Содержание к диссертации
Введение
I. Методика морских экспедиционных и лабораторных исследований 8
II. Физико-географическая характеристика 52
III. Глубинное строение,тектоника и неотектоника . 56
IV. Геоморфология 70
V. Основные этапы геологической истории 85
VI. Геологическое строение,состав и свойства донных осадков 97
V.1 Стратиграфия и литология четвертичных
отложений. 97
V.І .1. Голо ценовые морские осадки
V 1.2 Строение и условия залегания
V.I.I.2. Гранулометрический состав
VЛ.І.З. Минералогический состав 153
V.1.1.4. Химический состав
V 1.2.5« Физико-механические свойства
V.1.2. Верхнеплейстоценовые континентальные отложения 241
V.І.2.1. Условия залегания,гранулометрический,
минералогический,химический состав . 241
V.1.2.2. Фнзико^механические свойства . 249
VII. Инженерно геологическая типизация территории дна моря по условиям строительства и эксплуатации подводных нефтегазопроводов 256
7.1 Современное состояние теории и выбор принципов типизации 256
7.2 Характеристика инженерн геологических типов дна моря 267
7.2.1, Подобласть зоны сочленения Восточно Европейской и Скифской платформ 267
7.2.2, Подобласть Индоло^Кубанского краевого прогиба 270
Выводы 273
Литература 276
- Методика морских экспедиционных и лабораторных исследований
- Физико-географическая характеристика
- Глубинное строение,тектоника и неотектоника
- Геоморфология
- Основные этапы геологической истории
Введение к работе
Азовское море - один из наиболее доступных районов нефтегазоносного шельфа СССР. В его акватории продолжаются многие месторождения нефти и газа, разведанные на суше. Прогнозные запасы нефти и газа (в пересчёте на газ) в Азовском море составляют 612 млрд.мЗ [126] . Ряд месторождений, открытых в акватории моря (Стрелковое, Бейсугское), уже эксплуатируется.
Актуальность темы связана с необходимостью выполнения задач освоения нефтегазовых месторождений в акватории Азовского моря, ускоренного развития трубопроводного транспорта, повышения качества и надежности строительства и эксплуатации морских подводных нефтегазопроводов и защиты окружающей среды от загрязнения, предусмотренных "Основными положениями экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990ги [і] и Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров GGGP от 4 февраля 1976 года w0 мерах по предотвращению загрязнения Черного и Азовского морей".
По данным К.Я.Капустина и М.А.Камышева, сооружение подводных трубопроводов для транспортировки нефти и газа представляет собой новую отрасль гидротехнического строительства. Опыт проектирования и строительства морских трубопроводов в СССР и за рубежом доказал, что столь сложные инженерные сооружения могут быть созданы только при комплексном изучении природных условий строительства и проведении всесторонних исследований, в том числе геологических, т.к.почти одна треть повреждений подводных нефтегазопроводов вызвана влиянием волновых воздействий, коррозии металла труб и миграции донных грунтов [55] .
Цель настоящей работы - изучить донные осадки Азовского моря с точки зрения их влияния на условия строительства и эксплуатации подводных нефтегазопроводов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
Изучить закономерности пространственного размещения основных литологических комплексов донных осадков;
Изучить состав,свойства основных типов донных осадков и закономерности их изменчивости;
Изучить современные геологические процессы выбрать принципы и осуществить типизацию территории дна моря по условиям строительства и эксплуатации подводных нефтегазопроводов.
Основой для написания работы послужили материалы геолого-геохимических исследований, выполнявшихся кафедрой общей и морской геологии Одесского университета на территории Азовского моря в течение 1973 - 1982 годов, с 1979 года при участии автора. При написании работы использованы фондовые материалы БМНПО "Союзмор-гео", НПО "Крымморгеология", института "Спецморнефтегазпроект",а также опубликованные материалы.
При выделении литологических типов донных осадков учитывались их наиболее существенные признаки, отражающие их отличия в инженерно-геологическом отношении: так, например, из всего многообразия донных осадков были выделены пять типов: голоценовые морские илы глинистые слабораковинные до раковинных, ракушники илистые, ракушники песчаные, пески мелкие илистые и верхнеплейстоценовые континентальные суглинки. Это позволило отразить на карте распространение всех типов литологических комплексов, встречающихся в картируемой трехметровой толще.
При исследовании изменчивости физико-механических свойств донных осадков по опорным разрезам наибольшее внимание было уделено изучению наиболее широко распространенных типов осадков: голо- ценовых морских илов и верхнеплейстоценовых континентальных суглинков.
В качестве основы для инженерно-геологической типизации территории рассмотрены основные черты глубинного строения,их унаследованное отражение в геоморфологическом строении, литологии, активности процессов донной абразии в аспекте требований, предъявляемых проектированием подводных нефтегазопроводов.
Инженерно-геологическая типизация территории дна Азовского моря для строительства подводных нефтегазопроводов выполнена на основе принципов специального смешанного типологического районирования [106] .
В области мелководного шельфа Азовского моря выделены две подобласти: платформенной- зоны сочленения Восточно-Европейской и Скифской платформ и зоны Индоло-Кубанского краевого прогиба. Инженерно-геологическая типизация выполнена на таксономическом уровне районов. Для всей области шельфа Азовского моря выделены два типа районов: долины и водораздельные равнины палео-рек, для каждого из которых могут быть приняты типовые проектные решения по технологии строительства подводных нефтегазопроводов.
Работа выполнялась на кафедре общей и морской геологии Одесского госуниверситета им.И.И.Мечникова.
Полученный при морских экспедиционных исследованиях материал анализировался в лабораториях Одесского университета и Причерноморской комплексной геологоразведочной экспедиции.
Инженерно-геологическое опробование было сосредоточено,в основном,на двух опорных разрезах и при этом были выполнены следующие виды и объемы исследований: набортные исследования влажности - 191, объемной массы - 186, пластической прочности - 165 (выполнены автором при участии аналитика М.И.Мальцева),исследо- -7--вания в стационарных лабораториях - гранулометрического состава
162 (аналитики Е.Г.Калашлинская, Т.Ю.Барда), плотности - 26, максимальной молекулярной влагоемкости - 105, пластичности -184 (аналитик Т.Ю.Барда), химического состава водорастворимых солей
127, состава обменных катионов - 125 (аналитики Л.С.Жукова; Н.Б.Самсонова),карбонатности - 46, содержания органического углерода - 56 (аналитики Л.В.Кротова, С.С.Смирнова),компрессионных свойств - 35 (аналитики М.И.Мальцев, А.А.Свертилов). Кроме того, проанализированы разрезы более четырех тысяч скважин вибро-порш-невого бурения.
В обработке фактического материала принимали участие Ж.А.Дони и М.И.Мальцев. Большую помощь в оформлении рукописи и графических материалов оказала Л.П.Красных.
В процессе выполнения работы автор пользовался научными консультациями доцентов В.М.Воскобойникова, Л.В.Ищенко, О.П.Кравчука, И.Н.Крыжановской, Е.П.Ларченкова, А.Б.Шпикоаа.
Автор приносит глубокую благодарность всем сотрудникам и коллегам, помощью и советами которых он пользовался в процессе работы над диссертацией.
Постоянную помощь и поддержку при выполнении автором исследований оказывали научный руководитель, завкафедрой инженерной геологии,проф.И.П.Зелинский и зав.кафедрой общей и морской геологии, доцент Г.Г.Ткаченко, которым автор выражает глубокую признательность.
Методика морских экспедиционных и лабораторных исследований
Современные требования к геологическому обоснованию проектов строительства подводных нефтегазопроводов включают в себя наличие сведений о литологии, физико-механических и коррозионных свойств грунтов в пределах глубин, не меньших предполагаемого заглубления трубопровода, данных о современных геологических процессах, угрожающих безопасной эксплуатации нефтегазопроводов. В комплекс обязательных определений физико-механических свойств грунтов должны входить: гранулометрический состав,плотность, естественная влажность, влажность на границах текучести и раскатывания, объемная масса грунта при естественной влажности и в сухом состоянии, сопротивление грунта сдвигу. Эти данные позволяют определить необходимое заглубление трубопровода в грунт, способ заглубления и защиты от коррозии и механических повреждений; возможные условия потери устойчивости трубопровода в грунте, связанные с абразией грунтов основания и обратной засыпки, с переходом грунта в жидко-текучее состояние в результате разжижения от волнения и др. Знание этих параметров позволяет выбрать оптимальное направление трассы, определить затраты на строительство нефтегазопроводов с гарантированной надежностью на весь срок эксплуатации [55] .
В связи с тем, что специальных региональных работ такого направления на Азовском море ранее не производилось, для оценки донных осадков дна Азовского моря с точки зрения условий строительства подводных нефтегазопроводов использована сеть разведочных скважин вибропоршневого бурения, созданная в результате многолетних геолого-геохимических исследований, выполнявшихся на кафедре общей и морской геологии Одесского университета. Скважины были расположены на субмеридиональных профилях, вкрест простирания наиболее крупных тектонических стуктур, а также на отдельных площадях локальных поднятий. Расстояния между профилями - в среднем 5 км, а между скважинами на профилях-2 км. Всего разведочных скважин к 1981 году было пройдено 3900 шт. на большей части акватории глубже изобаты 7 м, определившейся условиями безопасности мореплавания НИС "Мечников" (см.рис.1,2,3,4).
Поскольку имевшихся данных геолого-геохимического опробования, ориентированного, в основном,на исследование газовой компоненты осадков, было недостаточно для оценки их физико-механических свойств, дополнительно были пройдены два опорных разреза (I и 2, см.рис.5,6) также субмеридионального простирания, на которых и было выполнено инженерно-геологическое опробование всех основных литологических типов донных осадков, распространенных в пределах изученной нами части акватории Азовского моря на глубине до 3 м ниже дна.
Физико-географическая характеристика
Надежное функционирование нефтегазопроводных систем,предс-тавляющих собой сложные сооружения, относящиеся ко второму классу по капитальности, зависит от того, насколько правильно учтены природные условия района будущего строительства, включающие в себя не только рельефно-геологические, но и матеорологические, гидролого-гидрохимические, биологические и др.факторы,каждый из которых изучается методами соответствующих наук.
В настоящем разделе приведены некоторые сведения о природных условиях изученной нами части моря, оказывающих наибольшее влияние на процессы абразии и аккумуляции.
Особенностями водоема, определяющими вещественный состав и распределение донных осадков, являются его внутриконтинентальное положение, мелководность, незначительные размеры, богатая органическая жизнь, значительный приток пресных вод, отдаленная связь с Мировым океаном, своеобразный гидрологический и гидрохимический режим, подробно рассмотренные в монографиях [112,126] .
Водосборная площадь Азовского моря располагается, в основном, в области с гумидным климатом: это южная часть Восточно-Европейской платформы и горные хребты Северного Кавказа. В аридной зоне и переходной зоне от влажного климата к засушливому находится лишь незначительная часть водосбора.
По морфологическим признакам дно моря характеризуется вы-ровненностью, однообразием и незначительными уклонами поверхности, обычно на большей части моря не превышающими 0,1 м/км (см. рис.1,2,3,4, 16,17,18,19). Область наибольших глубин 12-14,4 м [126] находится в центральной части моря. Расположение изобат, близкое к концентрическому, нарушается наличием некоторой вытянутости в направлении Таганрогского залива, а также в меньшей степени, к устьям Кубани, Протоки и Бейсугского лимана. Крутой подводный склон с резким нарастанием глубин до II—IS м на удалении 5-Ю км от берега наблюдается вдоль южного побережья моря. В рельефе дна моря отмечаются системы подводных возвышенностей в районе восточного (банка Железинская) и западного (банки Морские и Арабатская) побережий, глубины над которыми до 6-9 м \I26j.
Глубинное строение,тектоника и неотектоника
Согласно современным представлениям (Н.С.Шатский [117], Д.Г.Панов [73], Я.П.Маловицкий [64] , Г.Г.Ткаченко и др. [105] . В.Ш.Соловьев [94] , Чекунов А.В., А.А.Веселов, А.И.Гилькман [115] , Е.Ф.Шнюков и др. [124,126] , И.Н.Сулимов, И.П.Зелинский, Л.В.Ищенко и др. [103], В.В.Щербаков, В.Н.Ефимов, В.Т.Кирьяков, М.С.Кравчук [130,131,132,133,134] и др.) Азовское море относится к числу морей платформенных впадин и обладает сложным тектоническим строением.
Наиболее крупными тектонокомплексами, резко отличающимися по глубинному строению являются (см.рис.34): на севере - зона сочленения Восточно-Европейской и Скифской платформ, а на юге -зона Индоло-Кубанского краевого прогиба [lib] .
Схема строения и тектоническое районирование фундамента (см.рис.35,36,37) составлены [130,131,132,133,134] , исходя из представлений о принадлежности триас - нижнє - среднеюрского складчатого комплекса к структурам фундамента; гетерогенности фундамента Скифской платформы со складчатыми комплексами герцшид и киммерид; прохождении границы между Восточно-Европейской и Скифской платформами по Главному Азовскому нарушению, а на некоторых участках - внутри Северо - Азовского прогиба. На севере моря выделяются участки южного погружения Восточно-Европейской платформы и участок Северо-Азовского прогиба. Граница между ними проходит условно вдоль южных окончаний Обиточной и Бердянской кос и, по-видимому, приурочена к северной системе нарушений, обусловливающих ступенчатый характер погружения кристаллического субстрата.
Геоморфология
Геоморфология По И.В.Попову, наряду с неотектоникой региональными взаимосвязанными факторами инженерно-геологических условий являются геоморфология и современные геологические процессы. Изучение геомор№ фологии местности при ее инженерно-геологической оценке позволяет: изучать рельеф как топографию местности; определять ведущий признак для понимания распределения на местности поверхностных,главным образом, четвертичных отложений и выявлять места и формы проявления современных геологических процессов, в частности,донной абразии [77] .
Важнейшим теоретическим основанием современной геоморфологии является сформулированное И,П.Герасимовым положение о том, что образование рельефа земной поверхности происходит путем непрерывного взаимодействия эндогенных процессов, развивающихся в земной коре, а также экзогенных явлений, протекающих на её поверхности. Эндогенные процессы проявляются, в основном, в образовании главных наиболее крупных форм рельефа - в морфоструктурннх, отражающих особенности геологической структуры территории. Преобладающим воздействием экзогенных явлений создаются генетически однород ные поверхности - морфоскульптуры. Сочетание воздействий эндогенных и экзогенных факторов приводит к образованию поверхностей выравнивания [34,35] . Это положение, справедливое как для надвод ного, так и подводного рельефа было основополагающим при геоморфологических исследованиях дна Каспийского, Черного и Азовского морей, в которые наиболее крупный вклад внесли: Н.С.Благоволин [20] , В.М.Демин, Ю. II. Хруст але в [43] , Д.Г.Панов, Ю.П.Хрусталев [73,74], ВВ.Шарков [116] , В.Ф.Соловьев [94] .,Л.Б.Розовский [82,83] , В.П.Гончаров и др. [40] .Е.і.Шнюков и др. [124,125,126, 127] М.Ф.Ротарь [86] , Ю.Г.Баландин [14] ., В.А. Мамыкина [65] , И.Н.Сулимов, И.П.Зелинский, Л.В. Ищенко и др. [103] , В.Н.Семе-ненко, О.Г.Сиденко [88] , Ю.П.Хрусталев [66 ] и др.
Критический обзор существующих методов и современное состояние территории морского геоморфологического картографирования подробно рассмотрены А.Н. Ласточкиным [63] .
Основные этапы геологической истории
Для платформенного этапа развития территории Азовского моря выделяется два основных этапа. Первый этап охватывает период от вачала мела до эоцена включительно и характеризуется расчленением Скифской платформы на субширотные зоны платформенных прогибов и валов. Второй этап охватывает майкопское и послемайкопское время и характеризуется формированием Индоло-Кубанского прогиба, когда создается региональный наклон к югу всех горизонтов после эоценовых отложений. Эта тенденция сохранилась по настоящее время [64,94,115,130,131,132,133] .
В неогене и ранее размеры палео-Азовской акватории значительно превосходили современное Азовское море. В позднем плиоцене Азовское море представляло собой сильно опресненный залив Каспийского моря. Чаудинское море, имея восточную границу, близкую к современной береговой линии,на запад распространялась примерно до линии Обиточная - Кантип. Чаудинское море соединялось с Каспийским и существовал, в основном, односторонний сбросовый сток из Каспия в Черное море, сохранившийся и в период древнеэвк-синской трансгрессии, когда уровень моря был всего на 5-7 м выше современного [126] .
После кратковременной регрессии наступает карангатская трансгрессия, ознаменовавшаяся прорывом средиземноморских вод в Черноморскую и Азовскую впадины. Уровень Карангатского моря находился несколько ниже современного, связь с Каспийским морем сохранялась. Через Керченский пролив осуществлялся широкий водообмен [126].
После достижения своего максимума Карангатское море начинает регрессировать [126] , максимум регрессии характеризуется спадом уровня моря до отметок минув 60-80 м. Связь с Каспийским морем ещё сохраняется [НО] . Основным процессом эррозии в период посткарангатской регрессии является переуглубление речных долин и сглаживание водоразделов палео рек [122] .
Наиболее высокие отметки водоразделов отмечают изобатам 10-15 м на юге моря 93,92 и 8-15 м на севере (см.рис.5,6,43,44, 45). Переуглубление долин протекало при интенсивном блоковом поднятии суши [126] . Русло палео-Кубани мигрировало в районе восточной части Таманского полуострова, а связь палео-Кубани с палео-Доном существовала только по небольшому прижатому к Таманскому берегу водотоку шириной до I км. Керченский пролив углубляется до 70 м, и в нем устанавливается одностороннее (сбросовое) течение пресных вод [92,110,111] . Дельта палео-Дона располагается южнее Керченского пролива [20] .
