Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

В России и за рубежом научно-исследовательские центры, занимающиеся изучением шельфа морей и океанов, как правило, применяют примерно одинаковый комплекс экспедиционных работ. Это, прежде всего, эхолотный промер глубин, позволяющий получать рельефную картину поверхности дна, а также гидролокационное картирование, которое дает представление об ареалах донных грунтов и пространственное распределение элементов донного рельефа. Непрерывное сейсмоакустическое зондирование позволяет получить данные о литологическом строении осадочной толщи, накопленной за последние 20 тыс. лет.

Исследования шельфа полуострова Крым и соответствующие публикации были сделаны около 40 лет назад. Большой фактический материал тех лет в основном приурочен к юго-восточной части Крыма и связан с геолого-разведочными работами на нефть и газ в районе Керченского полуострова. Мало исследован вопрос положения древней гидрологической сети и связи береговых и субаквальных морфоструктур, а также генезиса и истории формирования долинных заливов полуострова.

Исследования, проведенные группой специалистов Института океанологии РАН, географического факультета МГУ и Института биологии южных морей РАН на шельфе Крыма, в последние годы дополнялись данными берегового бурения, дававшими возможность абсолютного датирования некоторых слоев осадочной толщи и расшифровки колебательных движений уровня моря в Азово-Черноморском бассейне. Уникальные материалы, полученные в ходе морских экспедиционных исследований на южном, восточном и западном шельфе Крыма в 2020–2022 гг. (эхолотный промер глубин, непрерывное сейсмопрофилирование и гидролокационное картирование), дали возможность детализировать палеогеографическую историю формирования шельфа Черного моря.

Цель исследования, проводившегося в 2022 г., связана с необходимостью решения фундаментальной научной проблемы океанологии и морской геологии по изучению строения и истории формирования континентальной окраины, в частности шельфа полуострова Крым, в том числе восстановление фрагментов положения древней гидрологической сети и определение связи береговых и субаквальных морфоструктур. При этом решались следующие задачи:

− анализ опубликованного и фондового материала по строению шельфа Черного моря;

− анализ данных берегового бурения;

− проведение экспедиционных океанографических и геофизических исследований на участках материковой отмели Крыма, в том числе

• эхолотный промер,

• акустическое профилирование верхней осадочной толщи,

• сейсмоакустическое зондирование шельфа,

• гидроакустическая геоморфологическая съемка поверхности дна;

− составление региональных и сводной геоморфологических карт шельфа Крыма.

Рис. 1. Общая схема маршрутов сейсмоакустического профилирования, эхолотирования и гидролокации на шельфе Крыма в 2022 г.

Рис. 2. Научно-исследовательское судно НИС «Профессор Водяницкий»

На третьем этапе исследований в 2022 г. основные экспедиционные океанографические и геофизические работы велись на участке материковой отмели полуострова Крым от м. Сарыч (б. Ласпи) до м. Чауда (восточная граница Феодосийского залива). Исследования выполнялись в 124 рейсе НИС «Профессор Водяницкий» [1] в период с 27 сентября по 22 октября 2022 г. (26 суток).

Схема района работ и маршрутов съемки приведена на рис. 1.

В экспедиции 124 рейса НИС «Профессор Водяницкий» было выполнено одиннадцать профилей акустического профилирования, общей протяженностью более 118 м. миль. Из них три профиля получены в районе Феодосийского залива, два вдольбереговых профиля на участке Алушта – Меганом, четыре в районе Ялта – Аю-Даг, три – у южной оконечности Крыма, от м. Сарыч до Ялты. Частично профили дублируют друг друга. Одновременно с акустическим профилированием проводилось эхолотирование, протяженность которого превышает 75 м. миль. В результате выполнения полевых исследований составлены описания сейсмопрофилей дна и сейсмогеологических разрезов для шельфа полуострова Крым и создана общая палеогеоморфологическая карта-схема дна материковой отмели Крыма.

Для морских научных исследований на шельфе использовалось океанское судно НИС «Профессор Водяницкий» (рис. 2) с неограниченным районом плавания, что позволило вести непрерывные работы на всем протяжении и простирании в глубину шельфа полуострова Крым при любом удалении от берега.

Для исследования строения верхней водонасыщенной толщи рыхлых осадочных отложений был применен метод непрерывного акустического профилирования на ходу судна акустическими импульсами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) несущей частоты, который был реализован с использованием акустического профилографа АП-5Т, разработанного в ИО РАН. АП-5Т включает буксируемое тело (носитель акустических антенн), кабельную буксирную линию, накопительную кабельную вьюшку, судовой электронный блок и персональный компьютер для отображения и регистрации данных с помощью оригинальной программы SonarControl. Программное обеспечение SonarControl управляет судовым блоком, обеспечивает обработку и визуализацию данных в реальном времени и осуществляет запись данных на жесткий диск компьютера в общепринятом формате хранения сейсмоакустической и гидролокационной информации XTF. Основные технические характеристики прибора приведены в табл. 1, а процесс функционирования комплекса подробно рассмотрен в работах [2, 3].

В ряде случаев для обеспечения бесперебойной работы по зондированию рыхлых осадочных отложений в акустическом диапазоне частот использовалось приемо-передающее устройство «CHIRP-II». Приемо-передающее устройство «CHIRP-II» является полноценным судовым блоком акустического профилографа с ЛЧМ сигналом, в одном корпусе которого объединены персональный компьютер, устройства генерации ЛЧМ сигнала, устройства обработки принятого сигнала и усилитель мощности. Назначение «CHIRP-II» – генерация и обработка зондирующих сигналов сложной формы. «CHIRP-II» не имеет собственного электроакустического преобразователя. В качестве буксируемой акустической антенны для «CHIRP-II» используется буксируемый носитель антенн АП-5Т. Основные характеристики приемо-передающего устройства «CHIRP-II» приведены в табл. 2. Структура и процесс функционирования устройства рассмотрен в работах [2, 4].

Таблица 1

Основные технические характеристики акустического профилографа АП-5Т

Таблица 2

Основные технические характеристики приемо-передающего устройства «CHIRP-II»

Для детальных исследований морфологии рельефа дна и конфигурации природных объектов использовался метод гидролокации бокового обзора. Метод был реализован с использованием высокочастотного гидролокатора бокового обзора (ГБО) «YellowFin» производства канадской фирмы Imagenex. ГБО позволяет поставить в соответствие обследуемому участку поверхности дна его тоновое изображение, формируемое при перемещении антенны ГБО, построчно на ленте графического регистратора либо на экране видео монитора. Гидролокационные изображения собирались и архивировались, так же как и в случае АП, в общепринятом формате данных XTF. Основные технические характеристики ГБО приведены в табл. 3, а процесс функционирования ГБО подробно рассмотрен в работах [5, 3].

Таблица 3

Основные технические характеристики гидролокатора бокового обзора «YellowFin»

Для промера глубин и получения соответствующих профилей дна вдоль маршрутов геофизических съемок с борта НИС «Профессор Водяницкий» на шельфе полуострова Крым использовался судовой навигационный эхолот FURUNO-FCV-2100L.

Для навигационного обеспечения исследований (координатно-временной привязки всех получаемых данных) использовались три источника, а именно:

− два дублирующих друг друга судовых приемника космических навигационных систем (КНС) навигационные системы FURUNO GPS Navigator GP-80 и KODEN GPS/ГЛОНАСС навигатор KGP-925;

− приемник данных КНС GPS и ГЛОНАСС «Sigma» производства компании Javad, входящий в состав геофизического аппаратурного комплекса.

Наличие нескольких источников навигационных данных позволяло оперативно переключаться между ними в случае нестабильной работы КНС одного вида.

Рис. 3. Сводная геоморфологическая карта шельфа полуострова Крым: 1 – прибрежная отмель (0–20 м), 2 – абразионно-аккумулятивная терраса (20–50 м), 3 – внешний шельф (50–150 м), 4 – материковый склон (150–100 м), 5 – глубоководная впадина (более 1000 м), 6 – скальные рифы, 7 – изобаты (м), 8 – гидрологическая сеть, 9 – подводные каньоны, 10 – рифы и скальные плиты, 11 – палеорусла рек, 12 – водные объекты. Карта построена В.Н. Коротаевым (географический факультет МГУ) по результатам исследований 2020–2022 гг. [2, 4]

Южный шельф расположен между мысами Ай-Тодор и Меганом вдоль южного берега Крыма, или Горного Крыма. Горный Крым располагается в пределах единой крупной тектонической структуры – Крымского мегантиклинория внешней зоны альпийского складчатого пояса [6, 7]. Основным рельефом ядра мегантиклинория является Главная гряда Крымских гор и ее южный склон – Южный берег Крыма. Южная часть ядра мегантиклинория и все ее южное крыло опущены на дно Черного моря. Южный берег Крыма весьма приглублен и интенсивно обрабатывается морем. На всем его протяжении нет ни одной аккумулятивной формы, за исключением песчано-галечных накоплений в вершинах некоторых бухт, куда впадают реки (например, Судакская), что проиллюстрировано картой на рис. 3.

Литологическое строение донных отложений и рельеф Южного шельфа были изучены при помощи сейсмоакустического профилирования на участке побережья от мыса Сарыч до мыса Чауда. В разрезе плейстоцен-голоценовых отложений юго-восточной части крымского шельфа предварительно были выделены три сейсмокомплекса. Верхний сейсмокомплекс (QIV) толщиной 1,5 м связан с современными отложениями. Подстилающий его сейсмокомплекс (QIII) приурочен к новоэвксинским отложениям. Его толщина меняется в среднем от 6 до 10 м. Нижележащий нерасчлененный карагат-чаудинский сейсмокомплекс (QIII–II) меняется в толщине от 5 до 9 м. В пределах выделенных комплексов выявляются палеорусла, эрозионные и аккумулятивные формы рельефа. Отмечаются неотектонические поднятия.

Таким образом, в пределах крымского южного шельфа выделяются три основных сейсмокомплекса, отождествляемых с голоценовыми (древнечерноморскими и новочерноморскими –Q IVdc-nc) отложениями, новоэвксинскими (QIIIne) и карангатско-узуларскими (Q III kg-QIIuz) отложениями. В склоновой части эти отложения размыты и на поверхность дна выходят более древние таврической серии или апшеронские отложения (рис. 4, 5).

Анализ сейсмоакустических данных показал повсеместное присутствие горизонта размыва, пересекающего весь шельф и подстилающий толщу голоценовых преимущественно алевро-пелитовых илов. В строении залегающей ниже толщи отложений прослеживаются врезы, залегающие на подводном продолжении современных речных долин, а также комплекс форм рельефа, маркирующих положение уровня моря в периоды стабилизации подъема уровня моря в ходе послеледникового наступления Черного моря на сушу.

Рис. 4. Фрагмент сейсмоакустического разреза на Ялта-Аюдагском профиле, показывающий особенности строения плейстоцен-голоценовых отложений в присклоновой части

Рис. 5. Фрагмент сейсмоакустического разреза по Ялта-Аюдагскому профилю, показывающий унаследованный каньон в плейстоцен-голоценовых отложениях

Данные синхронного эхолотного промера и непрерывного сейсмоакустического профилирования, полученные в результате выполнения проекта, показали присутствие в зоне внешнего шельфа разнообразных типов древних береговых форм от абразионных террас до береговых валов и эоловых форм, а также приустьевых кос на участках, прилегающих к древним дельтам. В пределах южнокрымского шельфа по сейсмоакустическим материалам установлена древняя береговая линия максимума понижения уровня моря на глубинах от 110 до 85 м, что в целом соответствует средним значениям, возможно отражая условия слабого вздымания в плиоцен-четвертичное время (2,58 млн лет назад).

Новые данные в области морфологии и структуры отложений, слагающих древние береговые образования внешнего шельфа, показали различие их типов в пределах различных морфоструктурных зон: преобладание абразионных террас на участках более крутого и узкого шельфа и абразионно-аккумулятивных и аккумулятивных на участках широкого шельфа юго-восточной окраины.

Результаты исследования рельефа дна и строения осадочной толщи среднего и внутреннего шельфа подтверждают колебательный ход подъема уровня моря. Наиболее четкими индикаторами короткопериодных фаз стабилизации хода трансгрессии являются древнебереговые террасы и отдельные формы, имеющие практически непрерывное распространение на всем протяжении Крымского шельфа. Наряду с древней береговой линией на глубинах 85–90 м особенно хорошо выражена терраса на глубинах 50–60 м ширина которой местами достигает 3–4 км, а также комплекс затопленных пересыпей и кос на глубинах 30–35 м. Последняя береговая линия маркирует верхний предел развития трансгрессии перед началом поступления средиземноморских вод в Черноморский бассейн около 9,5 тыс. лет назад.

Данные о строении и геохронологии донных отложений, сформировавшихся после последнего оледенения 11,7 тыс. лет назад и образующих переуглубленные долины Керченского полуострова, полученные в ходе исследований, показали, что глубины залегания кровли новоэвксинских отложений нигде не превышают отметок 30–35 м, что хорошо согласуется с материалами по литостратиграфии донных садков Черноморского шельфа [8, 9].

Проведенные сейсмоакустическое профилирование и эхолотный промер глубин позволили также охарактеризовать некоторые особенности реликтовой гидрографической сети на Крымском шельфе. Анализ данных позволяет предположить, что в условиях неоднократных быстрых климатических изменений уровня Черного моря за последние 17 тыс. лет эрозионно-аккумулятивная активность малых рек Крымского побережья также испытывала существенные изменения. Это объясняет слабое присутствие в рельефе шельфа следов древней речной сети на глубинах свыше 40–50 м, которые оставались в условиях суши до временного рубежа 15–16 тыс. лет назад в период засушливых климатических условий. Отмеченное выше, по-видимому, в меньшей мере относится к крупным магистральным реками типа Дон и Кубань, которые имеют более сложную систему питания и разветвленную систему притоков.

Выполненные исследования внешней части шельфа Крыма позволяют существенно дополнить существующие представления о структурно-тектоническом и геолого-литологическом строении шельфа Крыма и восстановить палеогеографические события позднейшей истории его формирования.