Реферат: Некоторые особенности формирования подводных каньонов на континентальном склоне Восточной Камчатки
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
|
Некоторые особенности формирования подводных каньонов на континентальном склоне Восточной Камчатки Ю.О. Егоров Рассмотрены особенности морфологии дна и строения осадочного разреза на шельфе и континентальном склоне Камчатского и Авачинского заливов (Восточная Камчатка) в связи с процессами подводного оползнеобразования, а также в контексте их возможной связи с генерацией волн цунами. В основу статьи положены оригинальные результаты геолого-геофизического изучения акваторий, полученные в 38, 39 и 41 рейсах НИС "Вулканолог" (1990-1991 гг.). Основное внимание уделено строению верховий каньонов, характеру миграции осадочного материала на шельфе и континентальном склоне, а также изучению ряда геологических особенностей разреза осадочной толщи в бортах подводных каньонов, которые, как предполагается, благоприятствуют возникновению и протеканию оползневых процессов. Введение |
 |
Рис. 1 |
В качестве объектов исследования современных обвально-оползневых процессов было выбрано северо-западное ответвление Камчатского каньона в северной части Камчатского залива и его обрамление, а также северная часть Авачинского залива (врезка на рис.1). Выбор районов проведения исследований определялся двумя основными причинами. Во-первых, несмотря на сравнительно хорошую изученность акваторий Камчатского и Авачинского заливов [8,10,13,22], в процессе морских геолого-геофизических работ с борта НИС "Вулканолог" в северо-западной части Камчатского и в северной части Авачинского заливов впервые были выявлены участки морского дна, характеризующиеся специфическими особенностями строения осадочного чехла [17,34]. При интерпретации полученных данных на здесь было установлено широкое распространение подводных обвально-оползневых процессов. Во-вторых, побережье Камчатского и Авачинского заливов и соседних с ними акваторий является одним из цунамиопасных районов северо-западного обрамления Тихого океана; в историческое время цунами отмечались здесь неоднократно [4,7,23,24]. В то же время, есть все основания полагать, что некоторые из этих событий не связаны с цунамигенными землетрясениями, и могут иметь иной генерирующий источник [16].
В процессе набортных дистанционных исследований проводились непрерывное эхолотирование, сейсмопрофилирование и гидромагнитная съемка по ортогональной линейной сетке с расстоянием между профилями около 1 морской мили со сгущением профилей до 0,3-0,5 мили на участках детализации. Эхолотирование велось двумя приборами: Kajodenki WD-110M с центральной частотой 12,5 кГц и JCR JVF-820C с частотами 28 и 200 кГц. При сейсмопрофилировании применялся одноканальный искровой разрядник с периодом излучения от 4 до 1 с и центральной сейсмической частотой 75 или 150 Гц. Регистрация полученного отраженного сигнала производилась в аналоговой форме.
Набортные геологические работы включали отбор донных образцов драгами, дночерпателями и грунтовыми трубками. В лабораторных условиях проводились разнообразные исследования поднятых образцов, включавшие микрофаунистический (диатомовый), минералогический, химический и изотопный анализы. Предварительные сообщения, включающие отдельные полученные результаты, были опубликованы ранее [17,27,34].
Морфология дна северной части Камчатского залива.
Северную часть Камчатского залива (рис.1) составляют сравнительно мелководные континентальные отмели, обращенные внутрь залива и прослеживающиеся с плавными перегибами до глубины 420 м. В пологих прогибах этого склона располагаются подводные каньоны, крупнейшим из которых является субмеридионально ориентированный Камчатский каньон. Долина каньона имеет несколько коленообразных изгибов, подчеркивающих его приуроченность к зоне пересечения разрывов субширотного и субмеридионального простирания. Дно каньона представляет собой сложное сочетание эрозионных и аккумулятивных форм, разделенных своеобразными "водоразделами". Основное русло каньона характеризуется V-образной формой с выраженной асимметрией склонов [10,21].
Морфология дна в районе участка детализации работ в верховьях каньона (Западной долины по [10]) существенно отличается от соседних с ним притоков и ответвлений. Если практически все притоки северной части каньона имеют V-образную форму, а их русло часто меняет направление, то изученный участок представляет собой вытянутую корытообразную (U-образную) долину длиной 15 км и шириной 2-4 км. Борта долины осл
 |
Рис. 2 |
ожнены сериями уступов и оползневых ступеней, а высота склонов колеблется от 200 до 350 м при крутизне до 30њ (рис.2). Относительно плоское дно каньона имеет наклон около 3o в юго-восточном направлении, что соответствует падению поверхностей напластования слоев осадочного чехла.
Сравнительно крутые склоны каньона, высокая сейсмичность региона, а также широкое развитие геологических процессов, способствующих нарушению сплошности осадочного разреза, являются предпосылками интенсивного оползнеобразования. О высокой степени проработки бортов и дна изученного участка каньона оползневыми процессами однозначно свидетельствуют морфологические признаки. В результате схода многочисленных оползней верховья каньона в плане имеют округлые очертания и напоминают оползневой цирк. Оползневые тела различного размера прослеживаются на сейсмограммах как на стенках (висячие оползни), так и на дне каньона, перегораживая его (рис.2). Наличие разномасштабных оползневых тел, перегораживающих дно подводных каньонов, является характерной особенностью шельфа и континентального склона Восточной Камчатки [10,15,22]. При этом объем оползневых тел может достигать нескольких кубических километров и десятков кубических километров. Так, например, южная часть Камчатского каньона отделена от основного русла крупным оползшим массивом осадков объемом более 5 км3, образовавшим своеобразную дамбу [10]. С активным характером обвально-оползневых процессов на стенках каньона в исследуемом районе, по-видимому, связан повышенный микросейсмический фон на частотах 0,15 - 0,40 Гц, фиксируемый наземными сейсмостанциями [13-15].
Строение и состав осадочной толщи северной части Камчатского залива
Северная часть шельфа Камчатского залива является зоной аккумуляции осадочного материала, выносимого р. Камчатка - самой крупной рекой полуострова. Твердый сток р.Камчатка, составляющий в настоящий момент около 2,4 тыс. т в год [10], в большой степени определяется переносом твердых продуктов эруптивной деятельности вулканов Ключевской группы. Кроме того, река переносит значительное количество органического материала, крупномасштабное захоронение которого происходит в рыхлых отложениях шельфа [З].
 |
Рис. 3 |
Видимая в сейсмическом изображении мощность осадочного чехла на изученном участке сравнительно невелика - 100-150 м, и только на отдельных участках разрез читается до глубины 200-250 м. Осадочная толща хорошо стратифицирована. По данным геологического опробования и анализа сейсмограмм разрез осадков, слагающих борта каньона, представлены переслаиванием песчаного, гравийного и илистого материала, имеющего различные плотностные характеристики. Характерной особенностью этого разреза является наличие выдержанной по площади высокоамплитудной отражающей границы в нижней части разреза (рис.2), которая, по-видимому, соответствует переслаиванию уплотненных тонкослоистых осадков. Это предположение подтверждается материалами драгирования и отбора проб дночерпателем. С интервала глубин 185-250 м, где упомянутая граница выходит на поверхность морского дна, были подняты темно-серые, местами почти черные гумусированные глины полутвердой консистенции, которые переслаиваются с плотными серыми глинами и суглинками с большим количеством вкраплений органики различной величины. Фаунистические определения [17] позволяют отнести эти образования к позднему плейстоцену-голоцену.
 |
Рис. 4 |
Вверх по разрезу выше упомянутого горизонта залегает слоистая разнокомпетентная толща, представленная (по данным опробования дночерпателями) глинистыми илами с текучей консистенцией и максимальной влажностью, переслаивающихся, в свою очередь, с пачками более плотных суглинков. Осадки, обрамляющие каньон, нарушены сбросообразующими разломами и трещинами отрыва, часть из которых перекрыты слоем верхнечетвертичных отложений небольшой мощности (рис.3). К трещинам отрыва приурочены газовые выходы различной интенсивности, которые уверенно фиксируются на эхолотных записях (рис.4.). Различие в гранулометрическом и вещественном составе между отдельными компонентами осадочного разреза объясняется тем, что характер материала, выносимого р.Камчатка, значительно менялся на протяжении геологического времени главным образом в зависимости от климатических условий. В период верхнеплейстоценового похолодания в пределах современного шельфа Камчатского залива были сформированы торфяники различной мощности и протяженности [6], которые при повышении уровня моря были погребены под верхнеплейстоцен-голоценовыми дельтовыми отложениями р.Камчатка.
Рельеф дна северной части Авачинского залива
 |
В целом шельф северной части Авачинского залива (рис.5) имеет плоскую, слабонаклонную поверхность, которую можно разделить на три интервала. В интервале глубин 50-100 м уклон дна составляет около 0,3o в юго-восточном направлении. Поверхность дна в этом интервале глубин нарушена в верховьях Авачинского каньона (вблизи Халактырского пляжа), где влияние эрозионных процессов заметно начиная с глубин около 60-70 м, а также к югу от Шипунского полуострова. Здесь отмечены деформации поверхности шельфа, которые, вероятно, приурочены к зонам тектонических, в том числе и разрывных нарушений северо-западного и субмеридионального простираний. В интервале глубин 100-150 м уклон дна возрастает до (0,40-0,50), в восточной части района отчетливо различимы эрозионные и, возможно, тектонические долины, трассирующие разломы северо-западного и субмеридионального простираний. Начиная с глубин 150-200 м (а для верховий Авачинского каньона - со 100 м) уклон дна резко возрастает до первых, иногда до нескольких градусов. Этот перегиб в рельефе дна соответствует внешней бровке шельфа. Для западной части района положение внешней бровки шельфа контролируется процессами подводной эрозии, выраженными разветвленной сетью эрозионных долин в верховьях Авачинского каньона. Для восточных участков внешняя бровка шельфа сформирована процессами бокового наращивания в период низкого стояния уровня океана.
Краткая характеристика строения осадочного чехла на шельфе Авачинского залива
 |
Дно северной части Авачинского залива сложено неконсолидированными отложениями, мощность которых на большей части площади не установлена из-за интенсивных реверберационных помех или ограниченной глубинности метода.
Структура неконсолидированных отложений на шельфе северной части Авачинского залива свидетельствует о том, что их формирование было обусловлено интенсивным сносом обломочного материала с побережья, обрамляющего Авачинский залив, в том числе и с Шипунского полуострова. Важную роль в формировании осадочных комплексов Авачинского залива играет твердый сток рек и ручьев. Наибольший вклад вносит твердый сток р.Налычева и рек, впадающих в залив в районе Халактырского пляжа. Отсюда шло наращивание дельтовых отложений в виде сигмовидных осадочных тел по схеме бокового наращивания.
В структуре осадочной толщи отчетливо прослеживается зоны повышенной газонасыщенности, расположенные над акустическим фундаментом (рис.6 А, Б), к которым, в свою очередь, тяготеют участки с неустойчивыми блоками осадков и молодые эрозионные врезы (рис.7 В,Г). Повышенная газонасыщенность осадков установлена по наличию на сейсмической записи характерных аномалий, в основном амплитудных ("яркие пятна") (см. рис.6). Зоны повышенной газонасыщенности тяготеют к типичным газовым ловушкам трех типов: выклиниванию пластов, участкам с антиклинальным залеганием слоистой толщи и зонам сбросов или взбросов, которые "запечатывают" пласты-коллекторы.
 |
Рис. 7 |
Как видно на рис.7 В, эрозионные формы на дне Авачинского залива неоднократно подвергались заполнению осадочным материалом, затем возникали новые эрозионные врезы. На исследованном участке можно выделить три типа эрозионных форм: V-образные, U-образные и зоны пластовых оползаний. V-образные врезы, как правило, относятся к молодым притокам каньона, которые прорезают осадочные комплексы на сравнительно небольшую глубину. U-образные формы формируются в результате роста V-образных эрозионных врезов до глубины залегания акустического фундамента, и затем расширения долины вдоль поверхности литифицированных осадков либо кристаллического фундамента. Пластовые оползания развиваются по флюидонасыщенным пластам осадочной толщи в бортах каньона.
Данные гидромагнитной съемки свидетельствуют о том, что в пределах участка исследований наблюдается положительная аномальная зона С-З направления. Аномалия не контрастна и, возможно, имеет продолжение на суше. Наибольшие значения, до 2,5 мЭ, зафиксированы в местах выхода на поверхность морского дна акустического фундамента вблизи мыса Шипунский. К югу от мыса значения магнитного поля плавно уменьшаются и при глубинах моря 500-800 м имеют значения 0,5-0,7 мЭ. В местах, где мощность осадков увеличивается, значения магнитного поля плавно уменьшаются, однако остаются положительными. Региональные тектонические нарушения (разломы) С-З и субширотного направлений в магнитном поле выражены четко, оперяющие разломы в магнитном поле практически не фиксируются.
Факторы, влияющие на гравитационную устойчивость склоновых осадков в исследуемых районах
В процессе проведенных работ внимание привлекли те особенности структуры осадочного чехла района исследований, которые можно интерпретировать как факторы, способствующие формированию и перемещению подводных оползней. Исследование включало оценку гравитационной устойчивости подводных склонов, основанную на данных о составе, строении и физико-механических свойствах склоновых осадков, а также анализ геологических явлений, приводящих к нарушению сплошности осадочного чехла и формированию оползневых тел конечного объема. Особое внимание привлекли некоторые геологические факторы, благоприятствующие созданию условий для динамического перемещения крупных объемов неконсолидированных осадков вдоль склонов каньонов. В исследуемых районах к таким специфическим факторам относятся газонасыщенность осадков и разгрузка грунтовых вод на шельфе. На наш взгляд, именно эти явления во многом определяют повышенную (по сравнению с прилегающими акваториями) интенсивность обвально-оползневых процессов в Авачинском и Камчатском заливах.
Газонасыщенность осадков. Отличительной особенностью геологического строения дна Камчатского залива является широкое развитие подводных газовых просачивании различной интенсивности [17,34]. Наиболее распространены они в северной части залива, где участки газонасыщенных осадков оконтуривают верховья детально исследованного притока и далее тянутся в южном направлении (по простиранию шельфа), а также маркируют упомянутый выше горизонт уплотненных осадков, который был вскрыт эрозией на глубине 160-180 м. Признаки просачивании в виде вертикальных гидроакустиеских аномалий фиксировались по ходу судна самописцем эхолота (см. рис.4) [17,]. На газонасыщенность вмещающих осадков указывает падение скоростей прохождения сейсмических волн, наличие акустически немых толщ и ярких пятен на записях одноканального сейсмического профилирования.
Изотопный анализ углерода и кислорода карбонатных корок из фрагментов конических построек, к которым приурочены просачивания, дал величины
13C = -24,7...-62,0%o (PDB) и 18O = 33,0-34,4%o (SMOW), что, согласно существующим представлениям, указывает на происхождение в результате бактериального окисления биогенного метана [11,28]. Газы, которые представлены преимущественно изотопно-легким ("биогенным") метаном, вероятно, поступающим из верхней части осадочного чехла [20], обязаны своим появлением захороненной органике. Погребенный органический материал генерирует огромное количество метана, который, накапливаясь между плотными глинистыми слоями, стал причиной повышенной газонасыщенности пластов. В то же время, следует отметить, что в пробах свободного газа, отобранного в зоне просачивании, помимо "биогенного" метана ( 13C, около 70%о PDB), отмечаются также и тяжелые углеводороды (С2Н6 и выше), которые, вероятно, имеют ювенильную природу, поступая с больших глубин по разломам. Близкий компонентный состав имеют газы из скважин, пробуренных на побережье сравнительно недалеко от района исследований [З], что свидетельствует о значительных масштабах генерации углеводородов в регионе.Разгрузка грунтовых вод на шельфе. Это явление (иногда его называют "родниковым подмывом" [33]) связано с вымыванием осадочного материала на склонах подводных каньонов под действием напорных грунтовых вод [25,33]. Обычно этот процесс развивается вблизи побережий, в пределах которых большие объемы воды фильтруются через приповерхностные слои осадочного разреза и по горизонтам, обладающим свойствами коллекторов, мигрируют на большие расстояния. При этом интенсивность вымывания тонкой фракции материала из слоев зависит от объемов воды, поступающей с поверхности. В исследуемом районе дезинтеграции слоев осадочного разреза под действием напорных вод связана с особенностями гидрогеологической обстановки, когда слои осадочной толщи залегают с наклоном в сторону моря, а на побережье создаются условия для формирования напорных горизонтов пресных вод. Обширные выровненные поверхности нижнего течения реки Камчатка являются прекрасным бассейном аккумуляции метеорных вод, которые фильтруются через рыхлые вулканогенно-осадочные толщи. Глинистые водоупорные слои, расположенные в нижней и средней частях осадочной толщи, залегают с наклоном в сторону моря. В мористой части осадочная толща рассечена эрозионными врезами Камчатского каньона. В тех местах, где процессы глубинной эрозии вскрыли коллекторные и водоупорные горизонты, с различной интенсивностью проявились разрушения горизонтов осадочного разреза под влиянием разгружающихся грунтовых вод, в результате чего в бортах каньонов сформировались многочисленные кары и ступени (небольшие по размеру), а в верховьях, на дне вблизи крутых стенок, образуются замкнутые депрессии. Совокупный эффект разгрузки грунтовых вод и каньонообразующих эрозионных процессов приводит к разрушению коллекторных горизонтов осадочной толщи. В Камчатском каньоне вышеупомянутые особенности наиболее широко отражены в строении склонов и дна западных притоков и ответвлений. В Авачинском заливе рассмотренные процессы не столь контрастны, однако, характерные аномальные зоны и типичное строение осадочной толщи указывают на сходство эрозионных режимов.
Механизм роста каньонов и формирования подводных оползней
Представляется очевидным, что в пределах авандельты р.Камчатка на шельфе Камчатского залива и в северной части Авачинского залива значительные объемы осадочного материала верхней части разреза находятся в состоянии неустойчивого динамического равновесия, которое постоянно нарушается в результате региональной сейсмической активности и геологических явлений, способствующих дестабилизации осадочных тел. Не останавливаясь в данной работе на вопросах классификации и номенклатуры подводных оползней, подробно рассмотренных в ряде работ [14,18,30], отметим, что в исследуемом районе в подавляющем большинстве случае встречается оползание слабо- и неконсолидированных осадков с поверхностью скольжения, субпараллельной склону (трансляционные оползни или slump). По-видимому, можно говорить о том, что в ряде случаев разжижение и насыщение флюидами неконсолидированных оползающих осадков привели также к формированию турбидитных потоков и подводных лавин.
Геологическую ситуацию, благоприятную для развития оползневых явлений на склоне Камчатского каньона можно проиллюстрировать на примере фрагментов сейсмограмм (см. рис.3). В строении склонов, обрамляющих каньон, обращают на себя внимание две характерные особенности. Первая - в сейсмическом изображении уверенно читаются тектонические нарушения, которые совершенно не выражены в рельефе морского дна. Вторая - наличие нескольких восстающих выклинивающихся пластов, перекрытых слоем осадков переменной мощности. К участкам выклинивания пластов и к зонам тектонических нарушений приурочены цепочки газовых просачиваний различной интенсивности, которые уверенно фиксируются на записях эхолота в виде гидроакустических аномалий. Анализ сейсмограмм свидетельствует о том, что цепочки газовых выходов маркируют зоны формирований стенок отрыва оползневых тел. Именно на указанных участках морского дна через неконсолидированные песчано-глинистые осадки проникает метан, формируя на поверхности небольшие постройки конической формы [34].
 |
Рис. 8 |
Кинематику процесса формирования и перемещения оползней в каньонах Камчатского залива моделирует блок-схема на рис.8. В строении осадочной толщи исследуемого района отчетливо проявлен генерализованный трехслойный разрез разнокомпетентных осадков (рис.8а). Верхний слой - это пачка переслаивания неконсолидированных осадков, которая формируется в режиме лавинного осадконакопления и динамически наименее стабильна [21]. Средний слой представлен горизонтами, сложенными плотными глинами (высокоамплитудная граница на сейсмограммах). Нижний слой слагает песчано-глинистая толща с высокой газонасыщенностью, которая на отдельных участках на склонах каньонов подвергается воздействию разгружающихся грунтовых вод и, следовательно, подвержена разрушению.
Голоценовые экзогенные процессы (в том числе гравитационно-оползневые) в исследуемом районе протекают на фоне общей деструкции осадочной толщи тектоническими процессами, проявившимися в развитии субмеридионально ориентированных структур растяжения. При тектонических подвижках в толщах неконсолидированных осадков верхнего слоя образуются т...
|
ВНИМАНИЕ! Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)! |
|
Простая ссылка на эту работу:
Ссылка для размещения на форуме:
HTML-гиперссылка:
|
Добавлено: 2011.05.08 Просмотров: 1079 |
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
