рейс № 104 и НИС «Импульс

6. Морские научные исследования в рейсах
НИС «Малахит» № 104 и «Импульс» № 44
(руководитель В.Н. Карнаух)
6.1 Введение
Детальные морские сейсмоакустические исследования строения морского дна акватории
северной части залива Петра Великого, проведенные в рейсе и в рейсе № 44 НИС
‘‘Импульс’’ (1–10 мая) и № 104 НИС ‘‘Малахит’’ (16–24 августа), выполнялись в
соответствии с задачами экспедиционного гранта ДВО РАН № 11-III-Д-07-033
‘‘Комплексные океанологические исследования скоплений газа на шельфе Южного
Приморья (Японское море)’’ и заданиями этапа 2 ‘‘Экспедиционные и экспериментальнотехнические работы, разработка новых методик, апробация технических средств’’ в
рамках ФЦП ‘‘Мировой океан’’. Руководителем работ являлся заведующий лабораторией
сейсмических исследований к.г.-м.н Карнаух В.Н.
6.2. Цели экспедиции
Цель работ являлось изучение процессов осадконакопления и установление
закономерностей в формировании газовых полей на акватории залива Петра Великого на
основе результатов детальной профильной съемки с использованием буксируемого
высокочастотного профилографа “GeoPulse Subbottom Profilier”,” производства компании
GeoAcoustics Limited, Англия.
6.3 Задачи экспедиции
В процессе работ решались следующие задачи:
1. Установление особенностей строения поверхности акустического фундамента,
образованной вследствие нескольких гляциоэвстатических колебаний уровня моря в
позднем плейстоцене и голоцене в неизученных ранее частях шельфа залива Петра
Великого.
2. Дать характеристику особенностей осадконакопления в этих районах.
3. Детализировать структуру газового поля в Амурском заливе и выявить новые районы,
где предполагается присутствие газа в осадках.
6. Воссоздать основные черты геологической истории, определявшей развитие этой
области в голоцене.
6.4. Методы измерений, используемые технические средства и их краткая
характеристика
В обеих экспедициях выполнялись высокоразрешающие сейсмоакустические
исследования. Работы проводились методом непрерывных профильных наблюдений во
время движения судна-носителя с использованием высокочастотного профилографа
“GeoPulse Subbottom Profilier. Данное оборудование предназначено для изучения строения
верхней части (толщиной несколько десятков метров) осадочного чехла. Комплект
состоит их следующих блоков: блок излучения, забортная часть, приемный блок,
интерфейсный блок, система регистрации на персональный компьютер.
Для формирования сигнала предназначен блок излучения “GeoPulse Transmitter, Модель
5430A” (Рис. 1). Частота излучаемого сигнала может выбираться в диапазоне от 2 КГц до
12 КГц, длительность сигнала составляет от 1 до 32 циклов выбранной частоты, а его
энергия равна 10 КВт при 0.75% наполнения циклов. При проведении работ
использовался сигнал с частотой 3.5 КГц. Длина сигнала равнялась 1 или 2 циклам
выбранной частоты. Выходная энергия сигнала подбиралась в зависимости от глубины
моря и строения донных осадков и изменялась в диапазоне от 1% до 30%.
Забортная часть представлена буксируемым аппаратом (Towfish, Модель 136A), в котором
на специальной платформе установлено 4 излучателя (Модель T135). Ширина
излучаемого луча равна 55°. Аппарат буксировался на глубине 3 м (редко 1м) ниже уровня
моря с помощью стального кабель-троса (стандартная длина 100 м). Соединение
буксируемой платформы с блоком регистрации осуществлялось с помощью специального
‘‘палубного’’ кабеля длиной 20 м (Рис. 2).
Приемная часть представлена блоком усиления и фильтрации “GeoPulse Receiver, Модель
5210A”. Данное устройство предназначено для усиления и фильтрации поступившего
сигнала. Фильтрация сигнала может осуществляться в выбранной оператором полосе
частот с фиксированными значениями 20, 50, 100, 200, 500, 700, 1000, 2000, 3000, 5000,
7000, 10000 и 15000 Гц. При проведении работ фильтрация сигнала осуществлялась в
полосе частот 3–7 КГц. Усиление сигналов осуществляется при помощи усилителя TVG
(переменного во времени усиления). В блоке также встроен фильтр волнения моря
(модель 5212А), позволяющее осуществлять компенсацию волнения в интервале от 2 до
40 сек. Данное устройство позволяет применять поправку к данным для компенсации
вертикальной качки и позволяет исправлять аномально резкие вертикальные колебания на
отображаемом профиле морского дна, вызывающие искажение поддонных отражений.
Фильтр волнения может использоваться при волнении до 5 баллов.
Для согласования сигналов между блоками излучения, усиления и фильтрации, приемом
сигналов позиционирования судна и персональным компьютером предназначен
специальный интерфейсный блок.
Регистрации сигналов осуществляется в цифровой форме в формате Muse SEGY, Q-MIPS,
XTF, XTF(UTM) или GCF на персональный компьютер RoverBook G4 с использованием
программы GeoPro 2. Частота квантования сигнала может быть 2.0, 2.5, 5.0, 10, 12.5, 16.7
или 25 КГц. Длина записи может выбираться в диапазоне от 20 до 5000 мсек. Цифровые
данные, помимо сейсмических данных, дополнительно включают в себя данные о точках
определения местоположения с аннотациями о действиях оператора. Программа GeoPro 2
содержит ряд настроек, позволяющих регламентировать формат навигационных данных,
вводить поправки и вычислять скорость звука в воде и др. При работах частота
квантования сигнала составляла 25 КГц. Длина записи изменялась от 50 до 200 мсек. Для
определения местоположения судна использовался спутниковый приемо-индикатор
фирмы GARMIN GPS Model 120 XL.
Рис. 1 Общий вид комплекта излучения и регистрации (набортная часть профилографа).
1 - Блок излучения (“GeoPulse Transmitter, Модель 5430A”), 2 - Блок усиления и
фильтрации (“GeoPulse Receiver, Модель 5210A”), 3 - Интерфейсный блок, 4 –
персональный компьютер PoverBook G4, 5 – Программа GeoPro, 6 – система спутниковой
навигации GPS Model 120 XL.
Для спуска и подъема забортного модуля использовался кормовая лебедка (НИС
‘‘Малахит’’) или баковый шпиль (НИС ‘‘Импульс’’) и П-рама (Рис. 2). Скорость судна
при работах составляла 6–7 узлов. В результате выполнения работ были получены
сейсмические данные, записанные в электронном виде в цифровом формате SEGY. Для
воспроизведения сейсмоакустических данных использована программа, разработанная
специалистами Института проблем морских технологий ДВО РАН. Программа создана на
языке Си++ для операционной системы Microsoft Windows и позволяет обработать
принятые и записанные в файл данные профилографа в формате SEGY а затем
представляет их в виде тенеграфических изображений (профилограмм) с выводом на
экран монитора и записью в графический файл в ВМР формате. В последующие, файлы в
ВМР формате, содержащие отрезки профилей нужной длины, импортируются в
программу CorelDrow (версия 14) для подготовки печатной копии.
Рис. 2 Буксируемый аппарат (Towfish, Модель 136A) на корме НИС ‘‘Малахит’’ и
механизмы (лебедка и П-рама) для его спуска и подъема
6.5. Объемы выполненных работ
В рейсе № 44 НИС ‘‘Импульс’’ получено 180 км профилей. В рейсе № 104 НИС
‘‘Малахит’’ получено 570 км профилей. Всего 750 км.
6.6. Результаты работ
Исследования были выполнены на площади Амурского и Уссурийского залива (Рис. 3). В
Амурском заливе профили пройдены о островов Речной на севере до Де-Ливрона на юге.
В Уссурийском заливе работами охвачен участок от бухты Муравьиная до острова
Аскольд.
В Амурском заливе, в дополнение к ранее исследованным в экспедициях НИС ‘‘Малахит’’
(рейс № 59) и НИС ‘‘Импульс’’ (рейсы № 24, 31) северным и центральным частям залива,
в данной экспедиции были отработаны два профиля в его южной части. Строение
северной и центральной частей залива подробно описано в соответствующих отчетах.
Поэтому, здесь мы остановимся на изложении строения южной части залива (южнее
параллели 43° 55’ с.ш.). Последняя отделяется поднятием, лежащим на продолжении
полуострова Брюса. В южной части залива осадочные отложения представлены
преимущественно слабо стратифицированными отложениями, мощностью до 16 м (Рис.
4). В южном направлении они замещаются акустически прозрачными осадками, вероятно,
песками. Дно этой части залива ровное, слабо возвышающееся к краевым частям. Лишь в
части залива вблизи о. Де-Ливрона, в строении рельефа дна выделяются небольшие,
упорядоченно расположенные гряды, являющимися, вероятно, осадочными волнами. Их
наличие может указывать на участие течений в отложении здесь осадков.
Примечательной чертой строения северного склона центральной части Амурского залива
является наличие многочисленных холмов, возвышающимися над дном на высоту 0.5–2.0
м и достигающими в поперечнике 70 м. Холмы могут иметь одну или две, три вершины
(Рис. 4). Природа этих образований пока неясна.
Вдоль западного берегов островов Русский и Попова прослеживается канал, заполненный
акустически прозрачными осадками (Рис. 5). Канал хорошо выражен как в рельефе
акустического фундамента, так и в рельефе морского дна. Это может указывать на
концентрацию движений водных масс в пределах канала и современный вынос
осадочного материала по нему. По-видимому, данный канал является вторым, после
пролива Босфор Восточный, местом, где происходит обмен вод северной части Амурского
залива с открытыми частями залива Петра Великого.
В осадочном чехле мелководной северной части залива, примыкающей к Тавричанскому
лиману и р. Раздольная, была выделена поверхность несогласия (Рис. 5). На основе
сопоставления сейсмического профиля с разрезом скважины 2В, было установлено, что
несогласие было образовано около 5200 лет назад [1 ,2], после окончательной
стабилизации уровня моря. Данное несогласие хорошо выражено лишь вблизи р.
Раздольное. Вероятно, это связано с усилением эрозии грунта в водоразделе реки и
увеличением количества осадочного материала, переносимого рекой в море.
В результате наших исследований в северной части залива было обнаружено несколько
новых участков, где предполагается присутствие скоплений газа в донных отложениях.
Во-первых, это часть залива, примыкающая к Тавричанскому лиману. Здесь,
43° 21'
й
о. Речной
М у р ав
и
в
п-ов
Песчаный
ра
ий
бух.
дол
С ухо
й
и
й
п-ов
Ломоносова
за
з
л
а
л
Му
к
в
рс
п -о -А м у
в
вье
бух.
ьи н ая
в
бухта
Песчаная
ки
и
с
ан
ич
вр н
Та има
л
ск
к
и
о. Скрыплева
и
й
о. Русский
р
о. Попова
А
сс
у
м
у
р
с
43° 00'
п -о в
Брю
м. Голый
У
о. Рейнеке
о. Верховского
са
о. Антипенко
З а л и в
о. Сибирякова
о. Стенина
П е т р а
В е л и к о г о
о. Де-Ливрона
о. Аскольд
о. М атвеева
42° 39'
131° 00'
о. Бол. Пелис
132° 00'
132° 24'
Рис. 3 Карта профилей, отработанных в северной части залива Петра Великого в рейсах №
44 НИС ‘‘Импульс’’ (зеленый цвет) и № 104 НИС ‘‘Малахит’’ (коричневый цвет) в 2011 г.
с использованием профиллографа “GeoPulse Subbottom Profilier”. Пунктирными линиями
показаны каналы. Изобаты проведены через 20 м
Рис. 4 Пример сейсмического профиля, иллюстрирующий строение осадочного чехла
южной части Амурского залива. На врезке показано строение подводных холмов в
Амурском заливе
обнаружено несколько структур типа акустические столбы и область акустической
мутности (Рис. 5). Следующие участки располагаются в северо-западной части залива и
(Рис. 6) и рядом с западным берегом полуострова Муравьев-Амурский (Рис. 7).
Акустическая ‘‘мутность’’ характеризуется присутствием интервала беспорядочных,
хаотических отражений различной степени интенсивности, среди которых иногда
частично распознаются отражающие горизонты. Характерной чертой аномалии данного
типа является неровная, часто пилообразная верхняя кромка, контуры которой, как
правило, нечеткие. Амплитуда изрезанности кромки достигает нескольких метров. Борта
аномалии, как правило, субвертикальные. Акустическая ‘‘мутность’’ проявляется на
глубинах 3–8 м ниже дна, а в поперечнике она составляет несколько сотен метров.
Частным случаем аномалии данного типа являются акустические ‘‘столбы’’, которые
характеризуются конусообразной формой и начинаются прослеживаться непосредственно
из структур акустического фундамента. Диаметр основания ‘‘столбов’’ 50–70 м, высота
достигает 16 м а их внешние контуры, как правило, нечеткие. ‘‘Столбы’’ могут быть
одиночными, с расстоянием между ними 400–1000 м, а могут группироваться вместе по
2–5 аномалий. Глубина, на которой располагаются вершины ‘‘столбов’’, составляет 8–10
м ниже дна.
Рис. 5 Пример сейсмического профиля вдоль северной части Амурского залива,
иллюстрирующий строение и время формирования конуса выноса р. Раздольная.
АМ – акустическая мутность. АС – акустический столб
Рис. 6 Пример сейсмического профиля в северо-западной части Амурского залива,
иллюстрирующий строение зон акустической мутности (АМ) и акустических столбов
(АС)
Рис. 7 Пример сейсмического профиля в Амурском заливе, иллюстрирующий строение
зон акустической мутности (АМ) вблизи западного берега полуострова МуравьевАмурский
Уссурийский залив характеризуется резко контрастным рельефом дна и
изменчивым обликом осадочных отложений. Вдоль осевой части залива, меандрируя,
прослеживается канал. Канал начинается в северной части залива, на глубине около 35 м и
прослеживается до бровки шельфа залива Петра Великого (Рис. 3). Дно части залива,
располагающееся к западу от канала, характеризуется наличием отдельных холмов или
гряд различных размеров и возвышающихся на высоту 3–6 м. В верхней части разреза
осадочных отложений преобладают акустически прозрачные образования, ниже
распространены слабо стратифицированные осадки (Рис. 8–10). Поверхность
акустического фундамента выражена слабо, прослеживается фрагментарно и сильно
изрезана. Амплитуда перепадов высот поверхности фундамента достигает 15–25 м.
Мощность осадочных отложений здесь достигает 20 м. Северо-восточная часть залива,
наоборот, характеризуется относительно простым строением. Поверхность акустического
фундамента здесь хорошо выражена в виде интервала сильных отражений, непрерывна и
полого воздымается в направлении восточного и северного бортов залива. В низах
осадочного разреза располагается слой слабо стратифицированных высокоинтенсивных
отражений мощностью до 7 м. Выше залегает слой акустически прозрачных,
полупрозрачных или слабо стратифицированных отложений мощностью 8–12 м.
Максимальные значения толщины этих отложений – 16 м, наблюдаются в северной части
залива. В центральной части залива располагается возвышение морского дна,
ограниченное изобатой 40 м и располагающееся на продолжении широтного
Ливадийского хребта Южного Приморья (Рис. 9). Вероятно, поднятие является его
западным флангом, погруженным под воды Японского моря. Поднятие покрыто
акустически прозрачными осадками мощностью около 15 м. В юго-восточной части
залива распространены слабо стратифицированные отложения мощностью до 20 м (Рис.
10).
Примечательной чертой строения Уссурийского залива является наличие канала, по
которому, вероятно, происходит вынос осадочного материала с суши в котловину. Канал
заполнен осадками мощностью 8–16 м. Поочередно, то к западному, то к восточному
бортам канала приурочено возвышение морского дна, являющееся, вероятно, намывным
валом.
В осадках северной части залива обнаружены многочисленные погребенные
холмообразные структуры. Они располагаются на глубине 3-5 м ниже дна и
характеризуются
грибовидной
формой.
Кровля
холмов
характеризуется
высокоинтенсивными отражениями. В поперечнике холмы имеют несколько десятков
метров, а их размер уменьшается в западном направлении. Природа этих образований
неясна.
Рис. 8 Пример сейсмического профиля в северной части Уссурийского залива
Рис. 9 Пример сейсмического профиля, иллюстрирующий строение канала и намывного
вала в северной части Уссурийского залива
Рис. 10 Пример сейсмического профиля, иллюстрирующий строение канала и намывного
вала в южной части Уссурийского залива
В осадках намывного вала в средней части залива обнаружены единичные
аномалии типа акустическая мутность, небольшие по размерам (Рис. 9). Их акустический
облик схож с подобными структурами, изученными в море Лаптевых [3]. Там появление
подобных объектов связано с местами выходов к поверхности морского дна газовых
потоков. На основании этого наблюдения мы полагаем, что здесь также существуют
локальные выходы газа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Карнаух В.Н., Суховеев Е.Н., Листровая И.А. Высокоразрешающие сейсмоакустические
исследования скоплений газа в голоценовых донных отложениях Амурского залива
(Японское море) //Вестник ДВО РАН. 2011. № 3. С. 56-64.
2. Троицкая Т.С. Миграционная последовательность комплексов бентосных фораминифер
в голоценовых осадках Амурского залива (Японское море) // Среда и жизнь в
геологическом прошлом: палеоэкологические проблемы. Новосибирск: Наука, 1974. С.
30–40.
3. Юсупов В.И., Салюк А.Н., Карнаух В.Н., Семилетов И.П., Шахова Н.Е. Обнаружение
областей пузырьковой разгрузки метана на шельфе моря Лаптевых в Восточной Арктике
// Доклады Академии Наук. 2010. Т. 430. № 6. С. 813-817.