Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общая характеристика современных природных условий восточной части шельфа моря Лаптевых 10
1.1. Рельеф шельфа 10
1.2. Гидрометеорологические условия 15
1.3. Геолого-тектоническое строение 22
1.4. Стратиграфия и мерзлотно-геологическое строение четвертичных отложений 29
1.5. Геокриологические условия шельфа : 39
Выводы 54
Глава 2. Озерный термокарст на приморских низменностях, арктических островах и шельфе в позднем неоплейстоцене голоцене 55
2.1. Формирование, закономерности развития и морфология термокарстовых образований (аласов, озер и лагун) 58
2.2. Состав, строение, свойства отложений аласов, термокарстовых озер и лагун 70
Выводы 75
Глава 3. Сведения о реликтах субаэрального рельефа и таликах на шельфе 76
3.1. Данные гидрографических, батиметрических, сейсмоакустических исследований шельфа 76
3.2. Материалы буровых работ в прибрежной зоне 82
Выводы 89
Глава 4. Реликтовые термокарстовые формы рельефа. Морфологическая характеристика, картирование и мерзлотно геологическое строение разреза 90
4.1. Сейсмоакустический материал и методы исследований Мерзлотно-геологическая интерпретация сеисмоакустических данных 96
Пространственная модель современного положения субмаринных термокарстовых котловин и таликов 112
Выводы 126
Формирование подозерных таликов и их эволюция в субмаринные в восточной части шельфа моря Лаптевых в позднем неоплейстоцене - голоцене 127
Моделирование формирования подозерных таликов и динамика их мощности на субаэральном этапе развития шельфа 130
5.1.1. Схематизация геологической обстановки, входные параметры и принятые допущения 132
5.1.2. Палеогеографический сценарий 136
5.1.3. Модель поздненеоплейстоцен-голоценовой трансгрессии 142
5.1.4. Математическая постановка задачи 147
5.1.5. Граничные условия 148
5.1.6. Результаты моделирования 149
Образование субмаринных таликов на аласных равнинах в результате позднеплейстоцен-голоценовой трансгрессии 153
Моделирование формирования субмаринных таликов и динамика их мощностей на субаквальном этапе развития шельфа 159
Постановка задачи, входные параметры и принятые допущения 164
5.3.2. Результаты моделирования 170
Сопоставление результатов моделирования и фактических данных 179
Выводы 183
Заключение 184
Литература
- Стратиграфия и мерзлотно-геологическое строение четвертичных отложений
- Состав, строение, свойства отложений аласов, термокарстовых озер и лагун
- Пространственная модель современного положения субмаринных термокарстовых котловин и таликов
- Модель поздненеоплейстоцен-голоценовой трансгрессии
Введение к работе
Актуальность работы. На поверхности обширных, слабонаклонных
шельфов арктических морей Лаптевых и Восточно-Сибирского распространены
округлые депрессии и разделяющие их возвышенности. Подобный рельеф имеют и
приморские арктические низменности, где многочисленные озера и эрозионно-
термокарстовые котловины - аласы разделены останцами-увалами, сложенными
высокольдистыми синкриогенньши отложениями ледового комплекса. Под
озерами, большая часть которых имеет термокарстовое происхождение,
существуют подозерные талики, преимущественно несквозные.
Восточноарктический шельф в значительной степени является результатом затопления низменностей морем в период голоценовой гляциоэвстатической трансгрессии. При этом затоплению низменностей предшествовало развитие озерного термокарста по ледовому комплексу (ЛК), начавшееся еще в конце позднего неоплейстоцена. В результате современный рельеф дна моря унаследовал некоторые черты мерзлотно-геологического строения низменностей, в том числе и наличие таликов, которые из подозерных, несквозных с пресными водами трансформировались в субмаринные. На поверхности шельфа происходила седиментация морских отложений, а континентальные подвергались воздействию холодных морских вод, засолению и другим малоизученным процессам.
Под термином «субмаринные талики» в представляемой работе автором понимаются образования смешанного генезиса - гидрогенно-криогидрогалинного, которые в процессе своей эволюции из подозерных, гидрогенного типа с пресными водами таликов трансформировались в субмаринные, криогидрогалинные. Субмаринные талики, рассматриваемые автором, приурочены к термокарстовым и аласным котловинам, которые заполнены охлажденными как континентальными, так и морскими отложениями.
Настоящая работа посвящена исследованию мезорельефа дна шельфа, происхождению, строению и динамике субмаринных таликов, изначально имевших озерно-термокарстовый генезис.
Современные особенности рельефа дна шельфа, состава поверхностных отложений, строение субмаринных таликов и их эволюция изучены весьма слабо. Основными методами исследований в рамках настоящей работы явились комплексный анализ многочисленных разрозненных геофизических, буровых, литологических, гидрологических, геологических и геокриологических данных, палеогеографические реконструкции и математическое моделирование.
Цель работы - изучение субмаринных таликов, приуроченных к реликтовым термокарстовым формам рельефа, и их эволюции в позднем
неоплейстоцене-голоцене в восточной части шельфа моря Лаптевых. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Описать современные природные условия существования субмаринных таликов.
-
Оценить роль озерного термокарста в развитии криолитозоны шельфа в позднем неоплейстоцене-голоцене.
3. Систематизировать материалы исследований прошлых лет о реликтах субаэрального рельефа и субмаринных таликах на шельфе.
4. Изучить морфологию реликтовых термокарстовых форм рельефа, установить их местоположение на шельфе и определить закономерности строения разреза.
5. Изучить динамику подозерных таликов в субаэральных условиях, показать трансформацию подозерных таликов в субмаринные. Полученные результаты проанализировать и сопоставить с фактическими данными.
Для решения перечисленных выше задач были собраны и проанализированы многочисленные литературные и фондовые материалы; изучены фактические данные, полученные в результате международных программ «Laptev Sea System» по составу, свойствам и строению отложений до глубин 20 м от дна моря, и геокриологическим условиям шельфа в районе исследований.
Основные защищаемые положения.
1. Обнаруженные по геофизическим данным депрессии в кровле мерзлых
толщ на шельфе являются реликтовыми термокарстовыми котловинами, а талики
под ними - реликтовыми подозерными.
2. Заполненные осадками аласные и термокарстовые котловины с
реликтовыми подозерными таликами под ними в настоящее время являются
субмаринными надмерзлотными криогидрогалинными таликами.
-
Местонахождение субмаринных таликов выражено в рельефе дна шельфа.
-
Сохранение таликов под «термокарстовыми лагунами» происходило вследствие увеличения минерализации поровых вод и изменения температуры начала замерзания отложений термокарстовых озер (и подозерных таликов) в результате смены континентальных условий морскими и способствовало сохранению реликтовых подозерных таликов на шельфе с момента затопления до настоящего времени.
-
При изменении континентальных условий морскими подозерные талики частично промерзали снизу за счет запасов холода мерзлых толщ.
Научная новизна работы.
1. Установлено положение субмаринных таликов на участке шельфа с
координатами 74-76 с.ш. и 128-132 в.д.
2. Изучена морфология затопленных термокарстовых котловин и
субмаринных таликов.
3. Определены закономерности строения разреза термокарстовых котловин.
4. Созданы мерзлотно-геологические пространственные модели,
характеризующие современную морфоструктуру и строение затопленных
котловин.
5. Обосновано существование несквозных субмаринных таликов на участке
шельфа 74-76 с.ш. 128-132 в.д. при тепловых потоках 60 мВт/м2.
Практическое значение работы определяется тем, что полученные представления об эволюции таликов на шельфе, их современном пространственном положении, мерзлотно-геологическом строении и состоянии, необходимо использовать при полевых геофизических и геологических исследованиях. По результатам интерпретации сеисмоакустических профилей в программе Maplnfo 8,5 составлена карта современного положения субмаринных таликов восточной части шельфа моря Лаптевых.
Личный вклад автора. Выполнен анализ свыше 3 тыс. км сеисмоакустических материалов. Создана мерзлотно-геологическая основа для моделирования эволюции таликов. При участии автора был разработан палеогеографический сценарий, естественно-историческая и математическая модели трансформации подозерных таликов в субмаринные. Самостоятельно были произведены все расчеты, а по результатам расчетов составлены схемы динамики мощностей таликов во времени.
Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 3 работы: 1 статья на английском языке в «The Geological Society of America Special Papers» (2007); 1 статья в трудах 3-ей конференции геокриологов России (Москва, 2005); 1 статья в журнале «Криосфера Земли» (2009). Результаты диссертации неоднократно докладывались в виде устных и стендовых докладов на международных научных конференциях: «Криосфера нефтегазоносных провинций» в Тюмени ( 2004 г.), на III конференции геокриологов России (Москва, 2005 г.), на Второй Европейской конференции по мерзлоте, EUCOP II в Потсдаме, Германия (2005 г).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и одного приложения общим объемом 225 страниц, включая 48 рисунков и 6 таблиц. Список литературы составляет 318 наименований, в том числе 54 на иностранном языке.
Стратиграфия и мерзлотно-геологическое строение четвертичных отложений
Суровость климата изучаемого района определяют высокоширотное положение, большая; удаленность от Атлантического и Тихого океанов, близость азиатского материка и наличие паковых полярных льдов.
В зимний период регион моря Лаптевых оказывается под влиянием трех барических образований: с юго-востока простирается гребень Сибирского антициклона, с севера — гребень Арктического антициклона, а к западной части моря подходит ложбина Исландского циклона. Главное влияние на атмосферную циркуляцию оказывает Сибирский антициклон. Климат может быть охарактеризован как континентальный с заметно выраженными морскими чертами. Континентальность климата отчетливо проявляется в больших годовых колебаниях температуры воздуха, но под влиянием моря они сглажены по сравнению с сушей.
В зимний период над прибрежными районами преобладают ветра юго-западного и северо-восточного направлений со средней скоростью ветра 5,5 м/сек. Максимальная скорость ветра 25-30 м/с. Эти ветры выносят на море охлажденный и сухой континентальный полярный воздух. Средняя температура января -27 С в южной части акватории и - 32,5 С в северной. Абсолютный минимум температуры составляет -61 С (Суховей, 1986); Над морем преобладает спокойная и малооблачная погода, но иногда она нарушается циклонами, проходящими над территорией суши. Прохождение циклонов сопровождается сильными снегопадами, ветрами: и метелевым переносом снега.
В летний период антициклон замещаетсяся: барической депрессией, ложбина Исландского циклона смещается на запад. Атмосферное давление над акваторией моря оказывается выше, чем, на побережье. Преобладают северные и северо-восточные ветры. Средняя температура воздуха в августе составляет 5 -7 С на юге и 1 С на севере. На побережье температуры воздуха могут достигать плюс 22 -24 С. Абсолютный максимум температур 34, 2 С, отмечен на метеостанции Тикси (Справочник..., 1967). С запада на восток среднегодовые температуры воздуха понижаются с - 13,2 до -13,5 С. С юга на север среднегодовая температура воздуха понижается с -13,2" до -15,4 С. Ежегодно среднегодовая температура изменяется.в соответствии с колебаниями приходящей солнечной радиации и циркуляции атмосферы.
В прибрежных районах выпадает 160-240 мм осадков ежегодно. Отмечается неравномерное распределение осадков по площади. Минимально количество выпадает в северо-восточных районах - 160 мм/год. В южных районах - 220-240 мм/год. Около 60% осадков выпадает в летнее время в виде моросящих дождей (Справочник ..., 1968).
Большую часть времени (с октября до середины июля) море покрыто льдом. Образование льда начинается, когда температура воздуха опускается ниже 0 С. Морской лед нарастает от берега к северу, образуя обширный припай. К середине октября море полностью замерзает. В мелководной прибрежной зоне слой припайного льда обычно имеет мощность 1.5-2 м. Однолетний лед имеет мощность 2-2,6 м. Ширина припая в восточной части моря достигает 100-300 км. Его северная граница проходит примерно в районе изобат 20-25 м, севернее которой в зимнеее время формируетсяся полынья, отделяющая припай от дрейфующих паковых льдов. Взлом припая происходит в июне, хотя в заливах лед может стоять до конца июля.
В восточной части моря Лаптевых располагается Западная Новосибирская заприпайная полынья. Под полыньями понимаются про странства чистой воды и молодого льда толщиной до 70 см, расположенные за границей припая (Захаров, 1971; Клепиков и др., 1985; Жигарев, 1997). Ширина полыньи меняется, достигая нескольких десятков, а протяженность - многих сотен- километров. С ними связано интенсивное зимнее новообразование льда, конвекция, осолонение вод, большая- теплоотдача в атмосферу (Клепиков и др., 1985; Жигарев, 1997). Функционируя в течение всего долгого холодного периода, полыньи охлаждающе действуют на температуру воды. Открытые пространства чистой воды в полыньях оказывают значительное влияние на окружающую среду, в том числе и на параметры криолитозоны шельфа через среднегодовую температуру дна. По-видимому, можно считать, что за южной кромкой полыньи в море Лаптевых температура придонной воды постоянна и равна минус 1,8 - 1,9 С (Дмитренко и др., 2001).
Гидрологическая структура вод шельфа моря Лаптева крайне неоднородная. Преобладающую часть акватории занимают поверхностные арктические воды, которые формируются в результате перемешивания вод, поступающих из Северного Ледовитого и Атлантического океанов, речного стока и их трансформации под воздействием гидрометеорологических процессов (Залогин, Добровольский, 1982).
В результате смешения теплых и пресных вод (дельты рек Лены, Яны, Омолоя) с поверхносгными аркгическими образуются воды с относительно высокой температурой и низкой соленостью. Считается, что аномалии солености вызваны именно континентальным стоком (Bauch et al., 1999). Поверхностный однородный слой в море Лаптевых распреснен, он подстилается более солеными глубинными водами. Его толщина убывает от прибрежных районов к внешней границе шельфа, в том же направлении уменьшается вертикальный градиент солености в слое галоклина. В среднем, соленость и придонных и поверхностных вод на востоке ниже, чем в других районах моря Лаптевых. Наиболее значительна минерализация придонных вод на севере рассматриваемой территории - 32-33г/л. По направлению к побережью в связи с уменьшением глубин, и увеличением влияния стока рек соленость снижается до 22-24 г/л. В мелководной части моря вблизи юго-восточного побережья моря Лаптевых она составляет 18-20 г/л (рис. 1.2.1).
Летом, при маловетреной погоде, минерализация слоя воды около берега не превышает 2-3 г/л. С удалением от берега на 0,5 км она повышается до 5-6 г/л. В условиях штормов минерализация увеличивается до 12-13 г/л. Зимой, на изобатах до б м придонные воды имеют минерализацию около 20 г/л. (Разумов, 2000). Гидрохимический состав воды моря Лаптевых имеет непостоянный состав и также зависит от степени влияния материковых вод. Наибольшие изменения наблюдаются в содержании хлоридов, карбонатных и гидрокарбонатных ионов, а также в содержании натрия и кальция. Гидрохимическая, как и гидрологическая, структура моря Лаптевых формируются под влиянием трех основных факторов: речного стока, крайне неравномерного в течение года, динамики ледяного покрова и водообмена с Арктическим бассейном. Кроме того, на биогидрохимический режим шельфа моря Лаптевых оказывает влияние эрозионное разрушение берегов, сложенных ледовым комплексом и обогащенных древним органическим веществом (Семилетов,1999; Григорьев, 2008).
В 1998-1999 году в рамках проекта «Система моря Лаптевых» в восточной части моря Лаптевых были зафиксированы реверсивные течения, возникающие в результате ветровых деформаций уровня моря до 84 см при эпизодическом усилении сгонных ветров юго-восточных направлений. Полыньи и реверсивные течения в изучаемом районе образуются под действием ветров одинаковых направлений. Поэтому теоритически холодные воды, формирующиеся в Западной Новосибирской полынье, могут с реверсивными течениями подниматься вверх по палеодолинам в южных направлениях (Дмитренко и др., 2001).
Состав, строение, свойства отложений аласов, термокарстовых озер и лагун
Исследования второй половины XX в. показали, что аградация мерзлых толщ на шельфе происходила в периоды крупных похолоданий (криохроны) на этапах регрессий, деградация - на этапах трансгрессий (работы Я.В. Неизвестнова, В.А.Соловьева, А.И.Фартышева, Н.Н.Романовского и многих др.). Многолетние исследования российских ученых, работавших по программе «Система моря Лаптевых», изменили представления о современных геокриологических условиях шельфа на основе восстановления и прослеживания истории развития природной среды. Во-первых, было установлено, что в регрессии на осушавшемся шельфе, как показывают данные по исчезнувшим островам в море Лаптевых (Григоров, 1946; Старокадомский, 1953; Гаврилов и др., 2003), накапливались сильнольдистые синкриогенные полифациальные отложения ледового комплекса, с мощными ПЖЛ (Романовский, 1999). Анализ ранее полученных по прилегающей суше материалов (Каплина и др., 1986) показал, что мощность отложений ЛК зависит от приуроченности к отрицательным или положительным тектоническим структурнім (грабенам и горстам) и контролируется рельефом.
Затопление огромного по протяженности (чуть менее 1000 км) арктического шельфа Восточной Сибири за короткий интервал времени (15-13 тыс.л.н - современность) привело группу российских исследователей (Н.Н.Романовского в сотрудничестве с А.В.Гавриловым и В.Е.Тумским) ко второму выводу о том, что в конце позднего неоплейстоцена ЛК на шельфе и низменности подвергся воздействию озерного термокарста. Это заключение было сделано на основе следующих предпосылок.
Небольшие скорости термоабразионного разрушения льдистых берегов моря Лаптевых, установленные в прошлом веке (Арэ, 1980, 1985 и др.) показали, что восточная часть арктического шельфа была преимущественно затоплена морем, а не расширена за счет термоабразии. При среднем темпе отступания берегов, сложенных ЛК, равном 2-6 м/год, термоабразия могла обеспечить за голоцен затопление полосы шириной только 30-50 км. Кроме этого, в 70-80 годах прошлого столетия Т.Н. Каплина и А. В. Ложкин пришли к выводу, что большинство аласов и термокарстовых озер на низменностях закончили фазу своего активного развития 7-9 тыс. лет назад (Каплина, Ложкин, 1979). Об этом свидетельствовал абсолютный возраст торфяников, залегающих на толще озерных отложений. Учитывая время, необходимое для протаивания ЛК, они отнесли начальные фазы формирования первых термокарстовых озер к аллереду (11.8-11 тыс. л.н.) и беллингу (12.8-12.3 тыс.л.н.), т.е. до начала активной фазы гляциоэвстатической трансгрессии (Романовский и др., 1999). Сопоставление хода развития трансгрессии моря Лаптевых и темпов развития термокарста, впервые проведенное в работах (Романовский и др., 1999; Romanovskii el al., 2000), показало, что массовое развитие озерного термокарста во внутренней части шельфа завершилось до затопления ее морем.
На основе анализа рельефа приморских арктических низменностей (Каплина и др., 1986; Романовский, 1999) была отмечена приуроченность эрозионно-термокарстовых котловин к отрицательным новейшим структурам (грабенам), а останцов ЛК (едом) к горстам. Кроме этого, на ряде низменных участках морского побережья существуют так называемые «термокарстовые лагуны», представляющие собой затопленные морской водой термокарстовые озера, днище которых находится ниже современного уровня моря. Берега моря в местах их широкого распространения имеют весьма большую извилистость. Наличие современных «термокарстовых лагун» подсказало возможность подобного явления в прошлом. Таким образом, оыл сформулирован третий вывод о том, что, возникновение в днищах грабенов обширных, вытянутых с севера на юг депрессий, состоявших из термокарстовых озерных котловин и соединяющих их долинообразных понижений, изменило ход трансгрессии. Глубокий (до 10-20 м) врез этих депрессий в грабенах и общность генерального направления последних и долин палеорек обусловили быстрое, преимущественно ингрессионное, затопление шельфа (Романовский и др., 1999; Гаврилов и др., 2006).
Следовательно, трансгрессия моря проходила в виде серий ингрессий, не фронтальным термоабразионным отступанием берегов, а в виде сложной системы многочисленных ингрессионных заливов, названных «термокарстовыми лагунами» приуроченным к отрицательным тектоническим структурам (грабенам). Наличие «термокарстовых лагун» приводило к локализации осадконакопления в их пределах, а также являлось причиной уменьшения поступления осадочного материала на внешнюю часть шельфа и материковый склон. Изучение четвертичных морских отложений показало сокращение среднего годового темпа их накопления в несколько раз, начиная примерно с 9 т.л.н. (Bauch et al., 2001).
На основании вышеизложенного, для понимания роли озерного термокарста в истории формирования и эволюции верхних горизонтов криолитозоны шельфа в период субаэрального развития и на этапе затопления, в ниже представленной главе рассматриваются условия образования, морфология и отложения термокарстовых озер, аласных (термокарстово-эрозионных) котловин и термокарстовых лаіун; подозерные и подлагунные талики; показано влияние термокарста на особенности протекания поздне неоплейстоцен-голоценовой трансгрессии.
Пространственная модель современного положения субмаринных термокарстовых котловин и таликов
Сложные природные условия на арктическом шельфе, экономические и технические трудности в проведении натурных исследований значительно затрудняют получение информации о районе. Поэтому следующим закономерным этапом в исследованиях реликтовых термокарстовых форм и субмаринных таликов является трехмерное моделирование. В последние годы этот метод приобретает большое значение, что связано с развитием вычислительной техники и появлением новых программ.
Одной из причин, сдерживающих широкое применение подобных работ, является их трудоемкость, связанная с необходимостью обработки значительных объемов исходных данных. Современные методы обработки информации позволяют облегчить эти исследования и превратить их в необходимый этап анализа изучаемой территории. Моделирование предполагает не только инвариантность моделей, но и открытость избранной модели для любых последующих операций по ее изменениям (дополнение, корректировка, интеграция в более крупные модели и.т.д.).
При построении модели использовалась компьютерная программа Surfer, в которой заложены несколько алгоритмов, позволяющих с различной степенью достоверности создавать модели поверхностей, основываясь на наборе заданных пользователем точек с координатами по осям X, Y, Z. Основная особенность данного моделирования состоит в том, что определенная пользователем территория разбивается на сетку с задаваемыми размерами сторон. Затем программа анализирует соответствие между координатами заданных точек в горизонтальной плоскости и вершинами ячеек сетки модели. Результатом этого анализа становятся значения координат по оси Z для тех ячеек, в которых эти значения отсутствуют. Значения координат рассчитываются по выбранному алгоритму, на основе данных о соседних точках. Разработчиками программы предлагается несколько различных методов расчета сетки данных, основанных на алгоритме взвешенной средней интерполяции. При построении модели использовался Крайгинг - метод (Kriging), с линейной вариограммой, являющийся точным интерполятором (www. goldensoftware.com). Конечным результатом анализа становится итоговая модель, наиболее полно отражающая весь комплекс данных.
В качестве исходных данных для создания модели автором были использованы материалы сейсмоакустического профилирования PARASOUND 1998 г. Для оценки результатов моделирования использовались литературные и фондовые источники по шельфу, приморским низменностям и арктическим островам, палеогеографические реконструкции и результаты радиоуглеродного датирования поздненеоплейстоцен-голоценовых отложений восточной части шельфа моря Лаптевых. Следует отметить, что данные сейсмоакустического профилирования неравномерно распределены на рассматриваемой территории. Поэтому, первоначально, по карте современного положения субмаринных таликов были выбраны области максимального сгущения сейсмоакустических профилей, которые попадали на участки закартированных котловин (Участок 1 и Участок 2, рис. 4.3.1). Выделенные на предыдущем этапе исследования (см. гл. 4.2) термокарстовые котловины попадают в границы участков.
Выбор размеров участка зависел только от количества фактического материала. Далее в проірамме Maplnfo 8,5 строилась сетка с началом координат в центре участка, и устанавливались истинные линейные размеры между интервалами сейсмозаписи (координаты X и Y). Далее по выбранным для участка профилям по положению выделенных слоев (дна моря, подошв слоев морских, прибрежно-морских, озерно-лагунных отлодений или кровли яруса субмаринных мерзлых пород) для каждого временного интервала, равного 1 минуте, определялась координата Z. Следует отметить, что
Местоположение участков, выбранных для построения пространственных моделей. Составлено автором. абсолютные отметки положения дна на сейсмозаписи корректировались по базе данных, представленной на сайте www. pangaea.de. Это было связано с тем, что скорость прохождения сеисмоакустического сигнала сильно зависит от солености и температуры воды и соответственно, ее плотности, которая изменяется в пространстве и во времени. Поэтому использовались скорректированные абсолютные отметки дна. Далее, эти данные передавались в программу Surfer и, в результате интерполяции на первом этапе получилась серия карт изолиний рельефа поверхностей выделенных слоев (рис. 4.3.2), далее эти карты трансформировались в пространственные слои палеоуровней (рис. 4.3.3). Затем производилась интеграция всех построенных уровней, которая и позволила создать трехмерную модель современной морфологии субмаринных таликов и мерзлотно-геологическое выделение слоев в котловинах (рис. 4.3.4, 4.3.5,4.3.8.).
На следующем этапе исследований автором были построены мерзлотно-теологические разрезы для каждого из участков в продольном и поперечных сечениях (рис. 4.3.6; 4.3.7). Предлагаемая модель, построенная с учетом изложенных принципов, позволяет автору: 1) оценить мощности отложений; 2) оценить скорости седиментации отложений; 3) определить глубину залегания субмаринных мерзлых пород.
Модель поздненеоплейстоцен-голоценовой трансгрессии
Чтобы не менять геометрию модели в процессе эволюции талика и передавать верхнюю граничную температуру на дно озера без изменений, над озерными отложениями задавался слой «прозрачный» для теплового потока сверху с характеристиками: Х= 99 Вт/(м К); Q,j, = 0. При накоплении лагунных, прибрежно-морских и морских отложений свойства «прозрачного» слоя поэтапно изменялись на характеристики соответствующих отложений.
Отсутствие глубоких скважин и данных лабораторных исследований отложений шельфа в изучаемом районе не позволяют автору выбрать достоверный натурный опорный разрез. Поэтому возникла необходимость упрощения строения разреза при его формализации. В соответствии с обобщенным геологическим разрезом, принятом для Усть-Ленского рифта (Drachev et al., 1995: Драчев, 1999) автором принимался условный геологический разрез, представленный рыхлыми кайнозойскими отложениями, аналогичный предыдущему этапу исследований (см. раздел 5.1.1). Теплофизические свойства отложений были подобраны с использованием опубликованных данных (Балобаев, 1991; Основы..., 2001; Теплофизические..., 1984).
Инженерно-геологические характеристики отложений, такие как объемный вес скелета грунта, весовая влажность, объемная влажность и пористость выбирались на основании данных, приведенных в литературе (Геокриология... 1989, Инженерная..., 1990; Катасонов, Пудов, 1972; Кошелева, Яшин, 1999). Свойства верхней части разреза, представленной таберальными образованиями, озерными и лагунными отложениями, принимались на основании лабораторных данных по Ивашкиной лагуне (Чеверев и др., 2007). Свойства морских донных осадков получены по данным бурения в районе м. Мамонтов Клык (Григорьев, 2008).Кривые незамерзшей воды и температуры начала замерзания принятые при моделировании (рис. 5.3.1.3) определялись расчетными методами по данным химического состава порового раствора таберальных образований, озерных и лагунных отложений. Для этого, использовалась расчетная программа лаборатории CRREL «FREZCHEM», любезно предоставленная автору д.г.-м.н. И.А.Комаровым. Этим же методом определялся фазовый состав прибрежно-морских и морских отложений по данным М.Н.Григорьева. М 35
Основная задача, поставленная на данном этапе исследований, заключалась в оценке вторичного промерзания отложений подозерньгх таликов за счет запасов холода из окружающих мерзлых толщ при изменяющихся внешних условиях. Динамика промерзания таликов определялась во времени в соответствии с моделируемой эволюцией поэтапно: «подозерный талик» - «талик под термокарстовой лагуной» 170 «субмаринный талик». Следующей, не менее важной задачей: являлось изучение зависимости динамики: промерзания таликов от засоленности отложений; заполняющих термокарстовые котловины для; различных участков шельфа(73-76слшХ Результаты расчетов; оформлялись в виде многочисленных графиков изменения температурных полей с данными о фазовом состоянии пород во времени для различных изобат и широт.
Рассмотрим промерзание несквозного подозерного талика и его трансформацию в субмаринный на примере котловины, расположенной на изобате 45 м, 76 с.ш. (q=60 мВт/м2) . Максимальная мощность талика к моменту затопления морем составляла 40 м (см. разд. 5.1.6., таб. 5.1.6.1). Время затопления - 10,2 тыс.л.н. Термоабразионное разрушение ледовой перемычки, отделяющей море от термокарстового озера, приводит к подтоплению последнего морем, образуется «термокарстовая лагуна». Вследствие этого изменяется температура донных осадков с +2 до -1,8 С, что в свою очередь понижает температуру в талом массиве сверху. Скорость подъема уровня моря 12-10 тыс.л.н. составляла 5-6 мм/год (Гаврилов, 2008). Одновременно с этим продолжается охлаждение с поверхности окружающих незатопленных останцов ЛК. Талик начинает промерзать снизу и с боков. Накопление лагунных отложений сопровождается боковым промерзанием талика со стороны мерзлого массивах образованием мерзлотного;козырька (рис. 5.3.2.1). Скорость промерзания талика под центральной частью «термокарстовой лагуны» не постоянная во времени. В течение первых 200 лет происходит быстрый подъем подошвы, талика в пресных отложениях с отметки 40 м до границы с охлажденными; таберальными образованиями;(30 м). Последующее промерзание засоленных таберальных образований до подошвы слоя озерных отложений занимает более 1000 лет. Температуры реликтовых мерзлых толщ под таликом повышаются и ММП деградируют снизу вследствие влияния теплового потока.
На следующем этапе (9-8 тысл.н.) скорость подъема уровня моря составляла до 25 мм/год (Гаврилов, 2008). Затопление поверхности ЛК и повышение среднегодовой температуры пород до температуры донных осадков привело к повышению температуры в- мерзлой толще вне зоны влияния талика. По данным Т.С. Клювиткиной (2007) для внешнего шельфа морское осадконакопление близкое к современному отмечается с 7,4 тыс.л.н. Повышение и выравнивание температур в реликтовых мерзлых породах и в охлажденных отложениях несквозного субмаринного талика к современному моменту времени привело к деградации мерзлотных козырьков в боковых частях затопленных термокарстовых котловин (рис. 5.3.2.2). Остальные расчетные варианты динамики подошвы несквозных таликов в центральной части термокарстовых депрессий для изобат 40, 25 и 20 м (при q=60 мВт/м ) и на изобатах 45, 40 м (при q=100 мВт/м") уменьшаются в размерах значительно медленнее, в основном за счет промерзания с боков, отличаются временем промерзания и положением подошвы несквозного субмаринного талика (табл. 5.3.2.1).
Отдельно следует отметить, тот факт, что образование мерзлотных козырьков в боковых частях котловин происходит на стадии «термокарстовой лагуны» во всех расчетных вариантах с 73 по 76 с.ш. Сохранение этих образований в дальнейшем, при затоплении окружающих останцов ЛК и накоплении сверху морских и прибрежно-морских отложений, имеет зональный характер и, зависит от времени существования затопленного участка под водой. На 75 -76 с.ш. козырьки деградировали практически полностью. На 73 - 74 с.ш. козырьки сохранились до настоящего времени (рис. 5.3.2.3).
Похожие диссертации на Реликтовый термокарстовый рельеф и талики восточной части шельфа моря Лаптевых
