WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 17 |

Первые в нашей стране детальные площадные исследования физических свойств донных осадков были проведены автором в содружестве с сотрудниками Акустического института и Атлантического отделения института океанологии АН СССР в 1968 г. на кавказском шельфе Черного моря, в 1968–1969 гг. на Балтике. В 1964 и 1969—1971 гг. эпизодические измерения скорости, плотности и гранулометрии были выполнены в колонках грунтов и драгированных образцах магматических пород в Атлантическом океане (Орленок, 1984).

Начиная с 1973 г. под руководством автора были развернуты детальные петрофизические исследования осадочных и магматических пород на больших площадях, охвативших как мелководные шельфовые бассейны (Балтийское, Черное, Баренцево моря), так и глубоководные районы Атлантического океана. Одновременно отрабатывалась методика наблюдений, набортных и лабораторных измерений различных петрофизических характеристик.

В результате проведенных исследований был получен большой материал по петрофизике осадочных и магматических пород дна шельфовых и глубоководных районов Мирового океана (Ильин, Орленок, Шурко, 1992).

Для получения более полной картины по петрофизической структуре глубоких горизонтов осадочной толщи океана и увязки с нею полученных параметров был проведен анализ данных измерений физических свойств горных пород в кернах почти 600 скважин “Гломар Челенджер” (Deep Sea Drilling Project, 1969—1983, тт. 1— 58).

Все это позволило получить представления о глубинной и пространственной изменчивости основных петрофизичесикх характеристик дна океана, выявить среди них ряд неизвестных закономерностей.

Наибольшее значение для целей морской сейсмоакустики имеет установление статистической зависимости между коэффициентом отражения, акустическим импедансом и литологией донных осадков различных геоморфологических провинций Мирового океана (Орленок, 1984). Уравнение, связывающее коэффициент оражения с акустическим импедансом наиболее полно описывает свойства осадочного вещества, т.к. в нем задействовано наибольшее число параметров, что приближает его к уравнениям состояния (V.1). В самом деле скорость звука и плотность в свою очередь являются функциями пористости, влажности, гранулометрического состава, которые зависят от характера залегания, возраста, термодинамических условий и т.д.

Таким образом, открывается возможность для разработки нового дистанционно-акустического метода определения литологии донных осадков без остановки судна для отбора проб грунта (см. гл.

VI).

§2. Петрофизика морских осадков Решение волнового уравнения для совокупности прямой, отраженной от дна и преломленной (проходящей) волны позволяет определить выражение для коэффициента отражения R (см. гл. III).

mcos - n2 - sinR =, (V.7) mcos + n2 - sin2 cгде m =,n =, — угол падения волны на границу вода—дно; 1, 1 cс1, 2, с2 — соответственно плотности и скорости звука в воде и породах дна. В случае критического угла sinк рит = n коэффициент отражения достигает максимального значения (R=1). Можно показать, что для закритического угла (sin>n) R( ) = R e-, где R=1, (V.8) sin2 - nа аргумент = ; для углов скольжения ;

mcos = - ( ) R = eiq, (V.9) m где q =.

n2 - Эти случаи дают описание волнового поля для ближней, средней и сверхдальней от источника зоны.

Как видим, в выражении входят параметры с1, 1, с2, 2, характеризующие акустическую жесткость придонного слоя воды и пород дна. Следовательно, для изучения дальнего и сверхдальнего распространения звука в море (особенно мелком, т.е. на шельфах и внутренних морях), необходимо знать физические свойства донных осадков и характер изменчивости их вдоль тех или иных направлений. Поскольку названные параметры определяются литологией осадков, то необходимо исследовать связи между акустическими и литологическими характеристиками. Ограниченный объем книги не позволяет нам дать полную информацию по петрофизике дна Мирового океана. Интересующихся читателей мы отсылаем к работе под аналогичным названием (Ильин, Орленок, Шурко, 1992). Здесь же мы рассмотрим данные по морям бассейна Атлантического океана и по глубоководным котловинам собственно океана. Однако заметим, что найденные закономерности изменения физических характеристик в осадках Атлантического океана сохраняются и для осадков Тихого и Индийского океанов (см. табл. V.14а).

Изучение комплекса физических характеристик, гранулометрии и литологического состава в донных осадках производились прямыми методами по образцам, поднятым на борт судна с помощью различных геологических орудий сбора (грунтовые трубки, дночерпатели, драги). Отбор проб производился, как правило, по сетке станций, охвативших все основные морфоструктурные элементы дна, что позволяло строить карты не только глубинного, но пространственного изменения изучаемых параметров. Измерения производились по всей длине колонки. Изучались: гранулометрия, минералогия, влажность, плотность (объемная и удельная), пористость, скорость звука, анизотропия скорости, коэффициент поглощения, магнитная восприимчивость, остаточная намагниченность, рассчитывались фактор Кенигсбергера, коэффициент отражения, акустический импеданс, пористость. По динамическим характеристикам отраженных волн рассчитывались спектры волн, спектральные коэффициенты отражения и поглощения, скорость звука в приповерхностном тонком слое. Для получения количественно обоснованных выводов о закономерностях изменения различных характеристик и выявления зависимостей и корреляционных связей между отдельными параметрами или их совокупностями применялся стандартный аппарат математической статистики.

Петрофизика донных осадков Балтийского моря По характеру изменения плотности (), скорости звука (с), влажности (W), акустическому импедансу (z=c) и др. Параметрами выделено пять типов осадков, различающихся также гранулометрическим составом и возрастом (Орленок и др., 1993): голоценовые пески, алевритовые и алеврито-пелитовые, пелитовые илы, голоценверхнеплейстоценовые ленточные глины и верхнеплейстоценовые моренные суглинки. Пески и алевриты покрывают дно мелководий и борта впадин, алеврито-пелитовые и пелитовые илы — центральные части Готландской и Гданьской впадин. По данным проведенного нами сейсмопрофилирования и полученных колонок грунтов моренные суглинки выходят на поверхность дна вдоль склонов этих впадин и, как правило, покрыты слоем ленточных глин мощностью 15—20 см. Установлена зависимость физических свойств осадков от их вещественно-генетического состава, рельефа и глубин дна. Так, скорость звука, плотность, коэффициент отражения, акустический импеданс, пористость и влажность голоценовых отложений сильно зависят от гранулометрического состава, который в свою очередь, контролируется глубиной моря и степенью удаленности от суши. С увеличением процентного содержания алевритовой и песчаной фракций значения, с, к, z закономерно возрастают, а W и n уменьшаются. Моренные суглинки представляют собой аномалию по всем параметрам. Несмотря на преобладание алевритово-пелитовой фракции (78%), они характеризуются пониженной пористостью и влажностью и наибольшими значениями скорости, плотности, акустического импеданса и др. Суглинки несут следы явного динамического уплотнения ледовой нагрузкой. В целом же физические свойства морских голоценовых отложений заметно отличаются от моренных и водно-ледниковых образований позднего плейстоцена.

Регрессионным анализом установлена корреляция между различными параметрами и гранулометрией. В частности, между акустическим импедансом и коэффициентом отражения обнаружена квадратичная зависимость с высоким коэффициентом корреляции (r=0,96) (рис.33):

z = 1,5 + 4,086k + 0,3116k.

Средние значения некоторых физических параметров донных осадков Балтийского моря приведены в таблице V.1.

Таблица V.Тип и возраст с, z, Wок, n,% R, _10- А,% осадков км/с % г/см3 кмг/см3с СГС Пески 1,61 1,56 2,51 31 71 0,28 39 2,Алевритовые 1,46 1,37 2,00 57 81 0,13 14 5,илы Алеврито- 1,47 1,188 1,73 64 86 0,06 13 5,пелитовые и пелитовые илы Ленточные 1,45 1,24 1,81 54 82 0,085 - 4,глины Q4–QМоренные суг- 1,61 1,72 2,53 27,8 69 0,27 30 6,линки QПримечание. _— коэффициент магнитной восприимчивости; А — акустическая анизотропия; Wок — океаническая влажность.

Статистический анализ петрофизических параметров Всего нами были проанализированы петрофизические характеристики в 550 образцах различных типов осадков Балтийского моря. По выбранному алгоритму составлены программы регрессионного анализа экспериментальных данных и произведены соответствующие компьютерные расчеты.

Регрессионный анализ установил корреляционные связи между различными физическими характеристиками, гранулометрией и литологией (табл. V.2). Выбирались только те пары физпараметров, где коэффициент корреляции превышал 0,750 (по модулю). Приведены лишь уравнения линейных корреляционных зависимостей.

Таблица V.Уравнения регрессии для петрофизических параметров четвертичных осадков Балтийского моря Петрофизи- N r Литология ческие па- Уравнения регрессии раметры I. Моренные c и z 92 0,872 с = 0,227 z + 0,суглинки c и R 89 0,759 c = 1,330 R + 1, 91 0, и z = 0,337 z + 0, 88 0, и R = 2,047 R + 0, 59 -0, и n = 3,722 - 0,029 n z и R 89 0,861 z = 5,823 R + 1,z и n 57 -0,755 z = 8,313 - 0,080 n W и n 59 0,931 W = 1,914 n - 103,II. Пески 5 0,с и c = 1,195 + 0,c и z 5 0,991 c = 0,377 z + 0,c и R 5 0,977 c = 2,661 R + 0, 5 0, и z = 0,269 z + 0, 5 0, и R = 1,959 R + 1, 10 -0, и n = 2,877 - 0,017 n z и k 5 0,992 z = 7,111 R + 2,W и n 10 0,979 W = 2,389 n + 137,W и Pпел 8 0,816 W = 0,287 Pпел + 19,III. Ленточные 183 0, и z = 0,557 z + 0,глины 181 0, и R = 2,405 R + 1,W и n 98 0,921 W = 2,143 n - 121,IV. Алевритовые 72 0, и z = 0,619 z + 0,илы 68 0, и R = 2,289 R + 1, 39 -0, и W = 1,834 - 0,010 W z и R 65 0,931 z = 3,902 R + 1,z и W 36 -0,807 z = 2,684 - 0,014 W R и W 32 -0,757 R = 0,273 - 0,003 W V. Алевритово- 182 0, и z = 0,612 z + 0,пелитовые илы 164 0, и R = 2,112 R + 1,z и R 162 0,845 z = 3,316 R + 1, 6 0, и Pпес = 0,094 Pпес + 0,W и n 90 0,968 W = 2,373 n - 141,Примечание: r — коэффициент корреляции; N — количество образцов.

Повсеместно установлены зависимости между с и z, с и R, и z, и R, Wок и n, и n, z и R.

В песчаных осадках при малом количестве выборок выявлена зависимость между c и, а также Wок и процентным содержанием пелитовой фракции (Pпел) (табл. V.2).

r = 0,925; c= 1,195 - 0,r = 0,816; Wок = 0,227 Pпел + 19,В алевритовых илах, при довольно значительном количестве просчитанных образцов (40) обнаружены зависимости между и Wок, z и Wок, R и Wок (табл. V.2):

r = -0,580 = 1,834 - 0,010 Wок;

r = -0,807 z = 2,964 - 0,014 Wок;

r = -0,757 R = 0,273 - 0,003 Wок.

В алевритово-пелитовых илах — между коэффициентом поглощения и содержанием песка:

r = 0,834 = 0,094 Pпес + 0,116.

В моренных суглинках — между пористостью и акустическим импедансом:

r = -0,755 z = 8,313 - 0,80 n.

Наиболее статистически значимые уравнения (при r>0,900) отмечены для петрофизических пар и z (во всех типах осадков), W и n (кроме алевритовых илов), c и z (пески), c и R (пески и алевритовые илы), z и R (пески и алевритовые илы), c и (пески). В последнем случае оба параметра (c и ) являются независимыми переменными в отличии от остальных пар, которые функционально связаны друг с другом.

Наименьшее количество корреляций при максимальном количестве образцов отмечается в ленточных глинах (всего три регрессионных уравнения), а максимальное количество регрессионных уравнений (по восемь—девять зависимостей) в песках и моренных суглинках.

Петрофизика донных осадков Баренцева моря Современный рельеф дна шельфа сформирован, главным образом, в ходе распада и деградации валдайских ледниковых покровов и последующего морского седиментогенеза. Морской голоцен выполняет впадины дна и желобов. Его мощность здесь достигает 70—см и сокращается до 0—20 см на вершинах банок. Осадки представлены алеврито-пелитовыми илами и глинами с прослоями мелкозернистых песков. В основании голоценовых осадков залегают суглинки позднего плейстоцена с гравием и галькой. В низах трехметровых колонок споро-пыльцевым анализом удается датировать эти отложения аллередом (11 тыс. лет), т.е. как и в Балтийском море рубеж голоцена и плейстоцена проходит по границе двух существенно различных литологических комплексов, что находит отражение и в смене их физических свойств. Нами выделено три характерных типа осадков — голоценовые илы морского генезиса, верхнеплейстоценовые ленточные глины и суглинки водно-ледникового происхождения (табл. V.3).

Таблица V.Тип и воз- с, z, R Wок, n,, _10-6, раст осадков км/с % % г/см3 кмг/см3с СГС с/смАлевритово- 1,35 1,49 1,99 0,137 5–115 - 85 пелитовые илы, QПески и суг- - 1,82 - - - 2,71 31,7 линки QЛенточные 1,46 1,67 2,43 - - - 58,5 глины, QСуглинки, - 1,93 - - 5 –115 2,71 28,6 QГлины и 1,72 1,98 3,40 - 5 –115 2,71 24,1 суглинки, QВлажность и пористость осадков плейстоцена с глубиной уменьшаются при одновременном возрастании плотности и скорости звука. Среднее значение магнитной восприимчивости составляет 2610-6 СГС. Уплотнение плейстоценовых “древних” глин, почти не содержащих грубообломочного материала, обусловлено, по всей вероятности, давлением небольших поздневалдайских ледников. Если бы массивы этих ледников были значительными, то эта маломощная (4—5 м) толща была бы просто выдавлена или расплющена. Литология и структура древних и ленточных глин указывают, что они формировались в результате деятельности флювиогляциальных потоков, вытекающих из под мнгочисленных и маломощных поздневалдайских покровов, существовавших на банках и островах. В голоценовых осадках все физические параметры меняются незначительно.

При этом наблюдаются небольшие положительные и отрицательные градиенты, вызванные прослоями алевритового и пелитового материала. Регрессионный анализ вскрывает в основном линейную зависимость между параметрами и гранулометрией, но с меньшими коэффициентами корреляции, чем в осадках Балтийского моря (рис.

34). Однако сохраняется высокая корреляционная связь между импедансом и коэффициентом отражения (R=0,98): z = 4,22 + 1,43.

Сравнение построенных на основании полученных данных карт различных физических параметров осадков Баренцева шельфа и Балтийского моря, а также характера их изменения с глубиной по колонкам обнаруживает много общего. Эта общность обусловлена единством генезиса отложений, формировавшихся под динамическим воздействием ледников, особенно последней валдайской фазы оледенения и эвстатических колебаний уровня моря.

Петрофизика донных осадков шельфа Черного моря На северо-Западном шельфе моря вибро-поршневыми трубками нами было вскрыто несколько типов разновозрастных осадков.

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 17 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.