Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 512, № 2, стр. 295-301

ВВЕДЕНИЕ

Цель исследования связана с необходимостью решения фундаментальной научной проблемы океанологии и морской геологии по изучению строения и истории формирования морской континентальной окраины, в частности, шельфа полуострова Крым. Важной составляющей исследования является получение высококачественных сейсмоакустических профилей в пределах полигонов Крымского шельфа для обоснования стратиграфии и литологии отложений плейстоцен-голоценовых комплексов осадочных образований Черного моря. Исследования выполнялись отрядом Института океанологии РАН в экспедициях научно-исследовательского судна (НИС) “Профессор Водяницкий” (115, 116, 124 и 126-е рейсы) в 2020–2023 гг. в соответствии с Планом морских экспедиций на научно-исследовательских судах Минобрнауки России. При этом решались задачи промера глубин, непрерывного сейсмического профилирования и акустического зондирования осадочных отложений, а также панорамной съемки поверхности дна с помощью гидролокатора бокового обзора.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для непрерывного сейсмопрофилирования использовался сейсмоакустический комплекс “Геонт-шельф” на основе электроискрового излучателя (“спаркер”) и приемной сейсмокосы. Устройство и принцип работы комплекса подробно рассмотрены в статьях [1–3]. Информация, полученная с помощью сейсмоакустического комплекса “Геонт-шельф”, дополнялась данными акустического зондирования профилографом АП-5Т [4, 5].

ИЗУЧЕННОСТЬ РАЙОНА РАБОТ

Рассматриваемый регион расположен на стыке южного крыла мегантиклинория Горного Крыма и Черноморской впадины, включающей краевые прогибы Сорокина и Керченско-Таманский [6–9].

Район является сложным в тектоническом, геоморфологическом и седиментологическом отношениях объектом исследования. Он представляет собой погруженное южное крыло Крымского мегантиклинория, которое характеризуется повышенной сейсмичностью и контрастным рельефом дна. На участке исследования мыс Сарыч–Ялта–Феодосия шельф выглядит как довольно узкий, континентальный склон крутой с углами наклона 10–20° и прорезан многочисленными подводными долинами и тальвегами каньонов [10–12]. Подножие склона имеет оползневой облик и служит местом разгрузки мутьевых потоков.

За несколько десятилетий исследований крымского шельфа накопились региональные данные о строении осадочной толщи, выявленные путем интерпретации сейсмических материалов и данных инженерного бурения. По ним установлены глубина залегания и морфология поверхности таврической серии, мощность и особенности строения плиоцен-четвертичных отложений; сделаны выводы об особенностях осадочного процесса в четвертичное время [13–15].

В результате интерпретации съемок непрерывного сейсмоакустического профилирования (НСАП) и эхолотных промеров (рис. 1) установлены основные черты морфологии, направления и густоты подводных долин; произведена их типизация.

Рис. 1.

Схема района исследований. Условные обозначения: 1 – изолинии глубин моря, м; 2 – профили НСАП; 3 – скважины ИГИ.

По результатам многочисленных опробований дна грунтовыми трубками и данных инженерно-геологического бурения изучены общие особенности строения разрезов верхнечетвертичных осадков, их состав и условия образования [16–19].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Сейсмоакустические исследования с различным разрешением по вертикали, проведенные в крымском секторе Черноморской впадины, позволили выявить строение верхней части осадочного разреза на глубину до 300 м. На основе сейсмостратиграфического анализа здесь выделена серия сейсмических комплексов неоген-голоценового возраста. По данным НСАП, на шельфе в районе Алупки в нижней части разреза хорошо видна поверхность таврической серии (отражающий горизонт V (ОГ-V)), которая у южных берегов Крыма является поверхностью акустического фундамента. Она погружается от береговой зоны, где выходит на дно, к бровке шельфа, где залегает на глубине несколько сотен метров (рис. 2).

Рис. 2.

Фрагмент профиля 1 НСАП в районе Алупки, показывающий сейсмокомплексы в шельфовой части района исследования. Положение профиля 1 показано на рис. 1.

Выше со стратиграфическим и угловым несогласием залегает слоистая толща, ограниченная отражающими горизонтами ОГ-А–ОГ-А6, с субпараллельными протяженными, местами клиноформенными, бугристыми отражающими горизонтами. Мощность толщи на шельфовом участке района исследования достигает 150 м.

В пределах крымского шельфа уверенно выделяются семь основных сейсмокомплексов (СК), отождествляемых с голоценовыми (древнечерноморскими и новочерноморскими –IVdc-nc) отложениями, новоэвксинскими (III4ne), карангатско-узуларскими (III3 kg-II1-6 uz) и древнеэвксинско-чаудинскими (Ide-cd) отложениями.

В склоновой части эти отложения размыты, и на поверхность дна выходят более древние апшеронские породы; породы таврической серии (ОГ-V), которые у южных берегов Крыма, как отмечалось, являются поверхностью акустического фундамента.

В пределах осадочной толщи выделяются несколько поверхностей размыва. Во внешней части шельфа с ними связаны крупные аккумулятивные клиноформы. Судя по косослоистой записи (многочисленные косо наклоненные отражающие горизонты), они сложены грубозернистыми прибрежными фациями, которые образовывались в периоды низкого стояния уровня моря в ледниковые эпохи плейстоцена [20–22].

На сейсмоакустических профилях НСАП рейсов 115, 116 и 124 НИС “Профессор Водяницкий” в пределах траверса мыс Ай-Тодор–Ялта–Алушта выявлены погребенные палеорусла с характерной U-образной формой. Одно из зафиксированных палеорусел на меридиане мыса Ай–Тодор (Ласточкино Гнездо) плейстоценовой палеодолины показано на рис 3.

Рис. 3.

Фрагмент профиля 2 НСАП, показывающий палеорусло в районе мыса Ай-Тодор. Положение профиля 2 показано на рис. 1.

Другое плейстоценовое палеорусло, зафиксированное на меридиане города Ялта, показано на рис. 4. К погребенному руслу приурочены скопления газа, который в сейсмическом поле выражаются в виде аномалий, типа “яркое пятно”.

Рис. 4.

Фрагмент профиля 3 НСАП, показывающий палеорусло на меридиане города Ялта. Положение профиля 3 показано на рис. 1.

Еще одно палеорусло обнаружено на шельфе Крыма южнее города Алушта, на широте поселка Малый Маяк.

Плейстоценовые палеорусла Ай-Тодорское, Ялтинское и Маячное представляют, по-видимому, разветвленную сеть палеодолины реки Водопадная.

На приведенных разрезах НСАП отчетливо выделяются следующие сейсмокомплексы:

СК-7, ограниченный в разрезе сейсмическими горизонтами А6 и поверхностью дна, слагают новочерноморские (IVnč) и древнечерноморские (IVdč) слои голоцена, представленные илами с ракушкой и текучими глинами с органикой (суммарная мощность слоя по данным опробования и бурения на площадке ИГИ составляет 0.75–1.18 м). (табл. 1).

В открытом море подводный склон покрывается полосой средне- и мелкозернистых песков, иногда – с большим количеством ракуши. Пески переходят в песчанистые и алевропелитовые илы, которые слагают большую часть шельфа.

Грунтовые трубки на шельфе проходят 3 м, не достигая подошвы новочерноморских отложений. По-видимому, мощность их достигает иногда 10 м. Древнечерноморские илы – терригенные (темно-серые, бурые, до светло-бурого сапропелевые и желтовато-серые, темно-желтые и темно-коричневые – сапропелевидные) иногда с прослоями темно-серого среднезернистого песка с резким ровным контактом; залегают на новоэвксинских осадках.

В сейсмической записи СК-7 выглядит как покровно-облекающая фация, нивелирующая рельеф подстилающих отложений.

СК-6, ограниченный в разрезе отражающими горизонтами ОГ-А6 и ОГ-А5, представлен:

– поздними новоэвксинскими слоями (IIIne²) – текучие суглинки и глины, тонким слоем переменной мощности, подстилающие черноморские слои и нивелирующие неровности эрозионной поверхности в подошве;

– ранними новоэвксинскими слоями (IIIne¹) – мягкопластичные глины с прослоями песка, содержащего включения ракушки и гальку (глины соответствуют развитию трансгрессии новоэвксинского бассейна, а песок с ракушкой – временной остановке трансгрессии). Запись довольно высокоамплитудная, от параллельно-слоистой до пологоволнистой, местами с линзовидным рисунком отражений. Образует клиноформное аккумулятивное тело с косослоистой записью.

СК-5, ограниченный в разрезе отражающими горизонтами ОГ-А5 и ОГ-А4, соответствует полному карангатскому ритму осадконакопления верхнего неоплейстоцена (IIIkg), включающему осадки мелководных и глубоководных фациальных зон. В шельфовой части на фоне параллельно-слоистых отражений в пределах комплекса регистрируются линзовидные тела с косослоистыми отражениями. Сейсмокомплекс местами представлен хаотическими сейсмофациями с отдельными слабыми отражениями. Залегает несогласно на нижележащих отложениях конуса, заполняя неровности рельефа.

Глубже залегающие сейсмокомплексы соответствуют отложениям более древних неоплейстоценовых этапов существования черноморского бассейна:

СК-4, ограниченный в разрезе сейсмическими горизонтами А4 и А3, соответствует узунларскому этапу и характеризуется параллельно-слоистой записью; несогласно залегает на подстилающих отложениях, формирует аккумулятивное тело с налеганием на нижнюю часть материкового склона. Характер записи в пределах конуса – от бугристого до хаотического; выше по склону появляются слоистые сейсмофации.

СК-3, ограниченный в разрезе отражающими горизонтами А3 и А2, соответствует древнеэвксинскому этапу; отличается низкоамплитудной записью с сейсмофациальным рисунком отражений от бугристо-слоистого до слоистого. Верхняя часть иллюстрируется параллельно-слоистым типом записи с высокоамплитудными выдержанными отражениями. В пределах комплекса отмечены клиноформные аккумулятивные тела, связанные с отложением грубозернистых фаций в период регрессии.

СК-2, ограниченный в разрезе отражающими горизонтами ОГ-А2 и ОГ-А1, соответствует верхнечаудинскому этапу. Верхнечаудинские отложения представляют собой аккумулятивные валообразные образования с хаотичной или мелкобугристой формой записи, отвечающей регрессивному циклу. Отложения сейсмокомплекса облекают неровности подстилающей поверхности.

СК-1, ограниченный в разрезе отражающими горизонтами ОГ-А1 и ОГ-А, представляет собой среднечаудинские отложения, несогласно залегающие на складчатое основание разреза таврической серии, отделенное от вышележащих слоев четко выраженной поверхностью размыва.

С учетом изученности верхней части грунтовой толщи соседних участков прилегающего южно-крымского и керченско-таманского шельфа, а также результатов исследований фауны остракод в ближайших к району работ скважинах “Глубокая-1” и “Глубокая-2” можно утверждать, что в строении разреза выделенных сейсмокомплексов участвуют голоценовые ново- и древнечерноморские грунты (СК-7), новоэвксинские грунты верхнего неоплейстоцена (СК-6), карангатские и узунларские (СК-5, СК-4) и древнеэвксинские (СК-3) отложения среднего неоплейстоцена.

Сейсмокомплексы CK-2 и СК-1 представлены, по-видимому, более древними, ранними неоплейстоценовыми отложениями чаудинского ритма.

Таким образом, выделенные сейсмокомплексы соответствуют неоплейстоценовым и голоценовым этапам существования черноморского морского бассейна.

Нижние слои, ограниченные отражающими горизонтами ОГ-А и ОГ-V, по-видимому, имеют неогеновый возраст.

ВЫВОДЫ

1. На юго-восточном шельфе Крыма, на траверсе Алупка–Ялта–Алушта, выявлена погребенная речная долина, прежде лишь намечаемая рядом исследователей по изобатам западин. Уточнить ее положение в пределах шельфа поможет регулярная сеть профилей НСАП, выполнение которых планируется в следующих рейсах НИС “Профессор Водяницкий”.

2. Обнаруженная на шельфе юго-восточного Крыма палеодолина, по-видимому, связана с палеодолиной реки Водопадная. Выявленные палеорусла были зафиксированы по результатам 115-го рейса НИС “Профессор Водяницкий” и подтверждены работами 116-го и 126-го рейсов. В разрезе палеорусел выделяются семь сейсмостратиграфических комплексов (СК-1–СК-7), нижнеплейстоцен-голоценового возраста, слагающих разрез осадочного чехла юго-восточного шельфа Крыма.

3. Толща осадков, в составе сейсмокомплексов СК-1 и СК-2, представлена, отложениями единого ритма – длительного чаудинского трансгрессивного этапа (конец плиоцена–ранний плейстоцен) существования обширного солоновато-водного водоема чаудинского бассейна, который развивался в раннечаудинскую и позднечаудинскую эпохи. От последующего древнеэвксинского водоема чаудинский отделен глубокой и продолжительной регрессией, во время которой уровень моря упал на 40–60 м, что установлено по глубине врезания палеодолин на побережьях и шельфе по материалам НСАП. В период с начала среднего плейстоцена до первой половины позднего плейстоцена на месте Черного моря существовал обширный полуморской и морской водоем. По ряду характеристик бассейн резко отличался от предыдущего (древнеэвксинского) и последующего (новоэвксинского) водоемов. Зафиксированные на профилях НСАП косослоистые тела, представляющие собой аккумулятивно-абразионные образования, формировались в регрессивные эпохи, отвечающие четвертичным оледенениям.

4. При оценке разнородности слоистых пачек отложений в осадках, объединенных в составе сейсмокомплексов СК-3, СК-4 и CК-5 и определенного в скважинах ИГИ на структуре “Глубокая” возрастного диапазона накопления осадков, можно заключить, что период накопления отложений охватывает непрерывный этап истории существования осадочного бассейна (древнеэвксинского, узунларского, карангатского и посткарангатского). Этап раскрывает последовательность развития бассейна от солоновато-водного водоема к полуморскому и к нормально морскому.

5. Согласно данным бурения сейсмокомплекс СК-6 является новоэвксинским и фиксирует низкое стояние уровня Черного моря во время последней стадии валдайского оледенения. В это время формируются барьерные формы берегового рельефа. В ходе развития голоценовой трансгрессии эти барьерные формы распались на ряд локальных абразионно-аккумулятивных образований, которые представляют собой серию древних генераций береговых валов.

6. Полученные в 115-м, 116-м, 124-м и в 126-м рейсах НИС “Профессор Водяницкий” батиметрические и сейсмогеологические данные по шельфу Крыма уточняют имеющиеся сейсмостратиграфические и палеогеографические сведения о строении и плейстоцен-голоценовой истории развития акватории Черного моря.