Принципы районирования

Геологическое строение дна морей и океанов

Согласно концепции тектоники литосферных плит, океаническая кора рождается в зонах срединно-океанических хребтов. Жесткие литосферные плиты, образующиеся после затвердевания коры, перемещается на большие расстояния от оси хребтов трансформных разломов.

Строение океанической коры заметно отличается от строения коры на континентах.(Рисунок Гидрогеологической интерпретации геолого-геофизического разреза). Во-первых, отсутствует «гранитный» слой, во-вторых, общая мощность океанической коры в 3-5 раз меньше и меняется в диапазоне от 6-8 до 15-20 км. И, наконец, океаническая кора состоит из трех слоев: слоя неконсолидированных осадков (преимущественно терригенных карбонатных) мощностью от нескольких десятков метров до 1000-1500 м; лежащего ниже «второго» слоя, сложенного вулканогенными и вулканогенно-осадочными отложениями мощностью от 1-2 до 3-4 км; подстилающего эти слои «третьего» или «базальтового» слоя, сложенного вулканогенными образованиями преимущественно основного состава. Внутренние области современных океанов отличается малой мощностью осадочного чехла и обычно неоген-четвертичным возрастом отложений. К периферии мощность чехла растет и в его строении начинают принимать участие более древние отложения – палеогена и мела. Залегание пород обычно очень пологое.

Возраст базальтов «второго» слоя увеличивается от нескольких миллионов лет вблизи оси хребтов до нескольких десятков миллионов лет на их периферии. Согласно данным глубоководного бурения, в каждой отдельной точке образование слоя в осевых зонах хребтов происходило очень быстро (менее миллиона лет). Осадочные отложения в основании слоя формировались в более мелководных условиях по сравнению с вышележащими. «второй» слой, как показывают данные сейсморазведки на дне атлантического океана, имеет слоисто-блоковое строение. Протяжённость субгоризонтальных блоков достигает 5 км.

Геологическое строение дна окраинных и внутренних морей сохраняет признаки континентальной коры, характеризующейся наличием «осадочного», «гранитного» и «базальтового» слоев. Мощность первых двух слоев под дном морей несколько сокращена по сравнению с континентами. Для геологического строения рассматриваемых районов характерна их сопряженность с подвижными поясами Земли, повышенное влияние вулканизма и климата на условия седиментации.

Континенты и океан следует рассматривать как структуры первого (высшего) порядка.

На дне океана структурами второго порядка являются подвижные (генеральные) гидрологические области срединно-океанических хребтов и поднятий с одной и стабильные гидрогеологические области океанических платформ с другой. (Рисунок схематический разрез срединно-океанического хребта). В пределах структур второго порядка на дне Мирового океана выделяют водоносные структуры: субокеанические массивы трещинных вод (СОМ), субокеанические бассейны осадочного чехла (СОБ), океанские вулканогенные бассейны: подводные и островные (ОВД).

Субокеанические массивы трещинных вод (СОМ) сложены преимущественно основными породами типа базальтов, прикрытыми местами рыхлыми осадками небольшой мощности. Гидрогеологические массивы образуют положительные формы рельефа океанического дна (валы, хребты, поднятия), сложенные нижним базальтовым слоем. Здесь преобладают трещинные воды океанического типа по минерализации и по составу, приуроченные к трещинам различного происхождения в основных изверженных породах нижнего слоя. На нижнем слое прерывисто залегает верхний слой – покров рыхлых несцементированных осадков, содержащих иловые воды. Иногда между фундаментом и верхним слоем с иловыми водами располагается средний слой, представленный литифицированными осадочными породами с порово-трещинными водами и базальтами с пластово-трещинными водами. Наиболее широко субокеанские массивы трещинных вод распространены в пределах срединно-океанических хребтов и поднятий, где они образуют огромные по протяжению и по щирине системы. Эти системы опоясывают весь земной шар; они протягиваются в субмеридиональном направлении в Северном Ледовитом, Атлантическом, Индийском и Тихом океанах и близ широтным кольцом с севера окружают Южный океан. Совокупность субокеанских массивов, субокеанских рифтовых бассейнов и оке­анских вулканогенных бассейнов в пределах срединно-океанических хребтов и поднятий можно назвать - гидрогеологическими срединно-океаническими областями (ГСО), а иначе подвижными гидрогеологическими областями (ПГО).

Субокеанские бассейны вод осадочного чехла (СОБ) подраз­деляются на крупные бассейны океанских котловин (СОБк), менее крупные субокеанские рифтовые бассейны (СОБр), субокеанские бассейны желобов (СОБж), субокеанские бассейны прогибов (СОБп), субокеанские бассейны разломов (СОБР): поперечных (СБОРп) и трансформных (СОБРт) и др.

Субокеанские бассейны котловин расположены обычно по обеим сторонам срединно-океанических поднятий и хребтов (ПГО). В их основании находится низший базальтовый слой, составляю­щий фундамент котловин и, по-видимому, заключающий з себе трещинные воды различного генезиса и типа. Фундамент котло­вин на их периферии поднимается к поверхности дна океана и местами выходит на дне, образуя субокеанские массивы трещин­ных вод (СОМ). Эти СОМ отделяют одну субокеанскую котловину от другой или ограничивают ее борт, примыкающий к ПГО. Ба­зальтовый слой залегает на мантии и прикрывается средним надбазальтовым слоем, называемым также вторым слоем.

Второй слой представлен консолидированными осадочными отложениями, переслаивающимися с вулканогенными породами, преимущественно базальтами и вулканитами. Вулканогены неред­ко преобладают. Для второго слоя характерны пластово-трещинные воды. Второй слой в пределах СОБк прослеживается не пов­семестно. Выше него залегает верхний слой рыхлых несцементи­рованных осадков, называемых иногда илами, в которых заклю­чены иловые воды океанского типа. Мощность верхнего слоя уве­личивается в направлении к континентам и островам, свидетель­ствуя о привносе минерального вещества с материками и остро­вов. Особенно интенсивно терригенный материал сносится с бе­регов в поясах гумидного климата, богатых атмосферными осад­ками, и со стороны дельт крупных рек, например, Амазонки, Ганга, Нила, Хуанхэ, Волги и др.

Критическая глубина (около 4800 м) разделяет глубоковод­ную область с медленным накоплением красных глин от менее глубоководной, для которой характерно относительно быстрое накопление карбонатных илов. Наличие критической глубины в СОБк порождает специфические их особенности: мощный осадоч­ный чехол на периферии котловины и тонкий в центральной ее части. Так, например, в Центральном Тихоокеанском СОБк на поднятиях и периферии мощность чехла, сложенного карбонат­ными илами, не превышает I км, в центральных глубоководных частях СОБк мощность чехла (красные глубоководные глины) менее 200 м.

В верхнем слое субокеанских бассейнов котловин заклю­чены иловые воды, в среднем -- пластовые и трещинно-пластовые - пластово-трещинные воды, в нижнем слое или фундаменте, на котором лежит чехол из.двух верхних слоев, - трещинные и трещинно-жильные воды, Там, где СОБк пересекают глубокие раз­ломы возникают трещинно-жильные воды разломов, нередко горя­чие, выносящие металлы и газы глубинного происхождения, иног­да и мантийные. Состав этих вод отличается от иловых вод верхнего слоя, сходных с водами океанского типа, преобразо­ванными под влиянием процессов диагенеза.

Расположенное вдали от континента дистальное крыло СОБк примыкает к склону срединно-океанских хребтов и поднятий. Здесь развиты вулканические образования - пирокласты, лавы, и туфы, прикрытые прерывистым покровом илов с их иловыми во­дами. В проксимальном крыле СОБк, расположенном вблизи от континента, из примыкающих к нему гидрогеологических струк­тур континента (АБ, ГМ и ВБ) могут поступать свойственные последним подземные воды, разнообразные по составу и услови­ям образования.

СОБк являются наиболее крупными и сложными гидрогеоло­гическими структурами. В пределах этих структур и на их ок­раинах иногда встречаются перекрывающие их вулканогенные субокеанские и островные бассейны, возникающие на глубоких (до мантии) разломах, секущих СОБк.

Размеры других субокеанских бассейнов значительно мень­ше, Субокеанские рифтовые бассейны (СОБр) в основном приуро­чены к осевым частям срединно-океанических хребтов и подня­тий. Они вытянуты согласно с протиранием хребтов и поднятий, сменяя друг друга на огромном расстоянии. Эти образования - самые молодые среди СОБ. Для СОБр характерны осадки мутьевых потоков, оползней и обвалов, среди которых, по Т. В. Розано­вой (1971), можно выделить смеси грубого и мелкого материала, некарбонатные, слабокарбонатные и карбонатные турбидиты, вулканогенные и осадочные образования часто с градационной слоистостью и со следами гидротермальной деятельности. Г. Б. Удинцев (1987) отмечает, что рифтогенез развивается не­равномерно в пространстве и во времени. Рифтовые зоны отли­чаются мощностью осадочного чехла, формой его залегания на фундаменте, глубинным строением земной коры, а также ано­мальной структурой магнитного поля, распределением теплово­го потока через дно океана, локальными гидротермальными про­явлениями, аномалиями возрастных характеристик базальных осадков и магматических пород акустического фундамента, ва­риациями механизма очагов землетрясений. На склонах рифтовых долин обнажаются скальные породы второго и первого - нижне­го - слоя, представленные основными породами.

Из сказанного видно, что на дне и склонах, покрытых осадками, развиты иловые воды, а в скальных породах - трещин­ные воды. Наконец, по разломам рифта распространены трещинно-жильные воды разломов, в ряде случаев термальные; некото­рые из них поднимаются с больших глубин, среди них возможны и мантийные рудоносные растворы. Разломы служат и путями продвижения к поверхности дна океана магматических расплавов. Поэтому с рифтами также тесно связаны молодые вулканические образования - океанские ВБ (ОВБ).

Субокеанские бассейны трансформных разломов (СОБРт) приурочены к разломам, ориентированным вкрест простирания срединно-океанических хребтов и поднятий. Большей частью это разломы растяжения. Наряду с трещинными и трещинно-жильными водами фундамента, среди которых распространены и термальные, наблюдаются и иловые воды в осадках на дне и местами на скло­нах бассейнов. Гидрогеология СОБРт во многом еще не ясна. Наиболее широко трансформные разломы распространены в северо-восточной части Тихого океана. Восточное завершение некото­рых из этих разломов прослеживается и на континенте (Север­ная Америка).

Субокеанские бассейны желобов (СОБж), подобно рифтовым, значительно вытянуты в длину и отличаются большим разнообра­зием. Наиболее широко они распространены в Тихом океане и отсутствуют в Северном Ледовитом океане

Гидрогеология СОБж сложна и разнообразна. В настоящее время о ней можно судить по данным морских геологических ис­следований. На склонах желобов обнажаются местами коренные породы океанической коры и мантии (?). Следовательно, фунда­мент СОБж должен характеризоваться трещинными и трещинно-жильными водами, солеными и термальными. На дне желоба, обыч­но плоском, находятся осадки, мощность которых достигает иногда 2 км. Для донных отложений СОБж должны быть типичны иловые воды. Местами склоны желобов прикрыты осадочными отложениями типа турбидитов, глинистыми и другими, включая скопления типа алевритовых до песчанистых. В них могут встре­чаться и скопления типа порово-пластовых вод. Отмечены случаи, когда склоны желобов смыкаются, не оставляя места для накоп­ления илов. СОБж обычно развиты на периферии океанов и сопря­жены с островными дугами; с последних сносятся в желоба терригенные и вулканогенные осадки.

Характерной особенностью СОБж является сочетание двух типов земной коры; океанической со стороны океана и континен­тальной со стороны островных дуг. Другой их особенностью яв­ляются дуги островов со стороны окраинных морей и валообразные поднятия со стороны океана - краевые валы (KB).

Краевые валы - специфические гидрогеологические струк­туры океанического дна. Их длина достигает 1000 км и более» ширина 300-500 км, высота над дном глубоководной котловины 2-5 км. Структура краевых валов - свод, образованный земной корой океана, в котором последовательно располагаются слои, типичные для коры океана, т.е. верхний - иловых вод, с. ли­ний - пластово-трещинных и трещинно-жилъных вод и нижний ба­зальтовый — трещинных и трещинно-жильных вод..

В отличие от типичных краевых СОБж выделяют внутренние краевые глубоководные желоба в поясах перехода суша - океан. К таким относятся Вебер, Ново-Британский и Бугенвильский в Соломоновом море, Сен-Кристобалъ, Санта-Крус и Ново-Гебридский в Коралловом море. Другой тип океанских желобов - это желоба-разломы; Романш в Атлантической ПГО; Вима, Восточно-Индийский, Диамантина в Индийском океане; Лира, Муссау и Макуори (Хьор) в Тихом океане.

Субокеанические бассейны прогибов (СОБп), особенно предматериковых, вытянуты вдоль континентов западного и восточно­го полушарий в Атлантическом океане и на востоке Тихого океа­на, Прогибы фундамента с его трещинными водами перекрыты чех­лом осадков с иловыми водами. Наряду с фундаментом из коры океанического типа, встречается и фундамент материкового ти­па. Между фундаментом и чехлом осадков местами появляется слой литифицированных отложений разнообразного состава, воз­можно с пластовыми водами. Наряду с солеными водами океанско­го типа среди вод бассейнов прогибов отмечены и рассолы. Не исключена возможность подтока подземных пресных вод со сторо­ны континента в проксимальное крыло СОБж и СОБп.

Субокеанские бассейны желобов (СОБж) и прогибов (СОБп) обычно располагаются на окраинах океанов и тесно связаны с переходной зоной суша - океан. Для лих характерны сложный водообмен и своеобразные условия формирования подземных вод. Здесь отмечено значительное преобразование иловых вод в свя­зи с накоплением и погружением илов; вместе с тем погружение океанической коры и взаимодействие ее с мантией приводит к дегидратации и появлению больших объемов термальных вод. Гид­ротермальные флюиды, обогащенные кремнеземом, щелочами, ле­тучими компонентами, металлами, мигрируют к поверхности дна океана и принимают участие в процессах метаморфизации выше­лежащих осадочных толщ. Значительное количество воды и пара, по-видимому, разгружается через находящиеся здесь вулканы в океан,

Субокеанские бассейны поперечных разломов (СОБРп) наи­более ярко проявились на востоке Тихого океана. Они представ­ляют собой желоба длиной до 3500 км и более, шириной до 20 км, и глубиной до 5-6 км с иловыми водами на дне и трещинно-жильными в разломных зонах. Преимущественное их простирание близширотное. К разломам приурочены местами вулканы и гидротермы. К CБOРп относятся разломы Мендосино, Пайонир, Мёррей и многие другие.

Океанские вулканогенные бассейны (ОВБ) развиты в океанах весьма широко. В пределах срединно-океанских хребтов и подня­тий они приурочены к рифтовым бассейнам, к продольным и попе­речным разломам; на дне океанских котловин они образуют под­нятия значительных размеров, вытянутые вдоль разломов на большом расстоянии: Северо-Западные (Императорские) горы - подводный вулканический хребет, Гавайский архипелаг - систе­ма вулканических бассейнов и др. Встречаются ОВБ и в виде гор-одиночек, иногда со срезанными вершинами (гайоты). Часто вулканические постройки появляются над уровнем океана в виде вулканических островов, которые хорошо известны в Тихом, Ин­дийском, Атлантическом и других океанах (рис.соотношщение вулканогенных бассейнов островных дуг и тд). На некоторых островах наблюдается налегание молодых лав и других вулкани­тов на осадочные отложения неогенового, палеогенового и более древнего возраста. Нередко ОВБ располагаются на границе между океанскими котловинами и по берегам океанов.

Субаквальные вулканогенные бассейны (ОВБ) содержат соле­ные воды океанического типа. Особенностями вулканогенных бас­сейнов океанических островов является то, что им присущи лин­зы пресных вод, залегающие непосредственно на соленых водах океанического происхождения. Пресные воды вулканитов получают свое питание за счет атмосферных осадков. Эти особенности обуславливают специфику эксплуатации пресных подземных вод островов в целях водоснабжения, а именно необходимость не до­пускать внедрения (интрузии) соленых вод со стороны океана в пресные атмосферного происхождения води островов. Наряду с субокеаническими вулканогенными бассейнами (ОВБ) типа вулка­нов-конусов и гайотов - плосковершинных конусов - при извер­жениях на больших глубинах (свыше 2 км) образуются волнистые покровы подушечных лав, специфичные для больших глубин Миро­вого океана и морей и требующее своего гидрогеологического изучения. Этот особый тип гидрогеологических структур океан­ского дна может быть обозначен ОВБлп - океанские вулканоген­ные бассейны лавовых покровов.

Наконец, следует еще выделить вулканогенные бассейны подводных вулканических хребтов (ОВБх). На больших глубинах часто возникают силлы и лакколиты между вышележащими рыхлыми осадками и подстилающими их базальтами. При этом образуется волнистая и холмистая поверхность дна океана.

В отдельных районах Мирового океана встречаются отчле­ненные от шельфа предматериковыми прогибами погруженные бло­ки материковых структур. Для этих блоков должны быть харак­терны субокеанические и субмаринные гидрогеологические струк­туры материкового типа - субокеанические микроконтиненты.

Наконец, на дне Мирового океана и ок­раинных морей встре­чаются коралловые ри­фы и острова. (рисунок схемы атолла). Особенно многочислен­ны коралловые острова в пределах субаквальных вулканогенных бассейнов (ОВБ). Мощ­ность коралловых ри­фов достигает 1000 м и более, пористость их 15-40 %. В субаквальной части они содержат соленые океанического типа во­ды, а на островах - пресные воды атмосферного происхождения. Эти пресные воды плоским маломощным слоем залегают на соле­ных водах. Их эксплуатация должна учитывать возможность инт­рузии соленых вод и проводиться с необходимыми предупреди­тельными мерами. Во многих случаях коралловые острова явля­ются надстройкой над вулканогенными бассейнами, что специ­фично для теплых и чистых вод Мирового океана.

Краткий обзор гидрогеологических структур дна Мирового океана свидетельствует о том, что некоторые из них сходны со структурами суши континентов. Среди них, например, масси­вы трещинных вод (ГМ) и субокеанские массивы (СОМ), вулкано­генные бассейны (НБ) и субокеанские (ОВБ). Другие имеют от­даленное сходство, например, субокеанские бассейны котловин (СОБк) и артезианские-бассейны (АБ). Наконец, никакого сход­ства с континентальными не имеют и на континентах не встреча­ются такие гидрогеологические структуры дна океана как суб­океанские бассейны желобов (СОБж), краевые валы (KB) и воды коралловых островов (К), трансформных (СОБРт) и поперечных разломов (СОБРп). Все это позволяет сохранить за структурами океана самостоятельное значение и наименования.

Структуры Мирового океана отделяются от структур суши континентов поясом перехода (зоной перехода) суша - океан разнообразного строения. В состав зоны входят прибрежно-шельфовые структуры континентов, которые представляют собой опус­тившиеся ниже уровня океана гидрогеологические структуры кон­тинента: гидрогеологические массивы (ГМ), артезианские бас­сейны (АБ) и вулканогенные бассейны (ВБ). Эти структуры пол­ностью или частично находятся ниже уровня моря. К поясу от­носятся субмаринные бассейны окраинных морей, гидрогеологи­ческие складчатые области островных дуг, к которым со сторо­ны океана примыкают отделяющие их от океанических структур субокеанические структуры глубоководных желобов (СОБж), а также бассейны предматериковых прогибов (СОБц) и др.

В краевом поясе суша - океан могут быть выделены гидро­геологические массивы, артезианские бассейны, вулканогенные бассейны, как указывалось, полностью скрытые под уровень мо­ря. Структуры эти проходят субмаринный этап своего развития и могут быть названы с полным основанием субмаринными. Наряду с ними широко распространены структуры, часть которых распо­ложена под уровнем моря, а другая выходит на поверхность су­ши на континенте или на островах. Такие структуры, лишь частью скрытые под уровней моря, могут быть названы семимаринными (от semi - полу).

Семимаринные гидрогеологические структуры, хотя и разделяются берегом моря на субаэральную и субмаринную части с гидрогеологических позиций представляют собой единое целое. Их водоносные горизонты или водоносные зоны уходят от берега под уровень моря, будучи едиными. Воды их субмаринной и субаэральной частей тесно взаимосвязаны. Все семимаринные структуры характерны для шельфа и прилегающего к нему берега и за­вершаются в пределах материкового склона. Их удобно поэтому называть прибрежно-шельфовыми, если часть их находится в пре­делах шельфа, а другая на поверхности суши, прилегающей к морю.

Вместе с тем следует отметить, что субмаринные и семи­маринные гидрогеологические структуры более сложны, чем ана­логичные субаэральные структуры. Выработанные абрадированные шельфы отличаются тем, что верхняя часть их водоносных гори­зонтов и зон уничтожена абразией и отсутствует под уровнем моря, сохраняясь на берегу. Трансгрессивные и аккумулятивно-дельтовые шельфы отличаются наличием толщи молодых новообра­зованных отложений до илов с иловыми водами включительно. В пределах пояса перехода суша - океан происходит энергичный водообмен суша - море, отмечены выходы субмаринных пресных источников на морском дне, иногда в значительном отдалении от берегов и на большой глубине. Вместе с тем на берегах морей наблюдаются интрузии морских вод и "береговые" источни­ки с соленой водой морского происхождения, нередко термаль­ные, например Чукотские береговые термы (по В. Г. Гольдтману, 1967).

В заключение отметим, что гидрогеология пояса перехода суша - океан весьма сложна и разнообразна. Здесь широко раз­виты гидрогеологические структуры материкового типа, но на­ряду с ними встречаются и субмаринные бассейны котловин (СМБк), весьма близкие по своим гидрогеологическим особеннос­тям к гидрогеологическим структурам дна океана, к субокеанс­ким бассейнам вод осадочного чехла (СОБ), субмаринным бассей­нам желобов, вулканогенным бассейнам и другим структурам с фундаментом океанического тапа. Особо должны быть выделены складчатые области островных дуг с развитыми в их пределах вулканогенными бассейнами. В пределах Курильской, Японской и других островных дуг, помимо вулканогенных бассейнов, на­ходятся сложные системы малых артезианских, адартезианских бассейнов, гидрогеологических массивов, нередко перекрытых ВБ.

Современная тектоника и вулканизм обусловили проявления на островных дугах вод морского генезиса и мантийных вод, а в пределах самих островов - пресных инфильтрационных вод ат­мосферного питания и вод смешанного типа.

Особое положение занимают гидрогеологические структуры дна внутренних морей: Средиземного, Черного, Каспийского, Балтийского, Северного, Карибского и др., а также Мексиканс­кого залива. Здесь могут быть выделены субмаринные и семимаринные артезианские бассейны. В некоторых из них вскрыты и эксплуатируются нефтяные и газовые месторождения. Крылья некоторых бассейнов выходят на сушу и находятся на субаэральном этапе своего развития с инфильтрационным режимом для верх­них водоносных горизонтов чехла (горизонтов и комплексов). Внутренняя часть этих структур скрыта под уровнем моря и ха­рактеризуется субмаринным этапом развития, элизионным режимом для осадочной водоносной толщи чехла.