Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Физио-географические условия района исследований 7
1.1. Географическое положение 7
1.2. Климатические условия 7
1.3. Гидродинамический режим 18
1.4. Ледовый режим 26
1.5. Поступление осадочного вещества 33
1.6. Типы берегов 40
Глава 2. Геологическое строение 65
2.1. Тектоническая структура Печорского шельфа 65
2.2. Строение комплекса дочетвертичных пород 77
2.3. Четвертичная толща отложений 84
Глава 3. Позднечетвертичная история развития региона 126
3.1. Природная обстановка в эпоху максимума поздневалдайского оледенения 126
3.2. Природная обстановка в эпоху дегляциации поздневалдайского ледникового покрова и начала послеледниковой трансгрессии 137
3.3. Природная обстановка голоцена 140
Глава 4. Методика геоморфологического картографирования 142
4.1. Краткая история исследований и состояние проблемы морского геоморфологического картографирования 142
4.2. Методика полевого этапа исследований 143
4.3. Методика составления единой генерализованной батиметрической карты масштаба 1:500000 на шельф Печорского моря с использованием ГИС - технологий 160
Глава 5. Геоморфология шельфа 170
5.1. Рельеф шельфа 170
5.2. Геоморфология шельфа 216
Заключение 246
Список использованной литературы и материалов
- Климатические условия
- Строение комплекса дочетвертичных пород
- Природная обстановка в эпоху дегляциации поздневалдайского ледникового покрова и начала послеледниковой трансгрессии
- Методика составления единой генерализованной батиметрической карты масштаба 1:500000 на шельф Печорского моря с использованием ГИС - технологий
Климатические условия
Климатические условия предопределяли характер проявления экзогенных процессов и в прошлом. Глобальные изменения атмосферной и океанической циркуляции привели к периодическим похолоданиям климата, развитию и деградациям ледниковых покровов, осушению обширных территорий шельфа и последующей субаквальной переработке рельефа. Роль климатических условий в Арктике сказывается не только на интенсивности проявления современных рельефообразующих процессов, но и на характере и особенностях поступления седиментационного материала в прибрежно-шельфовую зону. Это, прежде всего, относится к стоку рек, ледовым и волновым процессам, приливно-отливным течениям и другим гидродинамическим факторам. В полярных областях, где господствуют отрицательные среднегодовые температуры, огромное, а в неко Рис.2. Положение и границы Печорского моря (Экосистемы..., 1996). торых районах определяющее, влияние на процессы современного рельефообра-зования приобретают ледовый режим, морозное выветривание, солифлюкция и термическая абразия.
Климатические условия Печорского моря в основном определяются взаимодействием 3-х главных факторов: 1. Высокоширотное положение в области господства Арктических воздушных масс. 2. Отепляющее действие вод Северной Атлантики. 3. Поступление воздушных масс из умеренных широт. Взаимодействие всех трёх основных факторов создаёт большую изменчивость метеорологических параметров в течение года (таблица №1). Таблица №1. Метеорологические параметры и явления в Печорском море и на сопредельных участках Баренцево-Карского региона (Данилов, Ефремкин, 1998). Параметр и явление Штокма-новскоеГКМ Печорское море Байдарац-кая губа Северо-западный берег Ямала
В соответствии с принятым климатическим районированием Печорское море относится к атлантической области арктической зоны. Основные закономерности климата этой зоны - отсутствие солнечной радиации зимой и значительный ее приток летом (полярная ночь и полярный день), наличие морского ледяного покрова в течение большей части года, низкая температура воздуха, однородность метеорологических условий на акватории Северного Ледовитого океана и арктических морей и возрастание изменчивости климатических характеристик у побережий. Атлантическая область, в отличие от других арктических районов, находится под сильным воздействием циклонической циркуляции. Здесь отмечается максимальная для арктической зоны межсуточная изменчивость метеорологических элементов, особенно зимой. Для зимних месяцев характерен широтный градиент температуры воздуха, для летних - меридиональный (понижение с запада на восток и с юга на север, соответственно). Максимальная повторяемость штормовых ветров отмечается осенью и зимой. Облачность велика в течение всего года, осадки часты, но мало интенсивны (Экосистемы..., 1996).
Атмосферная циркуляция определяется взаимодействием Исландского минимума, Арктического и Сибирского антициклонов. В связи с этим Печорское море входит в число районов атлантико-евразийского сектора с развитой циклонической циркуляцией. Активизация названных центров атмосферного давления происходит в осенне-зимний период, при этом над Северной Атлантикой формируются многочисленно циклоны, распространяющиеся над Баренцевым и Карским морями. Поэтому зимой над Печорским морем преобладает западно восточный перенос воздушных масс. В тыловой части циклонов развиваются потоки северо-западных направлений, достигающие иногда ураганной силы. В переднем секторе циклонов на Печорское море выносятся теплые и влажные воздушные массы. В результате возникают часто меняющиеся сильные ветры, значительные колебания температуры воздуха, осадки выпадают преимущественно зарядами. В зимнее время преобладает ветер с юга и юго-запада со скоростью 6-10 м/с, который приносит холодный континентальный воздух, охлаждающий водную поверхность моря, что приводит к интенсивному ледообразованию. Весной размеры области пониженного давления, отходящей от Исландского минимума на северо-восток, сокращаются. Полярный минимум перемещается к полюсу. Начинает разрушаться Сибирский антициклон. Зона низкого давления в северо-восточной части Баренцева моря интенсивно заполняется. Над Печорским морем обычно стоит пасмурная устойчивая погода с частыми осадками. Ветер преимущественно переменных направлений (11-15 м/с). Весна характеризуется низкой температурой воздуха, так как период интенсивного весеннего прогрева воздуха совпадает с периодом ледотаяния, связанного с затратами тепловой энергии. Но во второй половине мая - в начале июня температура воздуха быстро повышается и переходит через 0С. Летом, с разрушением Сибирского антициклона, над Баренцевым морем формируется устойчивый антициклон. Вследствие этого в Печорском море направление ветра принимает характер, обратный зимнему - преобладает слабый северо-восточный ветер. Устанавливается прохладная и пасмурная погода. Самые теплые летние месяцы - июль, август. Осенью Исландский минимум начинает углубляться, формируется Сибирский антициклон и исчезает местный максимум над Баренцевым морем, что приводит к нарушению устойчивости летней погоды. В начале сезона ветер часто меняет направление, но к концу осени преобладает юго-западный ветер. Скорость ветра увеличивается до штормовой, наступает общее похолодание. В ноябре температура воздуха уже отрицательная, и со второй половины осени происходит быстрый переход к зимним условиям. Осень - период быстрого понижения температуры воздуха -начинается с начала сентября и заканчивается в начале ноября. Переход средней суточной температуры воздуха через 0С к отрицательной происходит в среднем в начале октября.
Средняя месячная, средняя годовая и экстремальная температура воздуха по данным ГМС Варандей представлены в таблице №2. Средняя месячная и годовая скорости ветра, среднее за год число дней с ветром более 15 м/с и более по данным (Отчёт..., 1998) отдельных станциий материкового побережья Печорского моря приведены в таблице №3.
Строение комплекса дочетвертичных пород
Побережье материковой части Печорского моря представляет собой мор скую равнину, сформированную в результате поздне- и послеледниковых рег рессий океана. Ландшафты представлены субарктической мохово лишайниковой тундрой с умеренно континентальным климатом.
Материковую часть побережья Печорского моря условно можно разделить на пять основных областей побережий: Тиманский берег, Малоземельная тундра, Печорская губа, Болынеземельская тундра, п-в Югорский.
Тиманский берег протяженностью более 200 км, генетически представляет собой мощный береговой бар, на значительном своем протяжении примкнувший к суше, местами же переходящий в островной бар (о. Сенгейский), отделяющий от моря несколько крупных лагун. Вся эта форма завершается у входа в Печорскую губу аккумулятивным п-овом Русский Заворот. На продолжении Русского Заворота, ограждая с севера Печорскую губу, еще на протяжении более 50 км следует полуподводный, местами островной бар Гуляевские Кошки. О том, что это именно бар, т. е. аккумулятивная форма донного типа, образовавшаяся в результате поперечного перемещения наносов к берегу, можно судить по отсутствию каких-либо источников питания, которые могли бы обеспечить здесь вдольбереговой поток наносов. Абразионный участок у западного края Тиманского берега очень невелик по протяженности и поставляет материал в противоположном направлении, к перейме Св. Нос (Каплин и др., 1991).
Прибрежная всхолмленная равнина, носящая название Малоземельной тундры, прорезана многочисленными реками и ручьями, наиболее крупные из которых впадают в приустьевые, отчленные косами, лагуны. Отдельные возвышенности (сопки Тярчук, Арко-Неро-Хой и др.) по-видимому сложены ко ренными породами и располагаясь в 4-5 км от береговой линии достигают высоты 50-90 м.
От восточного входа в пролив Сенгейский, отделяющего остров от материка, и до мыса Русский Заворот берег преимущественно аккумулятивного выравнивания. К юго-востоку от мыса в акватории выделяется система островных баров с общим названием Гуляевские Кошки, наиболее крупные из которых являются двойными барами. Тиманский берег сформировался преимущественно процессами аккумулятивного выравнивания. Участки абразионно-солифлюкционного происхождения имеют локальное распространение.
К северо-востоку от южной лагуны м. Святой Нос (Тиманский) простирается исключительно выровненный участок побережья. Здесь распространены аб-разионно-солифлюкционные и выровненные аккумулятивные типы берегов с общей протяженность около 160 км. Почти на всем его протяжении уклоны поверхности подводного берегового склона до изобаты 10 м не превышают 0.005 (в tg), уменьшаясь к изобате 29 м до 0.003. От восточного входа в пролив Се-гейский, отделяющий о-в Сенгейский от материка, в северо-восточном направлении также простирается выровненная береговая линия преимущественно аккумулятивного генезиса.
П-ов Святой Нос представляет собой аккумулятивную форму двойного питания типа переймы. Она образовалась за счет наносов, поставляемых со стороны абразионного берега Индигской губы и встречного потока со стороны Горно-стальей губы. Перейма соединяет берег и останец коренных пород. Далее на северо-восток протягивается относительно прямолинейный участок - «Тиманский берег», протяженностью более 200 км. Между мысом Святой Нос и о. Сенгейский берег абразионно-аккумулятивный. Берега, омываемые Горностальей губой, преимущественно термоабразионные (в мерзлой толще, подстилающей морскую террасу высотой 25-35 м). Восточнее встречаются и аккумулятивные участки. Остров Сенгейский, имеющий отметки до 50 м, абс. и коренные породы в основании, предположительно, является останцом средне-позднеплейстоценовой денудационной равнины. На поверхности острова развиты эоловые процессы. Наличие значительных запасов песчаного материала здесь связано с разгрузкой потоков наносов в зоне конвергенции. К северо-востоку от о. Сенгейский получил развитие голоценовый бар с высотами до 5-10 м. В современных условиях бар подвержен размыву, в результате на ряде участков, в частности, на восток от губы Колоколкова к урезу выходит озерно-аллювиальная познеплейстоцен-голоценовая терраса с высотами 10-15 м. Здесь берег термоабразионный. Оценок скорости отступания абразионного уступа в этом районе не проводилось, но, судя по морфологическим признакам, она должна составлять не менее 1 м/год. Генеральное направление потока наносов - северо-восток (Огородов, 2001).
Берег Печорской губы представлен термоабразионными низкими клифами, выработанными в мерзлых поздне- и послеледниковых прибрежно-морских отложениях и в торфах, и дельтой р. Печоры. Дельта р. Печоры по своим морфологическим признакам относится к типу многорукавных дельт и, по-видимому, полностью сформировалась в голоцене. На дне Печорской губы хорошо прослеживается ложбина, представляющая собой затопленную долину Печоры, выработанную, очевидно, в эпоху последнего оледенения, когда в результате регрессии океана береговая линия переместилась далеко на север, примерно на линию современной 80-метровой изобаты. Деятельность приливов на описываемом участке берега еще достаточно ощутима. Высота прилива здесь достигает 1,5 м, в вогнутостях берега и в тени аккумулятивных островов и кос сформированы осушки, имеются и небольшие подводные грядовые образования (Каплин и др., 1991).
Генетически Печорская губа является лиманом. По ее побережью распространены аккумулятивные террасы, сложенные аллювиально-морскими осадками. Береговая линия расчленена мелкими бухточками, образованными абра-зионно-солифлюкционными процессами в условиях приливных колебаний морского уровня.
Природная обстановка в эпоху дегляциации поздневалдайского ледникового покрова и начала послеледниковой трансгрессии
Печорской плиты (рис.23). Печорского море представляет собой не совсем обычный шельфовый бассейн, т. к. из трёх зон, типичных для шельфовых областей платформенного геотектонического режима, здесь отсутствует внешняя, при хорошей выраженности внутренней (до глубины 20м) и средней. Шельф Печорского моря полностью находится в пределах земной коры континентального типа. Геологическая интерпретация данных результатов глубинного сейсмического зондирования показала, что Печорская плита с её морским продолжением характеризуется как структура с типичной континентальной корой (Тимонин, 1998). Возраст Печороморской впадины (или седловины) в целом датируется байкальским временем (550-650 млн. лет) (Богацкий и др., 1996, Тимонин, 1998). На основании геотермических данных (измерений теплового потока) мощность литосферы печорского шельфа оценивается в 190 км, из которых на мантийный, базальтовый и гранитный слои приходится соответственно 160, 15 и 15 км (Верба и др., 1986, Богацкий и др., 1996, Вержбицкий, 2001).
Тектоническая структура Печорского шельфа, как и характер тектогенеза в его пределах оцениваются неоднозначно (Аксенов и др., 1987). По последним данным (Сенин, 1993) с конца байкальской стадии развития в баренцевоморско-печорском регионе устанавливается режим, определяемый как метаплатформен-ный. В современном структурном плане эта область с позднего мезозоя обособлена от континента и представляет собой периконтинентальную подвижную платформу, ограниченную с запада и севера флексурно-разрывными зонами континентальных склонов, с юга - складчатыми структурами каледонид и байка-лид, с востока - герцинидами-ранними киммеридами. Отмечается, что структура верхнего этажа характеризуется большой автономностью от тектонического плана фундамента, а в развитии региона большое значение придаётся рифтоге-незу. О связи его тектонической структуры с горизонтальными движениями ли-тосферных плит надёжных данных нет (Митрофанов и др., 1998).
В новейшее время произошло обособление шельфа в его современных границах на месте эпиконтинентального моря, примыкавшего к Центрально-Арктическому поднятию, и осуществилась некоторая перестройка прежнего структурного плана, который предопределен заложившимся в постбайкальское время платформенным геологическим строением региона и особенностями развития в позднем мезозое-кайнозое. В числе структурных форм выделяются про гибы, впадины, желоба, поднятия, ступени, валы и др., нередко осложненные складками и разломами. В это время создаются новые блоковые ассоциации и новые соотношения разломных зон путем избирательной активизации фрагментов более древней структуры. Наиболее крупные структурные формы, отраженные в рельефе дна, соответствуют структурному плану подошвы осадочного чехла и фундамента (рис. 26).
Относительно времени начала неотектонического этапа в данном секторе Арктики среди исследователей пока нет единого мнения. В числе наиболее вероятных возрастных рубежей обычно называют конец олигоцена, миоцен, поздний миоцен, середину неогена, рубеж верхнего-среднего плиоцена, конец плиоцена, плиоцен-четвертичный (Матишов, 1984, Махотина, 1982, Зархидзе, 1985). Основное формирование современного структурного облика Печорского шельфа следует относить к плиоцен-четвертичному времени.
По результатам изучения палеомагнитных аномалий кардинальная перестройка геологических условий в этом регионе относится к раннему олигоцену (Савостин, 1981). Это время совпадает и с деформациями наиболее молодой широкорегиональной поверхности выравнивания, период формирования которой по аналогии с прилегающей сушей соотносится с палеоцен-эоценовым возрастом. Применительно к субаквальным условиям начало неотектонического этапа можно соотнести с формированием базальтов провинции Туле в Баренцевом море. Сопоставление отметок фрагментов деформированной поверхности выравнивания с современным уровнем моря дало возможность оценить амплитуды неотектонических движений. Вариант неотектонической схемы составлен по отметкам подошвы неоген-четвертичных отложений (Мусатов, 1990). По мнению этого исследователя в современной структуре шельфа прослеживается субширотная зональность, а в дочетвертичное время новейшего периода зональность была субмеридиональной. Ведущим неотектоническим процессом является деструкция земной коры и опускание внутренних районов шельфа. Общая тенденция тектонических движений заключается в смене дифференцированных малоамплитудных менее дифференцированными по площади, но большей амплитуды. Большинство картируемых поднятий является следствием их более медленных погружений по сравнению с соседними участками дна и потому являются относительными. Ряд исследователей считают характер неотектонических движений колебательным на основе ритмичного строения осадков изучен ных ими геологических разрезов. Другие усматривают в этих движениях волнообразный характер по уменьшению в палеогене тектонической активизации с запада на восток, а в неоген-четвертичное время - с севера на юг. Активность новейших движений подчеркивается сравнительно высокой дифференцирован-ностью структурных форм, существенным суммарным размахом вертикальных движений и др. Тем не менее, регион в целом считается изостатически уравновешенным. Общий фон голоценовой эпохи соответствует тенденции к опусканию.
Исходя из того, что в неотектоническом аспекте Печорский шельф исследовался различными исследователями, на сегодняшний день известно множество составленных на него морфоструктурных и тектонических схем (Матишов, Ва-нюхин, 1979; Махотина, 1982; Геологическое..., 1984; Погребицкий, 1984; Кра-пивнер и др., 1988; Сенин, 1988; Мусатов, 1990; Авенариус, 1999; Айбулатов и др., 2001 и т. д.). Эти схемы в целом близки, но различаются по ряду позиций, т. к. были построены в зависимости от масштаба и характера исходного материала. Некоторые из них приведены на рис. 27-29.
Методика составления единой генерализованной батиметрической карты масштаба 1:500000 на шельф Печорского моря с использованием ГИС - технологий
Нижний девон представлен доломитами с пачкой ангидритов в забое. К верхнему девону относится толща известняков с прослоями алевролитов. На Новой Земле отложения девона представлены всеми тремя отделами, а отложения верхнего девона залегают со стратиграфическим несогласием. Нижний девон представлен чередованием известняков, аргиллитов и алевролитов, при этом количество известняков к югу увеличивается. Мощность колеблется от 400-700 м в северной и средней частях до 100-1500 м в южной части острова. Средний отдел сложен алевролитами и песчаниками с прослоями доломитов в северной и средней частях архипелага, а на юге он представлен мощной толщей (1400 м) доломитов. К верхнему девону относится толща известняков с песчаниками и алевролитами в подошве мощностью 1000-1500 м. Суммарная мощность девонских отложений увеличивается с запада на восток от 500-600 м до 1000-1500 м.
Породы карбона имеют широкое распространение на Печорской плите, где он вскрыт многочисленными скважинами, а также имеет широкое распространение на прилежащей суше. Отложения представлены карбонатными породами мощностью 500-600 м.
На Печорской плите осадочные породы этого возраста вскрыты многими скважинами. Они представлены известняками, доломитами с ангидритами и гипсами, отнесенные к нижнему карбону. Нерасчлененная толща средневерхне-каменноугольных отложений представлена известняками. На Новой Земле отложения карбона распространены достаточно широко. Нижний отдел представлен известняками мощностью 400-800 м. В кровле нижнего карбона на Южном острове залегает пачка ангидритов. На Северном острове средний и верхний карбон объединен в единую толщу известняков мощностью 300-500 м. На Южном острове средний карбон сложен также известняками, а верхний карбон размыт. На острове Колгуев (скв. Песчаноозерская, рис.32) нижний карбон представлен чередованием известняков и мергелей, с редкими прослоями аргиллитов и глин. Выше залегает нерасчлененная толща средне-верхнего карбона, состоящая из известняков и доломитов с маломощными прослоями глин.
Пермские отложения залегают на подстилающих породах со стратиграфическим несогласием и на Печорском шельфе представлены двумя отделами. Мощность толщи изменяется на запад от 261 до 960 м. Отложения нижней Перми во всех скважинах характеризуются преимущественно карбонатным соста вом. При этом в направлении от скв. Приразломной к Северной Гуляевской и Аквамаринской возраст кровли нижнепермских карбонатов соответственно изменяется от ассельского до сакмарского и артинского. К верхнепермским отложениям отнесена толща песчаников и алевролитов с прослоями аргиллитов и глин. На Приразломном поднятии верхняя пермь отсутствует. На западе акватории ее мощность составляет 500-700 м. На Южном острове Новой Земли в районе п-ова Гусиноземельский на поверхность выходят также отложения нижней перми. Разрез начинается маломощной толщей (около 500 м) переслаивающихся песчаников, алевролитов, аргиллитов. Выше залегают алевролиты и аргиллиты мощностью до 1400 м. Заканчивается разрез толщей косо-слоистых песчаников и алевролитов с прослоями угля общей мощностью около 1000 м. На острове Колгуев вскрыта толща нижнепермских песчаников и алевролитов с прослоями аргиллитов и мергелей. Выше залегают породы верхней перми, состоящие из ритмично чередующихся песчаников, алевролитов и аргиллитов. Завершается разрез прослоем глин.
Триасовые отложения представлены повсеместно на акватории Печорского мелководья и прилегающей суши. Триасовые отложения на Печорской плите залегают со стратиграфическим несогласием на отложениях верхней перми. Нижний отдел представлен чередованием глин, аргиллитов и песчаников. Мощность толщи в скважинах составляет около 400 м (рис. 32). Средний триас сложен в основном глинами и аргиллитами с прослоями алевролитов и песчаников. Мощность среднего триаса может достигать в некоторых скважинах 400 м. Для верхнего триаса характерно чередование глин, аргиллитов, алевролитов и песчаников. Мощность его резко меняется от 150 до 805 м. На Приновоземельском шельфе триасовые отложения залегают на небольшой глубине и представлены мощной толщей песчано-глинистых пород. На юге Новой Земли триасовые отложения представлены чередованием аргиллитов, алевролитов и песчаников, причем на песчанистые породы преобладают. В нижней части встречаются туфы базальтового и андезито-базальтового состава. Мощность триаса здесь более 1000 м. На полуострове Колгуев (скв. Песчаноозерская) выделяется триас в полном объеме, залегающий на размытой поверхности верхней перми. Нижнетриасовые породы представлены чередованием алевролитов, песчаников, глин и аргиллитов с пачкой известняков в подошве. К среднему триасу относится мощная толща глин и аргиллитов с прослоями алевролитов. Верхний отдел сложен глинами и аргиллитами с пластами песчаников. Мощности триасовых отложений изменяются от 700-1200 м в западной части акватории до 3000 м увеличиваясь к востоку и северу.
На акватории Печорского моря и окружающей суше эти отложения юры имеют широкое распространение и залегают на верхнем триасе с несогласием. В пределах Печорской плиты юрские отложения имеют относительно небольшую мощность (200-300 м) и распространены по-видимому повсеместно, т. к. вскрыты всеми скважинами. Так же, как и на о. Колгуев, нижняя и средняя юра представляет собой единую нерасчлененную толщу, залегающую на размытой поверхности верхнего триаса. Толща сложена песчаниками с прослоями аргиллитов. В скважине Северо-Гуляевская № 1 в верхней части разреза - пачка (около 80 м) глин. Верхняя юра представлена в основном глинами с прослоями аргиллитов. Мощность невыдержана и меняется от 24 м в скв. Юрские отложения вскрыты скважинами на о. Колгуев, где они представлены всеми отделами. В скважине Песчаноозерская нижняя и средняя юра объединена в единую нерасчлененную толщу, залегающую на размытой поверхности верхнего триаса и сложенную песками и песчаниками с прослоями аргиллитов. Выше со стратиграфическим несогласием залегают глины и аргиллиты верхней юры.
На акватории Печорского мелководья меловые отложения представлены нижним отделом, мощность которого составляет 250-300 м. В скважине При-разломная № 1 нижний мел представлен аргиллитами с песчаниками. Завершается разрез аргиллитами и глинами. В скважине Северо-Гуляевская № 1 вскрыты глины с алевролитами и песчаниками, также отнесенные к нижнему мелу. Разрез скв. Поморская № 1 аналогичен: здесь вскрыты нижнемеловые глины с алевролитами и песчаниками. На севере о. Колгуев в береговых обнажениях встречены глины и пески мощностью в единицы метров, отнесенные по возрасту к верхнему мелу. Скважина Песчаноозерская вскрыла породы нижнего мела мощностью более 300 м, сложенные глинами с прослоями песчаников и известняков (рис. 32).
