-

64

на моря и ее изменения, морские течения, волнения, ледовые явления и др.

Гидрогеологическая карта должна отражать гидрогеологи­ ческую структуру шельфа и ее взаимосвязь с побережьем, да­ вать представление об условиях распространения и качестве подземных вод. Она используется при выяснении инженерно­ геологических условий шельфа, при решении вопросов водоснаб­ жения объектов на дне моря, при оценке перспектив на некото­ рые виды полезных ископаемых и в других целях. Принципиаль­ ного отличия от гидрогеологической карты суши такая карта не имеет и является непосредственным ее продолжением. В районах с многоэтажной водоносностью, по-видимому, возникнет необхо­ димость составления дополнительных погоризонтных карт и схем — врезок на основной карте.

Организацию работ по геологическому картированию шельфа следует начинать с первоочередной и неотложной задачи состав­ ления обзорных геологических карт шельфа окраинных и внут­ ренних морей СССР на базе соответствующих карт суши м-ба 1:2 500 000. Для составления таких карт имеются все предпосыл­ ки. В комплект должны входить: геологическая, четвертичных отложений, геоморфологическая, геофизические и инженерно­ геологическая карты.

Следующим шагом в организации комплексного геологическо­ го изучения шельфа СССР следует считать мелко- и среднемас­ штабное картирование. Эти работы необходимо провести на шельфах, перспективных на нефть и газ и на прибрежно-морские россыпи.

Геологическое картирование м-ба 1:200 000 будет определять­ ся результатами мелкомасштабных работ, которые послужат ос­ новой при выборе участков шельфа для среднемасштабного кар­ тирования. Следовательно, в обозримой перспективе для шельфа

СССР в целом реальна постановка геологического картирования м-бов 1:2 500 000 и 1:1 000 000. Среднемасштабное и крупномас­ штабное геокартирование пока будет носить локальный ха­ рактер.

ф

3—419

II. МЕТОДЫ

3. И. Гурьева, К. М. Петров, В. В. Шарков

ОЦЕНКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ МОРЕЙ СССР

С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ МОРСКИХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НА ОСНОВЕ АЭРОФОТОМЕТОДА

Актуальная проблема развития аэрофотометода геологиче­ ского картирования и поисков полезных ископаемых в прибреж­ ной зоне моря состоит в определении природных условий аэро­ фотосъемок и выяснении особенностей геологического дешифри­ рования в разных физико-географических регионах в зависимости от структуры ландшафтов разного типа.

Оценка возможностей дистанционного изучения дна морских мелководий в глобальном масштабе дана в табл. 1. Из нее сле-

Таблица 1

Перспективы дистанционного изучения дна мелководий Мирового океана (по L. К. uepley, 1968)

66

дует, что глубины до 20—25 м доступны аэрофотосъемке не ме­ нее чем у 50% мелководий Мирового океана; получение изобра­ жения дна при значительно большей глубине моря возможно в будущем с помощью активного метода — лазерного сканирова­ ния с самолета.

К основным природным факторам, определяющим общие физико-географические особенности морских мелководий и через них влиящим на условия аэрофотосъемки и геологической дешифрируемости, относятся: гидрометеорологический режим, раз­ меры шельфа, геолого-структурное строение, морфология подвод­

ных ландшафтов.

Г и д р о м е т е о р о л о г и ч е с к и й р е ж и м . Главная особен­ ность аэрофотосъемки морского дна состоит в том, что отражен­ ные солнечные лучи, формирующие изображение, прежде чем попасть в объектив аэрофотоаппарата, должны дважды пройти сквозь толщу воздуха и воды. Водная толща ослабляет яркость* контрастность и четкость подводных объектов. Ее неблагоприят­ ное влияние усиливается при ухудшении прозрачности и увели­ чении глубины моря; чем скорее нарастают глубины и чем хуже прозрачность, тем меньше глубина и ширина мелководий, дос­ тупная аэрофотосъемке. Эмпирически установлено, что в среднем глубины, охватываемые съемкой, несколько превышают проз­ рачность моря, измеренную стандартным белым диском с борта судна. Влияние толщи воды на качество изображения имеет выраженный спектральный ход: наибольший контраст и четкость изображения достигается в зеленой части спектра. Солнечные блики на поверхности моря, отображаясь на снимках, маскируют изображение дна мелководий. Площадь, закрытая бликами, за­ висит от интенсивности волнения и высоты Солнца над горизон­ том. Аэрофотосъемку рекомендуется проводить при стоянии Солнца над горизонтом от 55 до 15° и волнении не более 2—3 баллов.

Таким образом, метеорологический и гидрологический режи­ мы акваторий, их сезонный ход в значительной степени контроли­ руют возможности аэрофотосъемки. Обстановка благоприятна, когда погода ясная, видимость хорошая, поверхность моря спо­ койная и чистая (свободная ото льда, пленок нефти и др.), прозрачность воды — высокая. Для большинства морей СССР

условия аэрофотосъемки лучше летом (на дальневосточных мо­ рях с муссонным климатом — лучший сезон летне-осенний); на южных морях благоприятный период растянут с мая по сентябрь; на северных морях период, когда можно рассчитывать на хоро­ шие результаты, ограничен одним месяцем.

Р а з м е р ы ше л ь ф а . Ширина, глубина и площадь внутрен­ него шельфа — основные параметры, которые следует учитывать при планировании аэрофотосъемки морского дна. Ближе всего» к среднему положению нижней границы внутреннего шельфа (бе-

реговой зоны) изобата 50 м. Разделение шельфа по глубинам до 50 м и более имеет также важное методическое значение. Для исследования мелководий используются особые технические средства: аэрофотосъемка, легкое водолазное снаряжение, ма­ лые суда, легкие пробоотборники и т. и. Работы на внешнем шельфе требуют средних и больших экспедиционных судов, тя­ желых пробоотборников, гидростатов и научно-исследователь­ ских подводных лодок для осмотра дна; в большей мере изучение дна базируется на использовании морских геофизических при­ боров.

Мелководья, ограниченные 20-метровой изобатой, представ­ ляют наиболее доступную изучению область внутреннего шель­ фа. Именно с оценки их размеров должно начинаться планирова­ ние морских аэрофотосъемочных работ (табл. 2).

Таблица 2

Сводная таблица площадей морских мелководий у берегов СССР 1

Г е о л о г о - с т р у к т у р н о е с т р о е н и е . Влияние геолого­ структурного строения на условия аэрофотосъемки и дешифрируемость морского дна выражается через особенности рельефа и современных морских геологических фаций, формирование под-1

1 Расчеты выполнены по просьбе ЛАЭМ Картометрической лабораторией Географического факультета Ленинградского государственного университета.

68

водных ландшафтов аккумулятивного и абразионного типов. Рассмотрим с этих позиций основные единицы геоструктурной классификации шельфов (табл. 3). Высшие таксономические ка­ тегории классификации, выделяемые на уровне основных мега­ структур земной коры — платформ, орогенов, современных гео­ синклиналей,— обусловливают общие (азональные)физико-гео­ графические особенности морских бассейнов. Большое значение имеют связанные с крупными мегаструктурами морфометриче­ ские особенности шельфов.

А. Собственно шельфы — подводные продолжения материко­ вых платформ, плит, щитов и срединных массивов. Они характе­ ризуются относительно ровным рельефом, небольшими колеба­ ниями глубин, малыми уклонами и значительной шириной как шельфа в целом, так и прибрежных мелководий. Тектонический режим спокойный: структуры типа синеклиз и антеклиз. Мощ­ ность чехла молодых осадков равномерна, а их состав более или менее однороден. Типичными примерами являются собственно шельфы сибирских арктических морей — Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского. Собственно шельфы развиты на южных окраинах Русской платформы — это мелководное Азовское море, северо-западная часть Черного моря, северная часть Каспийско­ го моря; восточное побережье Каспийского моря связано с окра­ иной Туранской плиты. На западной окраине Русской платформы расположены мелководные заливы Балтийского моря — Финский и Рижский.

Собственно шельфы привлекают внимание обширностью мел­ ководий, что при благоприятных гидрометеорологических усло­ виях дает возможность обеспечить материалами аэрофотосъемки значительные площади морского дна. Вместе с тем, однообразие ландшафтных обстановок с геологической точки зрения имеет следствием монотонный малоинформативный рисунок аэрофото­ изображения.

Геолого-структурное строение и морфология собственно шель­ фов ряда морей существенно отличается от нарисованной выше схемы. Покров донных четвертичных отложений бывает пестрым, вследствие сложных палеогеографических обстановок. Интен­ сивные неотектонические деформации приводят к усилению конт­ раста рельефа берегов и подводных склонов. В результате собст­ венно шельф оказывается погруженным на значительную глуби­ ну, соответственно увеличивается наклон и уменьшается ширина внутреннего шельфа. Например, заметно сужена полоса мелко­ водий Баренцева, Белого, Карского и Балтийского морей.

Б. Парашельфы представляют абразионные поверхности, сре­ зающие структуры орогенов, местами в их границы попадают аккумулятивные образования межгорных и предгорных впадин, выполненных рыхлыми отложениями. Парашельфы имеют не­ большую ширину, еще уже полоса внутреннего шельфа. Исклю-

69

чение представляют гипертрофированные парашельфы Таймыр­ ской и Чукотской складчатых областей. Они обусловлены про­ должением складчатых струкутур на морское дно.

Геолого-структурное строение парашельфов отличается боль­ шой сложностью. Резко дифференцированный характер тектони­ ческих движений определяет разную направленность основных ландшафтообразующих процессов на участках поднятия и опу­ скания. Особо контрастны окраины континента, испытавшие мо­ лодые горообразовательные движения: парашельфы, окаймляю­ щие Сихоте-Алинь, складчатый пояс у западных берегов Охот­ ского моря, Крым и Кавказ. Полоса мелководий здесь очень узкая, глубоководные впадины морей соседствуют с горными со­ оружениями побережий. Отмечается большой градиент мощностей осадочного покрова при переходе от прогибающихся участков, где наблюдается максимум мощности, к поднимающимся, где толща современных отложений может даже выклиниваться; из­ менения мощностей осадочного покрова на участках опускания и поднятия сопровождаются лито-фациальными изменениями.

Аэрофотосъемка парашельфов имеет исключительный инте­ рес. Их ширина достаточна для постановки площадных аэрофо­ тосъемок и обеспечения геологосъемочных работ крупного перед­ него масштаба. Парашельфы, где преобладают восходящие тек­ тонические движения, характеризуются развитием абразионных процессов и хорошей обнаженностью подводного склона. Слож­ ное геологическое строение морского дна при благоприятных гидрометеорологических условиях находит отражение на аэро­ фотоснимках. Заметим, что положительный опыт использования материалов аэрофотосъемки накоплен именно при геологическом изучении и картировании морских мелководий парашельфов'на Черном и Каспийском, Японском и Охотском морях.

В. Псевдошельфы — узкие абразионные площадки, окаймля­ ющие островные дуги, возникшие на месте современных геосин­ клиналей. Тектонический режим характеризуется высокой ак­ тивностью, проявляющейся в интенсивном современном вулка­ низме и сильных землетрясениях. У берегов СССР псевдошель­ фы представлены ограниченно — у Командорских островов и Курильской гряды. Особенности природных условий аэрофо­ тосъемки псевдошельфов и рассмотренных выше парашельфов в целом аналогичны. Обращает внимание особый интерес, кото­ рый представляют псевдошельфы с точки зрения изучения про­ цессов развития современных геосинклиналей, вулканизма, вза­ имодействия молодых участков суши и моря.

Таксоны более низких порядков геоструктурной классифика­ ции (табл. 3) позволяют выявлять существенные геоструктурные и ландшафтные отличия шельфов вплоть до особенностей ландшафтных обстановок, предопределенных отдельными текто­ ническими формами. Влияние геолого-структурного строения мор-

70