Рассмотрены вопросы выявления современных геодинамических процессов с помощью высокочастотного сейсмоакустического профилирования и локации бокового обзора. Сделан вывод, что, несмотря на платформенный характер, геодинамические движения развиты во всех морях вокруг Балтийского кристаллического щита. Приведены сейсмограммы, на которых представлены разные виды проявления геодинамических процессов. Показано, что эндогенные проявления в виде землетрясений находят свое продолжение в активизации гравитационных процессов.

Ключевые слова: геологические опасности, высокочастотное сейсмоакустическое профилирование, локация бокового обзора, геодинамические процессы.

The questions of revealing of modern geodynamic processes by high-frequency seismoacoustic profiling and sonar profiling are considered. The conclusion becomes, that, despite platform character, geodynamic movements are developed in all seas around the Baltic crystal Shield. There are seismograms with different kinds of geodynamic processes. It is shown, that endogenic processes in the form of earthquakes find the continuation in activization of gravitational processes.

Keywords: geological hazards, high-frequency seismoacoustic profiling, sonar, geodynamic processes.

Опасные геологические процессы в последнее время из теоретических представлений превратились в реальный фактор, который должен учитываться при обеспечении экологической безопасности новых инженерных объектов на шельфе: трубопроводов, портовых гаваней, защитных дамб, мостов, кабелей. К подобным процессам относятся в первую очередь эндогенные геодинамические процессы и тесно связанные с ними экзогенные явления: оползни, подводная солифлюкция, цунами, инфильтрация подземных вод в морские бассейны. Кроме этих взаимодополняющих факторов реальную геологическую опасность представляют экзогенные геодинамические процессы, прямо не связанные с неотектоническими движениями: подводные течения, в первую очередь приливо-отливные, охватывающие всю водную толщу, волновые потоки в береговой зоне и пр. Целью нашей статьи является обзор проявлений эндогенной и экзогенной геодинамики в северо-западных морях России, окаймляющих Балтийский кристаллический щит и испытавших в четвертичное время многократные оледенения.

Представления о слабой неотектонической активности пассивных шельфов «атлантического» типа, к которым и принадлежат все рассматриваемые моря, а также окаймляющих их берегов, не всегда согласуются с данными новейших исследований. На побережье Баренцева моря известны многочисленные сейсмодислокации, свидетельствующие о сейсмических толчках в голоцене [Николаева, 2009]. На самом Баренцевом море по данным Г.П. Аветисова [1996] потенциально опасная сейсмическая зона протягивается вдоль северного побережья Кольского п-ова и приурочена к сочленению Баренцевоморской плиты и Балтийского щита. Эта шовная зона сейсмична практически на всем своем протяжении. Землетрясения в основном имеют магнитуды, равные 3-4, отдельные достигают 4,4-4,6. По некоторым представлениям можно ожидать землетрясения с магнитудой до 5,0 (сотрясения в эпицентре до 7 баллов). В последнее время активные сейсмогенные зоны установлены и вдоль борта Новой Земли. С ними может быть связана инфильтрация подземных вод в пределы шельфа и формирование в прибрежных водах гидрохимических аномалий, которые не обусловлены процессами антропогенного загрязнения [Корнеев и др., 2008].

Мощная сейсмогенная зона расположена вдоль оси Кандалакшского залива. В кутовой части и в районе Порьей губы зафиксировано ее пересечение с двумя менее мощными аналогичными зонами северо-восточного направления. По данным сейсмологической лаборатории КЦН РАН и наблюдательной станции Оулу (Финляндия) здесь отмечается большое количество землетрясений. Их эпицентры зафиксированы как по инструментальным, так и по историческим данным. Единичные эпицентры с М 2,5, 3,00-3,99 наблюдаются в северной части Центрально-Карельской зоны (Карельского мегаблока), а также на Терском берегу и в акватории Белого моря в районе устья р. Чапомы и Стрельны [Макаров и др., 2007].

Балтийское море относится к более спокойным в сейсмическом отношении регионам. Однако и здесь были зафиксированы землетрясения. Наиболее известны произошедшие в районе о. Осмуссаар в 1976 г. и, конечно, в Калининградской обл. в 2004 г., где в эпицентре, на берегу Балтийского моря были зафиксированы толчки в 5-6 баллов по шкале Рихтера [Калининградское…, 2008]. По свидетельству А.А. Никонова [2009], о. Валаам в четвертичное время испытывал сейсмические толчки до 7-8 баллов по шкале Рихтера, свидетельством чему являются зоны молодого дробления в свалах, свежие вертикальные стенки высотой до 30 м со следами интенсивного дробления и пр.

Проведенные в рамках Государственного мониторинга геологической среды геофизические, в частности сейсмоакустические и гидролокационные, работы свидетельствуют, что рельеф и донные отложения водоемов, которые развиты по периферии Балтийского кристаллического щита, отчетливо указывают на наличие современных геодинамических движений, причем зоны этих движений нередко попадают в сферу хозяйственной деятельности, как, например, при трассировании газопровода «Нордстрим».

Данные сейсмоакустического профилирования (НСП) - ведущего метода в комплексе изучения четвертичного покрова - позволяют не только получить разрез всей толщи рыхлых отложений и изучить ее структуру, но и выделить и проследить нарушения этой структуры, связанные как раз с геодинамическими факторами. Однако используемые частоты до 1 000 Гц не позволяют в принципе получить высокое разрешение по слоям, что предопределяет пропуск отдельных слоев с акустической жесткостью меньшей, нежели вышезалегающих горизонтов, а главное, резко снижает возможность интерпретации самых верхних слоев четвертичного разреза. Но именно этот слой нередко имеет принципиальное значение при проектировании инженерных сооружений и проведении геоэкологических работ, в том числе и в связи с нарушениями, вызванными геодинамическими движениями. По этой причине уже в 1980-е годы наметилась устойчивая тенденция к использованию высокочастотной аппаратуры с металлокерамическими излучателями, которые работали на частотах 3-7 кГц. Использование их во многом позволило решить указанные выше проблемы, но при этом возникла масса ограничительных параметров. Прежде всего они были связаны с плотностью грунта, в результате чего грунты типа морены и обладающие высокой поглощающей способностью рыхлые осадки (пески) перешли в разряд «акустического фундамента». Запись существенно потеряла в своей информативности. В настоящее время на смену геолокаторам (такое название получили первоначально высочастотные приборы в системе Мингео СССР) пришли современные высокочастотные профилографы, работающие в режиме излучения и приема сложных сигналов (ЛЧМ-сигналов). Использование линейно частотно модулированных сигналов и приемных акустических систем со сканирующей диаграммой направленности позволяет значительно повысить эффективность работы высокочастотных профилографов в условиях сильно рассеянных сред, к которым относятся верхние слои донных осадков.

При проведении Государственного мониторинга геологической среды шельфа в ФГУНПП «Севморгео» использовалась следующая аппаратура:

·              высокочастотный ЛЧМ-профилограф ПГ-1000 (1-4 кГц), позволяющий получать детальную информацию о глинистых грунтах на глубину до 30 м с разрешающей способностью 30-40 см; использование линейной частотной модуляции (ЛЧМ-модуляции) в качестве внутриимпульсной позволяет при сохранении необходимого уровня излучаемой акустической энергии значительно повысить разрешение по разрезу донных отложений, что является решающим при выделении в разрезе мелких объектов различной природы;

·              гидролокатор бокового обзора (ГЛБО) СМ 800 фирмы С-Мах; полоса обзора на каждый борт 75, 100, 150 и 200 м; ГЛБО позволяет получать площадную информацию о распределении крупных природных (валуны, резкие уступы, ложбины и пр.) и техногенных объектов на поверхности морского дна размером до 3-5 м.

Уже первые опыты использования высокочастотных профилографов в Финском заливе показали широкое развитие малоамплитудных проявлений геодинамических движений эндогенной природы, связанных с блоковым строением кристаллического фундамента. К ним можно отнести: участки морского дна, лишенные покрова современных осадков и не выраженные в современном рельефе морского дна, но часто ограниченные флексурными перегибами в ледниково-озерных глинах; четкие уступы, связанные с потерей корреляции практически всех слоев четвертичного покрова (рис. 1). Была установлена четкая площадная дифференциация проявления этих движений. Если в пределах развития кристаллического фундамента Балтийского щита геодинамические движения устанавливались по характерным линейным формам рельефа, резкой потере корреляции отражающих горизонтов, а также по сопутствующим этим движениям проявлениям гравитационных процессов (рис. 1, 2), то в участках с относительно маломощным платформенным чехлом главную роль играли уже конседиментационные движения (рис. 2). В этом случае при сохранении плоского рельефа заметно изменялось геологическое строение. Исчезали голоценовые осадки, а на дне вскрывались подстилающие неоплейстоценовые отложения. Обстановка же седиментации при этом менялась с чисто аккумулятивной нефелоидной на транзитную, когда седиментация не происходила, а дальнейший размыв был блокирован формированием слоя песчанистого перлювия. Характерной чертой являлась линейность этих участков с транзитным типом осадконакопления, что позволило, в конечном счете, выявить «сотовую» структуру распределения голоценовых седиментационных бассейнов, которые как раз и разделялись подобными зонами конседиментационных поднятий. Это явление должно учитываться при инженерно-геологических изысканиях, так как даже при относительно ровном дне на этих участках будут возникать в построенных инженерных сооружениях механические напряжения, которые могут привести к авариям. Нелишне при этом отметить, что по некоторым литературным данным 80% современных аварий на газопроводах на суше связаны именно с такими геодинамическими зонами.

Чрезвычайно важными с точки зрения геологических опасностей являются сопровождающие геодинамические движения гравитационные процессы (оползни, оплывины и пр.). В подводных условиях, учитывая насыщенность донных осадков водой и их повышенную тиксотропность, достаточно небольшого толчка, чтобы накопившиеся массы осадочного материала приобрели способность к перемещению вниз по склону. Большое внимание этой проблеме недавно уделил известный полярный геолог M.Л. Верба.

В своей работе [Верба, 2007] он указал на важную роль свойства тиксотропности водонасыщенных осадочных образований при их пластических деформациях, которые обычно сопровождают неотектонические движения. В связи с этим он подчеркнул необходимость учета неотектонического фактора и тесно связанных с ним гравитационных процессов при разработке мер по обеспечению безопасности инженерных и горно-геологических работ на акватории.

Гравитационные отложения большой мощности были установлены по данным сейсмоакустического профилирования на юго-западном борту Кандалакшского грабена в Белом море (рис. 3А). Мощность их местами может достигать 100 м и более. Менее впечатляющие, но крайне важные с геологической точки зрения оползневые явления были зафиксированы в Финском заливе Балтийского моря. Они связаны с бортами погребенных долин или с линейными зонами, разграничивающими подводные выходы более древних пород и голоценовые осадки. Эти оползни выделяются по данным высокочастотного сейсмоакустического профилирования, а при геологическом пробоотборе им соответствуют плойчатые или оползневые текстуры в кернах грунтовых колонок (рис. 3Б).

Геодинамические движения обычно сопровождаются выходами глубинных газофлюидов, часто большой мощности. Одним из первых на это указал известный финский морской геолог Б. Винтерхальтер (устное сообщение), который однажды продемонстрировал заснятые аквалангистами отваленные пласты современных пелитовых осадков, непосредственно перекрывающих кристаллические породы в шхерах в районе порта Турку (Финляндия). Выходы газофлюидов, сопровождающиеся образованием кратеров в морских пелитовых осадках - так называемых пок-марков - были зафиксированы в Балтийском море [Блажчишин, 1998; Söderberg & Floden, 1991], а позднее нами в Финском заливе. Особенно впечатляющим выглядело целое поле таких «пок-марков», впервые выявленное В. Снитко и В. Питулько в районе мыса Шепелев в 2009 г. и исследованное нами в 2010 г. Кратеры различной морфологии и стадии зрелости (от формирующихся новых до зрелых и уже почти размытых) и достигающие в диаметре 7-10 м были четко зафиксированы на сонограммах, а на сейсмограммах им соответствовали «факелообразные» разрывы в толще ледниково-озерных (неоплейстоценовых) и морских нефелоидных (голоценовых) глин и алевропелитов (рис. 1, 4). Линейное расположение этого поля, непосредственные выходы на поверхность дна коренных глин вендского возраста, зафиксированных в процессе геологического пробоотбора, повышенные температуры в кратере «пок-марков» (устное сообщение В. Питулько) - все это указывает на наличие активизированного разлома в кристаллических породах, который вплоть до настоящего времени оказывает влияние на относительно маломощный (50-100 м) плитный чехол и также маломощный покров четвертичных (точнее, неоплейстоценовых - голоценовых) отложений. На возможность наличия «сквозных» разломов, протягивающихся из фундамента до самого дна при гораздо более мощных покровных отложениях в свое время указывал М.Л. Верба при интерпретации профиля АР-2 в Баренцевом море. Проявления истечения глубинных газофлюидов из фундамента, сопровождаемые формированием ореолов ртути, были установлены нами и в Гыданском заливе Карского моря при проведении газогеохимической съемки. Важно, что в этом случае происходил прорыв уже мерзлых, т.е. достаточно плотных пород, причем в ряде случаев, по данным высокочастотного профилирования, в местах прорыва газофлюидов были зафиксированы зоны протаивания промороженного грунта [Рыбалко и др., 2011].

Данные факты практически не учитываются при инженерно-геологических изысканиях. В последнее время практикуется широкое использование при этих работах многолучевых эхолотов, дающих объемную картину рельефа морского дна. Это очень эффективный метод, но он, к сожалению, не позволяет получить представление о направленности движения отдельных блоков земной коры. Только сейсмоакустическое профилирование может восполнить этот пробел, что совершенно необходимо для проектировщиков и для обеспечения безопасности эксплуатирования крупных инженерных сооружений на дне моря.

Не менее важным оказалось использование геофизического мониторинга при проведении объектовых работ: подводной добычи рыхлых стройматериалов (песков и песчано-гравийных смесей) и шельфовых железо-марганцевых конкреций. Здесь геофизические методы применялись, по крайней мере, для решения двух задач, связанных с опасностями уже преимущественно техногенного характера:

·              для оценки заносимости новых карьеров осадками различного гранулометрического состава (песками или илами), что необходимо для определения технологии проведения дальнейших добычных работ;

·              организации и реконструирования сетей наблюдения в связи с новыми потенциальными источниками загрязнения.

Необходимо отметить и еще один аспект использования геофизических методов при проведении мониторинга геологической среды на лицензионных участках недро- и водопользователей. Это связано с непосредственными наблюдениями над техногенными объектами на дне, которые с течением времени были частично занесены донными наносами, но могут быть вскрыты в период проведения дноуглубительных работ. К таким объектам относятся в том числе бомбы, снаряды времен второй мировой войны, а также многочисленные обрывки кабелей, технических конструкций, попавших на дно уже в современное время, что особенно актуально для Финского залива.

Таким образом, приведенные нами данные свидетельствуют, что даже в условиях субплатформенного геотектонического режима по периферии Балтийского кристаллического щита имеют место геодинамические движения, оказывающие влияние на формирование условий залегания четверичных, в том числе голоценовых отложений, приводящие к их деформации. Данные деформации представляют непосредственную угрозу для инженерных и гидротехнических объектов на дне моря. По нашему мнению, строительство таких опасных в геоэкологическом отношении объектов, как подводные нефте- и газопроводы, должно сопровождаться в обязательном порядке также геофизическим мониторингом, включающим как сейсмоакустическое профилирование в разных частотах, так и локацию бокового обзора. При этом дальнейшее развитие этого вида мониторинга должно быть связано с внедрением в практику работ высокоразрешающих гравимагнитных методов, что позволит выходить на прогноз развития геодинамических процессов. Для повышения качества геодинамического прогноза необходимо переходить на высокодискретную регистрацию изменений в режиме on-line с использованием долговременных донных геоэкологических станций и передачей измеренной информации через ИСЗ. Такие предложения, по заданию Министерства природных ресурсов, были разработаны во ФГУНПП «Севморгео» в 2002 г. [Корнеев и др., 2005], внедрение их в практику ГМГСШ поможет существенно увеличить безопасность хозяйственной деятельности на шельфе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аветисов Г.П. Сейсмоактивные зоны Арктики. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1996.

2. Блажчишин А.И. Палеогеография и эволюция позднечетвертичного осадконакопления в Балтийском море. Калининград: Янтарный сказ, 1998.

3. Верба М.Л. Современное билатеральное растяжение земной коры в Баренцево-Карском регионе и его роль при оценке перспектив нефтегазоносности // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2007. № 2. С. 20-27.

4. Калининградское землетрясение 21 сентября 2004 года. СПб.: ВСЕГЕИ, 2008.

5. Корнеев О.Ю., Матвеев Ю.И., Рыбалко А.Е. «Севморгео» на страже экологии Арктики / Освоение Российского шельфа // Нефть России. 2005. Спец. вып. С. 76-77.

6. Корнеев О.Ю., Рыбалко А.Е., Федорова Н.К. Федеральный мониторинг геологической среды Западно-Арктического шельфа - состояние, объекты и перспективы развития / Нефть и газ Арктического шельфа. 4-я междунар. конф.: Тез. докл. - Мурманск, 2008. С. 285-287.

7. Макаров В.И., Щукин Ю.К., Юдахин Ф.Н. Позиция Соловецких островов в неотектонической структуре Беломорья, их природа и современная геодинамика // Литосфера. 2007. № 3. С. 86-94.

8. Николаева С.Б. Сейсмиты в позднеоплейстоцен-голоценовых осадках северо-запада Кольского региона (Северная часть Балтийского щита) // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 7. С. 830-839.

9. Никонов А.А. Скалы Валаама через века и столетия // Природа. 2009. № 2. С. 56-65.

10. Рыбалко А.Е., Иванов Г.И., Свечников А.И. и др. Использование высокочастотных сейсмоакустических методов при проведении газогеохимических поисковых работ на нефть и газ в Гыданской губе в 2009 году / Первая международная научно-практическая конференция для геологов и геофизиков «Сочи-2011»: Материалы конф. CD-диск.

11. Söderberg Р., Floden Т. Pokmarks development along a deep crustal in the northern Stockholm Archipelago, Baltic Sea // Beitr. Meereskunde. 1991. V. 62. P. 79-102.

Ссылка на статью: 

Корнеев О.Ю., Свечников А.И., Рыбалко А.Е., Никитин М.А., Назарова О.В. Выявление геологических опасностей с помощью высокочастотного сейсмоакустического профилирования и локации бокового обзора для целей ГМГСШ // Разведка и охрана недр. 2011. № 10. С. 48-53.