THE ANALYSIS AND GENERALIZATION OF THE SECOND ECHOSOUNDING DATA IN THE NORTHWEST SECTION OF THE BLACK SEA SHELF
YU.D. EVSYUKOV, V.I. RUDNEV
Summary
On the outer continental shelf of a northwest part of the Black Sea the detailed researches of bottom relief were fulfilled on two ranges. Bathymetric and geomorphological maps, schemes and survey profiles of a bottom surface were compiled. Shelf edge, submarine valleys and deltas of the Dnieper, Dniester, and other rivers, steps of the terraces formed during the sea regressions (80-100 and 130-140 m below sea level), rills and ridges are the most prominent forms. In the N-Q stage bottom relief formation was governed in the first place by neotectonic movements, and also by accumulation, abrasion, and erosion.
УДК 551.435.32^556.555.6(282.251.2)
© 2013 г. Г.А. КАРНАУХОВА, Т.М. СКОВИТИНА
ФОРМИРОВАНИЕ ДОННЫХ ОСАДКОВ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ АНГАРСКИХ ВОДОХРАНИЛИЩ1
Введение
Строительство каскада ГЭС на Ангаре привело к затоплению речной долины на протяжении более 1000 км и созданию на юге Восточной Сибири серии водохранилищ - Иркутского, Братского, Усть-Илимского (рис. 1). Общая площадь, попавшая в зону затопления, составила 7500 км2, а объем водохранилищ - 235 км3. Иркутское водохранилище является озерно-речным, Братское и Усть-Илимское - долинными. Ложе и береговая зона созданных водоемов сложены породами докембрия, палеозоя, мезозоя и кайнозоя, неоднородными по литологическому составу и инженерно-геологическим свойствам. При эксплуатации водохранилищ идут процессы, которые представляют собой "...переустройство профиля подводной и надводной частей берега ... водоема в результате волновой абразии, обвальных, осыпных, оползневых, просадочных, суффозионных, эрозионных и других процессов в зоне уреза воды, а также аккумуляции размытых и обрушившихся пород и перенос наносов вдольбереговыми течениями" [1, с. 112].
Обеспечивая регулирование водного стока, ангарские водохранилища задерживают и поступающий осадочный материал, одним из основных источников которого являются абразионные берега, поставляющие ежегодно более 224 млн. т. Интенсивность поступления осадочного материала и его аккумуляция находятся в зависимости, в первую очередь, от гидродинамических условий (волновой и уровенный режимы) и литолого-геохимического состава размываемых пород. От 40 до 90% абрадированного материала удерживается в прибрежной, наиболее динамичной, зоне водохранилищ, занимающей всего 1% их площади. Активное проявление здесь процессов перемещения и накопления осадочного материала не может не сказаться на распределении потоков последнего в ходе седиментации в самих водохранилищах. Поэтому исследование условий осадконакопления и состава донных осадков в прибрежной части водохранилищ и является задачей представляемой работы. Данная работа базируется на результатах комплексных полевых исследований, проведенных нами в 1972-2012 гг. В этот период было отобрано более 500 образцов донных отложений с прибрежных
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-05-00194-а) и про-
граммы СО РАН (проект У11.59.3.5).
отмелей, более 2700 - за пределами последних, около 600 из береговых уступов, а также более 3000 проб воды. Исследования также включали измерения скоростей и направления течений. В лабораторных условиях по существующим методикам [2-8] были определены гранулометрический, минералогический и химический составы донных отложений.
Условия формирования прибрежных отмелей
Протяженность береговой линии ангарских водохранилищ составляет около 8 тыс. км, из них около 30% приходится на абразионные берега. В большей степени подвержены абразии в различной степени выветрелые и слабо устойчивые палеозой-мезозойские глинистые и песчаниковые отложения, а также четвертичные суглинки, особенно делювиальные лёссовидные, обладающие высокой степенью просадочнос-ти. Песчано-глинистые породы кембрия обладают невысокой механической прочностью даже в невыветрелом состоянии. Наибольший линейный размыв отмечается на склонах, сложенных лёссовидными суглинками, составляя за год 7-10 м при объеме разрушения 80120 м3 с 1 м береговой линии. В меньшей мере разрушаются песчаники, алевролиты, аргиллиты, объем их размыва составляет 12-26 м3 с 1 м береговой линии при отступании бровки берегового уступа на 2-2.5 м [9].
Среди глинистых пород абразионные берега по большей части сложены аргиллитами, содержащими значительное количество мелкого песка. В составе песчаных и алевритовых фракций аргиллитов преобладает кварц и полевые шпаты. Аргиллиты высокодисперсные, пластичные, по химическому составу в них доминируют алюмосиликаты (БЮ2 - 63.25%, А1203 - 14.67%), содержание СаО, MgO, Fe2O3 не превышает 5%. Тяжелая фракция представлена в большей степени зернами граната, рудными минералами, пироксенами, турмалином, цирконом и рутилом. Песчаники, слагающие абразионные берега, мелко- и среднезернистые, кварцевые и кварц-полевошпатовые: содержание кварца более 70%, полевых шпатов - 5-12%. Цемент составляет 30-50% всей массы породы и, как правило, глинисто-карбонатный, в нем преобладают кальцит, эпидот, хлорит с примесью глинистого материала и гидроокислов железа. Минералы тяжелой фракции представлены роговой обманкой (более 30%), пироксенами (20-30%), цирконом (4-25%), гранатами (1-44%). По химическому составу песчаники имеют повышенное содержание БЮ2 - более 81%, А1203 - около 5%, Mg0 - более 4%. Делювиальные суглинки по инженерно-геологическим свойствам подразделяются на лёссовидные и необлёссованные разности. Гранулометрический состав лёссовидной породы, образовавшейся на делювии юрских отложений, отличается более низким содержанием песчаной фракции и более высоким содержанием алевритово-глинистых частиц. Наиболее песчанисты лёссовидные суглинки в поле развития верхнекембрийских пород. В легкой
Рис. 1. Местоположение Ангарских водохранилищ на юге Восточной Сибири
фракции делювиальных суглинков береговой зоны водохранилищ преобладают полевые шпаты (31-36%) и кварц (58-60%). До 20% составляют обломки коренных пород. Доля тяжелой фракции не превышает 1-1.5%, она представлена в основном эпидот-роговообманковой ассоциацией, содержание устойчивых минералов незначительно. Из глинистых минералов преобладают монтмориллонит и гидрослюды. По химическому составу в четвертичных суглинках доминирует СаО, достигая в лёссовидных их разностях 25.76%, далее следует А1203 [10-12].
В результате волновых процессов в водохранилищах происходит абразионная переработка береговой зоны и формирование профиля подводного склона, создание прибрежных отмелей. Другие аккумулятивные формы (косы, бары) не получили особого распространения на ангарских водохранилищах [13]. Подготовленный абразией осадочный материал начинает свое движение в виде влекомых и взвешенных наносов. Перемещение влекомых наносов характерно для отмелей, сложенных песчаным и галечным материалом. Волнение продолжительностью 6 часов при высоте волны 0.8 м вызывает вдольбереговое течение со скоростью 19-22 см/с. Средняя скорость перемещения крупнозернистых песчаных частиц составляет 30-35% скорости течения, среднезернистых -40-41%, мелкозернистых - около 50%. При этом крупнозернистые песчаные частицы перемещаются до глубины 1.5 м, среднезернистые - до 2.0-2.5 м, мелкозернистые - до 3 м. Скорости перемещения алевритово-пелитовых частиц практически совпадают со скоростями водного потока и, как правило, они выносятся во взвешенном состоянии за пределы отмели. При размыве берегового уступа, сложенного суглинками, содержание взвешенных частиц изменяется от уреза к внешнему краю подводной отмели от 6.4 до 0.16 кг/м3, при размыве песков - от 5.1 до 0.05 кг/м3, выветрелых аргиллитов, известняков и доломитов - соответственно 0.6-0.05 кг/м3, песчаников - 0.25-0.1 кг/м3 [14].
Прибрежная зона водохранилищ является областью сверхбыстрой седиментации, где происходят как осаждение терригенного материала, так и его перемещение на более низкие гипсометрические уровни. Мощность ежегодно отлагающегося слоя донных осадков составляет 0.2-0.8 м в зависимости от состава размываемых пород. Ширина прибрежных отмелей и их уклон зависят от соотношения энергии волнения и состава размываемых пород. При равных волновых параметрах профиль равновесия будет круче и ширина отмели меньше при размыве более крупного материала. Так, при размыве песчаников и аргиллитов ширина отмели изменяется от 15 до 44 м при наклоне ее поверхности 10-19°, при размыве суглинков, супесей ширина отмели может быть от 64 до 136 м и уклон 2-4о [15].
На подводном склоне прибрежных отмелей ангарских водохранилищ осадконакопле-ние протекает в основном при ведущей роли гравитационных процессов, среди которых наибольшее развитие получили разжиженные потоки, оползни и обвалы. Перемещение осадочного материала на подводном склоне происходит гораздо медленнее, чем на самих отмелях, исключение составляют оползни и обвалы, протекающие практически мгновенно. Возникновению гравититов из разжиженных потоков способствуют высокие для ангарских водохранилищ скорости накопления осадков на внешнем крае прибрежной отмели, их гранулометрический состав и свойства, обводнение с разрушением структурных связей и слабо уплотненное состояние осадков, а также угол наклона подводного склона (более 30о), превышающий угол естественного откоса для несвязных пород. Перемещение в виде разжиженных потоков происходит на участках, где отмели сложены материалом с высоким содержанием глинистой составляющей, здесь периодически происходит уменьшение высоты слоя наносов на внешнем крае отмели. Гравитационное перемещение осадков по подводному склону в виде разжиженных потоков усиливается в период штормов, когда на отмель поступают огромные массы размытого материала, а внешний ее край и подводный склон становятся динамически неустойчивыми.
Состав донных осадков прибрежных отмелей
На различных участках прибрежных отмелей примерно одинаковый набор минералов, химических элементов и соединений, количественное же их соотношение определяется конкретным составом и свойствами размываемого
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.