CC BY
50
УДК 550.834 + 552.143 В.Г. Лужецкий
ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск
ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩЕЕ СЕЙСМОПРОФИЛИРОВАНИЕ ТЕЛЕЦКОГО ОЗЕРА
V.G. Luzhetskiy
Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS,
Acad.Lavrentiev Ave., 6, Novosibirsk, 630090, Russia
HIGH-RESOLUTION SEISMOPROFILING OF LAKE TELETSKOYE
The results are presented for high-resolution seismoacousic profiling at Lake Teletskoye within the regions of Koldor, Lepneva Ridge, Yailyu, Korbu and Ezhon. The time sections obtained are pointing to the fine structure of top layers of bottom sediments.
The mini-profiles show the presence of glacial and interglacial horizons from MIS 1 up to MIS 9. The method is developed for «borehole-free» determining the sedimentation rate and the age of lakes based on the use of glacial-interglacial stages and high-resolution time sections which is of high efficiency concerning both the costs and the quickness of final results obtaining.
The sedimentation rate for Koldor within Holocene amounts to 50 mm/kyr, and the age of the sediments is more than 10 million years whereas now the age for this area is considered to be of 20 - 30 thousand years. The substantiations of such a discrepancy are presented and it is concluded that Lake Teletskoye is ancient rather than young.
К глубоководным водоемам Сибири относятся озера: Байкал (S = 31 500 км2, Н = 1 620 м); Хантайское (S = 822 км2, Н = 420 м) и Телецкое (S = 223 км2,
Н = 325 м).
При исследовании процессов осадконакоплений обычно используют пробоотбор с помощью грунтозаборных трубок, бурение глубоководных скважин и геофизические методы. Подробно изучены осадки на Байкале, где взяты сотни проб с помощью трубок во многих районах озера и пробурено в зимнее время 5 скважин за период 1993-1999 годы. На Телецком озере с помощью трубок уже многие годы проводятся работы по изучению современного осадконакопления. Нет какой-либо информации по осадкам Хантайского озера, расположенного за Полярным кругом в Красноярском крае. Результаты изучения осадконакоплений на Телецком озере наиболее полно представлены в [1, 2].
Для изучения верхних слоев осадков наиболее пригоден метод непрерывного сейсмопрофилирования с использованием
высокоразрешающих геопрофилографов. Такой геопрофилограф мы разработали и работаем с ним на глубоководных озерах Сибири [3]. Геопрофилограф предназначен для получения временных разрезов (сейсмопрофилей) высокого разрешения. Принцип его действия состоит в генерации звуковых волн, одноканальном приеме отраженных сигналов, их регистрации в цифровом виде с помощью ноутбука и визуализации разреза на его экране для оперативного контроля качества работы тракта «излучение-
прием». Работает геопрофилограф точно так, как и эхолот, но только он «заглядывает» глубоко в осадки за счет увеличения излучаемой энергии и снижения частотного диапазона.
Основные его особенности: разрешение - 30 см и менее; приемник -гидрофон; излучатель - бумер; энергия излучения 200-400 Дж; небольшая масса и малое энергопотребление (работает от аккумуляторов).
Основная цель экспедиции на Телецком озере в 2007 году состояла в изучении осадков в разных районах озера. Профилирование осуществлялось с использованием моторной лодки типа «Прогресс», приемник отраженных сигналов (гидрофон) погружался в воду на 20 м, а для выхода в центральную часть каждого участка использовался GPS приемник.
На рис. 1 приведена батиметрическая карта [2], на которой показаны места работ: 1 - Колдор; 2 - хребет Лепневой; 3 - Яйлю; 4 - Корбу; 5 - Ежон.
1
1 аиаоо7 " иЮТ'” г ‘ 1 г*»*** тг'шш фг'йф
Рис. 1. Батиметрическая карта Телецкого озера [2]
На рис. 2 приведены временные разрезы четырех минипрофилей, где под каждым профилем дана его краткая характеристика (название участка, количество трасс и двойное время в мс - толщина осадков). На профилях видны слои, относящиеся к ледниковым и межледниковым горизонтам или морским изотопным стадиям (МИС). Так, в разрезах Корбу и Ежона видны слои до МИС 5, а в Яйлю и Колдоре - МИС 7.
Длительности голоценовых слоев (МИС 1) для разных участков озера показаны на рис. 3, чтобы перейти непосредственно к толщинам слоев в метрах для скорости звука 1400 м/с, необходимо шкалу времени умножить на коэффициент 0,7.
Определим скорость осадконакопления в Колдоре как У3=ЫТ, где Ь -длина «керна» (толщина всех слоев осадков), Т - время формирования осадков. Длину «керна» найдем, пользуясь разрезом трассы, показанной на рис. 4, где шкалу времени необходимо умножить на 4 (масштабный коэффициент).
Рис. 3. Двойное время голоценовых слоев для 5 участков озера
Длина Ь = V х Тм18 х 0,5, где V - средняя скорость звука в осадках, которую принимаем равную 1 400 м/с; Тт^8 - двойное время для МИС 8, которое равно 0,012 с. Отсюда Ь = 1 400 х 0,012 х 0,5 = 8,4 м или 8 400 мм. Время Т для МИС 8 соответствует 300 тыс. лет (по изотопным
Колдор-2
Корбу-2б1х-30 мс
Яйдю-391х-50тс
Рис. 2. Временные разрезы для 4 минипрофилей
Время, мс
4
1 - Колдор.
2 - Хребет Л впив вой.
3 - Яйлю.
2
3
Участки
стратиграфическим данным). В результате получим, что Vs = 8 400 / 300 000 = 0,028 мм/год.
Рассчитаем возраст (age) озера, как А = H/Vs, где Н - толщина всех слоев осадков до фундамента; Vs - скорость осадконакопления. Для южной части озера считают, что Н равна 1 000-3 000 м [2], а по нашим данным для Колдора Н не менее 500 м. Тогда возраст составит 500 000/0,028 = 18 млн. лет!
Для сравнения определим возраст озера по голоценовым отложениям. На ранее приведенном графике Tmis1 = 0,008 с и L = 600 мм. Время Т = 11 000 лет для МИС 1, а скорость осадконакопления Vs = 600/11 000 = 0,05 мм/год. Теперь возраст будет равен 500000/0,05 = 10 млн. лет.
Выполненные в 1994 году геофизические работы по сейсмопрофилированию озера показали, что верхний сейсмокомплекс представляет тонкослоистые осадки толщиной 30-40 м и которые образовались15-20 тыс. лет назад после последнего обрушения, обусловленное накоплением отложений террасы Беле. Время формирования комплекса было оценено по скорости накопления верхнего слоя осадков (1,52 мм в год) [2, 3].
L2 ZS ■* I •44»
«i
1*4
иг
11.1 Ц1 9S
tv
АЛ ZS 12
Рис. 4. Отраженный сигнал (разрез трассы), иллюстрирующий последовательность и временные параметры МИС
Такой ошибочный вывод по скорости осадконакопления и возрасту можно объяснить следующими причинами: ранее при определении возраста использовались скорости осадконакоплений, которые наблюдают сейчас в современных условиях, а они могут быть в сотни раз больше, так как осадки не уплотнены и не «сгорели»; при сейсмопрофилировании использовались
низкочастотные волны, которые не выделяют тонкослоистые границы; толщина осадков составляет не 3О-4О м, а более 5ОО м.
В работе [4] сделан вывод о том, что для Телецкого озера характерно двухслойное строение придонных осадков, при этом самый верхний слой до глубины 0,7-1 м сложен желтыми алевритовыми илами, а глубже залегают вязкие голубые глины, представляющие основное препятствие для термозонда. Если бы скорость осадконакопления была 2 мм/год, то за время голоцена толщина осадков составила бы 22 м, а при этих условиях не было бы никаких препятствий для заглубления термозонда.
Осадки озера представляют не только большое препятствие для проникновения термозонда, но они сильно влияют и на поведение звуковых волн, которые не затухают в слое голоцена, а многократно отражаются, но не от него (он очень тонкий), а от границ конца последнего ледникового периода (МИС 2). Во временных разрезах наблюдаются 4-6-кратные отражения от дна, тогда как на Байкале - однократные и слабые двукратные. Слои ледниковых горизонтов имеют высокую плотность и их можно отнести к «наноструктурам», а межледниковые слои - «микроструктурам».
После анализа минипрофилей на Ежоне появилось предположение, что здесь наблюдается очень тонкий слой залежи газогидрата и основанием для такого утверждения является наш опыт работы по изучению газогидратов на Байкале. Для окончательного заключения требуется проведение дополнительных работ по профилированию озера и изучению газового состава воды и кернов из грунтозаборных трубок.
Телецкое озеро является уникальным объектом по изучению осадков и климата прошлых лет, для чего необходимо выполнить глубоководное бурение скважины. Однако это не простой вопрос, видимо, в первую очередь следует использовать грунтозаборные трубки, обеспечивающие подъем керна (10-15 м), чтобы «заглянуть» на 500-6ОО тысяч лет назад. Скважину следует бурить в самом спокойном месте в Колдоре при глубине воды 25О м.
Выполненные в разных участках Телецкого озера экспериментальные работы по высокоразрешающему сейсопрофилированию подтверждают то, что озеро не молодое, и пока еще не ясно, кто из них древнее - Байкал или Телецкое? Полученный результат, возможно, потребует пересмотра с новых позиций вопросов геологической структуры телецкого бассейна.
Метод «бесскважинного» определения скорости осадконакопления и возраста озер на основе использования ледниково-межледниковых стадий и временных разрезов высокого разрешения является высокоэффективным как по затратам, так и скорости получения конечных результатов.
Работа выполнялась по проекту «Экспедиции СО РАН на 2007 год».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Селезнев В.С., Николаев В.Г., Буслов М.М. и др. Структура осадочных отложений Телецкого озера по данным непрерывного одноканального сейсмопрофилирования // Геология и геофизика. - 1995. - Т. 36. - № 1О. - С. 123-132.
2. Физико-географическая и геологическая характеристика Телецкого озера /Под ред. В. Селегея, Б. Дехандсхюттера, Я. Клеркса, Е. Высоцкого. Королевский музей Центральной Африки, Департамент геологии и минералогии, 2001. - 310 с.
3. Лужецкий В.Г. Сейсмоакустический комплекс высокого разрешения / В.Г. Лужецкий // Сб. матер. междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2ООб». - Новосибирск: СГГА, 200б. - Т. 5. - С. 1бб-170.
4. Дучков А.Д., Клеркс Ж., Казанцев С.А. Тепловой поток Телецкого озера // Геология и геофизика. - 1995. - Т. 3б. - № 10. - С. 143-147.
© В.Г. Лужецкий, 2008
