Инженерно-геологическая оценка морфоструктурных особенностей шельфа Черноморского побережья Кавказа

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«кубанский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Факультет геологический Специальность 20 304 «Гидрогеология и инженерная геология»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ (ДИПЛОМНАЯ)

РАБОТА

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРФОСТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ШЕЛЬФА ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАВКАЗА

Работу выполнила Е. А. Волошко Научный руководитель д.г.-м.н., профессор Н. А. Бондаренко Краснодар 2013

реферат

ВОЛОШКО Е. А. Инженерно-геологическая характеристика морфоструктурных особенностей шельфа Черноморского побережья Кавказа (дипломная работа). 52 л. текста, 7 рис., 2 табл., 6 прил., 27 источников.

Дипломная работа состоит из введения, пяти глав и заключения.

Объект исследования — шельф, континентальный склон и приморская часть Адлерско-Лазаревской, Геленджикской и Анапской зон.

Цель работы — выделение морфоструктур с использованием морфометрического метода морфоструктурного анализа, объектом выступает шельф, континентальный склон и приморская часть Адлерско-Лазаревской, Геленджикской и Анапской зон, а предметная область — исследование геолого-геоморфологических особенностей строения шельфовой зоны.

В работе рассмотрены инженерно-геологическая изученность, методы инженерно-тектонических исследований, методы морфострукурного анализа шельфа, а также геоморфологические следствия эвстатических колебаний уровня мирового океана. Приведены результаты применения морфометрического метода морфоструктурного анализа для шельфа и континентального склона Черноморского побережья, приведена методика работ.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: морфоструктурный анализ, морфометрический метод, Черноморское побережье Кавказа, картометрические исследования, морфологические характеристики, рельеф шельфа.

Составила Е.А. Волошко

• реферат 2
• Содержание 3
• ВВЕДЕНИЕ 4
• 1.ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ 6
• 2.МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (по С.А. Несмеянову) 10
• 2.1 Тектоника в основных традиционных видах 12
• инженерных изысканий 12
• 2.2 Инженерно-геологическое районирование 13
• 2.3 Сейсмическое микрорайонирование 14
• 2.4 Перспективные направления и ограничения инженерногеотектонических исследований 14
• 3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 16
• 3.2 Сейсмическая деятельность 20
• 4.МОРФОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ 23
• 4.1 Картометрические исследования при морфоструктурном анализе шельфа 27
• 4.2 Оценка морфологических характеристик рельефа шельфа 28
• 4.3 Морфометрический метод в морфоструктурном анализе шельфа 30
• 5.ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ ЭВСТАТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА 34
• 5.1 Эвстатические колебания уровня мирового океана в новейшую геологическую историю 36
• 5.1.1 Представления о структуре впадины черного моря 36
• 5.2 Прогноз подъема уровня океана 40
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
• Список использованных источников 47

шельфовая зона геоморфологический континентальный

Темпы освоения шельфовых и приморских зон Российского сектора Кавказа за последнее десятилетие приобретают все большую скорость. Однако производство различного рода работ показывает, что в целом ряде случаев геолого-геоморфологическое строение районов побережья и шельфа в инженерно-геологическом отношении не достаточно объективно изучено. Прокладка различных нефтеи газопроводов, строительство береговых защитных и портовых сооружений выявили просчеты в инженерных изысканиях. В этом отношении предполагаемое освоение шельфа Анапского побережья с целью строительства буровых платформ, также свидетельствует, что требуются новые методические приемы, как вспомогательные для инженерных исследований подобных территорий. В этом отношение предлагаемая работа видится нам как актуальное исследование, которое будет способствовать отработке методических приемов изучения шельфа и приморских территорий внутренних морей (см. СП 11−105−97 ч. I, разделы 6 и 7 и т. д.).

Целью данной работы явилось выделение морфоструктур с использованием морфометрического метода морфоструктурного анализа, объектом выступает шельф, континентальный склон и приморская часть Адлерско-Лазаревской, Геленджикской и Анапской зон, а предметная область — исследование геолого-геоморфологических особенностей строения шельфовой зоны.

Методически работа базировалась на трудах А. Н. Ласточкина (Структурно-геоморфологические исследования на шельфе. М., 1978), который использовал морфометрический метод для анализа Рижского залива.

В процессе данной работы решались следующие задачи:

— обзор картометрических исследований при морфоструктурном анализе;

— оценка морфологических характеристик рельефа шельфа и континентального склона;

— исследование особенностей морфометрического метода для шельфа и континентального склона, в частности, сравнение полученных результатов для зон шельфа и континентального склона в районах Сочи, Геленджика и Анапы, структурно относящихся к различным областям;

— выявление на основе морфометрического метода морфоструктур разного знака и интенсивности создавших их движений.

Для решения этих задач были использованы листы K-37-IV Сочи, L-37-XXXIII Геленджик государственной геологической карты Российской Федерации, а также лист L-37−26 Анапа топографической карты, все листы карт масштаба 1:200 000.

1.ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ

Как известно, Черноморское побережье Северо-Западного Кавказа сложено сильно дислоцированными осадочными толщами, обладающими выдержанной специфической ритмичностью строения — регулярное чередование трех, реже четырех-пяти генетических типов пород, которые до сих пор остаются наиболее сложной для изучения геоформацией. Ее исследование проводилось в разные годы, по разным методикам и с разными целями. Это были работы как геологического, инженерно-геологического, так и специального плана, связанного с исследованиями разреза в отношении его перспективности на воду, нефть и газ.

К настоящему времени для указанной площади фундаментальным инженерно-геологическим трудом является IY том «Инженерной геологии СССР». В нем дается описание инженерно-геологических регионов первого порядка, выделенных на основании тектонической обособленности Кавказа. Так для области Черноморского склона приводятся сведения о том, что в геоморфологическом и тектоническом отношении этот район изучен достаточно неравномерно. Среди инженерно-геологических процессов рассматриваются оползни, согласно двум приводимым схемам типов черноморских оползней. При этом подчеркивается, что сложный характер развития и режима склоновых процессов на Черноморском побережье Северо-Западного Кавказа требует строгой систематичности.

В отношении инженерно-геологического изучения территории Северо-Западного Кавказа в последние годы не проводилось каких-либо широкомасштабных или комплексных исследований. Все работы велись различными инженерно-геологическими организациями под конкретные инженерно-строительные объекты.

Таким образом, Черноморское побережье оказывается относительно слабо изученным, в том числе и в сейсмотектоническом плане, из-за сложного геологического строения и фрагментарной освоенности. С одной стороны имеется теоретическая инженерно-геологическая основа, но регионального плана, а с другой накоплен практический опыт крупномасштабных изысканий. При этом отсутствует четкая иерархия разрывных тектонических структур, отвечающих за исходную сейсмичность района.

За прошедшие более чем три десятка лет в Черном море выполнен большой объем геолого-геофизических исследований, результаты которых представлены в монографиях и многочисленных публикациях [3,6,8,9,22].

Эти работы дают четкое представление об общих чертах морфоструктур бассейна. Однако, такие наблюдения характеризовались неравномерной плотностью. В связи с региональными работами начало широко практиковаться выполнение исследований на небольших площадяхполигонах. В Черном море они впервые осуществлены в 32 рейсе НИС «Витязь». Несколько позже такие работы стали проводить и в океанах.

Полигонные работы в морях и океанах проводились, как правило, комплексно, т. е. с использованием нескольких методов: эхолотного промера, непрерывного сейсмопрофилирования (НСП), отбора проб донного грунта дночерпателями, прямодонными трубками и т. д. Такие исследования обладали высокой информативностью как в целом, по объему выполнявшихся работ, так и в частности, по плотности использования геолого-геофизических методов.

К настоящему времени лабораторией геологии Южного отделения Института океанологии РАН детальные работы по изучению рельефа дна проведены более чем на 35 полигонах по периферии Черного моря. При этом выявлено, что материковая окраин даже на небольших площадях обладает разнообразием форм рельефа и неоднородностью строения многих морфоструктур.

В Российском секторе Черного моря комплексные геолого-геофизические исследования, включавшие и эхолотный промер, в наибольшем объеме выполнены на участке побережья между поселками Бетта и Джубга. Очень важные и качественные материалы по рельефу дна были получены также в районах Притаманского шельфа и вблизи Геленджика[7].

Инженерно-геологические условия шельфа, представляющие собой систему знаний о взаимодействии элементов геологической среды с инженерными сооружениями, включают в себя подсистемы (элементы приведены в скобках):

— горные породы и донные осадки (стратификация, условия залегания, положение в рельефе, состав, состояние и свойства грунтов);

— подземные флюиды (состав, состояние и свойства);

— геологические процессы и явления (естественные — сейсмические, вулканические, тектонические, гравитационные, криогенные, экзарационные процессы, перенос взвесей течениями и др.; техногенныевзмучивание и др.);

— инженерные сооружения (удельное давление на дно, характер передачи нагрузки, продолжительность воздействия, особенности взаимодействия с грунтом, материалы строительных конструкций).

При этом инженерно-геологические условия рассматриваются не как механическая сумма подсистем и элементов, а как единая, сложная, развивающаяся динамическая система, в которой все компоненты не только связаны и взаимодействуют между собой, но находятся в сложных и многообразных формах связи со всей окружающей средой.

Приведённые компоненты системы, однако, требуют некоторого развития, уточнения. Важнейшей самостоятельной подсистемой инженерно-геологических условий следует считать рельеф (геоморфологические условия).

Его значение и самостоятельная роль в системе инженерно-геологических условий очевидны: шельфу Черного моря свойственна существенная расчленённость. Рельеф шельфа представлен сложным чередованием структурных форм различного генезиса и возраста, является одним из важнейших компонентов инженерно-геологических условий.

Особенностью шельфовых инженерно-геологических условий (в отличие от субъаэральных) является значительная (во многом — определяющая) роль современных и древних гидрологических и климатических факторов.

До недавнего времени изыскатели в большинстве случаев ограничивались использованием имеющихся опубликованных и фондовых геотектонических материалов. Это было связано с тем, что Северо-Западный Кавказ считался не очень активной зоной. Но на новой карте ОСР-97 здесь трассируется 8−9 балльная зона с очень большим периодом повторяемости сильнейших землетрясений. Последнее обстоятельство, а также новые требования к геологическим изысканиям потребовало проведения дополнительных инженерно-тектонических исследований площадок под строительство [РСН]. При гражданском строительстве чаще всего прибегают к изучению тектонических структур на базе геофизических методов, однако их применение даже в условиях городской застройки бывают значительно осложнены. Тем более, для территории шельфа и континентального склона черноморского побережья Кавказа, где фактический материал по инженерно-геологическим изысканиям разрознен или засекречен, применение на начальном этапе изысканий картометрических исследований является оправданным и обоснованным.

Новизна работы заключается в том, что перечисленные выше обстоятельства вызывают необходимость поиска новых методов изучения разрывных тектонических структур и связанных с ними сейсмотектонических процессов. Применяемая в данной работе методика морфометрического метода морфоструктурного анализа направлена на решение этих задач. Подобные разработки для территории шельфа черноморского побережья Кавказа являются пионерскими и представляют интерес для всех стран участников Черноморского экономического сотрудничества.

2.МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (по С.А. Несмеянову)

Среди прикладных аспектов геотектоники назрела необходимость выделения ее инженерного аспекта, т. е. инженерной геотектоники-раздела инженерной геологии, изучающего влияние тектонических структур и процессов на условия строительства, эксплуатации и ликвидации инженерных объектов. Формирование инженерной геотектоники и ее постепенное внедрение в инженерные изыскания происходит лишь в последние десятилетия и еще не нашло должного отражения в соответствующей научной и нормативно-методической литературе. Поэтому важно охарактеризовать наиболее перспективные направления, связанные с инженерными изысканиями.

При проектировании многих ответственных объектов все чаще оказывается, что тектоническая активность может быть обусловлена как самим присутствием некоторых тектонических структур, так и активными тектоническими движениями. Среди последних очевидна возможность нарушения устойчивости инженерных сооружений разрывным крипом. К тектоническим структурам относятся и сейсмотектонические дислокации сильнейших землетрясений, при которых наблюдаются мгновенные многометровые разрывные смещения, еще более опасные для сооружений. Совершенствование сейсмического районирования все полнее выявляет разрывную природу сейсмогенерующих структур, с которыми связаны очаги большинства коровых землетрясений. Следовательно, одним из важнейших перспективных направлений инженерной геотектоники является изучение именно разрывных структур.

Специфика прикладной направленности инженерной геотектоники обуславливает отличие подходов к геотектоническим проблемам от подходов других прикладных геотектонических аспектов. Так, в инженерной геотектонике наибольшее внимание уделяется современным тектоническим процессам и структурам, проявляющимся в процессе строительства и эксплуатации инженерных сооружений, т. е. геологически мгновенно в течение ближайших десятков и первых сотен лет. Это обстоятельство служит ключевым при оценке активности тектонических, сейсмогеных и сейсмогенерирующих структур. Вторым специфическим аспектом инженерной геотектоники является учет преимущественно приповерхностных тектонических структур, затрагивающих зону наземного и подземного строительства. Именно для данной зоны применяется и специальный термин «геологическая среда инженерно-хозяйственной деятельности человека». Третьей специфической чертой инженерно-геотектонических исследований является их нацеленность на оценку опасности тектонической подвижности для сооружений.

Перечисленные особенности определяют круг наиболее перспективных и потому актуальных направлений инженерной геотектоники.

Мелкомасштабные тектонические и геоморфологические материалы полезны для перспективного инженерно-геологического районирования, позволяющего предварительно оценивать специфику тектонических условий строительства и намечать варианты участков размещения разных типов сооружения

Развитие строительного комплекса, особенно в направлении крупных энергетических и различных уникальных объектов, а также при разработке мероприятий по инженерной защите обширных территорий и городских агломераций, требует проведения комплекса специальных исследований тектонических структур и движений, как самостоятельного вида опасных геологических объектов и процессов. Особенность данных исследований заключается в том, что они практически не нашли должного отражения в нормативно-методической литературе по инженерным изысканиям для строительства. Методология (система и последовательность конкретных методов геологических, геоморфологических, аэрокосмических, геофизических и геодезических исследований) их не разработана, и соответствующее направление исследований не нашли должного внедрения в практику инженерных изысканий. Указанная особенность определяет специфику формулировки приоритетных направлений в охране геологической среды и народнохозяйственных объектов, строящихся в районах развития разрывных нарушений и активных тектонических движений.

Такими направлениями теоретических исследований можно считать:

— совершенствование методологии и методики структурно-геоморфологического аспекта инженерных исследований;

— изучение общих закономерностей и региональной специфики приповерхностных тектонических движений и структур;

— совершенствование стадийности и комплексности инженерных изысканий;

— совершенствование нормативно-методической литературы.

К первому направлению исследований и относится данная работа.

2.1 Тектоника в основных традиционных видах инженерных изысканий

В настоящее время достаточно определившимися самостоятельными направлениями инженерно-геологических изысканий можно считать:

— инженерно-геологическое районирование;

— сейсмическое микрорайонирование;

— уточнение исходной сейсмичности.

В этих направлениях, кроме специфической классификации тектонических структур, особое внимание обращается на:

— новейшие тектонические структуры, обусловившие основные черты современного рельефа и локализацию экзогенных опасных геологических процессов, в том числе сейсмогравитационных ;

— современные структуры и движения, особенно на активные разрывы с опасным крипом;

— локализацию сейсмотектонических дислокаций и анализ их связи с разрывными зонами, строением рельефа и сейсмогенгерирующими структурами;

— выявление и классификацию сейсмогенерирующих структур, служащих тектонической основой зон возникновения опасных землетрясений (зон ВОЗ)

2.2 Инженерно-геологическое районирование

В исходной традиции инженерно-геологического районирования, восходящей к классическим работам И. В. Попова, тектонические структуры в явной форме использовались только для обособления наиболее крупных таксонов. Считалось, что регионы выделяются по структурно-тектоническому, области — по геоморфологическому, а районы — по литолого-генетическому признакам. При этом структурно-тектонический признак отражал наиболее существенные различия в строении верхней части земной коры, связанные с длительной историей ее формирования и выражающиеся в наборе осадочных и магматических формаций, соотношении структурных этажей и степени дислоцированности горных пород.

В последние годы все больше внимание привлекают активные разрывные структуры, смещения по которым могут повлиять на устойчивость разнообразных инженерных сооружений. Разрабатываются методики оценки опасности активных разрывных смещений для сооружений. Выявление и изучение активных тектонических структур, безусловно, необходимо на всех уровнях детальности инженерно-геологических исследований и районирования. Однако значимость тектонического фактора и характер его использования различны. Если для мелких и средних масштабов этот фактор является более-менее определяющим при ограничении большинства таксонов (по-видимому, вплоть до областей, то при крупномасштабном районировании серьезное внимание обращается на обособление и строение определенных видов тектонических структур (разломы, разрывы, зоны трещинноватости, активные структуры).

2.3 Сейсмическое микрорайонирование

Тектонические исследования при сейсмическом микрорайонировании используются в двух основных направлениях: 1) как материал для инженерно-геологического районирования стройплощадок: 2) для детального изучения разрывных структур, как наиболее опасных для строительства.

2.4 Перспективные направления и ограничения инженерногеотектонических исследований

Предшествующее изложение позволяет достаточно определенно уяснить специфику инженерно-геотектонических исследований. По отношению к общетеоретическим тектоническим исследованиям прикладные инженерно-геотехнические должны быть ближе к региональному фактическому материалу в пределах геологической среды инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Второй особенностью инженерной геотектоники является интерес к будущим геологическим процессам, которые произойдут в период строительства и эксплуатации инженерного сооружения. Следовательно, необходимо анализировать не естественные интервалы времени, а техногенные или инженерные интервалы, которые могут считаться мгновенными в масштабах геологического времени.

Третьей особенностью инженерной геотектоники является инженерный подход к оценке активности тектонических движений. Эта активность оценивается применительно к допустимым деформациям проектируемого сооружения. А поскольку размеры допустимых деформаций могут различаться на несколько порядков величин, то и оценки тектонической активности должны быть дифференцированными применительно к соответствующим типам сооружений.

В целом возникает необходимость специфики инженерно-геотектонических исследований на разнотипных инженерных объектах. А это в свою очередь требует классификации указанных объектов применительно к особенностям оценки тектонических условий и их строительства.

Большой интерес представляет, как было отмечено выше, вопрос о картировании и специфической классификации разрывных тектонических нарушений, а также о строении скальных массивах. С изучением разрывных нарушений тесно связаны тектонические проблемы выявления сейсмогенерирующих структур зон ВОЗ. Это вовсе не означает, что складчатые и диапировые структуры не требуют внимания при инженерно-геотектонических исследованиях. С ними также могут быть связаны опасные или вредные деформации, например, наклоны оснований, которые по мере необходимости рассматриваются в соответствующих разделах. Но в изучении разрывных структур инженерно-геотектонической специфики.

Анализ новейших тектонических движений важен во многих аспектах, но особенно интересен для характеристики разрывного крипа и для разнообразных количественных палеореконструкций.

Современные тектонические движения наиболее актуальны для выявления и классификации активных структур. Активные тектонические движения, особенно разрывные смещения, должны рассматриваться как самостоятельный опасный эндогенный процесс.

3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Шельф Северо-Западного Кавказа между Анапой и Адлером общей протяженностью до 300 км характеризуется небольшой шириной (в среднем 6 км) и сравнительно большим уклоном (до 0,06). Берег почти целиком представлен высокими абразионными клифами отрогов флишевой зоны. Морское дно сложено древнеэрозионными долинами, морскими каньонами рек Шахе и Мзымта, подводными абразионными террасами и валами выпирания субаквальных оползней в районе Сочи. (На участке Новый Афон — Сухуми береговая линия также деформирована оползнями с субаквальной разгрузкой и наблюдается сужение шельфа до 2,5 км).

Ветро-волновой режим играет исключительно важную роль в формировании инженерно-геологических условий шельфовой зоны восточной части Черного моря. На долю сильных ветров в Черном море приходится 17% годового времени, при этом максимума они достигают у города Новороссийска (30−40 м/с). Вызванные этими ветрами штормовые волны достигают высоты 7 м при длине более 100 м.

На Кавказском побережье Черного моря по характеру волнового поля, определяющего генеральные направления вдольбереговых потоков наносов, выделяются три участка: Новороссийск — устье реки Ингури, Колхидское побережье и Аджарское побережье с направлением результирующей составляющей волновых процессов соответственно с северо-запада на юго-восток, фронтально к берегу и с юга на север.

3.1 Геологическое строение и инженерно-геологическая характеристика пород

Инженерно-геологические условия шельфа восточного сектора Черного моря контролируются неотектоническим развитием в четвертичное время обрамляющих структур Южного склон Большого Кавказа, Колхидской межгорной впадины и горно-складчатых структур Малого Кавказа, с которыми шельфовая зона связана единым процессом геологического развития.

На основе структурно-формационного принципа в пределах шельфа выделяют три инженерно-геологических района (рис. 1)

1. Район южного склона Большого Кавказа приурочен к геолого-структурному типу шельфа миогеосинклинальных зон и характеризуется наличием крупных структурных блоков с дифференцированными неотектоническими движениями по системам установленных разломов. В зависимости от направления неотектонических движений глыбово-сводовые структуры Новороссийского синклинория и др. в период четвертичного времени, местами включая и голоцен, являются областями смыва с маломощной седиментацией на шельфе песчано-галечных и илистых отложений мощностью от 0 до 30 м. В погружающихся грабен-синклиналаях Новороссийской и Геленджикской бухт, Адлер-Гантанадской и др. на шельфе накапливалась мощная толща (до 150 м) ритмично чередующихся песчано-галечниковых и илистых слоев.

В пределах района по литодинамическому принципу, под которым понимается ареал распространения и отложения поступающего на шельф и береговую зону материала как в виде твердого стока рек, так и за счет абразии и переформирования берегов, выделяются подрайоны.

— подрайоны, питающиеся протяженными вдольбереговыми потоками наносов, образованных за счет твердого стока мощных рек (с севера на юг): Шахе, Мзымта, Псоу, Бзыбь, Гумиста, Кодори. Для этих районов характерны процессы аккумуляции (в зонах устьев с образованием дельтово-морских мысов), берегов стабильных (в зонах транзита потока наносов) и размыва пляжей (в зонах затухания потока наносов или волновых теней, вызванных искусственными сооружениями в береговой зоне).

— подрайоны абразионные (Новороссийск — Лазаревское), где защитная полоса пляжа совсем отсутствует, или выражена в виде узкой ленты, созданной из материала абразии либо локальным питанием в зонах устьев небольших рек. На участках динамического равновесия галечниковые грунты распространены полосой 50−100 м, слагая пляж и подводный береговой склон до глубин 3−5 м. Песчаные грунты приурочены в основном к диапазону глубин 5−25 м. Илистые грунты сменяют пески на глубинах 20−25 м и развиты по всему шельфу, мощность их уменьшается от 10 до 1 м в сторону континентального склона. В вертикальном разрезе наблюдается закономерный процесс уплотнения илов с глубиной. Как показала практика строительства трубопровода в районе г. Гагра, илы средней степени уплотнения залегают на шельфе под тонким (до 0,5м) слоем жидкого ила и про модуле усадки Ip- 150−170 мм (при нагрузках 5 кг/см2) вполне пригодны качестве основания подводных линейных коммуникаций.

2. Район Колхидской впадины в разные фазы четвертичных трансгрессий являлся шельфовой зоной, и современный шельф создан интенсивной аккумуляцией на фоне общего погружения района, продолжающегося в настоящее время, по геодезическим данным со скоростью 6 мм в год и способствующему общему наступанию моря на этом участке.

3. Район горно-складчатого сооружения Малого Кавказа в пределах Грузинского Причерноморья представлен западным окончанием Аджаро-Триалетской складчатой зоны, сложенной вулканогенными породами палеогена. Узкий и крутой шельф образован тектоническими разрывами, четко фиксируемыми гравитационной ступенью. Локальное расширение шельфа связано с седиментацией материала, выносимого реками.

Подводные морские долины (каньоны) — типичная морфогенетическая форма кавказского шельфа Черного моря. Многочисленные гальки, взятые с глубин до 600 м, указывают на перемещение наносов по тальвегам отдельных каньонов, что обусловливает дефицит наносов и размыв берегов на отдельных участках. Однако, не все каньоны отличаются современной литодинамической активностью и большая их часть в настоящее время законсервирована. Установление генетического типа каньона особенно важно при оценке устойчивости участков шельфа и береговой зоны.

В восточной части Черного моря выделяют три генетических типа подводных каньонов:

1. каньоны тектонического генезиса приурочены к разломам, секущим нижнюю часть шельфа и континентальный склон, и на устойчивость береговой зоны не влияют;

2. каньоны древнеэрозионного генезиса являются реликтами предголоценовых переуглублений приустьевого взморья, потухшие их вершины находятся на значительных глубинах вне пределов береговой зоны и на ее устойчивость также не влияют;

3. каньоны литодинамического генезиса в настоящее время активны, врезаны в береговую зону и отрицательно влияют на ее устойчивость.

3.2 Сейсмическая деятельность

Северный Кавказ входит в один из трех наиболее сейсмически активных регионов России. Землетрясения начали описывать с древнейших времен. В XIX веке были составлены каталоги землетрясений для Российской империи и для всего мира, опубликованы монографии, посвященные наиболее сильным и хорошо изученным землетрясениям. В начале XX века особое внимание уделялось геологической стороне землетрясений, разработке сейсмометрической аппаратуры и созданию сейсмических станций. Краснодарский край расположен в сейсмической зоне (изосейста в 7 баллов пролегла в юго-восточной части края, в эту зону входит Черноморское побережье).

До нас дошли описания землетрясений с IV в до н.э. Так, Павел Орозил в «Очерке всеобщей истории» писал: «…в то время, как Митридат справлял на Боспоре праздник Цереры, внезапно произошло такое сильное землетрясение, что, говорят, за ним последовало страшное разрушение городов и полей». Предполагают, что силой землетрясение было свыше VII баллов.

10 марта 1793 г. на Таманском полуострове извержение вулкана Кукуоба, сопровождавшееся землетрясением, открыло гробницу боспорского царя Статира I, правившего государством в V веке н.э. Это землетрясение описано Палласом и Парротом.

19 сентября 1799 г., как указано в каталоге землетрясений Российской империи, в 19 часов в Екатеринодаре отмечено два толчка довольно сильных, ощущавшихся по всей Кубанкой области. На Азовском море, напротив Темрюка, появился новый остров, чему предшествовал взрыв, после чего пошел дым и показалось пламя. Землетрясение было силой около 5 баллов.

Сильные толчки (7 баллов) потрясли 9 марта 1830 года Екатеринодар, Кизляр, Минеральные воды. В том же году, 22 ноября произошло землетрясение силой 7−8 баллов в Анапе и на Таманском полуострове, отмечены разрушения в крепостях Темрюк, Фанагория и Тамань.

В феврале 1834 г. землетрясение ощущалось в Анапе и на побережье Черного моря до устья р. Кубань. Землетрясению в Анапе предшествовал ужасный шум в воздухе, направлявшийся с нагорной стороны (с востока на запад) и отразившийся потом 2 раза от моря с особенным гулом.

26 декабря 1841 г. в Анапе в результате сильного землетрясения (6−7 баллов) в некоторых строениях разошлись углы и попадали печные трубы.

На территории Краснодарского края наиболее сейсмичны районы Анапы и Сочи. За два века освоения зарегистрировано не менее 10 землетрясений силой 6−7 баллов.

В таблице 1 приведены данные по некоторым сильным землетрясениям.

Таблица 1

По каталогу землетрясений Новороссийска в период с 1799—1981 гг. ощутимые землетрясения (силой до 5−7 баллов) происходили 17 раз, а наиболее сильные: Нижнекубанское 1879 г с М=5,7, Анапское 1966 г. с М=5,8, Архипо-Осиповское 1978 г. с М=5,5.

Сейсмостанция «Анапа» работает с 1968 г., постоянно регистрируя сейсмическую активность в районах гг. Новороссийска, Анапы, Геленджика и прилегающих к ним территорий. Вообще в течение года сейсмической станцией «Анапа» регистрируются 200−300 толчков с расстоянием 30−70 км. Очаги Анапских землетрясений находятся в пределах земной коры (0−33 км). Положение эпицентров землетрясений хорошо согласуется с крупными тектоническими структурами.

4.МОРФОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

Морфоструктурный анализ (структурно-геоморфологические исследования) является прикладным направлением геоморфологии и основывается на теоретических положениях этой науки о ведущей роли тектонических движений в формировании рельефа земной поверхности. Если морфоструктурный анализ на суше осуществляется сейчас в результате использований обширного арсенала методических приемов и модификаций, то методику структурно-геоморфологических исследований шельфа нельзя считать разработанной, хотя региональные исследования в этом направлении проводятся на обширных площадях.

Само понятие «морфоструктура», при достаточно широком его использовании, до сих пор общепринятого определения не имеет. Так, И. П. Герасимов,(1946, 1959) предложивший это понятие, а также Г. С. Ганешин, В. В. Соловьев и Ю. Ф. Чемеков (1975) под морфоструктурами понимали «формы рельефа различного таксономического ранга, обусловленные эндогенными факторами морфогенеза: тектоническими движениями и структурами, вулканическими и магматическими процессами и проч. Как правило, они являются эндогенными формами в чистом виде, т. к. с самого начала своего возникновения подвергаются изменениям под воздействием наложенных экзогенных процессов».

Наиболее краткое определение приводится в БСЭ: «морфоструктуры — подразделения рельефа земной поверхности, в формировании которых при длительном воздействии эндогенных и экзогенных сил ведущая роль принадлежит эндогенным процессам».

Н. А. Ласточкин (1976) пришел к выводу, что морфоструктура — часть земной поверхности, испытывающая в качестве единого целого определенные по направленности (знаку) и интенсивности тектонические перемещения относительно соседних участков земной поверхности, т. е морфоструктура рассматривается как проявление в земной поверхности не геологической структуры, а тектонических движений определенного временнОго диапазона. Обращая особое внимание на влияние тектонического фактора, автор указывает на справедливость определений, в которых под морфоструктурами понимаются определенные части земной поверхности, а не геоморфологически проявившиеся структурные формы.

Кроме того, следут отметить, что некоторые современные исследователи предлагают понимать морфоструктуру не как часть рельефа, его целостность и частность, а как специальную характеристику, как геоморфологическое истолкование предопределяющей структуры субстрата (напр, если куэста — это структурная форма рельефа, то ее морфоструктура — это уже конкретная характеристика типов, форм, степеней связи куэсты как формы рельефа со структурным скелетом пологой моноклинали.

Однако так как данная работа методически базируется на трудах Н. А. Ласточкина, в ней будет использоваться его определение этого понятия.

Морфоструктурный анализ акваторий Азово-Черноморского бассейна был выполнен Д. Н. Деренюком на основе методики выделения отличительных линий, совокупность которых дает представление о каркасе подводного рельефа (по Н.А. Ласточкину). Так, линии первого рода отражают максимальные и минимальные уклоны подводных поверхностей, а также этапы наиболее быстрого (максимальные уклоны) или медленного (минимальные уклоны) подъема уровня моря; линии второго рода фиксируют выпуклые и вогнутые переломы подводных склонов, а также моменты изменений скоростей трансгрессии (вогнутые переломы — с меньшей скорости на большую, выгнутые — с большей на меньшую) или отсутствие таких изменений (линии «постоянных» уклонов). Отличительные линии третьего рода коррелируют в плане максимальные и минимальные глубины на шельфе.

К сожалению, автор не представляет полученных им графических материалов, ограничиваясь лишь выводами, которые будет уместно привести здесь вкратце.

Анализ «отличительных линий» первого рода в разных районах шельфа свидетельствует о том, что в выделяемых зонах уклоны меняются не только вдоль склона, но и самое главное — поперек его. На каждом поперечном профиле в пределах каждой зоны (или грани) они характеризуются экстремальными (максимальными в зонах повышенных уклонов и минимальными — в зонах относительно низких уклонов) значениями. Точки с этими значениями обычно хорошо коррелируются в плане и располагаются на линиях, субпараллельных основному направлению изобат. Данное обстоятельство приводит к выводу об одновозрастности каждой из этих линий на всем ее протяжении (или на протяжении слагающих эту линию фрагментов) и позволяет использовать их при относительной датировке и синхронизации поверхностей так же, как для этой цели используются линии перегибов — «отличительные линии» второго рода.

На северо-западном шельфе Черного моря уступ наиболее высокой затопленной террасы фиксируется положительной отличительной линией второго порядка расположенной на уровне изобаты -20 м. На северо-востоке она отделяет Каркинитский залив от всей остальной акватории северо-западного шельфа. Положение самой террасы прослеживается по довольно выдержанным отрицательным линиям первого и второго порядков. Мористее, примерно на глубине 50 м по довольно выдержанным отрицательным линиям отбивается следующий террасовый уровень. Он прослеживается с юго-запада на северо-восток через всю акваторию северо-западного шельфа к Каркинитскому заливу, где резко поворачивает к северу. Последнее обстоятельство позволяет заключить, что во время формирования этой морской террасы залив находился выше уровня моря. Положительная «отличительная линия» второго рода, проходящая в районе бровки континентального склона (глубина 110 — 120 м) фиксирует уступ этой террасы. Описанные террасы выражены и в разреженном рисунке изобат.

В акватории Азовского моря выделяется до пяти поверхностей на глубинах 5, 7, 10, 12 и 13 м. В северной и центральной частях моря «отличительные линии» в целом параллельны изобатам. В южной, прикерченской его части рисунок линий значительно усложняется, они здесь перестают быть параллельными изобатам и часто их пересекают. По-видимому, на формировании рельефа дна этого района сказалось влияние активного Южно-Азовского разлома.

Таким образом, в результате проведенных морфоструктурных исследований с использованием данных батиметрии и выделением «отличительных линий» выделен ряд террасовых уровней, отбивающих эвстатические колебания уровня моря и участки, в формировании рельефа дна которых отражено воздействие эндогеодинамических факторов. К ним относятся участок северо-западного шельфа Черного моря, где в плейстоцене проявилось воздействие подвижек по зонам разломов, Форосский выступ, Феодосийский залив, участок шельфа к югу от мыса Чауда, а также Прикерченская часть акватории Азовского моря.

Что касается исследований шельфа, то Н. А. Ласточкин рекомендует проводить комплекс геолого-геоморфологических исследований рельефа и рельефообразующих отложений, в который входят:

— геологическое картирование, заключающееся в изучении рельефообразующих отложений на площади и в разрезе и направленное на непосредственное выделение структурных форм в верхней части осадочного чехла;

— картирование и изучение структуры и мощностей новейших отложений для оценки неотектонических движений и выявления активных структур доновейшего заложения;

— гранулометрический и минералогический анализы и анализ мощностей донных осадков, позволяющие оценить современные движения и (при условии их унаследованного характера) выявить структуры чехла;

— геологическое и геоморфологическое картирование, в результате которого определяются возраст, генезис и морфология подводного рельефа, а также ход эвстатических колебаний уровня моря;

— структурно-геоморфологические исследования (или морфоструктурный анализ), направленные на выделение активных пликативных и разрывных структур и определение амплитуды разновозрастных рельефообразующих движений;

-картометрические исследования, заключающиеся в различных преобразованиях батиметрической основы, направленных на выделение из нее структурно-тектонической информации, фиксацию и картирование разнообразных форм и элементов подводного рельефа.

Картометрическим исследованиям шельфа в большей степени и посвящена данная работа.

4.1. Картометрические исследования при морфоструктурном анализе шельфа

Первые картометрические исследования производились в основном для нужд сельского хозяйства (оценка земель, изучение и прогноз эрозии почв и др.), инженерно-геологических изысканий и геоморфологического картирования. Современные картометрические исследования на суше способствуют также решению ряда задач климатической геоморфологии и геоэкологии.

Картометрические исследования на шельфе заключаются в различных преобразованиях исходных батиметрических карт и призваны решать следующие задачи:

— количественная оценка морфологических характеристик и выявление морфологических особенностей рельефа для геоморфологического картирования и морфоструктурного анализа;

— целенаправленное и последовательное выделение или усиление разных составляющих исходных карт с индивидуальной геоморфологической и морфоструктурной интерпретацией этих составляющих

— проведение преобразований, позволяющих не только выделить, но и четко зафиксировать на карте различные по морфологии поверхности, формы и элементы форм (отличительные линии, тальвеги подводных долин и т. д.)

Полученные в результате таких преобразований вторичные данные не содержат никакой принципиально новой информации, а лишь изменяют ее форму, за счет чего, однако, вносятся некоторые погрешности.

4.2 Оценка морфологических характеристик рельефа шельфа

Н. А. Ласточкин, говоря об известной всем схеме составления карт расчлененности и «энергии» рельефа (размах рельефа, степень расчлененности — морфометрический показатель потенциальной интенсивности или возможности появления тех или иных рельефообразующих процессов, учитывающий расстояние по вертикали между высшими и низшими точками рельефа региона и его горизонтальную расчлененность. Термин ввел в 1911 г. С.Партч. отмечает, что квадраты и одними и теми же значениями показателей расчлененности и уклонов могут отражать, например, как крутые нерасчлененные склоны и уступы, так и плоскую поверхность с глубоко врезанной долиной, то есть такая оценка носит формальный характер (другие авторы также обращают внимание на то, что для оценки рельефа необходимо учитывать его динамику, наряду с генезисом, возрастом, морфометрическими характеристиками и другими показателями [15]) и выражает суммарную картину «сложности» рельефа. Ввиду этого, автор предлагает проводить раздельную оценку расчлененности и уклонов рельефа во вторичных картах (так как в расчлененности и уклонах выражается разный характер отражения тектонических движений), что и было сделано в данной работе.

Рис. 2 Раздельная оценка расчлененности (L1) и уклонов (L2) на батиметрической карте

Так, на батиметрической карте (рис.1) оценка расчлененности и уклонов сводится:

— к графо-аналитическому равномерному сглаживанию изобат,

— к определению максимальных расстояний L1 между истинными и сглаженными одноименными изобатами, которые отражают степень переработки субаэрального рельефа (расчлененность),

— к отнесению значений L1 к точкам на сглаженных изобатах;

— к определению кратчайшего заложения L2 между соседними сглаженными изобатами; отнесению значений L2 к точкам.

Раздельная оценка расчлененности и уклонов возможна также на планшетах промера, навигационных картах и эхограммах.

4.3 Морфометрический метод в морфоструктурном анализе шельфа

Метод Н. А. Ласточкина для морфоструктурного анализа шельфа базируется на представлениях о том, что выравненность (расчлененность) и уклоны подводной поверхности полного и неполного выравнивания определяются продолжительностью волнового воздействия, в свою очередь обусловленной соотношением знака и интенсивности дифференцированных тектонических движений и скоростью плиоцен-четвертичных трансгрессий. Анализируя показатели расчлененности и уклонов поверхностей в соответствии с интенсивностью восходящих и нисходящих подвижек, можно провести относительную количественную оценку рельефообразующих движений.

Использование морфометрического метода для морфоструктурного анализа шельфа обладает некоторой спецификой. Так, учет неотектонических факторов, которые влияют на расчлененность и уклоны поверхностей, заключается в разделении изучаемой территории на районы с относительно однородными геоморфологическими и геодинамическими условиями. Кроме того, учет времени формирования рельефа производится путем оценки отклонений, относительно их осредненных значений для каждой данной глубины, что позволяет также считать рельефообразующий эффект абразионно-аккумулятивных выравнивающих процессов считать одинаковым в каждом узком диапазоне глубин.

Рис. 3 Пример районирования шельфа (Геленджик)

На основании вышеприведенных принципов были произведены следующие операции.

1. По имеющимся батиметрическим картам была произведена количественная оценка расчлененности и уклонов рельефа. (см. Рис. 2)

2. Проведение районирования шельфа на основании схемы тектонического районирования (Государственная геологическая карта Российской Федерации). Были выделены 3 района на листе L-37-XXXIII Геленджик в пределах соответственно Новороссийско-Лазаревской складчатой зоны, Туапсинского прогиба и Чвежипсинской складчатой зоны (Рис. 3), и 5 районов на листе K-37-IV Сочи в пределах Новороссийско-Лазаревской, Чвежипсинской и Абхазской складчатых зон, Туапсинского прогиба и Адлерской депрессии.

Для каждого района был построен график зависимости между показателями уклонов и расчлененности с глубиной. (Рис. 4)

3. Отклонения от осредняющей кривой оцениваются в виде коэффициентов, которые рассчитывались по следующим формулам:

При Sср>Sф K=1- Sф/Sср, а при SсрK=Sср/Sф-1, где Sф — фактическое значение отклонения, Sср — среднее значение отклонения для данной глубины.

Рис. 4 График зависимости между показателями расчлененности и глубиной для района II (Сочи) Возрастание коэффициентов от 0 до 1 соответствует увеличению интенсивности тектонических движений, а его знак указывает на его относительную направленность.

Значения коэффициентов переносятся на картографическую основу, затем на ней проводится система изолиний, совокупность которых отражает морфоструктуры разного знака и интенсивность создавших их движений. (Прилож.1−6)

Итак, при исследовании распространения аномалий была составлена следующая таблица.

Таблица 2

Как видно из табличных данных, наибольшее количество аномальных областей выделено по значениям коэффициента расчлененности по Геленджику и Сочи, тогда как в районе Анапы и коэффициенты расчлененности, и коэффициенты уклонов не достигают указанных выше значений (свыше 1), однако судить о небольших положительных и отрицательных аномалиях все же можно, исходя из рисовки изолиний коэффициентов.

Подводя итоги, можно сказать, что на основании выделенных в результате морфометрических исследований морфоструктур и интенсивности создавших их движений, можно выделить аномальные и опасные районы, однако эти морфоструктуры не совпадают с теми, которые были выделены при геологическом картировании на листе K-37-IV Сочи.

5.ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ ЭВСТАТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА

Уровень мирового океана в течение всей геологической истории испытывал разномасштабные перемещения, обусловленные изменением количества воды в океанических впадинах (гидрократические колебания) или емкости последних (геократические колебания) и в меньшей степени с накоплением осадков на дне морей и океанов (седиментоэвстазия). Наряду с собственно колебаниями уровня океана (относительно считающихся неподвижными континентальных плит) в качестве сопряженного процесса рассматриваются одновременное поднятие материков относительно уровня океана и перемещение последнего относительно континентов. Гидрократичесие колебания вызываются или поступлением ювенильной воды в гидросферу, или перемещением водных масс из океана на континенты и обратно, в частности в периоды оледенений или межледниковий.

Рис. 5. Принципиальная схема соотношений направленности тектонических движений и перемещений уровня Мирового океана в период трансгрессии, определяющих прожлджительность и суммарный рельефообразующий эффект абразионно-аккумулятивных выравнивающих процессов на отрицательных и положительных структурах.(По Н.А.Ласточкину)

1- направление тектонических движений; 2- положение зоны волнового воздействия, до (I) и после (II) подъема уровня моря; 3- исходный субаэральный рельеф; 4-рельеф, сформированный в зоне волнового воздействия до подъема уровня моря; 5 — то же, после подъема уровня моря; 6 — направленность перемещения уровня моря.