Геофизические поля окраинных морей и океана: Методические указания

Федеральное агентство по образованию Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ОКРАИННЫХ МОРЕЙ И ОКЕАНА

методические указания к изучению курса "Морские геофизические исследования" для студентов специальности 130201 «Геофизические методы поисков и разведки МПИ»

Владивосток 2007

1

Одобрено методическим советом университета УДК 550.83:551.46 Г35 Геофизические поля окраинных морей и океана: метод. указания/сост. В.А. Кортунов, Р.Г. Кулинич, Е.И. Сычева. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. 47 с. В методических указаниях раскрываются основные цели и задачи морских геофизических исследований при изучении геологического строения дна морей и океана, поисках месторождений полезных ископаемых, обнаружении подвижных и стационарных искусственных объектов, выявлении геопатогенных зон, прогнозировании землетрясений и цунами. Показано, что детальный анализ геофизических материалов и их геологическое и техногенное осмысление позволят сделать достоверные выводы об особенностях геологического строения основных структурных элементов дна, о значительных влияниях "экзогенных" факторов на полигеничную структуру измеряемых геофизических характеристик акваторий. Рассмотрено соотношение параметров геофизических полей над различными объектами изучения, обнаружения и слежения. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 130301, студентов магистерской подготовки по программе "Морские геофизические исследования", аспирантов и могут быть полезны инженерам и научным сотрудникам геолого-геофизических подразделений. Методические указания печатаются с оригинал-макета, подготовленного авторами.

© В.А. Кортунов Р.Г. Кулинич Е.И. Сычева, 2007 © ДВГТУ, изд-во ДВГТУ, 2007

Введение 2

В XXI в. перед геологией стоят новые, очень сложные, задачи. При все более усложняющихся условиях поиска и разведки месторождений полезных ископаемых нужно обеспечить быстро растущие потребности во всех видах минерального сырья. Понятие о биосфере В.И. Вернадский сформулировал как «особую охваченную жизнью оболочку Земли»; он писал, что в биосфере «мы не можем различать два типа вещества - косное и живое», а должны рассматривать их как единое взаимосвязанное целое [14]. Биосфера - это глобальное биогеологическое явление, действующее на всем протяжении геологической истории Земли как многокомпонентная система минеральной, жидкой и газообразной частей планеты, пронизанная живым веществом и продуктами его жизнедеятельности, отмирания и преобразования, находящимися во взаимосвязи и взаимообусловленности своего существования и эволюционного развития. Имеется достаточно фактов, чтобы уверенно говорить о глобальном углеводородном «дыхании» докембрийских углеродсодержащих толщ. Этот вывод имеет огромное принципиальное научно-практическое значение для дальнейшего развития нефтегазовой геологии. С ним связано формирование нефтяных и газовых скоплений в рыхлых чехлах континентов. Были проведены специальные экспериментальные и натурные исследования физических полей, полей и ареалов концентрации газов, микроэлементов и бактерий, аномальных по отношению к фону температур над нефтяными и газовыми месторождениями многих нефтегазовых районов. В результате установлено новое, неизвестное ранее явление связи углеводородного газоотделения с геофизическим и геохимическим аномальным (повышенным или пониженным) полем осадочного чехла, что является новыми теоретическими предпосылками поисков нефти и газа. Кроме того, образование различных рудных месторождений (свинца, цинка, меди, золота, урана) может быть логично объяснено с позиций первичного накопления рудных элементов в углеродсодержащих и других осадочных толщах и последующего их метаморфизма [14]. Необходимо остановиться на геологической роли человека, превращении биосферы в ноосферу. Технический прогресс и усиление антропогенных воздействий на окружающую среду выявили скудость наших знаний об основных свойствах привычной и, казалось бы, хорошо изученной природы, о формах и уровнях ее организованности, о структурных механизмах ее саморегуляции. Выявились и ограниченность знаний о результатах воздействия на окружающую среду, отсутствие методов их прогноза и достаточно полного учета социальноэкономических противоречий в природопользовании. Вследствие этого осуществление крупных народнохозяйственных проектов (в гидротехническом строительстве, мелиорации, химизации сельского хозяйства), направленных на получение большого технико-экономического эффекта, часто вызывало 3

непредвиденные неблагоприятные последствия в природе, снижающие социальный и экономический эффекты и требующие новых капитальных вложений. В обществе «управление средой» становится реальностью. Вот почему так необходимы исследования естественных закономерностей развития биосферы, анализ реакций ее компонентов на чужеродные воздействия разного масштаба и определение пределов обратимости ее изменений. Поверхность Земли на 71% покрыта морями и океанами. Океан обладает большими минеральными, энергетическими и биологическими ресурсами. Но богатства океана до недавнего времени очень слабо использовались в связи с недостатком значений природы океана и несовершенством научных и технических средств. Последние двадцать лет характеризовались бурным развитием комплексных исследований природы Мирового океана. Значительные успехи достигнуты в области морской геологии и геофизики. Крупный вклад в решение проблем морской геологии внесли советские геологи А.П. Виноградов, А.В. Пейве, А.Л. Яншин, В.В. Белоусов, П.Л. Безруков, Л.И. Красный, П.Н. Кропоткин, А.П. Лисицын, М.В. Муратов, В.Е. Хаин, Г.Б. Удинцев, В.Ф. Канаев, М.В. Кленова, Ю.М. Чиков и др. Открытие системы срединно-океанических хребтов, изучение аномальных магнитного и гравитационного полей, теплового потока, сейсмичности земной коры океанов позволили выдвинуть новые идеи о происхождении и истории океанов и их роли в глобальной тектонике Земли. Морские региональные и детальные геолого-геофизические исследования, глубокое морское бурение позволили оценить перспективы нефтегазоносности различных областей дна Мирового океана, а также и других полезных ископаемых. Широкий комплекс геолого-геофизических исследований, проводившихся в Мировом океане в период Международного геофизического года (1957 – 1958 гг.) и в последующие годы в рамках международного проекта «Верхняя мантия Земли и ее влияние на развитие земной коры (1960 – 1969 гг.)», показал, что дно океанов представляет собой сложное образование, в формировании которого участвовали разнообразные, тесно взаимосвязанные процессы. Полученные данные позволили разработать международную программу дальнейших комплексных геолого-геофизических исследований. Эта программа предполагает проведение комплексных исследований главных тектонических образований Земли с целью выяснения природы движения земной коры и процессов в глубоких недрах. Исследования в Мировом океане проводятся по следующим проблемам [3]: 1. пространственная неоднородность коры и мантии и ее развитие во времени; 2. физико-химический механизм формирования и взаимных пространственных и временных переходов коры океанического и материкового типов с сопутствующими изменениями физических свойств и вещественного состава земных оболочек;

4

3. современная динамика коры и мантии важнейших тектонических структур океанических областей и их геологическая история; 4. проверка гипотез о происхождении и развитии океанического дна и создание концепции, наиболее удовлетворяющей современным данным наук о Земле. Для успешного решения этих проблем большое значение имеют данные геофизических исследований. С их помощью можно обнаружить неоднородности на различных глубинах и картировать их, прослеживать изменения мощности слоев земной коры и литосферы, трассировать разломы различной глубины заложения, выявлять изостатически неуравновешенные области. Исследования в таких районах позволяют определить прочность коры, вязкость вещества астеносферы и верхней мантии, выявить механизмы, нарушающие изостатическое равновесие и его темпы восстановления. Анализ связей геофизических аномалий с особенностями геологического строения и историей развития отдельных тектонических областей, с проявлениями сейсмичности и вулканизма, новейшей тектонической активности позволяет более обоснованно проводить тектоническое районирование и прогнозирование месторождений полезных ископаемых на дне Мирового океана. 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАГНИТНЫХ АНОМАЛИЙ ОКЕАНОВ Имеются многочисленные геофизические параметры, по которым земная кора под океанами отличается от земной коры континентов. В этом отношении структура аномального магнитного поля является одной из наиболее ярких характеристик. В целом магнитные аномалии на океанах значительно проще, чем на континентах. Это может быть связано с тем, что геология океанической коры более проста, или с тем, что поверхность наблюдений в океанах отделена от источников аномалий многокилометровой толщей воды. Даже с учетом последнего обстоятельства аномалии океана обладают рядом выразительных особенностей, которые не известны на континентах [4, 6]. Характерной чертой аномального магнитного поля океана является его упорядоченность, которая проявляется прежде всего в его полосчатой структуре [4, 6]. Существование четкого минимума в спектре геомагнитных аномалий позволяет отделить аномалии, связанные с кристаллической оболочкой, от более длинноволновой части поля, обусловленной глубинными источниками. Статистический анализ аномального магнитного поля вдоль длинных трансокеанских профилей показывает, что в океанах присутствуют аномалии с длинами волн от первых километров до нескольких десятков километров. Ф.Вайн и Д.Мэтьюз в 1963 г. [21] выдвинули предположение о существовании в земной коре океанов магнитоактивного слоя, сформировавшегося в результате расширения дна под влиянием инверсий магнитного поля Земли. Расплавленный материал поднимается в гребне 5

срединно-океанического хребта, приобретает намагниченность, когда температура падает ниже точки Кюри, и затем раздвигается в обе стороны от оси хребта. Поскольку направление геомагнитного поля периодически меняется на обратное, в осевой зоне происходит образование материала с противоположной полярностью. Тем самым создается контраст намагниченности блоков, ответственных за создание аномалий. Из этого механизма следует, что аномалии должны быть симметричны, и вытянуты вдоль гребня, что и наблюдается в магнитном поле океанов. Предположение о том, что структура магнитных аномалий связана с инверсиями геомагнитного поля, находится в соответствии с палеомагнитными данными. Первое сравнение разработанной шкалы инверсий с магнитными профилями через хребет Хуан-де-Фука позволило получить серьезное подтверждение выдвинутой гипотезы, а также вычислить скорость расширения дна. В настоящее время можно говорить о системе линейных магнитных аномалий, охватывающих весь Мировой океан. Помимо гипотезы Вайна Мэтьюза были предложены и другие объяснения линейных аномалий, которые связывают их образование с излиянием лав по трещинам в земной коре, либо последовательным сокращением площади вулканической активности на срединных хребтах, однако эти и некоторые другие предположения не в состоянии объяснить все перечисленные выше закономерности океанских аномалий. Оказалось, что в пределах положительных аномалий кривая магнитного поля подобна рельефу акустического фундамента. Напротив, в пределах отрицательных аномалий наблюдается обратное соотношение. Это дает возможность предположить, что положительным и отрицательным аномалиям соответствуют прямо и обратно намагниченные блоки земной коры [4, 6]. Оценки глубин показывают, что источники коротковолновых аномалий располагаются непосредственно у поверхности дна либо у поверхности «акустического» фундамента. Для магнитного поля Тихого океана наиболее распространенной формой являются обычные полосовые аномалии; ширина их значительнее, чем в других районах Мирового океана. Одна из характерных особенностей магнитного поля Тихого океана - смещение четкой системы линейных аномалий к восточной периферии региона. В восточной части Южно-Китайского моря, вблизи о-ва Лусон, на небольшой площади исследована система линейных магнитных аномалий предположительно позднеюрского-раннемелового возраста. Характерна резкая смена короткопериодных аномалий спокойным полем. Если линейные аномалии действительно созданы в результате спрединга дна, то область спокойного магнитного поля, по-видимому, может отвечать длительной геомагнитной эпохе одной полярности.

6

Магнитные аномалии в глубоководных котловинах окраинных морей имеют линейную ориентировку, но следуют обычно под острыми углами к островным дугам. В пределах двух крупнейших возвышенностей Охотского моря Академии Наук и Института океанологии - развиты крупные изометрические положительные аномалии, свидетельствующие об их блоковом строении [4, 5]. Нормально намагниченные вулканические объекты обусловливают магнитные поля в виде положительных субизометричных аномалий; однако соответствие между рельефом и полем отмечается не всегда. Это, вероятно, вызвано тем обстоятельством, что магнитная аномалия над вулканом создается не только его современным рельефом, но и глубинным магнитным телом (корнем горы) [4, 5]. 2. АНОМАЛИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ОКЕАНОВ Океанские котловины с глубинами дна 3000 м характеризуются относительно спокойным полем силы тяжести с небольшими, близкими к нулю положительными или отрицательными аномалиями в свободном воздухе и интенсивными положительными аномалиями Буге, достигающими значения до +449 мГл. Так, например, Северо-Западная, Северо-Восточная, ВосточноМарианская и Центральная котловины Тихого океана, характеризуются в основном отрицательными аномалиями в свободном воздухе. Филиппинская и Каролинские котловины выделяются преимущественно положительными ÷аномалиями в свободном воздухе [2, 3, 4]. Для котловин Восточной Атлантики характерно преобладание положительных аномалий в свободном воздухе. Наиболее пониженные аномалии в свободном воздухе характерны для северной части Центральной котловины Индийского океана (до -80 мГал). Мадагаскарская котловина и котловина Крозе выделяются преобладанием положительных аномалий в свободном воздухе. Рифтовые подводные хребты и поднятия, относящиеся к современной тектонической активной системе срединно-океанических хребтов, характеризуются небольшими относительными увеличениями аномалий в свободном воздухе и региональными уменьшениями аномалий Буге. Так, над Восточно-Тихоокеанским поднятием аномалии в свободном воздухе возрастают до +40 мГал. Срединно-Атлантический хребет на всем протяжении с севера на юг выделяется относительно повышенными до +80 мГал аномалиями в свободном воздухе и пониженными значениями аномалий Буге по сравнению с примыкающими с запада и востока глубоководными котловинами. Так, над хребтом Рейкьянес аномалии Буге уменьшаются до +120 мГал по сравнению с +240 мГал в примыкающих котловинах. Для срединного хребта Северной Атлантики характерно понижение значений аномалий Буге до - 200 ÷ +220 мГал по 7

сравнению с +320 ÷ +360 мГал в примыкающих котловинах. Срединный хребет Южной Атлантики отмечается понижением аномалий Буге до +160, а над Африканско-Антарктическим хребтом, являющимся юго-восточным продолжением Срединно-Атлантического, аномалии Буге уменьшаются до + 140 мГал. Обширные сводовые поднятия, вулканические хребты и цепочки подводных вулканических гор и островов выделяются интенсивными положительными аномалиями в свободном воздухе с амплитудой до +100 ÷ +200 мГл и несколько пониженными, по сравнению с окружающими котловинами, аномалиями Буге с амплитудой +200 ÷ +260 мГл. Так, над Гавайским сводовым вулканическим поднятием аномалии в свободном воздухе превышают +200 мГл, а аномалии Буге понижаются до +220 мГл. Над Императорскими горами аномалии в свободном воздухе достигают величин до +140 мГл, а аномалии Буге - до +200 мГл. Глыбовые поднятия и возвышенности, отмечаются слабыми положительными аномалиями в свободном воздухе и понижением аномалий Буге. Так, над возвышенностью Шатского аномалии в свободном воздухе достигают величин +40 мГал, а аномалии Буге уменьшаются до +170 мГал. Окраинные Дальневосточные моря с островными дугами и глубоководными желобами характеризуются интенсивными аномалиями в свободном воздухе в районе островной дуги, близкими к нулю аномалиями Фая воздухе и повышенными положительными аномалиями Буге над акваторией окраинных морей. Аномалии Буге при переходе от островных дуг к Тихому океану увеличиваются от -28 до +449 мГал. Четко прослеживается пояс интенсивных отрицательных аномалий в свободном воздухе вдоль глубоководных желобов Алеутского, Курило-Камчатского, Японского и др. Минимум аномалий в свободном воздухе совпадает с осью желоба. Пояс отрицательных аномалий в свободном воздухе при переходе к океану обрамляется менее интенсивным поясом положительных аномалий, в некоторых случаях хорошо коррелируемых с краевыми валами глубоководных желобов. Гравитационное поле окраинных морей спокойное и заметно не отличается от поля океанов. Глубоководные желоба представляют собой узкие и глубокие рвы на океанском ложе. Глубины морского дна в них равны 7-8 км, достигая 11 км, т. е. желоба почти в 1,5 раза глубже абиссальных котловин. Им отвечают крупные (200÷-240 мГал) отрицательные гравитационные аномалии в свободном воздухе. Вместе с тем краевые валы, сопровождающие желоба с океанской стороны, отмечены поясами положительных гравитационных аномалий. Гравитационное поле островных дуг характеризуется положительными аномалиями. При сопоставлении с резким гравитационным минимумом глубоководных желобов становится ясно, что изостатическое равновесие в «системе островная дуга - глубоководный желоб» резко нарушено [2, 3, 4]. В гравитационном поле срединно-океанические хребты выражены неодинаково. В целом они характеризуются незначительным увеличением

8

интенсивности аномалий в свободном воздухе и сильным региональным уменьшением аномалий Буге. Невулканические гряды характеризуются большими положительными аномалиями (до 200 мГл), а глубоководные желоба - близкими по модулю отрицательными аномалиями. Передовые валы выражены в аномальном гравитационном поле положительными аномалиями в свободном воздухе амплитудой десятки миллигал [2, 3, 4]. 3. ОБЩАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ ОКЕАНОВ В настоящее время анализ сейсмических явлений стал мощным средством изучения Земли в целом и океанов в частности. При этом оказалось, что явления, наблюдаемые в очагах землетрясений, их глобальная локализация по регионам и глубинам, характер и интенсивность возбуждаемых упругих волн, повторяемость во времени и в пространстве, магнитуда и многие другие параметры сейсмичности несут два рода информации: сведения о внутреннем строении Земли в целом, расслоении и характере оболочек, геометрических и физических параметрах Земли и т.п., т.е. сумму важнейших статистических характеристик планеты; сведения о динамике геооболочек, внедрении мантийного материала, характере подвижек плит, режиме разломов и многие другие. Сейсмическая активность океанов – весьма важный критерий для составления геологической и динамической модели, позволяющей оценить как мобильную ситуацию в том или ином районе, так и строение плиты по вертикали. Соответствие такой модели реальному геологическому строению оказалось большим, чем это позволяют вычислить другие геофизические данные [1, 8, 9]. Пояс поверхностных землетрясений, расположенный вдоль оси всей системы срединно-океанических хребтов, позволяет сделать вывод, что по энергетике – это слабая зона. Результаты исследований показали, что хребты представляют собой структуры растяжений, а поперечные нарушения – трансформные разломы, связанные с разрастанием океана. В пределах отдельно взятого срединно-океанического хребта сейсмическая активность осевой зоны и зон трансформных разломов различается прежде всего магнитудой толчка. Практически все сильные землетрясения с магнитудой более 7 приурочены к зонам разломов, максимальная магнитуда в них 7,4. Осевая зона характеризуется более слабым землетрясениями, магнитуда которых в среднем составляет 4,0-5,5. Глубина очагов землетрясений осевой зоны в подавляющем большинстве случаев (около 90%) колеблется от 2 до 5 км, в зонах поперечных разломов она также, как правило, не превышает первых километров.

9

Одна из важных особенностей сейсмичности на конструктивных границах заключается в том, что землетрясения группируются в серию толчков, совмещённых во времени и локализованных в пространстве, причём обычно главный толчок отсутствует. В большинстве случаев рои землетрясений тяготеют к осевой зоне той части срединно-океанических хребтов, для которой поперечные разломы не характерны. К настоящему времени выполнено множество определений механизма возникновения землетрясений, приуроченных к срединно-океаническим хребтам. Результаты определений подтверждают вывод о том, что землетрясения в рифтовой зоне хребта характеризуется преобладанием нормальных сбросов, при этом ось максимального растяжения ориентирована перпендикулярно к простиранию хребта. Землетрясения зон поперечных разломов отличаются сдвиговой составляющей, плоскость сдвига вертикальна и ориентирована по простиранию разлома. Важно отметить, что при этом знак движения по разлому противоположен тому, который должен быть при обычном поперечном сдвиге. Таким образом, сейсмичность рифтовой зоны и поперечных разломов различается механизмом напряжений в очагах, максимальной магнитудой толчков и характером проявления сейсмичности (рои в рифтовой зоне). Однако глубина очагов в обоих случаях примерно одинакова и не выходит за пределы 6 км. По расчётам Т.Френсиса, общее количество энергии, высвобождающейся на 1000 миль длины (1852 км) рифтовой зоны, составляет в год 10¹³ Дж (10²º эрг), а в зонах трансформных разломов примерно в 300 раз больше. Различие характера сейсмичности для осевой зоны хребтов и поперечных разломов может быть связано как с механизмами землетрясений, так и со свойствами пород в этих зонах. К. Шольц на основе изучения поведения микротрещин показал, что при низких давлениях происходит скольжение вдоль существующих ослабленных зон до некоторой критической точки (около 60 % прочности породы на излом), после чего наступает разрыв. Эта стадия может быть сопоставлена с сейсмическим крипом. В реальных условиях (при температуре около 500ºС и давлении 3000-5000 кгс/см²) пластическая деформация может продолжаться длительное время, что найдёт отражение в изменении структуры пород (дислокационной метаморфизм). Разрыв при этом может и не возникнуть. Поскольку в осевой зоне хребта высокие температуры наблюдаются на небольших глубинах (изотерма 500ºС находится здесь на глубине 1-2 км), состояние вещества неблагоприятно для возникновения разрывов, поэтому можно предполагать, что характер сейсмичности осевой зоны (рои землетрясений) связан с вулканической активностью. Рои землетрясений в Исландии, приуроченные к зоне высокой гидротермальной активности и совмещённые с проявлениями современного вулканизма, делают такое заключение весьма вероятным. Если это так, то становится понятным почему Восточно-Тихоокеанское поднятие сейсмически менее активно, чем Срединно-Атлантический хребет. 10

Более сильный разогрев коры в Тихом океане приводит к общему понижению вязкости вещества. По-видимому, проявление сейсмичности в виде роев неглубоких толчков и высокий уровень сейсмической активности можно считать следствием одной и той же причине – вулканической природы землетрясений. Наиболее важной чертой сейсмичности деструктивных границ, к которым относятся глобальные пояса сжатия на континентах и системы островных дуг по периферии океанов, является приуроченность к ним наряду с мелкофокусными промежуточных и глубоких землетрясений (вплоть до 600700 км). В рамках тектоники плит наличие таких эпицентров естественным образом связывается с поддвиганием одной литосферной плиты под другую и опусканием холодной литосферы одной из плит в подстилающую более горячую и менее вязкую мантию, т.е. с процессом субдукции. Вообще в открытии этого процесса и изучении его основных характеристик решающее значение имели данные по распределению гипоцентров землетрясений, которые, как это было выяснено ещё в конце первой половины нашего столетия, в пределах островных дуг группируются около некоторых наклонных поверхностей, названных в честь первооткрывателей поверхностями Заварицкого – Беньофа. Детальное изучение сейсмичности в зонах субдукции дало возможность уточнить их геометрические параметры. Так, в частности, было определено, что под разными островными дугами сейсмофокальные плоскости имеют различные углы наклона к горизонту, нередко изменяют их с глубиной или на соседних сегментах одной и той же дуги. Было выяснено, что длина сейсмофокальной зоны вкрест простирания дуги и максимальная глубина проявления сейсмических явлений также неодинаковы для различных дуг. Л. Сайксу с соавторами в 1968 г. удалось связать длину сейсмоактивной зоны со средними скоростями поддвигания плиты и, таким образом, оценить время, в течение которого материал океанической литосферы оказывался полностью ассимилированным в верхней мантии. Это время оказалось равным примерно 10 млн. лет. Таким образом, на контакте противостояния континентальной и океанической литосферных плит может создаться ситуация, показывающая достаточно простую (принципиально) картину сейсмичности. В островных дугах все землетрясения происходят в литосфере, обладающей высокой добротностью, причем основная доля энергии выделяется в верхних 100 км разреза непосредственно под вулканической дугой и желобом, т.е. в зоне соприкосновения взаимодействующих плит. Анализ более тонкой структуры распределения очагов землетрясений в этой зоне показал, что в верхней части опускающейся плиты намечаются как бы две плоскости преимущественного сосредоточения очагов; эти плоскости наклонны и примерно параллельны, их раздельное прослеживание возможно до глубины около 150 км. Кроме того, в зоне взаимодействия плит были обнаружены и другие поверхности, к которым

11

тяготеют очаги землетрясений, в том числе наклонные плоскости, имеющие падение, обратное падению зоны Заварицкого – Беньофа. В ряде случаев оказывается возможным оценить частоту повторяемости разрывов вдоль главных ослабленных зон и определить знак смещения, что особенно важно для прогноза цунамигенных землетрясений, которые характеризуются вертикальными подвижками поверхности. Не меньший интерес представляет динамический режим океанических плит вдали от литосферных границ. Эпицентры, зарегистрированные вне пределов хребтов и их океанических окраин, совсем мало, очаги землетрясений здесь единичны. В отличие от океанов, на континентах можно видеть огромные регионы сейсмичности вне границ плит. Следует помнить, что расположение эпицентров в пределах континентов отнюдь не свидетельствует о континентальном характере землетрясения, так как эпицентр – проекция очага, который (на окраине океана) расположен в погружающейся под материк плите и, следовательно, имеет океанический, а не континентальный характер. Поэтому, если говорить о внутриплитовой сейсмичности, т.е. сейсмичности, относящейся к тектонике внутриплитовых движений, следует это обстоятельство учитывать. Однако на континентах, даже с учетом сказанного, можно обнаружить более интенсивное, чем в океанах, проявление сейсмичности внутри плит. Это явление свидетельствует о существенном различии сейсмического режима внутриокеанических и внутриконтинентальных регионов? По-видимому, в этих регионах различны не только мощность литосферы, но и геодинамический энергетический режим, возраст, геологическая история. Внутриплитовым регионам океана присуща молодая, относительно однородная земная кора (литосфера) с примерно одинаковым термическим режимом (с учётом остывания, естественно), в то время как внутриплитовые регионы континентов имеют весьма сложнопостроенную, гетерогенную земную кору (литосферу). Этот факт может служить удовлетворительным объяснением асейсмичности внутриплитовых районов океана на современном уровне её регистрации. Возможно, регистрация данными сейсмографами показала, что за пределами узкой 100-километровой осевой зоны срединно-океанических хребтов даже микроземлетрясения представляют собой, вероятно, редкое явление [11]. Установлено, что образование сейсмического очага требует активного движения геологического материала – его поступления в виде новых порций в зонах рифтов или поглощения и переработки в зонах субдукции. Так как ни одно из этих явлений не присуще внутриплитовым областям, то здесь и нет стационарной сейсмичности. Отдельные сейсмические явления обязаны своим происхождением локальным внедрениям магматических расплавов в некоторых океанических районах.

12

4. ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ ОСНОВНЫХ ОКЕАНИЧЕСКИХ СТРУКТУР Несмотря на существенные различия в строении и мощности континентальной и океанической коры, усредненный тепловой поток через единицу поверхности Земли одинаков, и этот феномен до сих пор не находит своего исчерпывающего однозначного истолкования. Первоначально этот факт был воспринят как парадокс, поскольку континентальная кора содержит в «гранитном» слое значительное количество радиоактивных калиевых минералов. В океанической коре, как известно, этого слоя нет, а именно радиоактивные минералы рассматривались в качестве источника тепла Земли, формирующего тепловой поток [4]. Впоследствии было выдвинуто несколько гипотез, объясняющих выявленный феномен. Наиболее реалистической казалась возможность более глубокой дифференциации вещества верхней мантии под материками, чего, повидимому, еще не произошло под океанами. Концентрация легких калиевых частей расплава в верхних частях астеносферы, которая в океанах существенно приближена к поверхности (по сравнению с материками), вероятно, компенсирует недостаток «гранитного» материала в океанической коре. Следовательно, плотность источников тепла в вертикальной колонке вещества океанической мантии выше, чем в такой колонке континентальной мантии. Сопоставление осредненного распределения теплового потока с результатами интерпретации аномального магнитного поля дало возможность наметить некоторую связь уровня геотермической активности с возрастом океанической коры. Выяснение характера изменений теплового потока по мере «старения» коры определялось для Атлантического, Индийского, Тихого океанов. Значения средних линейных скоростей движения плит в Атлантическом и Индийском океанах близки и составляют около 2, а в Тихом океане - 4 см/год и выше. Полученные результаты показывают, что осредненные кривые теплового потока для регионов с близкими линейными скоростями горизонтальных перемещений плит мало отличаются друг от друга. Характер вариаций теплового потока в зависимости от времени образования океанической коры симметричен относительно оси рифта. Снижение геотермической активности по мере удаления от оси срединного хребта и, следовательно, по мере увеличения возраста коры в целом аналогично как при малых скоростях разрастания. Помимо радиоактивных элементов источниками глубинного тепла (весьма и весьма весомыми) должны рассматриваться гравитационная дифференциация вещества Земли, глубинные фазовые переходы, изменение скорости вращения планеты и ряд других менее существенных по тепловыделению процессов. Приближенная оценка количества глубинного тепла показывает, что суммарно оно на порядок превышает расход тепла на такие процессы, как магматизм, метаморфизм, горообразование и т. д.

13

При изучении теплового поля океана прежде всего были отмечены аномально высокие значения теплового потока на всех срединных хребтах, составившие в среднем 2⋅10-6 кал/(см2⋅с). Наибольшие значения характерны для зоны гребня хребтов, где они обычно приближаются к 4⋅10-6 кал/(см2⋅с), а иногда и выше. В частности, получены следующие значения, 106 кал/(см2⋅с): в Аденском заливе в аномальной геотермической зоне 3,9-4,0; в Красном море 3,4-3,5,; в Калифорнийском заливе 3,4. При приближении к осевой части хребта значения теплового потока имеют тенденцию к возрастанию, но с удалением к краевым зонам поднятия геотермическая активность быстро приближается к средней океанической [4, 10, 12]. Впоследствии выяснилось, что картина распределения теплового потока в центральной части срединного хребта далеко не столь проста. Важной особенностью кривых распределения, построенных вкрест простирания поднятий, является резкое снижение значений теплового потока в области самого рифта; таким образом, общий максимум геотермической активности, характерный для гребневой зоны хребтов, распадается на два подмаксимума, каждый из которых приурочен к вершинам бортов рифта поднятия, а сама зона рифта отмечается на кривой минимумом. Вторая особенность рассматриваемого распределения на хребтах - установление факта одновременного присутствия как высоких, так и низких значений тепловых потоков. Не исключено, что в большинстве случаев в пунктах, где на срединных хребтах получены невысокие значения теплового потока, термозонд попадал в локальную область гидротермальной разгрузки. Третья особенность, требующая в дальнейшем дополнительной проверки,- это предположительная связь пониженной геотермической активности на срединных хребтах с зонами их пересечения трансформными разломами, установленная по результатам геотермических измерений в Индийском океане. Наконец, четвертая особенность состоит в существенном различии тепловых потоков по обеим сторонам от крупных трансформных разломов. В ряде случаев это, повидимому, связано с погрешностями измерений. В условиях расчлененного рельефа возможно развитие придонных течений, что, естественно, приводит к нарушениям стационарности теплового режима и соответственно к искажению результатов наблюдений. Кроме того, не исключен теплообмен вследствие конвекции и в консолидированных отложениях, и в зонах различного рода разломов. Наиболее контрастное тепловое поле на акваториях развито в районах активных переходных зон. Здесь тепловой поток на расстоянии 20-40 км может меняться 3-4 раза; таких горизонтальных градиентов теплового поля нигде на земном шаре больше не встречено. В среднем тепловой поток в этих зонах для разных районов составляет 1,6-1,8 мккал/(см2⋅с). Устойчиво повышенной геотермической активностью характеризуются островные дуги и глубоководные котловины окраинных морей, где фоновые значения глубинного теплового потока равны 2,2 мккал/(см2⋅с). Однако при переходе к островодужным системам, находящимся на более поздних стадиях своего 14

развития, таким как, Сахалин, Камчатка, Хонсю, Хоккайдо, тепловой поток снижается и достигает 1,1-1,2 мккал/(см2⋅с). Наименьшие, аномально низкие значения теплового потока - в среднем 0,7-0,8 мккал/(см2⋅с) - отмечаются в пределах глубоководных желобов. При этом минимум кривой распределения несколько смещен от оси желобов в сторону островных дуг. С внешней океанической стороны над краевым валом значения теплового потока после слабого пологого максимума порядка 1,6 мккал/(см2⋅с) вновь возвращаются к обычным, характерным для океанических абиссалей. Глубоководные впадины окраинных морей характеризуются тепловыми полями двух видов. Поля первого вида обладают устойчивыми высокими значениями теплового потока. Таковы, например, Южно-Охотская, Япономорская, Северо-Фиджийская котловины, где средняя геотермическая активность равна 2,2 мккал/(см2⋅с). В других впадинах значения теплового потока низкие -0,8-1,2 мккал/(см2⋅с) [4, 10]. Такие тепловые поля встречены, например, в Беринговоморской, Южно-Китайской, Целебесской котловинах. 5. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ДНА МОРЕЙ И ОКЕАНОВ Полезные ископаемые морей и океанов заключены в современных донных осадках и в коренных породах. В современных осадках встречаются промышленные концентрации ряда рудных и нерудных минералов (россыпи), фосфориты, глауконит, железомарганцевые конкреции. В коренных породах акваторий имеются месторождения нефти и газа, ископаемых углей, руд железа и других металлов. На берегах морей и океанов и в прибрежной зоне мелководья широко распространены россыпи магнетита, ильменита, рутила, циркона, монацита, ксенотима, касситерита, минералов, содержащих редкие и радиоактивные элементы, драгоценных камней, золота и другие. Наряду с тяжелыми минералами встречаются россыпи и легких минералов, например янтаря. Россыпи располагаются на современных пляжах, подводном береговом склоне, погруженных и приподнятых морских террасах. Россыпи подводного берегового склона встречаются значительно реже, чем пляжевые. У них концентрации тяжелых минералов наблюдаются в более мелких фракциях тонкого алеврита (0,05 – 0,01 мм). Это связано с тем, что обломочный материал перемещается в значительной мере в виде взвеси под воздействием течений, а волны на этих глубинах действуют менее интенсивно. Вероятно, к россыпям подводного берегового склона следует относить современные алмазоносные отложения вдоль побережья Юго-Западной Африки вблизи устьев рек Оранжевой и Конго [6]. Россыпи янтаря формируются в иных условиях. Янтарь – легкий минерал, и его концентрации наблюдаются в верхней части пляжа совместно с

15

плавником (ветки, стебли камыша, водоросли, растительный детрит и прочее). Янтарь встречается в песках пляжа Восточной Балтики. Фосфориты встречаются главным образом на шельфе и в верхней части континентального склона в виде конкреций, стяжений неправильной формы, желваков и иногда в виде крупных плит. Фосфориты залегают в кварцево-слюдистых и глауконитовых песках, реже в илах. Глауконитовые пески и алевриты широко распространены на шельфе и континентальном склоне морей и океанов. Песок и гравий применяются в строительной промышленности и в дорожном деле. Источником песка и гравия помимо месторождений суши являются пляжи и акватории (мелководный шельф). Разработка песка и гравия на пляжах осуществляется во многих странах, однако это не всегда целесообразно, так как может привести к нарушению природного равновесия и к размыву берегов. Поэтому уже сейчас во многих странах песок и гравий получают со дна морей и океанов. Железо-марганцевые конкреции встречаются в мелководных морях и заливах (Балтийское море, Рижский залив и другие), но основная область их распространения приурочена к глубоководному ложу океана. Они известны на разных глубинах и в различных типах осадков: в красной глубоководной глине на глубинах от 3,5 до 6,5 м в фораминиферовых илах, алевритах и песках на глубинах 3,0 – 4,5 км, реже в радиоляриевых, диатомово-терригенных и других глубоководных илах. Основная область распространения коренных пород на дне морей и океанов, перспективная на полезные ископаемые, - это шельфы или подводные окраины материков, где геологические структуры суши продолжаются под акваториями. Наиболее важным полезным ископаемым в коренных породах шельфа являются нефть и газ. Месторождения ископаемых углей под водами морей и океанов известны в Англии, Шотландии, Японии. Вероятно, каменноугольные отложения с пластами каменного угля продолжаются под водами Черного моря на шельфе Турции, где они широко распространены на суше и обрезаются берегом, известны пермские угленосные отложения Нового Южного Уэльса в Австралии, где пласты каменного угля наблюдаются на пляже. В Северной Америке крупное железорудное месторождение железорудной формации докембрия выявлено на суше (на острове) и продолжается под дном Атлантического океана. Недалеко от г. Хельсинки магнетитовые руды добывают под дном Финского залива из пластообразной дайки. Месторождение под дном залива было открыто геофизическими исследованиями (методом магнитометрии). Следует упомянуть еще об одном виде полезного ископаемого. Издавна человек добывал соль, выпаривая (или вымораживая) морскую воду в

16

искусственных или естественных водоемах – лагунах и заливах. Этот промысел широко развит во многих странах мира и в настоящее время [6]. Известно, что морская вода содержит большую часть химических элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева, в том числе и золото. Над проблемой извлечения золота из морской воды потрудились многие химики и инженеры, однако результаты оказались неудовлетворительными. Золото можно извлекать, но это оказывается экономически невыгодным. Возможно, теперь благодаря появлению новых адсорбентов эта проблема вскоре будет решена, и не только по отношению к золоту, но и для других важных для человека химических элементов. Анализ условий формирования и закономерности размещения месторождений полезных ископаемых дна морей и океанов, а также результаты многолетних морских геолого-геофизических исследований дают возможность обосновать и рекомендовать рациональные комплексы геофизических методов [6, 15] при решении конкретных поисковых задач (табл. 1-3 приложения). 6. ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ ОБЪЕКТОВ ВОЗМОЖНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ, СПОСОБНЫХ ПРИВЕСТИ К ВОЗНИКНОВЕНИЮ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В соответствии с федеральным законом от 21 декабря 1994 г. № 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», «чрезвычайная ситуация (ЧС) – это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей» [20]. Предупреждение чрезвычайных ситуаций – это комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения ЧС, а также на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей среде и материальных потерь в случае их возникновения. ЧС являются многофакторными событиями, которые могут возникать в результате многочисленных причин, в различных условиях и приводить к разнообразным последствиям. ЧС могут возникать в мирное и военное время в результате стихийных бедствий, промышленных и других техногенных аварий. Они могут быть мгновенными, как при землетрясении и ядерном взрыве, или нарастать постепенно, как, например, в случаях возникновения эпидемий или наступления засухи, или наводнения и так далее.

17

По происхождению различают следующие ЧС подразделяются [20]: 1. Природные (вызванные стихийными бедствиями); 2. Техногенные: а) промышленные (вызванные производственными авариями на объектах народного хозяйства); б) военные (вызванные военными действиями с применением специальных средств поражения). 3. Антропогенные (вызванные процессами жизнедеятельности человека и часто приводящие к экологическим нарушениям). Разработанные в интересах геофизического поиска полезных ископаемых аэромагнитометры показали свою эффективность при поисках и обнаружении погруженных в воду объектов искусственного происхождения. Уже в 1944 г. со специального исследовательского самолета ВМФ США в Гибралтарском проливе удалось обнаружить, а затем уничтожить несколько немецких подводных лодок. Начиная с конца 40-х гг. и в плоть до 90-х гг. ХХ в. по заказам ВВС ВМФ нашей страны проводился комплекс научных исследований, позволивший отработать технологию разработки и изготовления новой спецтехники в военной геофизике, связанной с обнаружением ядерных взрывов в любой точке земного шара, измерениями магнитных полей (МП) в мировом океане в целях картосоставления в интересах автономной навигации подводных лодок в подводном положении, поиском затонувших кораблей и других объектов военной техники, обеспечения использования оружия и других технических средств. По-видимому, 80-е гг. были наиболее продуктивными в части развития научно-технических направлений разработок магнитотеллурической и другой геофизической аппаратуры, отработки технологии и производства и эксплуатации на объектах. В эти годы был заложен существенный задел, который использовался в последующем и послужил основой создания ряда образцов аппаратуры, не имеющей аналогов в данной области приборостроения как в нашей стране, так и за рубежом [13]. За последние годы в ХХ в. произошел существенный рост применения магнитометрических датчиков в качестве детекторов различных систем вооружений, включая как стационарные, так и подвижные боевые средства. Морские и наземные мины с взрывателями, реагирующими на изменения МП, являются, вероятно, наиболее известной областью применения магнитных датчиков, где последние используются в комплексе с датчиками, основанными на других физических принципах, для выработки сигнала на производство взрыва. Оружие, основанное на использовании в его составе магнитных первичных преобразователей, реагирует на изменение внешнего МП, вызванное проходом в радиусе его действия ферромагнитного объекта (цели). Основной способ защиты от такого оружия - снижение собственных МП 18

кораблей, судов и других объектов с помощью таких средств, как магнитная обработка и размагничивание. Магнитная обработка принимала различные формы [13]. При этом основная ее особенность состояла в создании вокруг корпуса корабля МП с целью снижения постоянной или остаточной намагниченности, что осуществлялось с помощью наложения на корпус корабля обмоток кабеля (соленоидов), по которому пропускался электрический ток. Большинство из этих способов достаточно трудоемки, а также не воздействует на индуктивный магнетизм корабля, поэтому многие страны мира в последнем случае применяют стационарно размещенные на судне обмотки размагничивания или размагничивающее устройство (РУ). Обмотки РУ постоянно питаются током, сила которого изменяется в зависимости от курса судна и параметров вектора магнитного поля Земли (МПЗ) в районе плавания. Магнитный поиск - это фиксирование локальных возмущений МПЗ, вызванных присутствием подводных лодок (ПЛ), с помощью системы, включающей в себя высокочувствительный магнитометр с порогом в сотые доли нанотесл или единицы пикотесл и размещаемый, как правило, на аэроносителе. При этом для первичного поиска и обнаружения ПЛ предпочтение отдается таким техническим средствам (главным образом гидроакустическим), которые обладают дальностью уверенного обнаружения значительно более 1000 м. К таким средствам можно причислить гидроакустическую станцию (ГАС) надводных кораблей и противолодочных ПЛ, радиогидроакустические буи (РГБ), устанавливаемые с летательного аппарата (ЛА), опускаемые ГАС с вертолетов, стационарные или буксируемые за противолодочными ПЛ средства обнаружения цели по кильватерному следу и др. Тем не менее авиационные магнитные обнаружители до сих пор продолжают оставаться удобными и производительными средствами слежения за целью для подтверждения выхода на контакт с нею и использования противолодочного оружия. Любое ферромагнитное тело имеет положительный и отрицательный полюса. Такое тело с двумя полюсами называется диполем. Форма и величина сигнала, появляющегося на выходе магнитного обнаружителя, зависят от ряда факторов: - чувствительности поисковой аппаратуры; - размеров диполя или, в конечном итоге, магнитного момента цели; - скорости полета ЛА относительно цели; - наибольшего сближения ЛА с объектом поиска; - курса ЛА и диполя в момент прохождения ЛА через поле объекта поиска; - величины и частотного спектра техногенных и естественных магнитных помех обнаружению диполя. Последний из указанных факторов в настоящее время является одним из определяющих при решении задачи выделения сигнала цели на фоне помех и

19

до сих пор остается объектом исследований и разработок при создании поисковой МА. Магнитный поиск на дне морей и океанов отличен по методам использования аппаратуры от поиска с ЛА, хотя по своим основным положениям близок к нему. Главное отличие состоит в первую очередь в том, что датчик магнитометра, как правило, буксируется на гибком кабель-буксире за надводным судном или за специальным буксируемым носителем, выполняющим комплексную функцию поиска и индикации объекта на дне моря, в том числе под слоем донных осадков, и включая в свой состав поисковую аппаратуру различного класса (гидролокаторы бокового обзора, кинофотоаппаратуру, телевизионную камеру и др.). Варьируя длиной кабельной связи подводного поискового комплекса с бортовой аппаратурой судна и используя специальные донные гидроакустические маяки-ответчики, возможен поиск объектов на дне морей и океанов вплоть до предельных глубин при наличии специального судна с кабельной лебедкой, рассчитанной на спуск и выборку кабель-буксира выбранной длины. Высокие метрологические характеристики магнитометров позволяют использовать их для поиска затонувших объектов, имеющих в своем составе ферромагнитный материал. Хотя специальные поисковые магнитометры, дополненные системой обработки сигнала с целью его выделения на фоне шумов, являются скорее индикаторами по возможностям обнаружения цели, использование обычных морских геофизических магнитометров в интересах поиска затонувших предметов широко практикуется в мировой практике. В последнем случае оператору магнитометра полезно знать основные методы работы с приборами. Характерными объектами поиска в море могут быть затонувшие корабли и суда, самолеты, якоря и якорь-цепи, затопленный боезапас, приборы и устройства, выполненные из магнитных материалов, источники и линии постоянного тока, кабели связи, трубопроводы, железобетонные сооружения, туннели и т.п. Примерная дальность обнаружения объектов и амплитуда полезного сигнала от них [13] представлены в табл. 4 Амплитуда аномалии, создаваемой объектом поиска, зависит от массы ферромагнитного материала и его магнитных свойств, а также от расстояния датчика от объекта. Амплитуда аномалии определяет амплитуду полезного сигнала и выбор методики производства поисковых работ. Поэтому любые меры по заглублению датчика магнитометра с целью приближения его ко дну (объекту поиска) будут способствовать успешному решению задачи. Протяженные, конечной длины предметы (суда, самолеты, якоря и др.) имеют, как правило, положительный и отрицательный полюса, т.е. являются диполями. Для поиска и обнаружения ферромагнитных масс, лежащих на грунте или заиленных в грунт, могут использоваться магнитометры и магнитные градиентометры.

20

Таблица 4 Дальность обнаружения объектов

Характеристика объекта Судно (1000т) Автомобиль (1т) Ферромагнитный объект массой 300 кг Легкий самолет Винтовка Пистолет Ферромагнитный объект массой 25 кг Трубопровод диаметром 1600 мм, толщиной стенки 10 мм Трубопровод диаметром 1600 мм, толщиной стенки 5 мм Трубопровод диаметром 150 мм, толщиной стенки 6 мм

Амплитуда сигнала от объекта в ближней зоне, нТл 50 м: 60 – 150 10 м: 30 20 м: 18.75

Дальность обнаружения в метрах при уровне шумов 0.5 нТл (средняя дальность) 235 – 315 27 46

Дальность обнаружения в метрах при уровне шумов 0.1 нТл (предельная дальность) 402 – 504 46 80

6 м: 8 – 30 2 м: 7 – 35 2 м: 2 – 8 15 м: 3.7

14 – 22 4–8 3–5 20

52 – 80 7 – 14 6–8 35

50 м: 50

130

290

50 м: 10

90

205

6 м: 39

31

69

Под ферромагнитными массами здесь понимаются любые дипольные или монопольные источники магнитных полей безотносительно к их геометрической форме. Для дипольного источника характерно уменьшение индукции магнитного поля с увеличением расстояния (r) до него пропорционально кубу (1/r3), а для монопольного источника – линии диполей (трубопровод, кабель, туннель) – пропорционально квадрату расстояния (1/r2). Область применения магнитометра, кроме поиска и обнаружения предметов на дне, может включать в себя также его использование как индикатора (детектора) наличия объекта, например в целях включения теле- или фотокомплексов. Необходимо отметить, что при работе у дна, где имеют место донные осадки, использование гидроакустических средств поиска существенно осложнится, что связано с разностью акустических импедансов воды и слоя осадков, которая становится чрезвычайно малой для уверенного приема отраженного сигнала, и его затухание резко возрастает. Поэтому использование магнитометрического метода становится оправданным и часто дает хороший результат. В ряде случаев более предпочтительным, однако, является не пассивный магнитометрический метод, о котором говорилось выше, а активный метод, использующий возмущение внешнего низкочастотного магнитного поля

21

заданной частоты объектом поиска. Металлический, в том числе и немагнитный, объект поиска, попадая в зону излучения антенны, изменяет за счет вносимого сопротивления в контур генератора излучения его частоту. Возмущение металлическим объектом пространственной структуры излучаемого внешнего поля (своеобразная дифракция магнитного поля на объекте) с заданной частотой и измерение датчиком этого возмущенного поля дает возможность обнаружить тело под слоем осадков на дальностях от единиц до десятков метров от датчика. Использование активного метода с питанием от стабильного низкочастотного (НЧ) генератора и при наличии узкополосного индукционного датчика с последующей фазовой обработкой сигнала позволяет исключить влияние источников помех. Дальность обнаружения обычным индукционным датчиком (с использованием рамочной антенны, питаемой от НЧ генератора на частоте 4 кГц) металлического тела диаметром 30 см и длиной 1 м составляет также единицы метров [13]. Обычная электроразведочная аппаратура, размещаемая на ЛА, малоэффективна из-за сильного затухания излучаемой энергии. Толщина скин-слоя морской воды на частотах 5–10 кГц составляет от десятков сантиметров до единиц метров. Индукционные катушки, используемые в составе датчика, имеют аппаратурный шум обратно пропорциональный частоте излучаемого поля. Поэтому для СНЧ их чувствительность слишком низка, а шум слишком высок для обеспечения большой дальности обнаружения объекта. Поскольку такая аппаратура способна выявлять различия в электрической и магнитной проницаемости объекта, а также выявлять объекты, изменяя частоту источника излучения, то используя ее в буксируемом варианте за судном или ЛА, возможно эффективно вести траление фарватеров от мин, осуществлять поиск и обнаружение затонувших объектов техники. Прямым гравиметрическим индикатором геодинамических процессов, повидимому, могло бы стать доказательство глобальных вариаций аномального гравитационного поля нашей планеты во времени. Такие изменения были зафиксированы в различных пунктах земного шара. Так, например, имеющиеся данные по Японии свидетельствуют об изменениях силы тяжести до долей миллигал, предшествующих отдельным неглубоким землетрясениям и продолжающихся после них в течение нескольких лет. Напомним, что согласно тектонике плит землетрясения в зоне поддвига связаны с мгновенными подвижками, заглубляющейся в мантию океанической плиты, т.е. с механическим процессом, который сопровождается нарушением взаимоположения отдельных плотностных границ, и поэтому изменения гравитационного поля здесь вполне объяснимы. В другом регионе – на Байкальском геодинамическом полигоне – также установлены вариации силы тяжести в рифтовой зоне. Здесь наблюдалось уменьшение поля в направлении оз. Байкал с градиентом 0,001 мГл/(км·год). Еще более убедительные данные получены в последнее время на Ашхабадском геодинамическом полигоне. Здесь наблюдения за неприливными 22

вариациями силы тяжести ведутся в течение почти 10 лет. Тщательные измерения позволили выявить квазипериодические изменения поля силы тяжести различных периодов, некоторые из них непосредственно коррелируют во времени с местными землетрясениями. Иногда поле силы тяжести изменялось очень быстро - до 0,15 мГл за несколько месяцев. Поскольку гравиметрические исследования здесь сопровождались измерениями изменений отметок рельефа, уровня грунтовых вод и некоторых других параметров, появилась возможность учесть вклад этих факторов в формирование вариаций гравитационного поля. Оказалось, что суммарного воздействия указанных факторов недостаточно, для того чтобы объяснить вариацию гравитационного поля. Ее источник расположен на глубине 4–6 км (примерно соответствует глубине гипоцентров современных землетрясений) и связан скорее всего с изменениями напряженного состояния горных пород в области очага. Весьма интересные исследования были выполнены в последнее время в Исландии. На севере острова, в районе г. Акурейри, был закреплен на местности профиль длиной около 150 км. Трижды с интервалом в 5 лет (в 1965, 1970 и 1975 гг.) на нем были выполнены высокоточные изменения силы тяжести. Результаты измерений позволили сделать вывод о том, что в этом районе изменения гравитационного поля не носят направленного характера, т.е. вековые изменения поля не зарегистрированы. Установлено заметное увеличение поля силы тяжести в зоне молодого вулканизма по сравнению с областями развития базальтов третичного возраста. Максимальный градиент изменения поля в этой зоне достигает 0,07 мГл за 10 лет. Менее определенный характер носят данные о неприливных вариациях силы тяжести для районов, удаленных от современных границ литосферных плит. Так, наблюдения на ряде пунктов европейской части Советского Союза показали, что в течение более чем 10 лет поле силы тяжести оставалось постоянным с точностью ±0,14 мГл. Таким образом, можно только предполагать, что если в течение этого срока происходило изменение гравитационного поля и оно носило линейный характер, то его скорость могла достигать примерно 0,01 мГл/год, что сравнимо с данными по Исландии. Однако никаких прямых доказательств существования таких вариаций для внутриплитовых областей пока не имеется. Таким образом, первые результаты измерений вариаций силы тяжести во времени свидетельствуют о том, что по краям плит изменение силы тяжести возможно на сотые доли миллигал в год. Наличие вариаций в районе зоны подвига позволяет считать, что таковые обусловлены перераспределением плотностей в результате динамики подвига литосферы, а в рифтовой зоне – не только динамики, но и измерения плотности вещества в верхах астеносферы, которая здесь приближена к поверхности. В пределах литосферных плит, вдали от их границ, вариации силы тяжести если и существуют, то их значения, повидимому, не превышают 0,001 мГл/год. Данных о вариациях силы тяжести пока мало, но можно думать, что в дальнейшем при повышении точности относительных определений хотя бы на порядок по сравнению с существующей 23

изменения долгопериодных вариаций силы тяжести дадут новую важную информацию о динамических и термодинамических процессах, протекающих в недрах Земли [2, 4]. Существенным при изучении временных изменений поля силы тяжести является проведение непрерывных наблюдений или по крайней мере значительное уменьшение интервала между повторными измерениями. Нам все еще неизвестен общий характер поведения гравитационного поля во времени, можно предполагать, что его вариации носят пульсирующий характер и в отдельные моменты скорость изменения поля на порядок и более превышает среднюю для длительного интервала. В недалеком будущем вопрос об измерениях вариаций гравитационного поля встанет и перед исследователями океанов. Из общих соображений можно полагать, что, поскольку океаническая литосфера является относительно более мобильной, а подвижная часть мантии – астеносфера – более приближена к поверхности, вариации поля силы тяжести в океане должны иметь большую интенсивность, а их толкование можно существенно расширить наши представления о процессах, происходящих в недрах Земли. Весьма интересным фактом, касающимся временных изменений поля силы тяжести, является установленное в последние годы наличие нерегулярной составляющей в приливных колебаниях гравитационного поля. Известно, что потенциал приливообразующих сил может быть представлен в виде трех членов, два из которых соответствуют полусуточным и суточным составляющим, а третий – так называемая зональная функция – описывает долгопериодные волны с периодами от полумесяца до года. Полученные в последнее время арктическими и антарктическими станциями данные о характере долгопериодных колебаний показали существование асифазности этих колебаний в Северном и Южном полушариях. Этот факт ставит под сомнение приливной характер соответствующих вариаций силы тяжести и заставляет искать причину их внутри Земли. Наиболее вероятным объяснением этих колебаний, достигающих амплитуд 0,02 мГл и имеющих периоды от 15 до 50 суток, являются квазипериодические перемещения внутреннего ядра вдоль оси вращения Земли. Ни одно стихийное бедствие не происходит так неожиданно, как землетрясение. Своеобразной его особенностью является то, что оно разрушает в основном искусственные постройки, возведенные рукой человека. Конечно, во время сильных землетрясений происходят горные обвалы, оползни, иногда запруживаются реки. Чтобы определить сейсмоопасные районы, необходимо точно знать место, где происходят землетрясения. Наиболее полные данные о подземном ударе можно получить, регистрируя приборами упругие волны. Сейсмологи научились определять координаты происшедшего землетрясения, глубину его очага, силу подземного удара. Это позволило составить карту эпицентров землетрясений, наметить зоны, где возникали подземные толчки той или иной силы. 24

Прогноз возникновения землетрясения подразделяется в настоящее время на долгосрочный и краткосрочный - выявление предвестников, за несколько часов или минут предупреждающих о надвигающейся катастрофе. В упрощенной схеме процесс подготовки и проявления землетрясений можно себе представить как накопление и перераспределение в некоторой области земной коры потенциальной энергии – энергии упругих напряжений. В момент землетрясения эта энергия частично или полностью высвобождается. Для того чтобы произошло следующее землетрясение, нужна новая порция энергии, следовательно, должно пройти время, пока энергия накопится. В одних случаях это несколько дней или месяцев, но чаще десятки или даже сотни лет. Так, в Ашхабаде в 1948 г. была разрушена мечеть Аннау, простоявшая невредимой более 600 лет. На основе детального изучения сейсмичности Курило-Камчатской зоны С. А. Федотов [17, 18] предложил приблизительный прогноз землетрясений по пятилетиям. В прогнозе содержатся вероятностные оценки проявления сильных землетрясений, выделены районы, где в настоящее время возможны катастрофические сотрясения. Хотя такой прогноз не решает проблемы полностью, он помогает составлять карты сейсморайонирования с приблизительной оценкой повторяемости землетрясений. Еще важнее обнаружить предвестников землетрясений, непосредственно извещающих о приближающейся сейсмической катастрофе. Давно замечено, что животные чувствуют приближение подземного удара. За несколько минут до землетрясения домашний скот, собаки, кошки, крысы проявляют беспокойство, стараясь выбраться из закрытых помещений. За два дня до землетрясения в прибрежных районах Японских островов неоднократно появлялась необычная рыба шестиметровой длины – усатая треска, живущая на больших глубинах. Перед землетрясением в Неаполе покинули свои жилища муравьи. Все эти факты свидетельствуют о том, что подземному толчку предшествуют какие-то физические явления. Но если их чувствуют животные, то они могут быть зафиксированы и приборами. Предполагается, что в области будущего очага землетрясения происходит изменение физических параметров и в результате деформируется земная поверхность, изменяются упругие магнитные, электрические свойства пород и т.д. Успех эксперимента зависит прежде всего от того, насколько близко будут расположены приборы от эпицентра прогнозируемого землетрясения, поскольку величины, характеризующие все возможные параметры, убывают пропорционально квадрату расстояния от очага. Поэтому для решения задачи прогноза необходимо находить места, где землетрясения происходят достаточно часто. Поиски предвестников землетрясения ведутся сейчас в нескольких направлениях. Пожалуй, одной из первых попыток «предсказать» землетрясение было изучение так называемых форшоков – слабых толчков, иногда предшествующих сильному подземному удару.

25

Частоты колебаний форшоков заметно выше, чем афтершоков (толчков, следующим за сильным землетрясением). Длительность проявления этих высокочастотных толчков, возможно, как-то связана с силой готовящегося землетрясения и может помочь установить момент его возникновения. К сожалению, это происходит не всегда. Известно большое число землетрясений, когда сильный удар приходил совершено неожиданно. Все же не исключено, что для отдельных типов землетрясений изучение характера мельчайших потрескиваний, фиксируемых только очень чувствительными приборами, может дать сведения о приближающейся катастрофе. Следующий путь обнаружения предшественников землетрясений – исследование медленных движений земной коры – наклонов земной поверхности. Наклонометры различных систем, установленные на специальных бетонированных площадках или в штольнях, пробитых в скалах, вот уже в течение последних 20 лет фиксируют малейшие колебания поверхности Земли. Иногда перед подземным толчком были обнаружены «бури» наклонов. В последнее время начал разрабатываться еще один метод прогноза землетрясений. Подземные удары представляют собой разрядку возникающих в земной коре напряжений. Очевидно, перед землетрясением такие напряжения возрастают. Это выражается в изменении скорости распространения упругих волн, отношения скоростей распространения продольных и поперечных волн и отношения их амплитуд. Эксперименты, проведенные в Гармском районе Памира, позволили получить некоторые обнадеживающие результаты. Оказалось, что аномальное изменение отношения скоростей продольных и поперечных волн происходит в области подготовки землетрясений 12–13-го классов во всех случаях их возникновения. При этом наблюдается следующая закономерность: чем сильнее землетрясение, тем дольше длится аномальное состояние. Наконец, недавно наметилось еще одно перспективное направление – изучение изменений магнитного поля Земли. Постоянное магнитное поле нашей планеты состоит из двух частей. Основная часть поля обусловлена процессами в земном ядре, другая – вызывается горными породами, получившими намагниченность за время своего образования. Магнитное поле, создаваемое намагниченностью горных пород, изменяется с изменением тех напряжений, в которых находятся горные породы в земной коре. Подготовка землетрясений, как мы уже отмечали, состоит в накапливании напряжений в каком-то участке земной коры, что неизбежно меняет магнитное поле на земной поверхности. Удалось обнаружить резкое локальное изменение локального векового хода магнитного поля, которое должно произойти в момент землетрясения. За последние годы обнаружены и изменения в магнитном поле незадолго до землетрясения. За 1 час 6 мин до начала разрушительного землетрясения, произошедшего на Аляске в марте 1964 г., было отмечено возмущение в магнитном поле Земли. Изменение градиента магнитного поля между двумя пунктами, вблизи которых произошел ряд землетрясений, наблюдалось в 26

1966 г. сотрудниками Института физики Земли АН СССР и Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (ИЗМИР АН). Ведутся также поиски предвестников землетрясений путем исследования электропроводности горных пород в сейсмических районах. Наконец, судя по опыту Ташкентского землетрясения, важным индикатором предстоящего сильного толчка является изменение содержания радона в подземных водах. За некоторое время до толчка заметно увеличивается его концентрация. Долгое время ученые по-разному отвечали на вопрос: что порождает цунами? Тут фигурировали извержения подводных вулканов, оползни, резкие перепады атмосферного давления над океаном и, конечно, землетрясения. Наконец согласились считать главным виновником такие землетрясения, когда часть океанического дна мгновенно смещается на несколько метров вверх, то есть словно бы подскакивает. Но тогда ситуация вроде бы приходит в противоречие с гипотезой подвига плит. Ведь в ней предусматриваются в основном горизонтальные движения дна, причем отнюдь не скачкообразные [16 - 18]. В общем, подвижки, как выяснилось, были и по вертикали, и по горизонтали. Существенно еще то, что все главные толчки оставались в пределах «козырька» (передний край плиты), раздробленного на отдельные блоки. Транспортное движение нижней плиты с более или менее равной силой прижимает все блоки «козырька» к островной дуге. Напряжение в них растет. Будто сжимается пружина. Но вот оно достигло предела. И если в это время какая-то из «клавиш» оказывается менее прочно сцепленной с соседними, пружина «распрямляется» - «клавиша» отскакивает в обратную сторону, мгновенно отодвигается на несколько метров. И масса ее, и протяженность достаточно велики, поэтому смещение передается огромной толще воды. Рождается волна с колоссальным зарядом энергии. «Выстреливший» блок становится более пассивным, пододвигаемая плита «везет» ее на прежнее место. Это и есть относительно спокойный период «сейсмической бреши». Со временем клавиша снова «упрется» в островную дугу и в ее сейсмической жизни начнется очередной цикл. В этом случае напряжение передастся на тыловую область островной дуги, где могут возникнуть несильные землетрясения. Так выглядит мобилистская модель землетрясений, порождающих цунами. Успешные действия человека по предупреждению стихийных бедствий наиболее наглядны на примере организации в ряде стран тихоокеанского бассейна, в том числе на Дальнем Востоке, службы срочного оповещения о приближающемся цунами. Сейсмические волны от землетрясения распространяются в земле со скоростью около 30 тыс. км/час, тогда как волна цунами идет со скоростью порядка 1000 км/час. На использовании разницы этих скоростей и построена служба оповещения о волнах от подводного землетрясения. После сигнала дежурные немедленно приступают к обработке полученных сейсмограмм и определяют положение эпицентра землетрясения. Если эпицентр находится в 27

океане, а землетрясение было достаточной силы, то на побережье, опасном цунами, объявляется тревога. Сведения на опасные участки побережья должны быть переданы хотя бы за 5 – 10 мин подхода волны к берегу. В Японии и, особенно, на Камчатке и Курильских островах, которые расположены в непосредственной близости от зон возникновения подводных землетрясений, время между подземным толчком, вызвавшим цунами, и приходом волны на берег измеряется минутами. За этот отрезок времени необходимо определить положение эпицентра землетрясения, время прихода волны в те или иные пункты побережья, передать по каналам связи тревогу и успеть вывести людей в безопасные места. Другой путь уменьшения катастрофических последствий цунами – это составление карт, которые до некоторой степени аналогичны картам сейсмического райнирования. В отношении цунами такое райнирование проводится в пределах побережья. Создание службы прогнозирования извержений потухших вулканов в настоящее время, пожалуй, дело более легкое, чем прогноз погоды. Вулканологические прогнозы основываются на фиксации изменений режима вулкана. Они осуществляются путем наблюдений за определенными физическими и химическими параметрами. Трудность заключается в истолковании наблюдаемых измерений. За шесть месяцев до извержения Килауэа в декабре 1959 – январе 1960 гг. сейсмографы уже сигнализировали о пробуждении вулкана. Благодаря сети наблюдательных станций на острове Гавайи научные сотрудники вулканологической обсерватории заранее определили глубину очагов – 50 км, что было неожиданно, так как нижняя граница земной коры там лежит всего лишь на 15 км ниже уровня моря. В последующие недели вулканологи отметили постепенное уменьшение глубины очагов и, замеряя скорость этого восхождения, установили, когда магма начнет выходить на поверхность. Одно из наиболее перспективных направлений по прогнозированию вулканических извержений – изучение эволюции химического состава вулканических газов. Установлено, что после извержения вначале выделяются HCl, HF, NH4, Cl, H2O, CO, O2 (галоидная стадия), затем H2S, SO2, H2O, CO, H2 (сернистая стадия), далее CO2, H2, H2O (углекислая стадия) и, наконец, слабо нагретый пар. Если активность вулкана возрастает, то состав газов изменяется в обратном порядке. Следовательно, постоянное изучение вулканических газов позволит предсказать извержение.

28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В методических указаниях авторы пытались показать разные стороны предмета морских геофизических исследований: дать необходимый фактический материал, описать основные процессы и явления, методы исследования и обратить внимание на наиболее важные проблемы. Однако объем изложенного материала все же, вероятно, является недостаточным и это связано с тем, что многие разделы морской геофизики невероятно разрослись и увеличился общий поток информации. Геофизические исследования на акваториях океанов имеют большое значение не только при изучении глубинного строения и динамики земной коры и верхней мантии, но и при оценке перспектив нефтегазоносности и рудоносности различных областей океанов. Вероятно, что с развитием науки и техники опасность природных катастрофических явлений может уменьшиться. Однако более серьезные последствия могут иметь относительно быстрые климатические, биологические и экологические изменения на земной поверхности, вызванные деятельностью человека. Уже сейчас физические процессы на Земле находятся в состоянии неустойчивости. Отсюда ясно, что глубокое и всестороннее изучение природных и техногенных явлений в их сложной взаимосвязи становятся одним из основных научных направлений геофизических исследований. За последние годы накопился огромный фактический материал по исследованию геофизических полей и геологического строения дна окраинных морей и океана. В этой области появились многие важные обобщения, разрабатываются новые методы и приемы исследования. Все это приводит к выделению самостоятельных научных дисциплин, принадлежащих к циклу геолого-геофизических дисциплин, без изучения которых немыслимо формирование мировоззрения современного геолога, геофизика и геоэколога.

29

Приложение Таблица 1 Рациональные комплексы методов морской геофизики при поисках месторождений полезных ископаемых Группа комплексов

Общегеологические

Наименование рациональных комплексов на борту судна Попутный

Специализированный гравимагнитный подвижный

Геологогеофизические задачи, решаемые комплексом Исследование рельефа дна и магнитного поля для общетектониче ского изучения акваторий Изучение рельефа дна гравитационного и магнитного полей для общетектонического исследования дна акваторий

Методы, входящие в комплекс основные

дополнительные

Эхолотирование, гидромагнитные измерения

___

Эхолотирование, гидромагнитные и набортногравиметрические измерения

Акустическое профилирование с одноканальным приемным устройством

30

Режим работы судна в процессе основных исследований В движении, скорость не ограничена

Оптимальный тип судна, особые требования Любое

Возможная производительность в месяц при круглосуточной работе Зависит от пути, пройденного судном (до 10 000 км)

В движении, скорость не ограничена

Водоизмещение 200 – 300 т, 10 сотрудников, спутниковая и радиогеодезическая навигация

Зависит от пути, пройденного судном (5000 – 10 000 км)

Продолжение табл.1 Группа комплексов

Наименование рациональных комплексов на борту судна Специализированный полный океанологический

Геологогеофизические задачи, решаемые комплексом Изучение глубинной структуры коры и верхней мантии, общетектониче ское районирование дна океанов и морей, полигонные работы на наиболее интересных участках

Методы, входящие в комплекс основные

дополнительные

Эхолотирование, глубинное сейсмическое зондирование и профилирование, акустическое профилирование с одноканальной установкой, сейсмическое профилирование с многократным перекрытием отражающих границ, магнитотеллурическое зондирование, набортногравиметрическое и гидромагнитное профилирование, изучение теплового потока

Поплавковомаятниковые определения, буйковые определения вариаций магнитного поля

31

Режим работы судна в процессе основных исследований Профилирование в движении на разных скоростях в зависимости от методов зондирования – в дрейфе

Оптимальный тип судна, особые требования Водоизмеще ние 1500 – 2000 т, размещение до 25 – 30 сотрудников, спутниковая навигация, ЭВМ, комплекс спускоподъемных устройств, успокоители качки, автономность – до 40 сут.

Возможная производительность в месяц при круглосуточной работе 2000 – 3000 км профилей, 10 – 20 станций

Продолжение табл.1 Группа комплексов

На нефть и газ

Наименование рациональных комплексов на борту судна

Геологогеофизические задачи, решаемые комплексом РекогносциВыяснение ровочный структуры подвижный для осадочной шельфа и толщи, открытого гравитационморя (глубины ного и более 5 – 10 м) магнитного полей с целью технического районирования, картирование структур II порядка, выявление локальных структур, перспективных в нефтегазоносном отношении

Методы, входящие в комплекс основные

дополнительные

Сейсмическое профилирование с многократным перекрытием отражающих границ, набортногравиметрическое и гидромагнитное профилирование

Эхолотирование, акустическое профилирование с одноканальной установкой, поплавковомаятниковые определения, буйковые определения вариаций магнитного поля

32

Режим работы судна в процессе основных исследований В движении скорость 15 км/ч

Оптимальный тип судна, особые требования Водоизмеще ние 1000 – 1500 т, размещение до 15 – 20 сотрудников, спутниковая и доплеровская навигация, ЭВМ, комплекс спускоподъемных устройств, успокоители качки, автономность до 25 сут

Возможная производительность в месяц при круглосуточной работе 2000 – 3000 км сейсмических, 3000 – 4000 км гравиметрических, 4000 – 5000 км гидромагнитных профилей

Продолжение табл.1 Группа комплексов

Поисковоразведочный

Наименование рациональных комплексов на борту судна Подвижный детальный разведочный для подготовки структур к глубокому бурению на шельфе (глубины моря более 5 м)

Геологогеофизические задачи, решаемые комплексом Подготовка структур к глубокому разведочному бурению

Методы, входящие в комплекс основные Сейсмическое профилирование с многократным перекрытием отражающих границ (с длиной приемного устройства 3 км и более)

дополнительные Гидромагнитное профилирование, эхолотирование

33

Режим работы судна в процессе основных исследований В движении, скорость до 10 км/ч

Оптимальный тип судна, особые требования Водоизмещение 500 – 800 т, размещение до 12 сотрудников, радиогеодезическая навигация, комплекс спускоподъемных устройств, автономность до 10 – 15 сут

Возможная производительность в месяц при круглосуточной работе 1200 – 1500 км

Продолжение табл.1 Группа комплексов

Наименование рациональных комплексов на борту судна Донногравиметрический для работ на шельфе

ГеологоРежим работы Методы, входящие в комплекс геофизические судна в задачи, процессе основные дополнирешаемые основных тельные комплексом исследований ДонноДонноТерморазНа якоре и в гравиметричес- гравиметрические ведка, дрейфе кая съемка, измерения радиометрия, детальная гидромагтерморазведка, нитные радиометрия измерения, для изучения эхолотиролокальных вание, объектов электроразведка ЕП

34

Оптимальный тип судна, особые требования Водоизмещение 200 – 300 т, осадка 2 – 3 м, вспомогательный катер, 8 – 10 сотрудников, радиогеодезическая навигация, спускоподъемные устройства, автономность 10 – 15 сут.

Возможная производительность в месяц при круглосуточной работе 200 – 300 пунктов

Продолжение табл.1 Группа комплексов

Наименование рациональных комплексов на борту судна Электроразведочный

Геологогеофизические задачи, решаемые комплексом Изучение геоэлектрических неоднородностей, выяснение глубинного строения (особенно в районах с экранирующими толщами высокого сопротивления)

Методы, входящие в комплекс основные дополнительные Электроразведка ЗСМ, НДОЗ, НП, ЕП

Эхолотирование, терморазведка

35

Режим работы судна в процессе основных исследований На стоянке и в движении

Оптимальный тип судна, особые требования Два судна водоизмещением по 200 – 300 т, мощные генераторы тока, спускоподъемные устройства

Возможная производительность в месяц при круглосуточной работе 200 – 300 км

Продолжение табл.1 Группа комплексов

Наименование рациональных комплексов на борту судна Амфибийный для съемки сугубо мелководья (0 – 5 м)

Геологогеофизические задачи, решаемые комплексом Комплексная геофизическая съемка мелководья

Методы, входящие в комплекс

Режим работы судна в процессе основные дополниосновных тельные исследований Сейсмическое Терморазвед- На стоянке и в профилирование с ка, движении многократным радиометрия, (сейсморазведперекрытием электроразка с судномграниц (с ведка ЕП маткой), укладкой другие виды с приемной катеров и установки на дно), амфибий штативно - и донно-гравиметрическая и гидромагнитная съемка

36

Оптимальный тип судна, особые требования Плоскодонное судноматка, мелководное (осадка 1,0 – 1,5 м) с катерами, амфибиями и вертолетом на борту, 10 – 15 сотрудников, радиогеодезическая навигация, спускоподъемные устройства

Возможная производительность в месяц при круглосуточной работе 100 – 200 км профилей, 50 – 100 пунктов

Окончание табл.1 Группа комплексов

Наименование рациональных комплексов на борту судна

Геологогеофизичес-кие задачи, решаемые комплексом Картировоч- Картировочный Комплексное ные в пределах картирование шельфа дна и рыхлого слоя осадков на шельфе для решения задач рудной геологии, инженерной геологии, геологической съемки

Методы, входящие в комплекс основные

дополнительные

Акустическое профилирование малой глубинности, высокой разрешающей способности, электроразведка НП, ЕП, ВП, эхолотирование, гидромагнитные измерения

___

37

Режим работы ОптимальВозможная судна в ный тип производительпроцессе судна, особые ность в месяц при основных требования круглосуточной исследований работе В движении до Водоизмеще 400 – 500 км 15 км/ч ние профилей, 50 – 100 200 – 300 т, пунктов осадка 2–3 м, 10 сотрудников, радиогеодезическая и оптическая высокоточная навигация, спускоподъемные устройства, автономность 10 – 15 сут

Таблица 2 Обобщенная характеристика физико-геологических моделей россыпей шельфа Геологические образования

Собственно - морские

Основные промышленные россыпи

Пляжные

Подводного склона

Геометрические формы частных моделей Горизонтальный пласт, сложенный волноприбойными отложениями, как правило, прилегающий к абразионному уступу Горизонтальная пластина (зона дефицита наносов) сложенная дресвой, щебнем с песчаноглинистым (автохтонные) и песчано-галечным, гравийно-галечным (аллохтонные россыпи) материалом Горизонтальный пласт, представленный продуктивными отложениями аккумулятивной террасы

Физические параметры ±1

-6

V, м/с

æ·ε ,10 ед. СГС

J, усл. ед.

1600– 2200

до 1300 ·1,3±1

2 – 24

1600– 1800

до 1300 ·1,3±1

2 - 24

нет данных

нет данных

Размеры

ρ, Ом м

Длина

0,6 – 2,6

10–20 км

10 – 100 м

10–20 м

1 – 10 км

от 80 м до 2 км

0,1– 2 м

0,9 – 2,6

Ширина

Мощность

1850 - 2200

1600 - 1800

38

0,9 – 2,6

1 – 10 км

Сотни метров

1 – 20 м

Продолжение табл.2 Геологические образования

Континентальные

Погребенные аллювиальные

Экраны

Геометрические формы частных моделей

Физические параметры

Размеры

V, м/с

æ·ε±1,10-6 ед. СГС

J, усл. ед.

ρ, Ом м

Длина

Горизонтальный пласт, представленный продуктивными отложениями аккумулятивных тел зон разгрузки местных вдольбереговых потоков наносов

1600 - 1800

нет данных

нет данных

0,6 – 2,6

0,5 – 2 км

Сотни метров

1 – 20 м

Горизонтальный пласт, представленный продуктивными отложениями аккумулятивных тел зон предустьевого взморья Горизонтальный пласт (палеодолина) сложенный аллювиальными гравийно-галечными с песком отложениями Горизонтальнослоистая среда, рыхлые отложения осадочного чехла шельфа

1600 - 1800

нет данных

нет данных

0,6 – 2,6

1 – 10 км

Сотни метров

1 – 20 м

2000 - 2200

нет данных

нет данных

0,9 – 2,6

до 10 км и более

от 20 до 2 км

10–50 м

1450 - 1800

10 ·1,8±1 ÷ 230 ·1,7±1

2 -5

0,6 – 2,6

39

Ширина

Мощность

от 0 м и более

Окончание табл.2 Геологические образования

Вмещающая среда

Геометрические формы частных моделей Горизонтальнослоистая среда, рыхлые отложения осадочного чехла шельфа Коренные породы, фундамент шельфа

Физические параметры

V, м/с

æ·ε±1,10-6 ед. СГС

J, усл. ед.

1600– 2200

10 ·1,8±1 ÷ 690 ·1,6±1

2-5

более 3000

40

более 2,5

Размеры

ρ, Ом м 0,6 – 2,6

Длина

Ширина

Мощность от 0 м и более

Таблица 3 Основные положения методики геофизических поисков россыпей на шельфе Дальневосточных морей Рекомендуемый комплекс Сеть наблюдений Решаемые задачи методов основной дополнигенети- фацительный ческие альные поисковый Стадия I. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОЛОГО-СЪЕМОЧНЫЕ И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ Подстадия I-I. Региональные геолого-геофизические работы масштаба 1:1000000 /1:500000/ Пляжевые, подводного склона, погребенные аллювиальные

Создание геофизической основы, выявление площадей для постановки более детальных геологосъемочных, а в отдельных случаях и непосредственно поисковых работ

Типы россыпей

Собственно – морские и континентальные

Цель

НСП, (ВЧ)

НСП

Профили Изучение строения толщи осадочного чехла, картирование располагаются вкрест рельефа фундамента шельфа и выявление геоморфологических общего простирания форм и поверхностей, благоприятных для локализации основных россыпей геологических ЛБО, Изучение морфологии морского дна, картирование рельефа дна структур через 5–10 и типов донных осадков эхолотирование км. Дополнительно Выявление зон повышенной концентрации магнитных и Каппаметрия, проходятся секущие радиоактивных минералов, картирование типов осадков и радиометрия профили оценка литодинамики Магниторазвед- Гравиразведка Изучение морфологии магнитного и гравитационного полей, ка установление общих черт геологического строения фундамента шельфа НЗ, НП, ВП, ЕП Вдольбереговые Картирование рельефа коренных пород и выявление профили палеодолин, на участках, где интерпретация НСП осложнена, а также зон повышенной концентрации электронно-проводящих минералов НСП двухОпорные профили Определение средних скоростей до основных отражающих разносное, СТЗ границ, расчленение разреза на отдельные горизонты

41

Продолжение табл.3

склона, Пляжные, подводного аллювиальные

Собственно-морские и континентальные

Общее геологическое изучение шельфа в целях выяснения важнейших черт геологического строения и закономерностей размещения полезных ископаемых в пределах крупных геологических регионов

Типы россыпей

погребенные

Рекомендуемый комплекс методов Сеть наблюдений Решаемые задачи Генети- Фаци- Основной Дополнические альные поисковый тельный Подстадия 1-2. Региональная геологическая съемка масштаба 1:200000 с составлением региональных прогнозных карт

Цель

НСП, НСП (ВЧ)

Профили Установление строения толщи осадочного чехла с расчленением располагаются вкрест его на отдельные горизонты и определением их мощностей, общего простирания прослеживание литолого-стратиграфических горизонтов и основных подгоризонтов, картирование рельефа фундамента шельфа и морфологических выявление геоморфологических форм, благоприятных для элементов шельфа локализации россыпей через 1-2 км. Секущие Картирование рельефа дна и типов донных осадков, выявление ЛБО, профили эхолотирование форм рельефа, благоприятных для локализации россыпей располагаются через 4- Выявление зон повышенной концентрации магнитных и Каппаметрия, 8 км. Дополнительно радиоактивных минералов, картирование типов осадков и радиометрия проходятся вдоль – оценка литодинамики МагниторазГравиразведка береговые профили Установление основных особенностей геологического и ведка тектонического строения фундамента шельфа, прослеживание рудоконтролирующих структур НЗ, НП, ВП, ЕП Вдольбереговые Картирование рельефа коренных пород и выявление профили палеодолин, на участках, где интерпретация НСП осложнена, а также зон повышенной концентрации электронно-проводящих минералов Каротаж АК, На опорных скважинах Изучение волновой картины и физических параметров разреза ВСП, КС, ГК НСП двух – Опорные профили Определение средних скоростей до основных отражающих разносное, СТЗ границ, расчленение разреза на отдельные горизонты

42

Продолжение табл.3 Рекомендуемый комплекс методов Сеть наблюдений ДополниГенети- Фаци- Основной тельный ческие альные поисковый Стадия II. Поиски россыпей Подстадии II - I, II – 2. Общие и детальные поиски

Собственно-морские

Поиски россыпей определенного генетического типа в пределах установленных россыпеносных районов с выделением участков для постановки поисковооценочных работ

Типы россыпей

Континен тальные

Цель

Пляжные НСП, НСП Магнитораз(ВЧ), ВП ведка, каппаметрия, радиометрия, ЛБО, эхолотирование Подвод- НСП, НСП Магниторазного ведка, (ВЧ), склона электроразэхолотироваведка с ние, каппаметрия, макроусрадиометрия, тановками ВП, ЛБО ПогреНСП, НСП Магниторазведбенные (ВЧ), ВП, НЗ, ка, ЕП, каротаж аллюви- НП ВСП, АК, КС, альные ГК

Профили располагаются вкрест предполагаемого простирания изучаемых объектов через 100-250 м в пределах бухтового побережья и 250-500 м – открытого и дополняются секущими

Решаемые задачи

Выявление древних береговых линий, мест повышенной концентрации электронно-проводящих минералов, а в благоприятных условиях магнитных и радиоактивных, картирование типов донных осадков Картирование зон дефицита наносов и аккумуляции, аккумулятивных тел в зонах разгрузки местных вдольбереговых потоков наносов, подводных валов, зон повышенной концентрации магнитных, радиоактивных и электроннопроводящих минералов и участков распространения грубозернистых осадков, оценка литодинамики Прослеживание погребенных речных долин и выявление в пределах их мест повышенной концентрации магнитных и электронно-проводящих минералов

43

Окончание табл.3 Рекомендуемый комплекс методов Сеть наблюдений Генети- Фаци- Основной Дополнические альные поисковый тельный Подстадия II – 3. Поисково-оценочные работы

Собственно-морские

Перспективная оценка выявленных россыпепроявлений и аномалий с целью выбора объектов, заслуживающих предварительной разведки

Типы россыпей

Континен тальные

Цель

Пляжные НСП, НСП МагниторазПрофили располагаются вкрест (ВЧ), ВП ведка, каппаметрия, простирания радиометрия, россыпепроявлений и аномалии через ЛБО, эхолотирование 20-100 м, в Подвод- НСП, НСП Магниторазвед- зависимости от ка, электрораз- размеров и сложности ного (ВЧ), склона эхолотироведка с объектов вание, макроустановкаппаметрия, ками радиометрия, ВП, ЛБО Погребен НСП, НСП Магниторазвед ные (ВЧ), ВП, НЗ, ка, ЕП, каротаж аллюви- НП ВСП, АК, КС, альные ГК

44

Решаемые задачи

Картирование древних береговых линий, выявление и оконтуривание в пределах их участков повышенной концентрации электронно-проводящих минералов, а в благоприятных условиях магнитных и радиоактивных, картирование типов донных осадков Картирование форм современного и погребенного рельефа, благоприятных для локализации россыпей, с выделением участков повышенной концентрации магнитных, радиоактивных и электронно-проводящих минералов, картирование типов донных осадков, оценка литодинамики Картирование погребенных речных долин с оконтуриванием, в благоприятных условиях, участков повышенной концентрации электронно-проводящих и магнитных минералов

Библиографический список 1. Балакина Л.М. Сейсмичность и механизм очагов землетрясений / Л.М. Балакина // Геофизика океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1979. - С. 357 374. 2. Гайнанов А.Г. Аномалии силы тяжести океанов / А.Г. Гайнанов, Е.Д. Корякин // Геофизика океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1979. - С. 323 – 335. 3. Гайнанов А.Г. Гравиметрические исследования земной коры океанов / А.Г. Гайнанов М.: Изд-во МГУ, 1980. - С. 55 – 226. 4. Деменицкая Р.М. Естественные физические поля океана / Р.М. Деменицкая, С.С. Иванов, Э.М. Литвинов. - Л.: Недра, 1981. 5. Зоненшайн Л.П. Геолого-геофизическая характеристика основных тектонических структур / Л.П. Зоненшайн, Ю.П. Непрочнов // Геофизика океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1979. – С. 409 – 431. 6. Логвиненко Н.В. Морская геология / Н.В. Логвиненко. - Л.: Недра, 1980. - 343 с. 7. Мирлин Е.Г. Магнитное поле / Е.Г. Мирлин, Г.М. Валяшко, А.М. Городницкий, А.Е. Сузюмов, А.А. Шрейдер // Геофизика океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1979. - С. 292 – 321. 8. Непрочнов Ю.П. Мощность и строение осадочной толщи по сейсмическим данным / Ю.П. Непрочнов, Л.Р. Мерклин, В.Е. Милановский // Геофизика океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1979. С. 206 – 242. 9. Непрочнов Ю.П. Строение земной коры и верхов мантии по данным глубинного сейсмического зондирования / Ю.П. Непрочнов, А.Ф. Непрочнова, Г.А. Семенов, Н.А. Шишкина // Геофизика океана, т.1. М., Наука, 1979. – С. 243 – 291. 10. Попова А.К. Тепловой поток / А.К. Попова, Л.А. Савостин // // Геофизика океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1979. - С. 379 – 387. 11. Рыкунов Л.Н. Сейсмические исследования рифтовой зоны АравийскоИндийского хребта/ Л.Н. Рыкунов, В.В. Седов // Исследования по проблеме рифтовых зон Мирового океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1972. 12. Савостин Л.А. Геотермические исследования / Л.А. Савостин // Геофизика океана. В 2 т. Т.1. М.: Наука, 1979. - С. 105 – 116. 13. Семевский Р.Б. Специальная магнитометрия / Р.Б. Семевский, В.В. Аверкиев, В.Я. Яроцкий. - СПб.: Наука, 2002. - С. 31 – 56. 14. Сидоренко А.В. Новое в учении о биосфере / А.В. Сидоренко // Будущее науки. - М.: Знание, 1981. – С. 175 – 186. 15. Терентьев В.Б. Оловоносные россыпи горного обрамления, приморский низменностей и шельфа Северо-Востока СССР / В.Б. Терентьев // Морская геология и геофизика. - М.: ВИЭМС, 1991. – 51 с. 16. Ушаков С.А. Сила тяжести и вопросы механики недр Земли / С.А. Ушаков, М.С. Красс. - М.: Недра, 1972. 45

17. Федоров С.А. Глубинное строение, свойства верхней мантии и вулканическая деятельность Курило-Камчатской островной дуги по сейсмическим данным на 1964 год / С.А. Федоров // Вулканизм и глубинное строение Земли. - М.: Наука, 1966. 18. Федотов С.А. О сейсмическом цикле, возможности количественного сейсмического районирования и долгосрочном сейсмическом прогнозе / С.А. Федоров // Сейсмическое районирование СССР. - М.: Наука, 1968. 19. Хёфлин Г. Все чудеса в одной книге / Г. Хёфлинг.: - М.: Прогресс, 1983. - 335с. 20. Шадский И.П. Чрезвычайные ситуации в промышленности: учеб. пособие /И.П. Шадский, М.: Институт риска и безопасности, 2004. 21. Vine F.J. Magnetic anomalies over ocean ridges / F.J. Vine, D.H. Matthews Nature, 1963, P. 947 - 949.

46

Оглавление Введение ……………………………………………………………………………... 1. Общая характеристика магнитных аномалий океанов……………………...... 2. Аномалии силы тяжести океанов ………………………………………………. 3. Общая сейсмичность океанов ………………………………………………….. 4. Тепловое поле основных океанических структур …………………………….. 5. Геофизические методы поисков месторождений полезных ископаемых дна морей и океанов …………………………………………………………….. 6. Геофизический прогноз объектов возможного проявления явлений, способных привести к возникновению чрезвычайных ситуаций ………………………………………………………… Заключение ………………………………………………………………………….. Библиографический список …………………………………………………………

47

3 5 7 9 13 15

17 29 45

Василий Алексеевич Кортунов Руслан Григорьевич Кулинич Екатерина Игоревна Сычева Геофизические поля окраинных морей и океана Методические указания к изучению курса «Морские геофизические исследования» Редактор В.В.Сизова Техн.редактор Н.М.Белохонова Подписано в печать Формат 60х84/16 Усл.печ. л. 2,79. Уч.изд.л. 2,15 Тираж 100 экз.заказ Издательство ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская, 10 Типография издательства ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская, 10

48

49