Введение к работе
Актуальность работы. Решение проблемы генезиса силицитов важно не только для литологии, но и для веси геологической теории и практики. Происхождение кремневых пород фанерозоя рассматриваются с позиции различных концепций: вулканогенной, гидротермальной, биогенной. Изучение современных процессов формирования кремнистых отложений в условиях структур с разным типом земной коры, тепловым режимом и скоростью накопления актуально, поскольку они являются гомологами древних кремнистых пород, вмещающих месторождения разнообразных рудных и нерудных полезных ископаемых, являются нефте- и газоматеринскими породами. Актуальность обусловлена также необходимостью применения геофизических методов в геологическом изучении морского дна, задачами освоения минеральных ресурсов океана и создания повои техники, снижения затрат на его исследование и рациональной добычи полезных ископаемых. Детальный анализ и систематизация имеющихся и наличии океанологических, геологических и геофизических данных о строении дна шельфа и их последующая качественная и количественная формализация в виде геоакустической модели являются актуальной и давно назревшей проблемой. Построение геоакустических моделей морского дна. возможность использования полученных результатов и практике морских геологосъёмочных и поисковых работ. Выявление зависимости физических свойств донных отложений от литологического состава, их влияния на амплитуду и форму отраженных дном эхосигиадов. факторов ограничивающих применение судовых эхолотов и радиометрических методов для картирования осадков морскою дна и их стратификации - актуальные задачи.
Цель и задачи. Физические свойства осадков и горных порол связующее звено геологических характеристик и физических полей. Они являются важным (лементом расшифровки геохимических процессов, исследовании диагенеза и эпигенеза отложений, интерпретации результатов сейсмоакусгичсскнх наблюдении, построения геоакуегпческих моделей и создания новых средств навигации, обнаружения и идентификации пеодпородпостен дна. Цель работы - выявить особенности физических свойств осадков и горных пород, слагающих сірукіурьі с континентальным, субконтниеттпитьным. еубокеаинчеекнм и океаническим иными земной коры, установить закономерности изменения свойств при диагенезе и иетрофнзически обосновать предполагаемую природу сейемоакуегичееких сдоев и границ в'толще кайнозойских отложений. Для достижения пой цели решались следующие задачи:
I) проанализировать данные по распространению вешественпо-гепетическнх типов современных осадков, иозднемезозойеких и кайнозойских геологических комплексов горных пород: 2) произвести диалогическое, петрографическое и пегрофизическое изучение осадков, горных пород и полезных ископаемых, выяснить корреляционные зависимости между вещественным составом, структурными, текстурными особенностями и физическими свойствами: 3) исследовать отражательную способность поверхности морского дна и ее зависимость от физических свойств осадков; 4) изучить постседнмеитациопные изменения физических свойств
отложений, определить критерии для выделения эпигеиеггических сейсмических границ, связанных с этими изменениями, выяснить закономерности их формирования и дефлюидизации осадочных толщ; 5) выявить общие закономерности формирования физических свойств осадков и горных пород, определить основные критерии построения геоакустических моделей.
Научная новизна. В работе впервые для южной части Приморского края, Японского, Охотского, Южно-Китайского, Филиппинского морей и западной части Тихого океана сопоставлены петрографические материалы по разновозрастным комплексам пород с результатами исследования упругих характеристик. Установлено, что плотность, скорость продольных волн и анизотропия скорости в породах вулканических и осадочных комплексов определяются, в основном, текстурными и структурными особенностями, которые затушевывают роль минерального состава. Установлена вертикальная зональность физических свойств кремнистых отложений континентального склона, обусловленная возрастающим уплотнением и сменой минеральных фаз кремнезема вниз по схеме: опал - кристобалит - кварц. Составлены схематические карты распределения значений скорости продольных волн, плотности и пористости в донных осадках Японского моря.
Новым является изучение связи характеристик эхолотиых сигналов, отраженных морским дном, с микрорельефом, акустическими свойствами осадков и динамическими параметрами среды, изменяющими импеданс дна - температурой, давлением, соленостью. Выполнено картирование осадков некоторых районов шельфа Японского и Охотского морей с помощью судовых эхолотов.
Исследованы зависимости плотности и скорости распространения продольных волн от содержания пелитовых частиц в вулканогенио-кремпистых и терригенных осадках. Показано, что для базальтов Японского моря обычны скорости звука, установленные в слоях 2А, 2В и 2С океанической коры. Максимальные скорости (до 8,2 км/с) измерены п гипербазитах, роговиках и кристаллических сланцах. Получены зависимости скорости продольных воли от плотности и установлено, что в породах кислого, основного и ультраосновного состава, слагающих возвышенности с субконтинентальным и субоксаиическим типами коры эти связи различны. Показано, что важную роль в определении характера зависимости при скорости меньше 5 км/с играют текстура и структура породы. Повышенная пористость неогеновых субщелочных базальтов Японского моря и низкая скорость распространения продольных волн обусловлены высоким содержанием летучих в магме и малой глубиной застывания. Наблюдаемая в этих породах связь плотности и скорости с глубиной залегания объясняется влиянием гидростатического давления на объем газовой фазы п лаве. Заметная анизотропия скорости (до 28,6%) установлена не только в оливинсодержащих гипербазитах, но и в пироксеновых разностях -вебстерите и лерцолите. Ссрпентинизация ультраосиовных пород приводит к увеличению их объема, снижению плотности, теплопроводности и скорости звука.
Практическая ценность. Идентификация типа отложений и степени постседиментациоиных преобразований по данным о плотности, скорости распрбстранеиия продольных волн, анизотропии скорости и характеру изменения этих величин с глубиной позволяет выделять по физическим свойствам некоторые типы пород осадочного чехла и акустического фундамента, определить
палеотемпературные условия в толще осадков. Это важно для сейсмостратиграфии, поиска нефти и газа, фосфоритов, ЖМК, металлоносных ияов, гидроакустики, марикультуры, охраны окружающей среды, для проектирования гидротехнических сооружений и агрегатов добычи полезных ископаемых.
Приведенные в работе результаты дополняют полученные ранее данные о физических свойствах горных пород и совместно составляют целостную картину петрофизической характеристики геологических комплексов юга Дальнего Востока и переходной зоны от континента к океану. Полученные автором сведения о физических свойствах горных пород, их связи с литологическими и петрографическими особенностями используются при построении геоакустических моделей морского дна. Учет температуры дойных осадков и придонной воды повышает точность классификации морского дна дистанционными акустическими методами.
Фактический материал, объекты и методы исследований. В основу диссертационной работы положены результаты исследований автора физических свойств горных пород и осадков морского дна, выполненных согласно плану научных работ Тихоокеанского океанологического института по проблемам 0.74.01, 0.50.01, "ВЕСТПАК", ФЦП "Мировой Океан" и хоздоговорным темам. Образцы горных пород, эхограммы и пробы донных отложений собраны автором в 22-х морских экспедициях на НИС "Первенец", Каллисто", "Проф. Богоров", "Ак. А.Виноградов", ""Ак. А. Несмеянов", "Дм. Менделеев", "Проф. Гагарииский", «Проф. Хромов», ПУС "Надежда" в период с 1975 по 2003гг, выполненных под руководством И.И.Береенспа, В.А.Буланова, О.А.Ьукииа, В.И.Васильева, Ю.В.Квлаиопа, Г.Л.Кашшщева. Р.Г.Кулинича, Е.П.Леликова. Ю.С.Лиикина, А.И.Обжирова, И.К.Пущина, С.А.Щеки. А.Ф.Щербинина.
Район, рассматриваемый в настоящей работе включает Лионское, Охотское, Южно-Китайское, Филиппинское моря и западную часть Тихого океана (восточнее 180 в.д.). Исследовались: пористость, плотность. влажности, скорость распространения продольных волн, анизотропия скорости, поглощение продольных и сдвиговых волн, магнитная восприимчивость, радиоактивность, теплопроводность и их взаимосвязи, а также корреляции с вещественными и структурными особенностями осадков и коренных горных пород.
Образцы горных пород прибрежной, континентальной части Приморского края, Сахалина, шельфа Приморья и КНДР из буровых скважин и обнажений были любезно предоставлены для исследований автору СВ. Высоцким, JI.A. Изосопым, С.В, Коваленко, СМ. Коионещ Т.К. Кутуб-Заде, IO.C. Лишенным, В.В, Савченко, Л.И. Хершбергом, В.В. Хитровым, В.Г. Шмулевым. Результаты изучения физических свойств этих образцов вошли в состав геологических отчетов и пояснительных записок к геологическим картам южной части Приморского края, тематического отчета «Строительные пески шельфа Приморского края», отчета по теме «Исследование геологического строения и особенностей распространения полезших ископаемых в акватории восточного побережья Кореи и прилегающей суши».
В процессе исследования изучено 520 прозрачных шлифов, выполнено 6300 измерений скорости продольных волн. 300 измерений естественной радиоактивности и 2300 измерений плотности горных пород, 11300 определений скорости звука, 1200 естественной радиоактивности, 700 измерений поглощения звука и 3370 измерений
плотности, пористости и влажности донных отложений. В работе использовано свыше 200 анализов химических, 58 минералогических, 780 гранулометрических, 120 количественных спектральных, 70 радиоизотопиых определений возраста, 32 рентгенодифрактограммы.
Физические свойства изучались на образцах кубической формы (размером по ребру 5-10 см) и керне донных осадков с естественным водоиасыщением. Скорость продольных волн измерялась способом прямого прозвучивания приборами УК-10П, УК-14П, УК-25П. Плотность, пористость и влажность осадков получена взвешиванием проб (объемом 50 см3, во влажном состоянии) до и после высушивания при 105 С. Плотность горных пород измерялась способом гидростатического взвешивания. Эхозондирование морского дна производилось с помощью измерительной системы, включавшей в разных экспедициях: судовые эхолоты (НЭЛ-3МБ, ГЭЛ-3, Elac-Enif, Elac-Shelfrand), приемники глобальной системы позиционирования Navstar GPS, (GPS - 48, GPS - 126, GPS - 128), персональные компьютеры (Pentium - 2, 3, 4), аналого-цифровые преобразователи (La-70, La3- USB, звуковые карты SB-16, SB-live, SB-Audigy), а также усилители, фильтры, осциллографы и т.д.. При сборе и обработке данных использовались авторские компьютерные программы, применялись методы математической статистики.
Защищаемые положения.
1. Распределение значений физических свойств морских осадков на
поверхности дна подчиняется вертикальной, циркумконтинентальной и широтной
(климатической) зональностям. Уравнения зависимости плотности и скорости звука от
среднего размера частиц (Hamilton, 1986, Bachman, 2002), разработанные для
терригенных отложений, не применимы для хараісгеристики кремнистых илов
Японского, Охотского морей и северо-западной части Тихого океана.
2. Глубина залегания «диагеистической» акустической границы,
обусловленной растворением остатков диатомей, зависит от температуры, скорости
осадкоиакопления и возраста вмещающих отложений. Она может быть использована в
качестве температурного репера для оценки зрелости органического вещества.
Источник опала и кристобалита в осадочных толщах дна акваторий - биогенный.
-
Большая пористость (28-40%) базальтов вулканических построек глубоководных котловин окраинных морей но отношению к базальтам вулканических гор океана указывает на более высокую флюидонасыщеиность исходной магмы базальтов окраиниоморского комплекса. Высокая пористость базальтов является причиной их низкой плотности и низкой скорости распространения в них продольных воли.
-
Применение дистанционных методов акустического зондирования морского дна позволяет производить классификацию донных осадков, определять величину их физических и механических свойств, Коэффициент отражения акустического сигнала от дна с железомарганцевыми конкрециями имеет частотную зависимость и содержит информацию о плотности покрытия конкрециями дна, их среднем размере и физических свойствах.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 58 работ, в том числе одна монография. Основные положения диссертации докладывались на Международном совещании по геодинамике западной части Тихого океана (Южно-
Сахалинск, 1981), И-м Дальневосточном петрофизичсском совещании (Хабаровск, 1981), Всесоюзном совещании и Ш-й научной сессии Дальневосточной секции МСССС «Сейсмичность и сейсмостойкое строительство» (Владивосток, 1982), I и Н-й Тихоокеанских школах по морской геологии и геофизике (Владивосток, 1983; Южно-Сахалинск, 1985), VII-й, 1Х-й и ХШ-й Международных школах по морской геологии (Москва, 1986, 1990 и 1999 г.г.), Советско-китайском симпозиуме по океанографии (Владивосток, 1990), Ш-й Международной конференции по морской геологии Азии (Сеул, 1995), Международном научном семинаре «Закономерности строения и эволюции геосфер» (Хабаровск - Владивосток, 1996), VI-й Международной конференции по газу в морских осадках (Петербург, 2000), Региональном научно-практическом семинаре «Современные технологии судовождения на базе систем электронной картографии и спутниковой навигации» (Владивосток, 2001), Международном научном симпозиуме «Строение, геодинамика и металлогения Охотского региона и прилегающих частей Северо-Западной Тихоокеанской плиты» (Южно-Сахалинск, 2002), Третьем всероссийском симпозиуме «Сейсмоакустика переходных зон» (Владивосток, 2003), Х-й школе-семинаре академика Бреховских (Владивосток, 2004), Всероссийской конференции «Рельсфообразующие процессы: теория, практика, методы исследования - XXVlII-м пленуме геоморфологической комиссии РАН (Новосибирск, 2004), а также на Ученом совете и семинарах ТОЙ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 372 наименования. Объем рукописи 387 страниц, включая 27 таблиц и 89 иллюстраций.
Похожие диссертации на Петрофизика дна западной части Тихого океана и окраинных морей востока Азии
