CC BY
71
УДК 551.46 (268.8)
Е.Г. Маев1, В.И. Мысливец2, А.С. Зверев3
СТРОЕНИЕ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ОСАДКОВ
И РЕЛЬЕФ ДНА ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА АЗОВСКОГО МОРЯ
Выполнено сейсмоакустическое профилирование в акватории Таганрогского залива Азовского моря. Залив имеет эрозионное происхождение и представляет собой долину Пра-Дона, расширенную процессами абразии, оползания и т.д. Под слоем современных осадков выявлена поверхность размыва, связанная с понижением уровня моря в эпоху фа-нагорийской регрессии в античное время. Отмели (банки) на дне залива, аккумулятивные тела которых наложены на поверхность размыва, имеют послефанагорийский возраст. В настоящее время они являются отмершими, погребенными формами. Определена скорость осадконакопления 0,25—0,5 м за тысячу лет.
Ключевые слова: Азовское море, рельеф дна, донные отложения, сейсмоакустические методы, палеогеография.
Введение. Таганрогский залив — крупнейший залив Азовского моря, протянувшийся с востока (от устья Дона) на запад на 120 км при ширине от 21 км в районе Таганрога до 54 км вблизи выхода в Азовское море. Залив мелководный, глубина в пределах большей его части не превышает 5—7 м. Ложбина залива — непосредственное продолжение на запад долины нижнего течения Дона, что подчеркивает их генетическую связь.
Несмотря на многолетнее изучение геологии дна Азовского моря и сопредельных территорий [2—6, 8], многие его проблемы остаются изученными слабо. К ним относятся вопросы палеогеографии ранних этапов новейшей истории, чередование морских и континентальных обстановок рельефообразования и осадконакопления, события последних тысячелетий и ряд других.
Сотрудники кафедры геоморфологии и палеогеографии географического факультета МГУ при финансовой и технической поддержке Южного научного центра РАН провели в сентябре 2006 г. сейсмоакустические исследования в Таганрогском заливе. Насколько известно, подобные работы здесь проводились впервые. В задачи работ входила оценка сейсмогеологических условий в районе исследований с целью выбора оптимальной методики сей-смопрофилирования, а также получение новой информации о геолого-геоморфологическом строении дна Таганрогского залива. В статье изложены итоги этих исследований — описаны аппаратура и методика работ, приводятся результаты сейсмоакусти-ческого профилирования, сделанные на их основе геоморфологические и палеогеографические выводы.
Геолого-геоморфологическое строение региона.
В геоморфологическом отношении территория, прилегающая к Таганрогскому заливу, состоит из трех районов [7]. Первый — Северное Приазовье, где развиты плиоцен-плейстоценовые равнины с овраж-но-балочным расчленением. Водораздельное плато представляет собой пластовую равнину, в прибрежной части она сменяется аккумулятивными аллювиальными и морским равнинами. Последние образованы комплексом высоких плейстоценовых террас и протягиваются узкой полосой вдоль северного берега залива, их ширина составляет 2—3 км, а в районе Таганрога — до 7—8 км. В этом районе преобладают абразионно-обвальные берега с высотой клифа до 35—40 м, чередующиеся с аккумулятивными косами. Береговой уступ сильно расчленен оврагами и балками, а наличие висячих русел свидетельствует о большой скорости абразии.
Второй район — Восточное Приазовье. Здесь развиты плиоцен-плейстоценовые аккумулятивные равнины, формировавшиеся в условиях устойчивого погружения. Овражно-балочная сеть развита слабо; речные долины врезаны неглубоко, а уклоны речных русел невелики. К югу от Таганрогского залива поверхность имеет высоту не более 50 м и входит в состав Азово-Кубанской низменности. У берега низменность переходит в поверхность морских террас, обрывающихся к заливу абразионными и абразионно-обвальными берегами. Небольшие участки аккумулятивных берегов образованы скоплениями ракуши.
Третий район — дельта Дона и его притоков. К ней приурочена террасовая равнина аллювиаль-
1 Кафедра геоморфологии и палеогеографии географического факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, вед. науч. сотр., канд. геол.-минер. н., e-mail: [email protected]
2 Кафедра геоморфологии и палеогеографии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, вед. науч. сотр., канд. геогр. н., e-mail: [email protected]
3 Кафедра геоморфологии и палеогеографии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, науч. сотр., e-mail: [email protected]
ного, морского и смешанного происхождения, сложенная двумя надпойменными террасами и поймой. Ширина пойменной равнины Дона достигает 12—15 км, отметки поверхности колеблются от 0,5 м в устье до 12 м в районе Цимлянского водохранилища [7].
В тектоническом отношении область Таганрогского залива расположена в зоне контакта крупнейших структурных элементов — древней Русской плиты на севере и эпигерцинской Скифской плиты на юге. Вдоль северного побережья залива расположен Азовский массив Украинского кристаллического щита Восточно-Европейской платформы.
Кайнозойские тектонические движения характеризовались преобладанием элементов субширотного кавказского направления, которые сменялись близмеридиональными поднятиями и опусканиями. Для первых характерны трансгрессии и регрессии моря со стороны Предкавказского прогиба; вторые в сочетании с первыми проявились в формировании Волго-Донского водораздела, развитии флюви-альных процессов на месте будущего Таганрогского залива и нижнего течения Дона.
Из событий новейшего времени, приведших к осушению залива и развитию на территории его дна субаэральных денудационных процессов, упомянем крупную новоэвксинскую регрессию 17—20 тыс. л.н., во время которой вся область Азовского моря превратилась в низменную равнину, дренируемую Доном и его притоками, а также понижение уровня во время фанагорийской регрессии 2—2,5 тыс. л.н. Величину понижения уровня во время этой регрессии разные авторы оценивают по-разному, но, видимо, она составляла не менее 5 м [1, 9]. Таганрогский залив при этом должен был превратиться в сушу, на которой было расположено ныне затопленное продолжение русла Дона.
Аппаратура и методика сейсмоакустических работ. При работах в Таганрогском заливе использовался сейсмоакустический комплекс "Геонт-шельф" производства ООО "Спектр-геофизика". Комплект включает сейсмический накопитель энергии 8РБ8-270; сейсмический электродинамический излучатель (бу-мер); сейсмический электроискровой излучатель (спар-кер); приемное устройство — косу; персональный компьютер; программируемый усилитель с АЦП; программное обеспечение для сбора, воспроизведения и обработки данных.
Из-за небольшой глубины в районе исследований и необходимости получить данные с максимальным разрешением по мощности слоев использовали высокочастотный излучатель типа бумер. Накопитель обеспечивает энергию в 270 Дж при рабочем напряжении до 3000 В. При этом максимум спектра излучаемого импульса приходится на частоту 4 кГц. Для приема отраженного сигнала служит маслонаполненное приемное устройство — коса, длина косы 1 м, диаметр 22 мм, распределение чув-
ствительности прямоугольное. В косе — 6 гидрофонов. Сейсмический источник и приемная коса находились на катамаране, который буксировали на расстоянии 5—10 м за судном и в 1—2 м от кильватерной струи. Регистрация сигнала велась в диапазоне частот от 1000 до 4000 Гц, задержка не вводилась. Период дискретизации был выбран равным 50 мкс, число выборок — 1000. Таким образом, регистрируемое временное окно составляло 50 мс, что при скорости звука в воде 1500 м/с соответствует диапазону 37,5 м. Период возбуждения был выбран равным 0,75 с.
Результаты сейсмоакустического профилирования в Таганрогском заливе. В ходе работ было отработано несколько сейсмоакустических профилей общей протяженностью более 100 км, ориентированных различно, но в основном поперек к простиранию ложбины залива (рис. 1). В самой мелководной придельтовой части залива сейсмоакустиче-ское профилирование выполняли с использованием катера "Master". В более глубоководной области работы проводились с малотоннажного судна типа "Ярославец".
На всех профилях наиболее жесткой акустической границей оказался раздел вода—дно (граница Д), характеризующий строение донного рельефа. Отметим, что сейсмоакустические профили с определением координат местоположения судна с помощью GPS представляют собой вполне кондиционный материал для изучения рельефа дна.
Судя по полученным профилям, дно Таганрогского залива характеризуется сглаженным пологовол-нистым рельефом. Основная форма рельефа (форма первого порядка) — сама ложбина залива, представляющая собой почти плоскодонное корытообразное понижение с минимальным наклоном дна (несколько минут). Максимальные значения глубины (до 5—7 м) тяготеют к зоне тальвега, очень слабо выраженного морфологически.
Формы второго порядка — многочисленные отмели-банки, обычно представляющие собой подводные продолжения береговых форм — аккумулятивных кос. Они выражены очень пологими валами с относительной высотой до 2—3 м при ширине до 1,5—1,8 км. Протяженность их весьма значительна — до 8—15 км и более. Упомянутые косы значительно меньше Бердянской, Обиточной и других крупных кос открытой части Азовского моря.
На многих участках профилей выявлены и другие акустические границы, расположенные под поверхностью дна и характеризующие строение толщи донных осадков и частично пород коренного ложа залива.
Среди таких поддонных акустических границ наиболее широко распространена (присутствует почти на каждом из профилей) региональная отражающая поверхность (А), подстилающая слой нор-мальнослоистых донных отложений. Поверхность
Рис. 1. Схема района работ: 1 — сейсмоакустические профили; 2 — изобаты
ных с названными прослоями (граница А1), показано условно.
Поверхность А обычно выровнена, что особенно характерно для западных районов дна залива. Однако в некоторых местах, преимущественно в придельтовой части, она имеет расчлененный микрорельеф, который характеризуется чередованием возвышений (гребнеобразных или со сглаженными очертаниями) с аналогичными по морфологии отрицательными формами микрорельефа с относительной высотой 0,1—0,5 м при ширине до 50—150 м.
Отложения, залегающие ниже поверхности А, отличаются акустической прозрачностью и, как правило, не содержат выдержанных отражающих площадок. В единичных случаях встречены фрагменты таких площадок (Б1, Б2 на рис. 2), залегающие слабо наклонно непосредственно под поверхностью А и как бы срезаемые ею. Они очень полого падают в сторону осевой зоны ложбины залива (угол падения 0°06'). Это могут быть фрагменты поверхностей напластования пород коренного ложа залива, хотя возможно, что отдельные из них могут представлять собой более древние денудационные поверхности, чем граница А, являющиеся разновозрастными элементами строения борта древней ложбины Таганрогского залива.
Расчлененность рельефа поверхности А и тот факт, что она срезает слои подстилающей толщи, позволяют предполагать, что это поверхность размыва, сформированная в субаэральной обстановке во время одной из последних регрессивных фаз Черного и Азовского морей. Поскольку над поверхностью А лежат согласно залегающие нормально-
погребена под слоем осадков, но отмечены случаи выхода ее на поверхность дна там, где мощность перекрывающего слоя осадков сокращается (вплоть до полного выклинивания), что наблюдается на профилях, проходящих вблизи морского края дельты Дона. К западу, с увеличением глубины, мощность слоя осадков увеличивается и достигает 1 м и более. Там же на некоторых сейсмоакустиче-ских профилях проявляется стратифицированность этого слоя, в нем прослеживаются два или даже три прослоя. Подобная нормальнослоистая текстура отложений может свидетельствовать о стабильной седиментационной обстановке. Однако выделить конкретные прослои не представляется возможным, поскольку их мощность близка к пределу разрешающей способности использованного варианта метода профилирования. На сводном профиле (рис. 2) положение отражающих площадок, связан-
А,
2 А/ "" /1
Рис. 2. Сводный профиль сейсмогеологического строения дна Таганрогского залива. Отражающие поверхности: Д — поверхность дна моря; А — поверхность размыва эпохи фанагорий-ской регрессии; А1 — поверхности наслоения в толще морских осадков послефанагорийского времени; Б1 — поверхности наслоения пород коренного ложа долины залива; Б2 — элементы денудационной поверхности подводного берегового склона древнего залива (предположительно)
слоистые осадки, очевидно, что формирование этой денудационной поверхности следует увязывать с фа-нагорийской регрессивной фазой, имевшей место около 2 тысяч л.н. и закончившейся в первых веках I тысячелетия н.э. По данным П.В. Федорова, уровень моря в эпоху фанагорийской фазы опускался на 5—6 м (возможно, на 6—7 м) ниже его современного положения [9]. При таком снижении уровня вся исследованная нами часть Таганрогского залива осушалась и вышедшая из-под уровня моря поверхность дна за пределами русла Дона подвергалась воздействию субаэральной денудации. Затем морские воды последовавшей нимфейской трансгрессивной фазы вновь затопили эту территорию и часть донского русла. Восстановился прерванный процесс морского осадконакопления, приведший к образованию слоя осадков, которые перекрыли погребенную под ними поверхность размыва и обусловили выравнивание рельефа дна залива.
По полученным нами сейсмоакустическим данным, глубина залегания денудационной поверхности А в восточной части залива вблизи устья Дона составляет примерно 1,5 м ниже уровня моря, по мере удаления от дельты она увеличивается. На самых западных профилях граница А отмечена на глубине 6,5—7 м, что хорошо согласуется с приведенными выше данными П.В. Федорова. Это обстоятельство подтверждает правильность сопоставления времени формирования поверхности с эпохой фа-нагорийской регрессии.
Характер устья Дона во время этой регрессии, расположение дельты и особенности аккумуляции речных наносов требуют дальнейшего изучения.
Приняв возраст погребенной поверхности равным 2 тыс. лет, можно оценить темп осадкона-копления за послефанагорийское время. При мощности слоя осадков 0,5—1 м скорость седиментации составляла 0,25—0,5 м за тысячу лет (или 0,25—0,5 мм/год).
Представляет интерес строение многочисленных банок, осложняющих выровненный в целом рельеф дна залива. Накопление слоя осадков над поверхностью А привело к выравниванию всех неровностей этой фанагорийской погребенной поверхно-
сти. Однако наряду с выравнивающей ролью эти же послефанагорийские осадки на ряде участков дна Таганрогского залива сформировали названные специфические формы рельефа — банки.
Из анализа сейсмоакустических профилей (рис. 3) следует, что банки являются наложенными, наносными формами. Все они подстилаются поверхностью размыва (граница А) и, следовательно, имеют по-слефанагорийский возраст. Мощность аккумулятивных тел этих форм достигает 1,5—2,5 м.
Аккумулятивные тела банок имеют двухъярусное строение. Выделяется внутренняя часть — ядро банки, акустически прозрачное или с хаотическим рисунком фрагментарных отражений (рис. 3). В одном случае отмечены признаки слабо выраженной косослоистой текстуры. Это свидетельствует, что названные аккумулятивные формы возникли при специфическом активном литодинамическом режиме.
Второй ярус — слои, облекающие ядро. Их строение обычно неясное, четкий рисунок отражений не наблюдается. Однако на некоторых профилях проявляется нормальнослоистая текстура, что свидетельствует о нормальном режиме морского осад-конакопления и стабильности седиментационной обстановки. Облекающая толща включает по крайней мере два согласно залегающих слоя осадков. По-видимому, здесь мы имеем дело с отмершими аккумулятивными образованиями, которые следует относить к категории погребенного рельефа.
Заключение. Обработка литературного материала и полученные нами данные показали, что Таганрогский залив имеет эрозионное происхождение и представляет собой долину крупной реки — Пра-дона, расширенную процессами абразии, оползания и т.д. Самое раннее проявление флювиальных процессов могло быть в мэотическое время, но наиболее вероятно оно относится к позднему плиоцену, к хапровскому времени. Переуглубления разрабатывались и позже, т.е. в плейстоцене.
Выявленная сейсмоакустическими исследованиями эрозионная поверхность под слоем осадков на глубине в несколько метров имеет, вероятнее всего, фанагорийский возраст и связана с понижением уровня моря в античное время при полном
осушении залива. Аккумулятивные формы рельефа — косы и банки — имеют возраст не более 2 тыс. лет и не обнаруживают признаков унаследованности. Подводные банки, аккумулятивные тела которых наложены на фанагорийскую поверхность размыва, в настоящее время являются отмершими, погребенными формами. Полученные материалы позволяют определить скорость осадконакопления.
Выработаны рекомендации по аппаратурному и методическому обеспечению сейсмоакустических исследований в районе Таганрогского залива и в прилегающих частях Азовского моря. С учетом анализа полученных данных представляется необходимым
проведение дополнительных геофизических исследований в этом районе, причем желательно использовать сейсмоакустическое профилирование с более низкочастотными источниками: спаркером на 500—1000 Гц и бумером на 2—3 кГц с защитой от влияния волнения, а также модификацию метода отраженных волн, позволяющего получить скоростные характеристики среды. На глубине воды до 1,5 м можно дополнительно использовать электромагнитные методы — георадарное профилирование и частотное зондирование с электрическим диполем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балабанов И.П., Измаилов Я.А. Изменение уровня и гидрохимического режима Черного и Азовского морей за последние 20 тысяч лет // Водн. ресурсы. 1988. № 6. С. 32-41.
2. Геология Азовского моря. Киев: Наукова думка, 1974.
3. Геология СССР. Т. 46. М.: Недра, 1970.
4. Горецкий Г.И. Палеопотамологические эскизы Па-лео-Дона и Пра-Дона. Минск: Наука и техника, 1982.
5. Лебедева Н.А. Антропоген Приазовья. М.: Наука, 1972.
6. Попов Г.И. Плейстоцен Черноморско-Каспийских проливов. М.: Наука, 1983.
7. Разрез новейших отложений Северо-Восточного Приазовья. М.: Изд-во МГУ, 1976.
8. Семененко А.Н., Сиденко О.Т. Отражение глубинных структур в морских четвертичных отложениях центральной части Азовского моря // Позднечетвертичная история и седиментация окраинных и внутренних морей. М.: Наука, 1979. С. 48—59.
9. Федоров П.В. Плейстоцен Понто-Каспия. М.: Наука, 1978.
Поступила в редакцию 14.07.2008
E.G. Mayev, V.I. Myslivets, A.S. Zverev
STRUCTURE OF THE UPPER SEDIMENT LAYER
AND THE BOTTOM RELIEF OF THE TAGANROG BAY OF THE AZOV SEA
Acoustic measurements in the Taganrog Bay of the Azov Sea were carried out. The bay of erosion genesis is a valley of the Ancient Don River which was widened by abrasion, land sliding and other processes. The erosion surface was found under the recent sediment layer. It dates back to the Phanagorian regression of the Ancient times. Shoalbanks at the bottom of the bay overlaying the erosion surface are of the Post-Phanagorian age. At present they are dead and buried forms of relief. The rate of sediment accumulation was estimated at 0.25-0.5 m per 1 thousand years.
Key words: the Azov Sea, bottom relief, bottom sediments, acoustic methods, palaeogeography.
