Реликтовый термокарстовый рельеф и талики восточной части шельфа моря Лаптевых

Глава 4. Реликтовые термокарстовые формы рельефа. Морфологическая характеристика, картирование и мерзлотно-геологическое строение разреза.

В четвертой главе приводятся результаты анализа сейсмоакустических материалов, полученных в ходе совместных российско-германских морских экспедиций (28.07-15.08.1998 г.) на борту ледокола "Polarstern". Материалы для работы над диссертацией были любезно предоставлены Франком Ниссеном (Frank Niessen - Alfred Wegener Institute, Germany).

Материал. Излучатель параметрического профилографа PARASOUND возбуждает две волны с частотами 18 и 23.5 кГц с узким лучом 4^o. В результате интерференции между ними в водной толще за счет параметрического эффекта создается вторичная частота, которая составляет 4 кГц. Это обеспечивает проникновение акустического сигнала в толщу не мерзлых донных осадков на глубину до 100 м при разрешающей способности до 50 см. Профили представляют собой графики, по вертикальной оси которых отображены глубина от поверхности моря в метрах, а по горизонтальной оси - фактическое время (год, месяц, день, час, минута), когда происходило профилирование. Единичным отрезком на горизонтальной оси является минута. Каждая временная точка имеет свои географические координаты. В 2005-2009 гг. автором самостоятельно были проанализированы и обработаны 3444 км сейсмоакустических профилей.

Мерзлотно-геологическая интерпретация сейсмоакустических материалов.

На всех сейсмоакустических профилях отмечается жесткая акустическая граница, залегающая на глубинах 0,5-20 м от дна, интерпретируемая как кровля мерзлых толщ (Романовский и др., 1997; Kassens et al., 2000; Drachev et al., 2002). В 2000 г. в результате бурения экспедицией TRANSDRIFT VIII в северо-восточной части шельфа, западнее о-ва Котельного при глубинах моря около 40 м, по сейсмоакустическим профилям 1998г, были вскрыты льдистые и льдосодержащие породы на глубине от дна 8-10 м. Подошва ММП не была достигнута (Kassens et al., 2000).

Анализ сейсмоакустических материалов показал, что по характеру и современному положению кровли яруса мерзлых пород выделяются два основных вида разрезов (рис.3). Первый вид характеризуется горизонтальной или слабонаклонной поверхностью кровли яруса мерзлых пород, перекрыт охлажденными осадками мощностью от 0,5 до 20 м. Второй вид характеризует участки сейсмоакустических профилей, где в кровле яруса ММП встречаются понижения - затопленные термокарстовые формы рельефа (субмаринные талики), заполненные различными по свойствам слоями, которые сверху также перекрываются морскими осадками. По морфологии кровли мерзлых толщ и характеру структуры вышезалегающих осадков нами было выдвинуто предположение, что многочисленные депрессии, часть из которых рассматривались как захороненные под морскими голоценовыми осадками термокарстовые формы рельефа, формировались в субаэральных условиях. В основании котловин сохранились реликты подозерных таликов. В настоящее время данные формы являются субмаринными надмерзлотными таликами.

Для обобщения и анализа фактического материала были поставлены следующие задачи: 1) привязать сейсмоакустические профили к батиметрической карте; 2) выделить и типизировать реликтовые термокарстовые формы рельефа; 3) создать карту современного положения субмаринных таликов; 4) построить трехмерные мерзлотно-геологические модели, отражающие современную морфоструктуру и строение термокарстовых котловин.

Высокая разрешающая способность метода сейсмоакустического профилирования позволила автору по осям синфазности и изменениям морфоструктурного плана выделить характерные элементы разреза. Изменения волновой картины, локализованные внутри или на границах выделенных элементов, отражают определенные палеогеографические обстановки и процессы. Одной из характерных особенностей в строении разреза являются угловые несогласия между жесткой акустической границей и выделяемыми слоями, которые свидетельствуют о заполнении котловин в процессе их развития.

Рис.3. Виды, выделенных по сейсмоакустическим материалам 1998 г. разрезов. Стрелками черного цвета показана мощность отложений, перекрывающих кровлю мерзлых пород и депрессии, синего - мощность слоев, заполняющих депрессии. Составлено автором.

Анализ геологических, литологических, стратиграфических и палеонтологических характеристик позволил выделить сверху вниз следующие слои: 1) морские голоценовые охлажденные отложения, перекрывающие кровлю вне субмаринных таликов и непосредственно над котловинами; 2) прибрежно-морские голоценовые бесструктурные охлажденные голоценовые осадки, заполняющие котловину до бортов; 3) предположительно озерно-лагунные слоистые охлажденные осадки, сформировавшиеся в позднем неоплейстоцене, залегающие непосредственно на кровле яруса реликтовых ММП. Иногда фрагментарно, под слоями 2 или 3 в понижениях кровли, возможно, сохранились таберальные образования (реликты подозерных таликов), которые не имеют четкой слоистости.

В результате исследования выделены следующие типы затопленных структур: 1) термокарстовые котловины с различной глубиной залегания кровли яруса ММП и с сохранившимися под ними несквозными подозерными таликами (рис. 4); 2) аласные котловины, иногда с террасами; 3) положительные формы, предположительно являющиеся останцами ЛК.

В программе MapInfo 8,5 составлена карта современного положения субмаринных таликов восточной части шельфа моря Лаптевых (рис.5).

Картографической основой послужила батиметрическая карта (Holmes, Creager, 1974) с сечениями изобат 5 м, которая была привязана в проекции долгота/широта Пулково 1942.

Рис.4. Пример фрагмента сейсмоакустического профиля и мерзлотно- геологическая интерпретация реликтовой термокарстовой котловины

По данным различных исследователей (Holmes, Creager, 1974; Kleiber H.P., Niessen F, 1999), реконструировавших положение палеодолины Восточной пра-Лены, обнаруженные автором затопленные формы термокарстового рельефа расположены либо к западу от нее, либо в ее западной части. Депрессии были подразделены по глубине залегания в них подошвы ММП на мелкие (до 10 м) и глубокие (более 10 м). Отмечен район распространения затопленных останцов ЛК. Все изученные реликтовые котловины встречаются на участках шельфа с глубинами воды от 20 до 50 м.

Анализ всех выделенных котловин показал, что их длина изменяется от 600 до 3000 м, что сопоставимо с размерами наземных термокарстовых образований (озер и аласов). Все закартированные котловины в кровле мерзлых пород приурочены к крупным отрицательным тектоническим формам, рифтовым грабенам (Касымская, 2005). По районам сгущения сейсмоакустических профилей были выделены два участка для построения пространственных моделей котловин. В программе MapInfo 8,5 строилась сетка с началом координат в центре участка, и устанавливались истинные линейные размеры между интервалами сейсмозаписи (координаты X и Y).

Рис.5. Карта современного положения субмаринных таликов с участками, выбранными для построения пространственных моделей. Составлено автором.

По выбранным для участка профилям, для каждого временного интервала, равного 1 минуте, по положению выделенных слоев (дна моря, подошв морских, прибрежно-морских, озерно-лагунных или кровли субмаринных мерзлых пород) определялась координата Z. При определении абсолютных отметок положения дна на сейсмозаписи использовались данные представленные на сайте www.pangaea.de. Построение модели осуществлялось в программе Surfer, методом Kriging, с линейной вариограммой, являющейся точным интерполятором. В результате интерполяции на первом этапе получилась серия карт рельефа поверхностей выделенных слоев. Далее эти карты трансформировались в пространственные слои. Затем производилась интеграция всех построенных уровней, которая и позволила создать 3-х мерную модель современной морфологии и мерзлотно-геологического строения котловин (рис.6). На следующем этапе исследований были построены мерзлотно-геологические разрезы для каждого из участков в продольном и поперечных сечениях.

Рис.6. Трехмерная диаграмма участка 1 (75o20' и 75o30' с.ш., 128o40' и 128o40'в.д.) с продольными линиями разрезов. Составлено автором.

Впервые созданная пространственная модель, точно привязана к географическим координатам. Модель позволила получить представление о глубинах залегания и мощностях слоев, глубине залегания кровли яруса реликтовых мерзлых пород, а также оценить скорости седиментации на достаточно больших территориях. Возможности модели (дополнение, корректировка, интеграция в более крупные модели и т.д.) зависят только от количества фактических данных. Она может быть использована при дальнейших геофизических, геологических, геокриологических и океанологических исследованиях. По результатам пространственного моделирования получены следующие выводы: 1) положение субмаринных таликов в кровле яруса ММП выражено в рельефе дна; 2) понижения на профилях - замкнутые изометричные котловины; 3) проведена оценка мощности слоев разного генезиса и скорости седиментации осадков, а также определены глубины залегания кровли яруса реликтовых мерзлых пород (табл. 1).

Скорости осадконакопления морских и прибрежно-морских отложений, определенные автором с помощью кривой хода трансгрессии А.В.Гаврилова (2008), хорошо сопоставимы с данными скоростей, полученных Х.А. Баухом и др. (2001), Т.С. Клювиткиной (2007). Повышенные скорости седиментации прибрежно-морских отложений связаны с тем, что оба рассматриваемых участка находились в области маргинального фильтра р. Лены (8.8 тыс.л.н. в районе изобаты 32 м) и характерны для зон лавинной седиментации (Лисицын, 2004).

Табл. 1. Мощности слоев и скорости их седиментации полученные при построении пространственной модели.
N участка	Глубина залегания кровли ММП	Параметры модели	Голоценовые морские отложения	Голоценовые прибрежно-морские отложения	Верхненеоплейстоцен-голоценовые озерно-лагунные отложения
1	0,5-20 м	Мощность, м	до 4	до 4,5	до 17,5
		Vсед, см/тыс.л.	10,5	196	-
2	0,5-10 м	Мощность, м	до 2	до 2,5	до 9
		Vсед, см/тыс.л.	12	80	-
Vсед - скорость седиментации, см/тыс.л.