Введение
Район исследований находился между м. Сарыч и м. Чауда, располагаясь вдоль Южного берега Крыма, который относится к единой крупной тектонической структуре – Крымскому мегантиклинорию внешней зоны альпийского складчатого пояса. Основным элементом ядра мегантиклинория является Главная гряда Крымских гор, а Южная часть ядра мегантиклинория и его южное крыло находятся на дне Черного моря [1]. Этот район неоднократно изучался и ранее, в том числе и авторами, в ходе 115, 116, 124 и 126 рейсов НИС «Профессор Водяницкий» [2–4]. Такой большой интерес к данному району объясняется как его сложным строением, так и многообразием различных геолого-геоморфологических объектов и процессов, а также их взаимодействием. На первоначальном этапе работ, в первых экспедициях на южном шельфе Крыма, целью и наиболее интересным объектом исследований представлялась древняя речная сеть и древние береговые линии [5], сохранившиеся следы которых искали с помощью гидролокации и акустического профилирования. По результатам этих экспедиционных исследований была построена палеогеоморфологическая карта – схема дна участка материкового склона Южного Крыма (схема расположения древней гидрографической сети). В ходе камеральной обработки данных этой экспедиции (115 рейс) стало ясно, что этих технических средств недостаточно, и есть необходимость иметь более полные данные о глубинном строении осадочной толщи.
С этой целью к следующему сезону экспедиционных работ была подготовлена аппаратура для непрерывного сейсмического профилирования толщи донных отложений с электроискровым возбуждением сигнала и специально изготовленной приемной косой, с оптимальными для района исследований характеристиками [2, 6]. Применение этой аппаратуры сразу показало свою эффективность, и она стала интенсивно использоваться в последующих экспедициях. В ходе этих экспедиций совершенствовалась методика и технология проведения работ, также крупным положительным фактором явилась возможность обследовать выявленные природные объекты, представляющие интерес планомерно, с учетом данных, полученных в предыдущих экспедициях. В этом отношении материалы НСП, полученные в 131 рейсе НИС «Профессор Водяницкий», являются наиболее полными и качественными. Кроме объектов, непосредственно связанных с древней гидрографической сетью, на профилях сейсмоакустического профилирования хорошо читаются разрывные нарушения, связанные с сейсмоактивными разломами, которые, в свою очередь, имеют непосредственное отношение к зонам субаквальной разгрузки углеводородов [7, 8].
Целью экспедиционных работ 131 рейса НИС «Профессор Водяницкий» было получение новой сейсмоакустической информации, которая бы существенно дополнила данные, полученные в предыдущих рейсах, и позволила уточнить характер и последовательность геолого-геоморфологических процессов на шельфе и континентальном склоне Крыма в плейстоцене.
Второй (но не менее важной) задачей экспедиционных работ было развитие и совершенствование методологии и технологии инструментальных морских геофизических наблюдений для исследования физических полей, подводных объектов и экологии в гидросфере.
Материалы и методы исследования
В 131 рейсе научно-исследовательского судна (НИС) «Профессор Водяницкий» были проведены экспедиционные сейсмоакустические работы методом непрерывного сейсмического профилирования (НСП) на участке материковой окраины юго-восточного Крыма. Схема выполненных сейсмоакустических профилей представлена на рис. 1. Их общая протяженность составляет более 337 морских миль.
Рис. 1. Схема сейсмоакустических профилей 131 рейса НИС «Профессор Водяницкий»: 1 – изобаты; 2 – линии сейсмоакустических профилей
Метод НСП с применением электроискрового источника хорошо известен и неоднократно описан в литературе [2, 6], в том числе в виде, применяемом авторами в работах на НИС «Профессор Водяницкий» [3], поэтому нет нужды описывать его еще раз. Следует отметить, что условия проведения морских экспедиционных работ летом 2024 г. в прибрежных водах Крыма существенно отличались от условий работы, которые были ранее. Прежде всего, это относится к методике навигационного обеспечения исследований. Если раньше отсутствие корректного приема сигнала средствами космических навигационных систем (КНС) было редким исключением, то в 131 рейсе отсутствие навигационных данных от КНС стало скорее правилом. Это обстоятельство потребовало коренного изменения организации процесса фиксации навигационных данных.
В этих условиях пришлось проводить сбор навигационных данных силами двух отрядов. Отряд гидрофизики Морского гидрофизического института, имеющий большой опыт морских экспедиционных работ у побережья Крыма в современных условиях, собирал навигационные данные от целой группы стационарных и мобильных (носимых) приемников КНС, которые располагались в различных частях судна. Периодически (через 15 мин) производился обход судна для контроля функционирования приемников КНС с фотофиксацией показаний приемников, имеющих дисплеи с индикацией текущих данных. Данные с приемников КНС, не имеющих индикации текущих координат, получали по завершении работ в виде текстового файла с привязкой координат по времени. Так же сохранялся сбор данных судовой навигационной системы в гидрофизической и геофизических лабораториях.
В случаях, когда ни один из приемников КНС не давал достоверных координат, использовалась привязка пути судна методом обратных засечек, с помощью репитеров навигационного судового гирокомпаса, штатно установленных на крыльях мостика НИС «Профессор Водяницкий». Если видимость береговых ориентиров была недостаточной, то использовалась штатная навигационная радиолокационная станция (РЛС) MDC 7012P (при удалении судна от береговой линии). РЛС MDC 7012P работает на частоте 9410 Мгц и снабжена антенной RW 701A-06 с горизонтальной поляризацией и углом охвата 1.2ºх22º соответственно в вертикальной и горизонтальных плоскостях.
В этих условиях необходимым элементом навигационного обеспечения съемочных работ является ведение прокладки пути судна на рабочем планшете (навигационной карте). В 131 рейсе НИС «Профессор Водяницкий» для ведения прокладки пути судна и его архивирования авторами использовалась доступная программа Open CPN 5.2.4 с открытым доступом. Вид рабочего окна программы с примером прокладки выполненных галсов представлен на рис. 2.
Рис. 2. Пример рабочей навигационной карты с построенной схемой расположения галсов 13–15, выполненных 05.06.2024 (темно-зеленый цвет) в районе м. Меганом. Красным цветом показаны профили, выполненные в предыдущих рейсах, фиолетовым – переходы судна с другими работами
Также возникла необходимость в коррекции вида профилей сейсмоакустического профилирования. В обычных условиях программа сбора и отображения данных выводит геофизический профиль вдоль верхней рамки которого указано время GMT и соответствующие ему координаты, полученные от приемника КНС. В случае если КНС не дает корректных данных, то на профиле будут отсутствовать координаты или они будут указаны неверно.
Для исправления этого недостатка был использован прием, известный в практике гидрографических работ прежних лет как «разноска координат». С помощью этого приема по эхограммам на бумаге определялись координаты характерных точек рельефа. Суть его заключается в интерполировании значений между известными точками определений. В нашем случае для каждого конкретного профиля вычислялись широта и долгота через определенные равные промежутки времени. Результаты этих вычислений наносились в виде соответствующих шкал на сейсмоакустические профили при постобработке данных в программе «Surfer».
На рис. 3 представлен один из полученных профилей с добавленными навигационными данными.
Результаты исследования и их обсуждение
В процессе морских научных исследований на участке от м. Сарыч от м. Чауда, с использованием технологии НСП, подробно рассмотренной в работе [3], были получены материалы, характеризующие строение шельфа и континентального склона. С помощью комплекса САП «Геонт-Шельф» получен большой объем данных, уточняющий уже имеющиеся представления о рельефе дна и строении верхней плейстоцен-голоценовой части осадочной толщи [4, 9, 10]. На сейсмоакустических профилях, выполненных в виде замкнутых полигонов, нашли отражение следующие седиментационные и эрозионные формы:
‒ аккумулятивные береговые валы;
‒ прибрежные бары;
‒ отложения дельт;
‒ эрозионные врезы и каньоны;
‒ грязевулканические образования;
‒ оползневые тела;
‒ конуса выноса палеорек.
На профиле на широте п. Морское, в интервале 80–120 м, соответствующем верхнеплейстоценовым отложениям, отчетливо выделяются бугристые сейсмофации высокоэнергетических русловых потоков.
Рис. 3. Пример представления данных сейсмоакустического профилирования после технической постобработки
Рис. 4. Фрагмент сейсмоакустического разреза на траверсе п. Морское
Ниже по разрезу, в интервале глубин 120–160 м, по характерной осветленной слабослоистой записи, выделяются песчанистые скопления палеобаров, отлагавшихся в прибрежных районах среднеплейстоценового морского бассейна, что наглядно представлено на рисунке 4.
В интервале глубин 100–120 м выделяются погребенные формы берегового палеорельефа. В ходе развития голоценовой трансгрессии эти барьерные формы распались на ряд локальных аккумулятивных образований, которые представляют собой серию верхнеплейстоценовых береговых валов.
Рис. 5. Сейсмоакустический разрез по линии п. Морское – г. Алушта, пересекающий верховье каньона на траверсе п. Малореченское
На широтных профилях зафиксированы сейсмокомплексы погребенных речных долин, переходящие в русла каньонов с разветвленными верховьями. Русла каньонов пересекают континентальный склон и далее переходят в русла глубоководных долин, направленных на юго-восток в абиссальную котловину (рис. 5).
Изучение особенностей погребенной гидрографической сети и устьевых участков рек Крымского побережья, впадающих в Черное море, позволяет предположить, что их эрозионно-аккумулятивная деятельность претерпела существенные изменения в условиях неоднократных климатических изменений уровня Черного моря за последние 17000–20000 лет. Эволюционную историю бассейна Черного моря от раннего плейстоцена до современности можно проследить по вертикальной смене сейсмических фаций [11]. Аккумулятивные клиноформенные образования соответствуют регрессивным эпохам. Непрерывные протяженные отражения характерны для трансгрессивных межледниковых эпох.
В районе исследования по данным эхолотного, акустического и сейсмоакустического профилирования выделяются участки с интенсивными газопроявлениями [6, 12, 13]. На профиле по линии Судакская бухта – мыс Меганом в прибрежной части выделяется обширный участок около 10 км со скоплением метана. Газовая залежь приурочена к придонным отложениям, предположительно верхнеплейстоценового возраста. Не исключено, что такие скопления образуются вследствие горизонтальной миграции вверх по восстанию слоев из песчаных палеодельтовых отложений. Такие же аномалии фиксируются и в других районах юго-восточного шельфа Крыма, общей численностью более 40 газопроявлений.
Заключение
В результате экспедиционных геофизических работ в юго-восточной части материковой окраины Крыма получен большой объем новых данных о геологическом строении этого района, а именно сейсмоакустические разрезы осадочной толщи и соответствующие им эхолотные профили рельефа дна шельфа и склона. Эти данные органическим образом дополняют данные, полученные авторами в предыдущих рейсах НИС «Профессор Водяницкий». Таким образом, получена новая детальная информации о морфологии рельефа дна и геологическом строении современного осадочного чехла материковой окраины полуострова Крым методами сейсмоакустического профилирования и эхолотирования. При этом продолжено совершенствование средств геофизических исследований на морском шельфе и методики их комплексного использования.
Выполненное сейсмоакустическое профилирование и эхолотирование позволило проследить некоторые ранее не известные особенности реликтовой гидрографической сети, уточнить существующие представления об изменении уровня Черного моря, генезисе и истории формирования заливов Крымского полуострова.
Авторы выражают благодарность морякам НИС «Профессор Водяницкий» и научному составу ИнБЮМ и МГИ за постоянную помощь в работе.