slayd6.jpg

Особенности геологического строения северо-западного шельфа

Особенности геологического строения северо-западного шельфа
Черного моря в районе г. Одесса

Вступление.

Работа содержит результаты комплексных геологических, геолого-экологических и инженерно-геологических исследований проводимых в пределах северо-западного шельфа Черного моря в районе г. Одессы от мыса Ланжерон до устья Сухого лимана.

Основные задачи исследований:

  • изучение литолого-стратиграфической характеристики донных отложений;
  • изучение форм рельефа, элементов форм рельефа и основных рельефообразующих
    факторов;
  • изучение современных инженерно-геологических условий и экзогенных процессов, оценка их изменений под воздействием техногенных факторов;

Физико-географическая характеристика.

В морфологическом отношении прибрежная часть г. Одессы является частью Причерноморской низменности и представляет собой эолово-делювиальную равнину, сформировавшуюся в четвертичное время на понтической поверхности выравнивания, имеющую слабый наклон в сторону моря и прорезанную лиманами, балками и оврагами.
Акватория Одесского залива приурочена к так называемому Центральному желобу. Поверхность морского дна имеет облик широкой долины с шириной до 20 км.

Ветры. Ветровой режим над черным морем определяется в основном местоположением и изменением интенсивности областей высокого и низкого давления. В ветровом режиме четко прослеживается сезонная изменчивость направлений и силы ветра. Зимой чаще всего отмечаются ветры северо-западных, северных, северо-восточных направлений. Наибольшая скорость ветра наблюдается зимой и колеблется в среднем от 3 до 8 м/с. Весной наряду с ветрами северо-западных и северных направлений заметное развитие получают ветры южных и юго-восточных направлений. Летом наиболее часто встречаются ветры северо-западных направлений со скоростью от 2 до 5 м/с. Осенью ветры неустойчивы, штили редки. Для района исследований характерны местные ветры, так называемые бризы, которые имеют наибольшее распространение в летнее время. Морской бриз начинается обычно утром, и спустя несколько часов после захода солнца сменяется береговым бризом. При морском бризе влажность воздуха повышается, а температура воздуха понижается. При появлении берегового бриза происходят обратные явления. Ветровой режим следует рассматривать в связи с режимом волнения.

Волнение. Исследование режима волнения позволяют сделать выводы о значительной изменчивости характера волнения как по сезонам, так и от года к году. Межгодовая изменчивость волнения имеет в среднем максимум в осенне-зимний период, однако не исключена возможность сильного шторма в любое время года, что, в основном, зависит от развития атмосферных циркуляционных процессов. В районе исследований волнение обычно небольшое - 7-13 дцм, особенно это характерно для ветров северо-восточного направления, северо-западного и северного направлений. Наибольшее волнение характерно для южных ветров. При этом отмечаются волны длиной 30-50 м, высотой 20-25 дцм с периодом до 6 с.

Течения. Для северо-западного Шельфа Черного моря характерно, что основную роль в режиме течений играют ветры наряду с такими факторами, как материковый сток, распределение плотности воды, конфигурация берегов и др. Придонные течения в северозападной части Черного моря изучались лабораторией инженерной геологии ОГУ им. И.И. Мечникова. Эти исследования показали, что в характере распределения придонных скоростей прослеживается ряд особенностей, которые сводятся к следующему. Интенсивность скоростей носит очаговый характер, максимумами привязанными к положительным формам донного рельефа. Изолинии придонных скоростей с одной стороны хорошо привязываются к береговой линии, с другой отражают батиметрию. В смене скоростных полей различной интенсивности прослеживается последовательность по знаку обратная характеру изменчивости глубин (с увеличением глубины скоростное поле ослабевает. Участки ослабевания скоростей приурочены к береговой зоне, протягиваясь вдоль нее узкой полосой к заливам и бухтам, где скорости либо совсем отсутствуют, либо очень малы (2 см/с).

Литолого-стратиграфическая характеристика.

Литолого-стратиграфическая характеристика

В геологическом строении верхней части разреза северо-западного шельфа Черного моря принимают участие неогеновые и четвертичные отложения. Для рассматриваемого района в стратиграфическом разрезе присутствуют следующие отложения.

Неогеновая система. Отложения неогеновой системы повсеместно развиты в районе работ и перекрываются четвертичными образованиями разного генезиса. На акватории шельфа последние представлены в основном морскими, лиманными, аллювиальными и эоловыми отложениями. В прибрежной части суши перекрывающая толща представлена эолово-делювиальными и аллювиальными образованиями, их мощность колеблется от 10 до 30 м. исключение составляют крутые склоны балок и береговые обрывы моря, где породы неогена выходят на поверхность или перекрыты маломощным чехлом четвертичных образований. Мощность перекрываемых отложений на шельфе составляет 30-65 м. исключение составляют морские абразионные террасы, где неогеновые породы перекрыты маломощным чехлом рыхлых современных морских осадков, а на отдельных участках он обнажаются на морском дне.

Сарматский ярус, верхний подъярус (N1S3). Подъярус представлен терригенными осадками глинистого бассейна, среди которых выделяются два литолого- стратиграфического комплекса - глинистый и песчаный. Глинистый комплекс представлен глинами голубовато-серым, светло-серым с прослоями песков, известняков и мергелей. Песчаный комплекс сложен кварцевыми мелкозернистым песками с прослоями глин.

Породы верхнего сармата залегают на терригенном комплексе среднего сармата и перерываются в основном, верхнеплейстоценовыми аллювиальными отложениями. В районе исследований сармат перекрывается отложениями меотического возраста.

Наибольшим распространением среди верхнесарматских отложений пользуются глины, что подтверждается разрезами колонковых скважин.

Глины зеленовато-серые, серые, голубовато-серые, реже темно-серые, черные. Глины алевритовые или с примесью алеврита. Встречаются ракушечниковые и песчаные литологические разности глин. Глинистая составляющая представлена кварцем, гидрослюдой, хлоритом, кальцитом, доломитом, монтмориллонитом, которые образуют смешано слоистые образования.

Пески встречаются редко, залегают в виде линз мощность до 1,5 м. Пески мелкозернистые, серой и желтовато-серой окраски. Содержат в большом количестве алевро-пелитовый материал. Пески сложены кварцем, встречается полевой шпат, мелкий детрит раковин моллюсков.

Меотический ярус (N1m). В исследуемом районе меотические отложения слагают только подводную морскую абразионную террасу - бенч и перекрываются современными морскими отложениями.

Меотические образования, в основном, являются озерно-болотными образованиями низменной суши приморских аккумулятивных равнин. Представлены глинами и алевритами.

Глины имеют зеленовато-серый, голубовато-серый, серый цвет. Часто встречаются прослои глин с буроватым оттенком. Глины алевритовые, плотные. В них встречаются карбонатные стяжения, обломки раковин моллюсков. Основой минералогической составляющей является монтмориллонит, в меньшей степени присутствует гидрослюда и каолинит.

Алевриты обычно мелкие, глинистые. Иногда встречаются и крупные разности алевритов. Цвет алевритов серый, зеленовато-серый, часто с желтоватыми пятнами обохренности. Алевриты в небольшом количестве содержат песчаный материал. Песчаная фракция алеврита минералогически сложена преимущественно кварцем. Пелитовая составляющая алевритов представлена глинистыми минералами, из которых наибольшее распространение получил монтмориллонит.

Понтический ярус (N2p). Отложения понта представляют собой образования открытого мелкого шельфа. Они трансгрессивно залегают на меотических отложениях и на участках бенча перекрываются современными морскими осадками.

На шельфе отложения понта представлены известняками, глинами, алевритами, песками. Известняки оолитово-раковинно-детритовые и сложены обломочным органическим материалом (25-60%), оолитами (5-45%) и цементом (50-70%). Имеют желтую, желтовато-серую окраску. Плотные, в различной степени перекресталлизированные. Оолиты эллипсоидальной формой и размером не более 2 мм. Текстура известняков ноздреватая, кавернозная.

Часто в известняках встречаются зерна кварца, полевого шпата, скопление глинистых минералов. Основа известняков, органические обломки, сложены мелкозернистым кальцитом, часто пропитанным гидроокислами железа.

Четвертичная система. На исследуемой территории развиты почти исключительно отложения морского, лиманного и лиманно-морского генезиса черноморского горизонта, а также образования техногенного характера. Представлены в большей степени илами и ракушечниками, в меньшей - песками, и в очень незначительной - гравием и галечниками. Илы развиты в центральных частях желобов. Пески развиты на шельфе в виде сравнительно узкой полосы вдоль береговой линии, сильно расширяющейся только на участке к югу от устья Санжейской балки. Поля ракушечников, как правило, занимают промежуточное положение между полями илов и песков.

Пески преимущественно мелкозернистые, в меньшей степени среднезернистые, редко - крупнозернистые, серовато-желтые, серые, темно-серые, кварцевые. Состав и количество примесей, как правило, зависит от близости полей соответствующих пород. Обычно пески неслоистые, но могут содержать отдельные прослои ила или ракушечника. Общая карбонатность песков колеблется от 7 до 50%.

Илы глинистые, мелко- и крупноалевритовые, темно-серые, зеленовато-серые, серовато-зеленые. В минералогическом отношении алевритовая фракция илов представлена, в основном, кварцем с примесью карбонатов (кальцит, доломит) полевого шпата и сидерита, а пелитовая, в основном, гидрослюдой с примесью смешанослойных гидрослюдисто-монтмориллонитовых образований, хлорита, каолинита и пирита. Все илы содержат в том или ином количестве раковинно-детритовый материал от редких включений до 50%.

Ракушечники представляют собой биогенные образования, состоящие, в основном, из раковинно-детритового материала в количестве не менее 50% с терригенными примесями. Окраска ракушечников обычно зависит от окраски терригенных примесей. Встречаются ракушечники серовато-желтого, серого, зеленовато-серого, темно-серого, коричневого цветов. Слабо песчаные и чистые ракушечники бывают пестроцветные. Фауна моллюсков, содержащаяся в описываемых отложениях, характеризуется, в данном районе полным господством умеренно стеногалинных средиземноморских видов в смеси с эвригалинными: Cardium edule (Linne), Cardium exiguum (Gm. in L.), Hydrobia ventrosa (Mont.), Mytilaster lineatus (Gm. in L.), Mytilus galloprovincialis Lam., Corbula mediterranea (Costa), Nassarius reticulatus (Linne), Loripes lacteus (Linne), Retusa umbilicata (Mont.), Bittium reticulatum (Costa), и др.

Техногенные образования на шельфе выявлены рядом скважин в виде пятен различной площади вблизи портов Одесса, Ильичевск и представлены хаотичной смесью и невыдержанным переслаиванием илов и песков с включениями меотических глин, лессовидных суглинков, строительного мусора, обломков понтического известняка, современной морской и лиманной фауны, нередко с запахом нефтепродуктов.

Геоморфология и рельефообразующие факторы.

К формам рельефа, сформированной волноприбойной деятельностью моря относятся абразионные склоны и уступы. Большая роль в формировании береговой линии принадлежит также гравитационным процессам.

Участок побережья от Водяной балки до Большефонтанской балки включает в себя Одесское побережье, на 90% защищенное противооползневыми сооружениями, представляющими собой комплекс оползневых склонов плато и волноломов с траверсами, гасящими разрушающую энергию волн. По всему побережью намыты широкие пляжи до 50 м, установлены подпорные стенки и сооружены дренажные галереи. Проведенным комплексом мероприятий в районе Одесского побережья достигнута определенная устойчивость склонов.

На участке побережья от Большефонтанской балки до мыса Б.Фонтан отметки плато увеличиваются от 25 до 34 м, ширина склона достигает 100 м. Склон сформирован обвалами и осыпями, местами оползнями. Вертикальный уступ плато сложен красно- бурыми глинами, суглинками и блоками известняков. Ширина пляжа достигает 8-10 м, однако на мысе Б.Фонтан отмечаются глыбовые завалы известняка, далеко выступающие в море в виде каменной гряды. Наблюдается активная абразия. Юго-западнее мыса Б.Фонтан, на протяжении 1,5 км проведены противооползневые мероприятия. Ниже на юг, высота клифа достигает 30-35 м.

Уступ сложен лессовидными суглинками, красно-бурыми глинами и известняками. Ширина пляжа составляет 5-10 м. Склон сложен многочисленными осыпями и обвалами. Активная абразия берегового склона приводит к крупным оползневым подвижкам. В устье Люстдорфской балки высота активного клифа до 5-20 м и переходит в песчаную аккумулятивную пересыпь длиной до 450-500 м при ширине в 100 м. Пляж сложен мелко- среднезернистыми песками голоценового возраста. Абразия на участке устья балки отсутствует.

Геоморфология и рельефообразующие факторы
На отрезке побережья между Люстдорфской балкой и Сухим лиманом распространены оползневые склоны при высоте клифа до 30 м. В обрыве обнажаются лессовидные суглинки и известняки. Ширина оползневого склона колеблется от 25 до 40 м. Ширина пляжа до 5-8 м. Для всего участка характерна активная абразия. На протяжении многих лет у основания берегового обрыва фиксировались обрушения и обвалы лессовых пород, размываемых волноприбоем во время штормов.

На акватории шельфа выделяются такие формы рельефа аккумулятивно- денудационного рельефа, сформированного эрозией, как продолжение днищ балок на шельфе. Эти участки поверхности морского дна являют собой продолжение Малофонтанской и Большефонтанской балок, а также Люстдорфской балки. Размеры этих форм колеблются от 800 м до 1,5 км в длину и до 500 м в ширину. В рельефе морского дна эти формы рельефа выражаются слабо, они перекрыты небольшими мощностями современных морских отложений. Слагают их аллювиально-делювиальные отложения верхнего плейстоцена и голоцена, представленные как и на суше, алевритами, песками, щебнем и глыбами известняка. Эти формы эрозионного рельефа наложились на морскую абразионную террасу при более низком базисе эрозии, а затем при трансгрессии оказались под уровнем моря.

К генетической категории аккумулятивно-денудационного рельефа относятся также формы, сформированные волноприбойной деятельностью моря. На прибрежных участках территории суши и акватории шельфа фактор волновой деятельности моря является основным рельефообразующим фактором, характеризующимся разрушением, переносом и накоплением рыхлого материала.

К положительным формам аккумулятивно-денудационного генезиса на шельфе относится крупная форма - морская абразионная терраса (бенч). Эта форма рельефа выработанная волноприбоем в коренных породах, прослеживается, в пределах района исследований повсеместно. Ширина террасы не везде одинакова и колеблется от 6 км в местах, где прослеживаются абразионные берега, до нескольких сот метров, или вообще отсутствует напротив пересыпей лимана.
Если проследить конфигурацию внешней кромки бенча и конфигурацию береговой линии, то видно, что на большей части акватории их очертания повторяют друг друга. Терраса была выработана волноприбоем в неогеновых отложениях в позднеплейстоцен- голоценовое время. В районе исследований бенч представлен коренными породами неогена, преимущественно меотическими глинами и алевритами, а также понтическими известняками.

Внешний край бенча лежит на глубинах моря 10-15 м. Глубже этих отметок крутизна склона увеличивается и 10-20 раз, затем в неогеновой поверхности прослеживается уступ, который и ограничивает внешний край абразионной террасы.
Поверхность террасы ровная, однообразная, с редкими неглубокими ложбинами субширотного простирания, образованными волновой деятельностью. Терраса перекрыта преимущественно небольшим слоем современных морских отложений мощностью до 1,5 м.

На поверхности абразионной террасы в виде выступов выделяется такой положительный элемент рельефа, как оползневые блоки, сложенные понтическими известняками. Они образовались в результате абразионной волновой деятельности и оказались затопленными морем при голоценовой трансгрессии моря. Отмечается приуроченность оползневых блоков к прибрежной зоне.

Экзогенные геологические процессы и явления.

Природные условия северо-западного Причерноморья способствуют широкому и разнообразному развитию экзогенных геологических процессов. Трансгрессия Чёрного моря обуславливает интенсивные проявления процессов абразии, последние в свою очередь совместно с другими факторами, такими, как геологическое строение, гидрогеологические, геоморфологические и неотектонические условия, спровоцировали развитие оползневых процессов.

Оползневые процессы на морском побережье являются наиболее распространёнными как по площади распространения, так и по количественному проявлению экзогенных геологических процессов.

Эрозионная расчленённость берегового склона наложила отпечаток на форму оползней в плане. В основном это фронтальные, реже циркообразные оползни, отделённые друг от друга оврагами, балками и мысами. По механизму смещения все оползни относятся к блоковым структурным оползням. Оползание происходит в основном без нарушения структурных связей оползших пород. Основной деформируемый горизонт более 70 % всех оползней расположен в ослабленных опесчаненых или оглеенных прослоях меотических глин, которые характеризуются очень подвижной кристаллической решёткой и высокой пластичностью. Плоскость скольжения имеет круглоцилиндрическую, ступенчатую форму. Поверхности оползневых тел в основном многоступенчатые. Стратиграфо-морфологические характеристики склона определили масштабы оползневых тел.

На абразионно-оползневых склонах, имеющих среднюю высоту +40 и более метров над уровнем моря, формируются крупные, в основном детрузивные оползни выдавливания глубокого заложения. Плоскость скольжения их залегает ниже уровня моря на отметках -10  -15 м. Протяжённость таких склонов составляет 29% от общей длины абразионных оползневых склонов морского побережья. Здесь сформировалось около четверти всех оползней на морском побережье. Средняя длина этих оползней составляет 130 м и является максимальной на всём побережье. Формирование этого типа оползней сопровождается выпором и поднятием на дневную поверхность пород дна моря, образуя полосу бенча.
В прибрежной зоне шельфа наиболее распространенным являются донная абразия, перемещение и аккумуляция наносов. Эта часть шельфа используется и будет использоваться в хозяйственных целях. По данным некоторых исследователей донная абразия распространяется до глубин несколько более 5 м. наибольшая деформация дна происходит от уреза до глубины 1 м и остается значительной до глубины 3 м.

Широко распространено перемещение наносов и их аккумуляция. Возникновению и развитию этих процессов способствуют различная ориентировка береговой линии по отношению к господствующим волнениям, наличие потенциальных источников снабжения прибрежной полосы обломочным материалом в виде продуктов береговой и донной абразии.

Абразионно-оползневые процессы характеризуются унаследованностью во времени и пространстве, что обусловлено подобием геологического строения прибрежной части шельфа и прилегающей суши и постоянным во времени основным активным фактором формирования береговой зоны - волнением моря.

Исследования последних лет показали, что в полосе шельфа, примыкающей к побережью, на морском дне часто встречаются реликты оползней, представленные глыбами понтического известняка. Их удаление от современной береговой линии достигает 2-3 км, а глубина залегания - до 10 м ниже современного уровня моря. Наиболее удаленные от берега реликты перекрыты отложениями черноморского горизонта, что позволяет оценивать их возраст не менее чем в 7000 лет.

Инженерно-геологические условия.

Основная роль в формировании инженерно-геологических условий принадлежит покровным четвертичным и неогеновым отложениям различного генезиса.

Для района исследований можно выделить следующие комплексы.

Комплекс современных техногенных отложений (tH). В прибрежной части шельфа техногенные образования представляют собой отвалы грунта, выбираемого при углублении подводных каналов. Это смесь песков, ракушечников, илов, неогеновых глин, обломков известняка.

Комплекс современных морских, лиманных отложений (m,lmН) плащеобразно перекрывает донную поверхность акватории лиманов. Залегает первым от поверхности (вторым лишь на ограниченных участках, где он перекрыт техногенными образованиями). Включает в себя близкие по составу и свойствам отложения черноморского горизонта. Представлен в основном ракушечниками, песками, илами.

Ракушечники. Физико-механические свойства ракушечников трудно поддаются изучению лабораторными методами. Отложения сравнительно плотные, пористость их составляет 38-56%, илистых разностей до 130% и более. Плотность грунта 1,42-1,94 г/см3, плотность сухого грунта 1,0-1,4 г/см3. Консистенция глинисто-карбонатного материала варьирует от пластичной до текучей. В зависимости от консистенции пластическая прочность грунта изменяется в широких пределах - от 0,007 до 0,135 МПа. По результатам работ, проведенных при инженерно-геологических исследований шельфа Одесского залива илистые разности имеют плотность грунта 1,39-1,82 г/см3, плотность сухого грунта 0,65-1,29 г/см3, естественную влажность 42-113%. У песчаных разностей эти показатели соответственно равны 1,54-1,97, 0,88-1,53 г/см3, 29-74%. При увеличении крупности раковинно-детритового материала увеличивается их плотность и уменьшается их пористость. Прочностные характеристики грунтов достаточно (благоприятны для проведения дноуглубительных работ и использовании их в качестве оснований для сооружений.

Илы широко распространены в районе исследований. Илы в основном глинистые и суглинистые, иногда на небольших площадях встречаются супесчаные. Грунты сильносжимаемые, коэффициент уплотнения >1,0 МПа-1. Для илов характерна тенденция к уменьшению влажности и пористости и улучшению прочностных свойств (в 2-3 раза) по мере увеличения в них содержания крупнозернистого материала. Илы не могут использоваться в качестве оснований инженерных сооружений.

Пески в площадном отношении тяготеют к приурезовым участкам дна моря. Мощность песков в приурезовой полосе до 1 м. Пески здесь находятся под постоянным воздействием течений и широкого спектра влияний и обладают весьма динамичным состоянием, непостоянством состава и свойств.

По своим свойствам морские пески не вызывают осложнений при проходке каналов. Вероятна возможность использования их в качестве оснований для сооружений.

Миоцен-плиоценовый комплекс представлен известняками (N2P), глинами с прослоями песков, известняков, алевритов (N1m, N1). Выделяется вторым от поверхности вдоль всего побережья на морской абразионной террасе (бенче). Перекрыт комплексом современных морских, лиманных отложений, представленных илами, галечниками или ракушечниками или комплексом нижнечетвертичных аллювиальных отложений, представленных песчаниками и конгломератами.

Физические свойства известняков на суше характеризуются следующими показателями. Прочность рыхлых известняков в сухом состоянии 0,65-0,87 МПа, в водонасыщенном 0,31-0,76 МПа. Плотность рыхлых известняков 1,20 г/см3, пористость 54,7 %. Плотность частиц 2,63-2,68 г/см3. Водопоглащение рыхлых известняков 24,2%. Коэффициент размягчаемости от 0,63 до 0,80. Физико-механические свойства известняков на шельфе не изучались, однако можно предполагать их незначительное отличие от свойств известняков на суше. Верхняя часть толщи известняков подвержена подводному выветриванию, признаками которого являются изменение минерального состава, дезинтеграция пород и в связи с этим резкое снижение их прочности. По данным некоторых исследователей, мощность зоны интенсивного разрушения известняков и сильной их трещиноватости составляет несколько десятков сантиметров и зависит от высоты столба воды, мощности перекрывающих осадков и их литологического состава.

Из выше изложенного следует, что зависимость мощности выветрелой зоны известняков от современного столба воды в интервале 0-20 м носит неустойчивый характер. При глубине моря от 0 о 5 м наблюдается увеличение мощности щебеночной (выветрелой) зоны. В интервале глубин 5-9 м мощность зоны постепенно уменьшается, а при дальнейшем росте глубин от 9-12 до 20 м вновь увеличивается. Наблюдается обратная зависимость между мощностью щебеночной зоны известняков и мощностью перекрывающих ее осадков.

Глины, в основном переуплотненные (показатель уплотненности 0,90-1,32). Верхний предел пластичности 46-65, число пластичности 22-34, плотность частиц грунта 2,71-2,76 г/см3, плотность сухого грунта 1,45-1,61 г/см3, пористость 40,8-44,6%. Угол внутреннего трения 16-22°, удельное сцепление 0,042-0,046 МПа.

Глины описываемых комплексов в верхней части разреза также подвержены подводному выветриванию, что подтверждается невысокими показателями прочностных свойств: угол внутреннего трения 12°, удельное сцепление 0,019 МПа. Неогеновые глины являются надежным основанием для различного рода сооружений, исключая оползневые склоны, где в связи с деформацией глины неустойчивы в массиве и прибрежные бенчи, где при мелком заложении фундамента из-за абразии возможен подмыв оснований и деформация сооружений.

Схема геологических разрезов


 

Экзогенные геологические процессы и явления


 

Вдольбереговой разрез

<< Назад