Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геология и газонасыщенность морских осадков современных вулканических областей

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Геология и газонасыщенность морских осадков современных вулканических областей"

1 . 1

На правах рукописи

ЕГОРОВ Юрий Олегович

Геология и газонасыщенность морских осадков современных вулканических областей

Специальность 04.00.01 - общая и региональная геология 04.00.08 - петрология, вулканология

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата I еолого-минералогических наук

Москва -1998

Работа выполнена в Институте вулканической геологии и геохимии ДВО РАН

Научный руководитель: докт. геол.- мин. наук, Г.П.Авдейко

Официальные оппоненты: доктор геол.-мин.наук H.A. Созинов

доктор геол.-мин.наук, проф. И.О. Мурдмаа

Ведущая организация: Государственное геологическое предприятие "Камчатгеология"

Защита диссертации состоится "'19 1998 года в

// ч. °0 мин, на заседании диссертационного совета Д 003.50.01 при Институте литосферы РАН по адресу: Москва, 109180, Старомонетный пер. 22, Институт литосферы РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института литосферы РАН

Автореферат разослан "УУ г.

Учёный секретарь диссертационного Совета кандидат геол.-мин.наук

(' ''<•— Н.К.Власова

Актуальность темы исследования. Проблема газонасыщенности морских осадков и выходов свободного газа на поверхность морского дна неразрывно связана с проблемой дегазации Земли и имеет огромное значение для понимания условий образований газов, для их поиска, а также для теоретических построений при исследованиях в вулканических областях. Зоны газовых разгрузок распределены на морском дне крайне неравномерно. Большое количество таких зон расположено в местах развития активного подводного вулканизма. С газонасыщенньгми зонами связаны различные аномальные явления на морском дне: эрозия склонов, захватывающая огромные площади, формирование слоев газовых гидратов в осадочной толще и возникновение разнообразных построек на морском дне. Работы, проведённые специализированными судами, позволили оценить степень газонасыщенности морских осадков в различных вулканических зонах Тихого океана, продемонстрировали влияние вулканизма на особенности их структуры и динамики. Большой объём данных, полученный с борта НИС "Вулканолог", позволил провести сравнительную характеристику осадочных толщ, которые формировались под влиянием различных типов вулканизма, и выявить ряд интересных закономерностей, влияющих на их свойства.

Цель работы - выявить условия формирования и особенности строения морских газонасыщенных осадков, а также особенности проявления газонасыщенности и связанных с ней явлений в вулканических и невулканических районах. Важным представляется также выявление роли вулканизма и тектонических процессов на уровень газонасыщенности и динамику дегазации осадочной толщи. В связи с этим решались следующие задачи: - интерпретация материалов морскж'. геофизической, геологической и газогидрохимической съёмок в районах проявления активного вулканизма; -типизация газовых выходов;

-сопоставление аномальных явлений в осадочной толще и на поверхности морского дна, связанных и не связанных с вулканизмом.

Фактический материал. В основу работы положены оригинальные материалы, которые были собраны автором во время 9 рейсов НИС "Вулканолог" в районе Алеутских островов, у берегов Вьетнама, Новой Зеландии и Восточной Камчатки в период 1985-1993 годов. Часть данных была любезно предоставлена сотрудниками лаборатории подводного вулканизма и морской геологии ИВГиГ ДВО РАН, сотрудниками геофизической службы DSIR (Новой Зеландии), а также сотрудниками American Association of Petroleum Geologists.

Методика и районы исследований. Для решения поставленных задач в рейсах НИС "Вулканолог" выполнялся комплекс геологических и геофизических работ: непрерывное сейсмическое профилирование (НСП); гидромагнитная съёмка (ГМС); эхолотирование; измерение теплового потока; драгирование подводных объектов и отбор проб грунта донными трубками; непрерывная гидрохимическая съёмка; отбор проб воды и газа батометрами. Геофизические, гидрохимические и геологические работы выполнялись в вулканически и тектонически активных районах в пределах акваторий, прилегающих к берегам Вьетнама, Восточной Камчатки, к тыловой части Алеутских островов, а также на подводном продолжении вулканической зоны Таупо - Роторуа (залив Пленти, Новая Зеландия). Материалы по НСП, ГМС и эхолотированию были получены автором во время морских экспедиционных работ с борта НИС "Вулканолог".

Обработка геофизических данных проводилась автором в Лаборатории подводного вулканизма и морской геологии (ИВГиГ ДВО РАН) при помощи пакетов программ, созданных в этой же лаборатории. Пробы газов были проанализированы на газовом хроматографе Л.В.Чертковой. Анализы донных осадков и образцов пород выполнялись в химической лаборатории ИВ ДВО РАН. Измерение и обработка данных по тепловому потоку, а также обработка материалов по сейсмической и гидромагнитной съёмке проводилась совместно с геофизическим отделом DSIR (Новая Зеландия).

Научная новизна. Впервые проведено изучение геофизическими методами структуры осадочного чехла и морфологических особенностей морского дна в зонах распространения подводных газовых просачиваний различного генезиса в вулканически активных районах Вьетнама и Восточной

Камчатки. Проведена типизация подводных газовых просачиваний различного генезиса. Установлена связь газонасыщенности осадочных толщ с подводными оползневыми процессами, подводной эрозией и проявлениями грязевого вулканизма. Основные защищаемые положения.

1. Показано, что вулканогенно - осадочные толщи в зонах проявления активного вулканизма служат вместилищем большого количества газов различного происхождения. Степень газонасыщености осадков в вулканических областях преимущественно зависит от количества биогенного метана, поступающего из обогащёной органическим материалом осадочной толщи.

2. Установлено, что в вулканических областях, в пределах обширных подводных гидротермальных систем, формируются участки с характерным аномальным строением морского дна и верхней части осадочного чехла, что связано с высокой газогенерацией прогретых вулканогенно - осадочных толщ.

3. Обнаружено, что в зонах развития ареального вулканизма в периферийных частях вулканических объектов могут формироваться небольшие трязе-вулканические постройки, сходные по морфологии с одноактными вулканическими конусами.

4. Показано, что существование газонасыщенных горизонтов на шельфе и континентальном склоне активных континентальных окраин является одной из причин возникновения гигантских обвалов и оползней, которые могут генерировать волны цунами.

5. Выделены три типа газовых выходов: вулканогенный, осадочный и вул-каногенно-осадочный.

Практическая значимость определяется новизной методического подхода к интерпретации геофизических данных при исследовании осадочных толщ в вулканических районах, что предопределяет целесообразность предложенной интерпретации при проведении исследовательских и инженерных работ на шельфе и континентальном склоне в вулканически и тектонически активных районах, а также новым подходом к возможности районирования потенциально цунамигенных оползневых участков морского дна.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 12 работ. Основные положения диссертации докладывались на всесоюзных, российских и международных совещаниях, которые проходили в г. Москве (1991г.), г. Иркутске (1992г.), г. Геленджике (1992г.), г. Киото (1992г.), г. Владивостоке (1995), Корее (1996), на конференциях молодых учёных в ИВ ДВО РАН, на школе по морской геологии в Геленджике, на 6 Конгрессе Американской ассоциации нефтяных геологов в Ванкувере.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, списка литературы из "2- наименований, включает 6 таблиц, 68 иллюстраций и занимает 1*8 машинописных страницы.

Подготовке и проведению работ содействовали многие исследователи. Работа выполнена под руководством докт.геол.-мин.наук. Г.П.Авдейко, которому автор искренне признателен за действенную помощь в работе и полезные консультации.

Автор благодарен коллегам из Института вулканической геологии и геохимии ДВО РАН и Института вулканологии ДВО РАН - И.В. Мелекес-цеву, A.B. Колоскову, О.Н. Волынцу, А.Б. Осипенко, Н.П. Егоровой, В.А.Рашидову, Н.И. Селиверстову, Г.М. Гавриленко, Е.Г. Сидорову, Т.Г. Чуриковой, O.A. Напыловой за помощь при подготовке и обработке материала, капитану НИС "Вулканолог" В.П. Наделяеву и экипажу судна, без которых получение материалов было невозможным.

Автор также признателен коллегам Дэвиду Скинеру и Тэду Ллойду из геофизической службы DSIR Новой Зеландии за большую помощь в обработке материалов.

Глава!. Краткий обзор данных по газонасыщенности осадочных толщ и газовым просачиваниям в вулканических и невулканических районах Тихого океана.

Глава 1 состоит из шести частей, в ней, на основе литературных данных и, частично, на базе материалов автора, рассматриваются различные типы газовых выходов на морском дне, приводятся конкретные примеры. Показано, что газовые выходы имеют характерные проявления в водной

толще (гидроакустические аномалии) и в сейсмическом изображении осадочной толщи. Представлено местоположение участков исследований и некоторых газовых выходов, различных по генезису (Рис. 1).

Рассматриваются процессы, в результате которых происходит формирование характерных форм рельефа морского дна ( в частности, подводные вулканические и грязе-вулканические постройки). В главе уделяется внимание возможностям метода непрерывного сейсмического профилирования (НСП), в комплексе с

эхолотированием и гидромаг-Рис.1. Обзорная карта местоположения рай- нитной съёмкой ботах в

онов исследовании и упомянутых в работе

газовых выходов различного генезиса. зонах с различной степенью

1. - Шельф и континентальный склон Вьетна -

ма. 2.-ЗаливПленти(НоваяЗеландия). З.1.- газонасыщенности осадочного

Камчатский залив. 3.2.- Тыловая зона Але- чсиа и непосредственно вбли-утеки-г островов.

зи газовых выходов различного генезиса. Показано, что данная методика достаточно эффективна при картировании газонасыщенных зон и выделении границ типа BSR (bottom simulating reflectors - фальшивые поддонные сейсмические границы, которые часто связанны с формированием слоев газовых гидратов). Рассматриваются некоторые особенности интерпретации данных, полученных в вулканических областях. Продемонстрированы результаты сопоставления данных сейсмопрофилирования с материалами гидрохимического и геологического опробования.

Глава 2. Сравнительный анализ газонасыщенности осадков и газовых просачиваний в вулканических и невулканических районах залива Пленти (Новая Зеландия').

В главе 2 рассматривается ряд подводных объектов, находящихся на шельфе и континентальном склоне залива Пленти (Северный остров, Новая Зеландия), в пределах активной вулканической зоны и за её пределами.

Выбор объектов детальных работ проводился по наличию аномальных (газонасыщенных) зон в осадочном чехле и в водной толще, которые выделялись геофизическими методами (НСП, ГМС, эхолотирование) и были заверены при помощи гидрохимического и геологического опробования. 2.1. Геофизические, геологические и гидрохимические исследования.

Геофизическими методами в зонах развития газовых выходов различного генезиса были выявлены характерные особенности строения морского

Рис.2. Фрагменты сейсмического профиля высокого разрешения, пройденного в окрестностях острова Уэйл, демонстрирующий высокую газонасыщенность осадочной толщи как в пределах гидротермальной системы острова Уэйл, так и за её пределами.

дна и осадочного чехла. Данные гидрохимической съёмки позволили разделить газовые выход у по генезису. Материалы геологического опробования дали возможность привязать сейсмические границы к реальным слоям в

осадочной толще.

2.1. /. Особенности строения морского дна и осадочной толщи в районе острова Уэйл.

В процессе исследований было обнаружено, что на сейсмических профилях наблюдаются участки с аномальным строением осадочной толщи. Существование аномальных зон связано с тем, что в вулканической зоне существуют участки, на которых формируются слои вулканокластики, не проницаемые для газов. Здесь скапливается газ в свободном виде (Рис.2).

Участки газовой разгрузки приурочены к разломам или к местам их пересечений, а также к зонам выклинивания "бронирующих" горизонтов осадочной толщи. В местах интенсивной газовой разгрузки, в пределах гидротермальных систем, формируются воронки, достигающие глубины 10-15 м. Примечателен тот факт, что контрастные гидрохимические аномалии выявлены по метану (Рис.3)

В районе вулканического острова Уэйл через толщу осадков мигрирует огромное количество газов, связанных с деятельностью гидротермальной системы. Кроме того, повышенная температура морских осадков в вулканической зоне провоцирует аномально высокую скорость генерации метана из осадочной толщи, которая в данном районе насыщена органикой, принесённой многочисленными реками, впадающими в залив. 2.1.2. Шельф между вулканическими островами Уэйл и Уайт.

В центральной части шельфа между островами-вулканами Уэйл и Уайт наблюдается огромное количество газовых выходов. Наиболее интенсивные из них приурочены к гидротермальным системам. В сейсмическом разрезе вблизи гидротермальных систем наблюдаются аномальные горизонты, представленные плотным глинистым материалом, которые служат экраном для газов в свободном виде (см. рис. 2). Дискретное гидрохимическое

' ^ —Кр^тные^^Г^-у шЧ —/ отражения И1 9 1*м м -20 -40

сн4

(ед.отн)

/Д -52

/ \ -50

\ У\ -48

— -48

Рис.3. Фрагмент эхолотного и гидрохимического профиля, пройденного через активную воронку гидротермальной системы острова Уэйл. Продемонстрированы мощные газовые колонны и большое количество метана, присутствующего в поступающих газах.

опробование показало, что деятельность подводной гидротермальной системы подтверждает распределение газов. В то же время, цепочки метановых газовых просачиваний обнаружены в местах выклинивания восстающих пластов, которые сложены плотными, непроницаемыми для газов осадками. Следовательно, мы имеем дело с двумя типами газовых проявлений. Первый - это газовая составляющая гидротермальных систем, и второй - холодные, существенно метановые, просачивания. При этом нельзя исключить возможность наложения одного типа газовых разгрузок на другой.

2.1.3. Континентальный склон.

На континентальном склоне подводного продолжения вулкана Уайт, и в привершинной части подводного вулкана Тауриро наблюдаются газовые выходы, связанные с фумарольной вулканической активностью, которые локализованы в пределах небольших фумарольных площадок. Осадочный чехол в аномальных зонах имеет незначительную мощность, сравнимую с разрешающей способностью сейсмических методов.

2.1.4. Подводная вулканическая постройка "Махина".

На примере небольшой подводной вулканической постройки Махина, рассмотрены особенности строения верхней части осадочного чехла и характер газопроявлений в пределах подводных одноактных вулканических аппаратов. Показано, что слабые газовые выходы в пределах кратера Махины связаны не с фумарольной деятельностью, а с дренажем газов из осадочной толщи.

2.1.5. Шельф и континентальный склон в районе островов Пуэ Найтс.

Этот участок детальных исследований расположен за пределами подводного продолжения вулканической зоны. Обнаруженные здесь интенсивные газовые просачивания приурочены к зонам выклинивания и выхода на поверхность морского дна пластов осадочной толщи, а также к участкам, осложнённым разрывными нарушениями, которые достигают поверхности морского дна. По данным гидрохимического опробования газ, поступающий на поверхность морского дна, представлен преимущественно метаном.

Глава 3.

Соотношение подводного вулканизма, газовых просачиваний и газонасыщенных осадков зоны ареального вулканизма ЮжноКитайского моря

Одним из ярких примеров зоны развития ареального вулканизма в подводных условиях является шельф Вьетнама. Вулканические объекты сравнительно небольших размеров расположены вблизи побережья и, как правило, представляют собой одноактные вулканические постройки базальтового состава, окружённые лавовыми потоками. Вулканические объекты расположены в местах с большой мощностью хорошо стратифицированного осадочного чехла, который вне аномальных зон имеет сравнительно простое строение.

В настоящей главе рассмотрены пять участков в пределах которых аномалии в строении осадочного чехла и поверхности морского дна связа. -ны с газонасыщенностью осадочной толщи. Газонасыщенность, в свою очередь, может быть следствием вулканических процессов или может не иметь к вулканизму прямого отношения. 3.1. Вулканическая зона Ре - Бобай.

Вулканическая зона Ре - Бобай приурочена к пересечению регионального субширотного разлома и грабена, простирающегося в северо-западном направлении. Прибрежную континентальную зону этого района слагают базальтовые покровы различной мощности и гранитоидные массивы. В мористой части расположено несколько вулканических построек, часть из которых находится над поверхностью моря в виде островов Ре и Бобай. Контуры вулканической зоны чётко выделяются по данным НСП и гидромагнитной съёмки (Рашидов, 1997).

Во время детальных исследований в обрамлении вулканической зоны были обнаружены небольшие по размеру современные грязевулканические постройки, над которыми на записях эхолота фиксировались гидроакустические аномалии (рис. 4). По данным драгирования и отбора проб черпаком, конусы сложены типичной сопочной брекчией, представленной глина-

ми, песками, песчаниками с фрагментами фауны и вулканокластического материала различного состава.

В мористой части полигона, обрамляющей вулканическую зону, по данным сейсмопрофилирования отмечается высокая газонасыщенность осадочной толщи. На схематическом разрезе, приведённом на рисунке 5,

Рис. 4. Эхолотная запись, иллюстрирующая не- ВИДН0' 4X0 минимальное зна-большую грязевулканическую постройку с га- чение растворённых углево-зовьш выходом, который приурочен к её вершине. дородов характерно для вулканической зоны. Концентрация УВГ плавно увеличивается у границ вулканической зоны, над некоторыми разломами, над газовыми "султанами" и в направлении к прибрежным участкам, где по геофизическим данным наблюдается выклинивание

пластов осадков.

Газовые просачивания и проявления грязевого вулканизма тяготеют к зонам вулканической активности вследствие то-

Рис. 5. Схематический временной разрез и график содержаний го что вблизи растворённых углеводородных газов в районе вулканической зоны острова Ре вулканической

1. Небольшие грязевулканические постройки. 2. Разрывные -

Ч ОНК1 НЯ ПЛ1Й»

нарушения. 3.-Вулканическая зона. 4,- Акустический фундаМ. дается значительное количество тектонических нарушений и выклинивание

пластов осадочной толщи. Проведённый анализ газов, полученных в основ-

ном из пузырей, поднимающихся от привершинных частей холмов, дал сле-

Рис. 6. Фрагмент сейсмограммыНСП, иллюстрирующий строение осадочного чехла в зоне интенсивных пластовых оползаний. 1. - Зона пластового оползания. 2 - газогидратный ВБЯ (ВБВ-О). 3. - Диагенетический ВБК (ВБИ-И).

дующие результаты: 0=й.2% , С02=8% , N2=11.4% , метана 69.6% , этана

6.3%, пропана 1.7% и прочих газов около 2.8%. Газ в свободном виде мигрирует вдоль пластов непроницаемых осадков и в местах нарушения их сплошности поступает на поверхность морского дна. Обводнённые осадки (глины, суглинки) под воздействием эндогенных факторов (повышенная тектоническая и вулканическая активность и т.д.) также могут поступать (выдавливаться) на поверхность морского дна. Кроме того, осадочная толща под давлением наложенных на неё вулканитов подвергается значительному уплотнению, что приводит к частичному выдавливанию ожиженных газонасыщенных осадков на поверхность морского дна. 3.2. Континентальный склон Вьетнама к востоку от островов Ре и Бобай

Район работ расположен на континентальном склоне к востоку от вулканической зоны Ре на 15° с.ш.

Континентапь-ный склон имеет ступенчатое строение при средней крутизне 0.6°. В интервале глубин моря 760-850 метров, на участке с повышенными значениями теплового потока, была обнаружена обширная зона пластовых оползаний (Рис. 6). Осадочная толща разбита на деформирован-

ные блоки, которые разделены отрицательными формами рельефа. В теле оползня фрагментами и не совсем чётко читается газогидратный ВБЯ. По данным НСП зона пластовых оползаний не перекрыта осадками. Лишь в отдельных случаях наблюдается частичное заполнение отрицательных форм рельефа дислоцированной зоны, что указывает на сравнительно молодой возраст оползня.

Представляется вероятным, что пласты осадков, мощность которых составляет 300 - 400 метров, под влиянием тектонических процессов и гравитационного воздействия смещаются вниз по склону в том месте, где под воздействием повышенного теплового потока газогидратный экран нестабилен, а уровень газонасыщенности чрезвычайно высок. Так как сплошность напластований и газогидратного слоя нарушена, в зоне оползаний встречаются участки, интерпретируемые как места разгрузки газов.

Здесь же, чуть ниже по склону, обнаружен небольшой правильный конус, чётко выраженный в рельефе дна. Данные гидромагнитной съёмки и геологического опробования указывают на его грязевулканическую природу. В поддонных отражениях данная структура формирует обширную аномальную зону, которая прослеживается на соседних профилях и представляет собой участок осадочной толщи с высокой газонасыщенностью.

з.3. Участок шельфа Вьетнама в районе авандельты реки Ба на полигоне "Ня- Чанг"

Этот участок расположен в зоне лавинного осадконакопления, связанного с эрозионными процессами в наземном вулканическом районе. Здесь были обнаружены многочисленные положительные формы рельефа морского дна. К некоторым тяготеют гидроакустические аномалии различной интенсивности. Часть холмов сформировалась в процессе эрозии в период низкого стояния моря. В настоящее время они частично перекрыты слоями осадков и выходят на поверхность морского дна в виде останцов.

Наряду с останцами, здесь же встречаются сравнительно небольшие постройки, которые, совпадая с некоторыми останцами по размеру (40-60м в высоту и 150-200м в поперечнике), имеют правильную коническую форму

и, в большинстве случаев, наложены на верхнюю пачку осадков, либо тяго-

теют к одному из её слоев. Эти постройки (небольшие грязевые вулканы) сложены типичной сопочной брекчией. В пределах указанных построек наблюдаются интенсивные газовые просачивания, которые прослеживаются на 50-70 метров от дна.

Углеводороды из проб, полученных в районе ряда холмов из пузырей и осадков представлены биогенным метаном (б'Зс, ~ 65 %о PDB).

За границей погребённой дельты практически повсеместно наблюдается обширная зона, в которой сейсмические горизонты прослеживаются только в верхней части разреза. В краевых частях зоны наблюдается падение скоростей прохождения сейсмических волн и амплитудные аномалии ("яркие пятна"). Это связано с высокой газонасыщенностью осадочной толщи.

3.4. Некоторые особенности шельфа Вьетнама на полигоне "Катуик"

. В вулканической зоне в районе острова Катуик геофизическими методами обнаружено большое количество одноактных вулканических построек и банок, которые, как правило, наложены на осадочный чехол или на слои вулканокластики. Фрагменты вулканической зоны хорошо выделяются по данным гидромагнитной съёмки и непрерывного сейсмического профилирования.

Обнаруженные здесь протяжённые аномалии по метану, вытянутые по простиранию шельфа(Авдейко и др., 1984), можно интерпретировать как приуроченные к участкам морского дна, на которых разгружаются газы из зоны тектонических разрывных нарушений, вытянутой вдоль вулканически активного района. Изменчивость газового состава по простиранию можно объяснить различной глубиной проникновения разломов и изменением тектонической активности вдоль разрывных нарушений. Газогенерирующими зонами являются кайнозойские нефтегазоносные толщи осадков большой мощности, расположенные в смежных впадинах: Меконгской и Южно -Коншонской (А.А.Заболотников и др. 1989).

В целом, в пределах Вьетнамского шельфа, сформированного под влиянием вулканических процессов, наиболее контрастными являются аномалии метана.

Глава 4

Газонасыщенность осадков и газовые просачивания шельфа и континентального склона Камчатского залива.

В настоящей главе рассматриваются особенности строения осадочного чехла и поверхности дна Тихого океана, обусловленные взаимодействием вулканических и невулканических факторов на участке, который расположен вблизи долгоживущих вулканических центров. Большое внимание уделено рассмотрению морфологических особенностей дна и изучению строения осадочного разреза и верховьев каньонов на шельфе Камчатского Залива (Восточная Камчатка) в связи с процессами подводного оползнеобразо-вания, а также в контексте их возможной связи с генерацией волн цунами.

4.1.1. Морфология дна района исследований

Морфология изученного участка морского дна и эрозионных врезов существенно отличается от соседних районов. Если большинство притоков каньонов имеют V - образную форму, а их русло часто меняет направление, то ответвление каньона в пределах участка детальных исследований представляет собой вытянутую трогообразную (и -образную) долину. Борта долины осложнены сериями уступов и оползневых ступеней.

4.1.2. Особенности строения и состава осадочного разреза

Северная часть шельфа Камчатского залива является зоной аккумуляции осадочного материала, выносимого р. Камчатка - самой крупной рекой полуострова. Твердый сток р. Камчатка, составляющий в настоящий момент около 2.4 млн.т в год (Корнев и др., 1981), в большой степени определяется переносом продуктов деятельности вулканов Ключевской группы, а также огромного количества органического материала, крупномасштабное захоронение которого происходит в рыхлых отложениях шельфа.

По данным геологического опробования осадки, слагающие борта каньона, представлены переслаиванием глинистого, песчаного, гравийного и илистого материала. Характерной особенностью разреза является наличие выдержанной по площади высокоамплитудной отражающей сейсмической границы (рис.7), которая соответствует переслаиванию плотных

Рис. 7. Фрагмент профиляНСП, пересекающий трогообразный приток Камчатского каньона.

I. Ступень в борту каньона, которая сформировалась в результате обвала. 2. Отпрепарированный эрозией слой плотных тонкослоистых глин. 3. Оползневое тело. 4. Небольшие постройки в зоне газовых проса чиваний, сложенные из песка и ракушечника с карбонатным нементом. 5. Кратные отражения.

тонкослоистых глин и является хорошим флюидоупором (вскрыта эрозионным врезом).

4.1.3. Факторы, влияющие на гравитационную устойчивость склоновых осадков в исследуемом районе

Газонасыщенность осадков. Отличительной особенностью геологического строения дна Камчатского залива является широкое развитие подводных газовых просачиваний различной интенсивности. Признаки просачиваний в виде вертикальных гидроакустических аномалий фиксировались по ходу судна самописцем эхолота. На газонасыщенность вмещающих осадков указывают данные сейсмопрофилирования (падение скоростей прохождения сейсмических волн, наличие акустически немых толщ и амплитудных аномалий). Преимущественно биогенное происхождение метана подтверждают данные изотопного анализа, по которым углерод классифицируется как "лёгкий" (513С, около -70%oPDB).

"Родниковый подмыв". Термин "родниковый подмыв" объединяет явления вымывания осадочного материала на склонах подводных каньонов под действием напорных грунтовых вод (Шепард, Дилл, 1972; Pauli et al., 1990). В исследуемом районе явление "родникового подмыва" слоев осадочного разреза связано с особенностями гидрогеологической обстановки, когда слои

осадочной толщи залегают с наклоном в сторону моря, а на побережье создаются условия для формирования напорных горизонтов пресных вод. В результате, в бортах каньонов формируются многочисленные "кары" и ступени.

4.1.4. Возможный механизм формирования подводных оползней в исследуемом районе

Как было показано выше, в пределах фронтальной части дельты р.Камчатки, на шельфе Камчатского залива, значительные объемы осадочного материала находятся в состоянии неустойчивого динамического равновесия.

Процесс оползания происходит по следующей схеме. Существует генерализованный трёхслойный разрез разнокомпетентных осадков. Верхний слой - это пачка переслаивания неконсолидированных осадков, которая формируется в режиме лавинного осадконакопления. Средний слой - плотные глины. Нижний слой - песчано-глинистая толща (в её подошве залегает водоупорный горизонт) с высокой газонасыщенностью, которая на отдельных участках подвергается воздействию "родникового подмыва". Благодаря существованию нижней толщи, огромные массы осадков находятся в состоянии неустойчивого динамического равновесия. В зависимости от угла наклона будут формироваться оползневые тела, перемещающиеся с различной скоростью. Стенки отрыва листрических сбросов часто формируются в зонах развития тектонических нарушений.

Факторами, служащими спусковым механизмом для начала перемещения оползневых тел, могут стать: землетрясение и вызванная им тиксо-тропия, перегрузка склонов при высокой скорости осадконакопления, низкий отлив, резкое изменение атмосферного давления, сильное волнение на море(Ломтев, 1990).

Учитывая сравнительно молодой возраст описанного выше притока Камчатского каньона (верхний плейстоцен, голоцен), можно предполагать большую среднюю скорость подводной эрозии . 0.5-1 метра в год. Так как процессы, происходящие в этом районе/носят катастрофический характер (на что указывают следы обвалов и оползней на дне каньона), можно

уверенно говорить об одноактных событиях, при которых будут перемещаться значительные по объёму блоки осадков. 4.1.5,Газонасыщенность осадков и цунами

Особый интерес представляет возможная связь оползневых процессов на склонах подводных каньонов (и, в частности, в Камчатском заливе) с формированием волн цунами. Волны "гравитационного" генезиса составляют до 10-15% от общего количества цунами (Егоров, 1990).

Как показали проведенные исследования, в осадочном чехле Камчатского залива главной причиной, приводящей к снижению трения в подошве склоновых оползней, является высокая флюидонасьпценность подстилающих осадков.

Таким образом, мы видим, что на шельфе и континентальном склоне создаются условия, при которых большие блоки осадочной толщи могут приходить в движение даже при незначительных сейсмических событиях. Учитывая тот факт, что оползневые тела расположены в бортах каньона, высота которых достигает 500-600 метров, можно предполагать, что скорость перемещения осадков при возникновении обвалов будет весьма значительной.

Возникшие в результате обвала даже сравнительно небольшие по амплитуде волны цунами, при движении по мелководью шельфа могут достигать значительной высоты.

Глава 5

Газонасыщенность осадков и газовые просачивания тыловой вулканической зоны Алеутской островной дуги

В районе островов Умнак и Четырёхсопочныена основании большого объёма геофизических и геологических данных показано широкое распространение газонасыщенных осадков в вулканической зоне. Используя опыт детальных исследований, описанный в предыдущих главах, оценено влияние газонасыщенности на разни гие эрозионных процессов.

Изученный участок представляет собой склон островной дуги, который в значительной степени осложнён притоками самых больших в мире подводных каньонов Беринга и Уманак (Шепард, 1972, Дилл, 1978).

На участке исследований выделено три типа строения континентального склона: эродированный, не затронутый процессами эрозии, осложнённый вулканическими постройками различного возраста. 5. ]. Эродированный склон.

Эродированные участки континентального склона расположены в непосредственной близости от наземных и подводных голоценовых вулканов. Глубина многочисленных эрозионных врезов колеблется от 100 до 300 метров.

На сравнительно небольших участках, где осадочная толща не затронута процессами эрозии и прослеживается на большую глубину, встречаются зоны высокой газонасыщенности, к которым часто приурочены небольшие грязевулканические постройки, расположенные вблизи от вулканических аппаратов различного возраста. С зонами высокой газонасыщенности неразрывно связаны оползневые тела, которые на изученых участках достигают 5 - 9 км3. Вниз по склону количество эрозионных врезов уменьшается. Наблюдаются хорошо проработанные русла каньонов, в бортах которых прослеживаются значительные по объёму оползневые блоки. Этапы ополз-необразования достаточно легко реконструируются по данным НСП и эхо-лотного промера. Развитие обвалов и оползней в глубоководной части полигона часто развивается по поверхности газогидратного ВБЯ. На дне корытообразных притоков каньонов наблюдаются следы обвалов и оползней. 5. 2. Аккумулятивный склон

С увеличением глубины моря меняется характер подводного рельефа и строение осадочной толщи. Резко расчленённая, пилообразная поверхность дна плавно переходит в пологие формы. Русла каньонов становятся широкими, корытообразными. Глубина врезов ограничена кровлей плотных осадков. В осадочном чехле, не затронутом процессами эрозии, на котором, по мнению автора, происходит аккумуляция продуктов вулканической деятельности, прослеживаются фрагменты газогидратного ВБИ и зоны повышенной газонасыщенности.

Меньше всего затронут процессами эрозии участок, расположенный вблизи пролива между островами Умнак и Четырёхсопочные. Здесь накапливается вулканогенно-осадочный материал, который транспортируется от действующих вулканов, а также большое количество органики из зоны шельфа.

Газонасыщенные участки в этой части полигона возможно значительны по площади, однако корреляции с соседними профилями, отстоящими друг от друга на значительном расстоянии, не наблюдается.

Крупные эрозионные врезы осложнены оползневыми блоками, которые, как и на участке эродированного склона, тяготеют к газогидратным границам. Однако оползневые тела здесь сравнительно небольшие, а углы наклона плоскостей, по которым происходит перемещение оползней, значительно меньше, чем в эродированной зоне. 5. 3. Вулканические объекты

Вулканические аппараты расположены на континентальном склоне на глубине до 800 - 1000 м и, по-видимому, являются продолжением наземных вулканических центров. Это небольшие (300-700 м в поперечнике и доЗОО м высотой) преимущественно одноактные вулканические постройки. В данном районе автором выделены два типа вулканических построек: частично погребённые под слоем осадков и наложенные на осадочный чехол.

Эрозионные врезы препарируют ряд погребённых вулканических построек базальтового состава, которые чётко фиксируются по данным гидромагнитной съёмки. За пределами вулканических аппаратов отмечено большое количество газонасыщенных участков. Вероятно, газы, мигрирующие вверх по напластованию осадков, имеют, как и в Камчатском заливе, не вулканическое происхождение. Вулканические аппараты служат своеобразным препятствием - ловушкой на пути их миграции. В местах контакта вулканитов с осадками формируется зона газовой разгрузки.

Вулканические аппараты, наложенные на осадочный чехол, расположены весьма обособленно и встречаются редко. Они хорошо выделяются комплексом геофизических методов даже на значительных глубинах. Это сравнительно небольшие по размеру, возможно, одноактные, вулканические аппараты высотой 50 - 100 м и диаметром основания до 400 м. Вулканоклас-

тический материал построек перекрывает слои осадков. При этом осадочная толща практически не нарушается. В непосредственной близости от таких объектов, по геофизическим данным, аномальные зоны, связанные с наличием газов в осадочном чехле, не наблюдаются. Это может быть связано с наличием локальной тектонически ослабленной зоны, в пределах которой происходит дегазация осадочной толщи. Кроме того, вблизи ряда вулканических построек осадочная толща имеет незначительную мощность и представлена шлаками и крупнозернистыми песками.

Глава 6

Соотношение вулканизма и газонасыщенности осадков и типизация газовых просачиваний

Настоящая глава представляет собой обобщение изложенных выше данных, касающихся характерных особенностей аномальных зон в осадках и в водной толще, которые связаны с газовыми просачиваниями на морском дне в вулканических областях, а также за пределами вулканических зон.

Газонасыщенные участки в толще осадков достаточно чётко фиксируются посредством сейсмических методов, причём, как было установлено, самым простым, дешевым и производительным является метод НСП.

Типизация различных газовых выходов на морском дне приве-

дёнв таблице 1.

Кроме рассмотренных в таблице, на морском дне можно выделить "Стабильные" и "мигрирующие" газовые выходы ."Стабильные" газовые выходы , как правило, относятся к вулканогенному типу, временами "стабильные" выходы встречаются в пределах вулканогенно-осадочных газовых просачиваний. В толще осадков аномальные зоны "стабильных" газовых выходов, как правило, не имеют значительных по размеру аномальных зон.

"Мигрирующие" газовые выходы в подавляющем большинстве представлены "холодными" газовыми просачиваниями. Они часто формируют

Таблица 1

Типизация газовых выходов на морском дне

Генетический Характер Наличие и тип Геологические и тектонические Глубина моря в Характер анома- Характер аномалий в Состав

тип газовых газового ; осадков на дне условия районе газового .лий в осадках водной толще газов

проявлений проявления проявления

Вулканоген- фумаролы отсутствуют островные дуги, горячие точки, Практически Локальные с постоян- СОг, Ыг,

ный вулканические кратеры, зоны раз- любая ным местонахождением

ломов и стабильной интенсив-

ностью

гидротермы отсутствуют либо срединные океанические хребты, Практически Обширные поля Локальные зоны с СОг, N2,

присутствуют не- междуговые и задуговые прогибы, любая газонасыщенных "султанами" аномаль- Нг.

большой мощ- горячие точки трансформные раз- осадков ной воды различной ин-

ности 50 и бо- ломы, долгоживущие вулканиче- (акустически не- тенсивности

лее м) ские центры мые зоны, высо-

коамплитудные

границы, марки-

рующие кровлю

газонасыщенных

осадков

Осадочный холодные Осадки малой Зоны выклинивания пластов осад- До глубины Амплитудные Протяжённые (до УВГ

просачива- средней и боль- ков, участки, приуроченные к раз- формирования аномалии, зоны нескольких километ-

ния шой мощности, рывным тектоническим нарушени- газогидратов сейсмического ров), мигрирующие зо-

насыщенные ор- ям и к срезанным в результате эро- менее 600 м шума, значитель- ны (цепочки)

ганикой (более 50 зи замкам складок ное падение ско- "султанов" аномальной

м) рости прохожде- воды различной интен-

ния сейсмических сивности

волн

Просачива- Осадки очень Зоны развития подводной грязе- Глубины пре- Протяжённые Локальные аномальные

ния в зонах большой мощ- вулканической деятельности. вышающие глу- границы ВБЯ, зо- зоны у подножья или в УВГ

развития га- ности, насыщен- участки нарушения сплошности бину формиро- ны падения скоро- привершинной части

зогидратно- ные органикой газогидратного экрана вследствие вания газогид- стей прохождения грязевулканических по-

го экрана более 1000 м сейсмической и тектонической ак- ратов (более 600 сейсмических строек; нестабильные

тивности метров) волн цепочки аномалий раз-

личной интенсивности,

которые маркируют зо-

ну тектонических нару-

шений.

Вулканогенно- просачива- осадки средней и Участки морского дна вблизи глу- Зафиксированы Обширные зоны Обширные участки УВГ,

осадочный ния в зонах большой мощ- бинных разломов, которые нахо- на различных "акустически не- (поля) весьма стабиль- СОг, Н2

глубинных ности от 300 м и дятся под слоем неконсолидиро- глубинах, кото- мых" осадков, на- ных аномальных зон.

разломов и более ванных осадков, локальные рые, однако, не личие амплитуд- Поля аномалий, как

в вулкани- участки с повышенными значе- превышают ных аномалий, правило, вытянуты

ческих рай- ниями теплового потока, зоны 2000 м приповерхностные вдоль зоны глубинных

онах развития ареального вулканизма границы ВБИ. разломов

значительные по протяжённости и площади поля. Аномальные зоны в толще осадков (по данным НСП) представляют собой большие по площади зоны сейсмического шума и "акустически немые зоны". Вулканизм и газовые выходы

Изложенные выше данные и вытекающие из них выводы позволяют сделать заключение о том, что газовые выходы, связанные с вулканизмом островных дуг и ареальным вулканизмом( имеют широкое распространение в вулканических регионах. Газовые проявления, которые прямо или косвенно связаны с вулканизмом, не ограничены вулканическими постройками, и могут быть обнаружены далеко за их пределами. Вулканическая деятельность вносит огромный вклад в формирование осадочных толщ, которые могут являться вместилищем газов различного генезиса. Газы из зоны суб-дукции и из толщ, в районе которых наблюдаются повышенные значения теплового потока, мигрируют в верхние слои осадочного чехла и при определённых условиях накапливаются в ловушках, часть из которых формируется в результате вулканической деятельности. Под влиянием вулканического тепла ускоряются процессы генерации углеводородных газов из органических остатков, которые оказываются погребёнными в большом количестве под слоями вулканокластического материала, поступающего на морское дно в результате извержений вулканов. Вулканические аппараты на морском дне также поставляют в водную толщу огромное количество газов. Газовые выходы различного генезиса в вулканических областях могут быть расположены в непосредственной близости и в значительной степени влиять друг на друга, изменяя состав и температуру газовой "колонны". Однако, несомненно, что вулканизм играет огромное влияние на процесс газоотделения из осадочных толщ и на формирование специфических газовых ловушек в морских осадках. Заключение.

В заключении приводятся защищаемые положения, а также ряд быть может менее строгих, но достаточно интересных выводов, которые следуют из анализа газовых проявлений в различных вулканических областях Тихого океана и могут быть важны для направления усилий в дальнейших исследованиях.

Результаты диссертации опубликованы в следующих основных работах:

1. Некоторые особенности вулканической зоны на шельфе Вьетнама (остров Ре)// Вулканические исследования на Камчатке: Тез. докл. конференции молодых учёных-вулканологов. Петропавловск-Камчатский, 1990. с. 49-53 (В соавторстве с Шкира В.А.)

2. Новые литолого-геохимические исследования на подводном гидротермальном поле у о. Уэйл (Новая Зеландия)// ДАН СССР. 1991. т.317. № 4 с. 976-979 (В соавторстве с Меняйловым И.А., Фазлуллиным С.М., Биличенко A.A.)

3. Современная подводная гидротермальная деятельность в заливе Пленти (Новая Зеландия): комплексные геофизические и литологические исследования //Вулканизм, структуры и рудообразование. Тезисы докладов VII Всесоюзного вулканологического совещания, Иркутск, 1992. с 73-80.

4. Морфология подводного вулкана Пийпа в тылу Западной части Алеутской островной дуги. //Вулканизм, структуры и рудообразование. Тезисы докладов VII Всесоюзного вулканологического совещания, Иркутск, 1992. с 49-50.

5. Литолого-геохимические исследования на подводном гидротермальном поле у о. Уэйл (Новая Зеландия)// Вулканология и сейсмология, 1992. с. 2432 (В соавторстве с Биличенко A.A., Фазлуллиным С.М., Словцовым И.Б.)

6. Тыловая часть восточного сектора Алеутской дуги: особенности подводных вулканических построек и осадочной толщи на осгроводужном склоне по геофизическим данным. //Вулканизм, структуры и рудообразование. Тезисы докладов VII Всесоюзного вулканологического совещания, Иркутск, 1992. с 50-51.

7. Просачивания в Камчатском заливе // ДАН. 1993. Т.328. № 1. С.78-80. (В соавторстве с Надёжным A.M., Селивёрстовым Н.И., Тороховым П.В.)

8. Новые данные по вулканизму тыловой зоны Восточных Алеут.// Вулканология и сейсмология № 4, 1993 С. 54-78. (В соавторстве с Волынцом О.Н., Колосковым A.B., В.А. Шкира и др.)

9. Современная подводная гидротермальная активность в зоне Таупо-Роторуа (залив Пленти, Новая Зеландия) //Литология и полезные ископаемые. 1994, №1. С.29-40 (В соавторстве с Фазлуллиным С.М.,Гавриленко Г.М., Осипенко А.Б.)

10. Active seeps and carbonates from the Kamchatsky Gulf (East Kamchatka) // Bull.Geol.Soc.Denmark. 1994. V.41. pp. 50-54. (В соавторстве с Seliverstov N.I., Torokhov P.V.)

12. Features of geological structure of shelf and continental slope of the Western part of South-Chinese Sea // Lithosfere dynamics of East Asia. 1996. Pp.479 -482. (В соавторстве с Osipenko A.B.)

12. The dynamics of the canyon-forming processes on the continental slope of the Eastern Kamchatka in connection with generation of tsunami waves // Evolution and Dynamics of the Asian Seas. Proc. 3rd Int. Conf. On Asian Marine Geology. Cheju. Korea. 1996. p.247. (В соавторстве с Osipenko A.B.)

Тираж 100 экз., 26.01. 98 г. Отпечатано: "Ксерокс у Пушки".