Способ исследования рельефа дна океана

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 О 829 О Союз Советских Социалистических РеспубликКомитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРЗаявитель СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛЬЕФА ДНА ОКЕАНА Изобретение предназначено для исследова. ния рельефа дна океана в условиях дрейфующих льдов.Обширная, труднодоступная и недостаточно исследованная в гидрографическом отношении акватория Арктического бассейна требует изыскания более эффективных, нежели существующие, способов изучения рельефа дна. В настоящее время гидрографический промер в Арктическом бассейне осуществляется почти исключительно путем эхолотирования со льда, выполняемого как на дрейфующих исследовательских станциях, так и в отдельных пунктах, гдс совершают посадки оборудованные эхолотами вертолеты. Эхолотирование со льда не дает большой эффективности в работе; изменчивый характер дрейфа, высокая стоимость эксплуатации и малый радиус действия вертолетов ограничивают возможности этого способа,Следствием описанного положения являются относительно низкие темпы изучения релье. фа дна Арктического бассейна, нс соответствующие насущным потребностям практики,В этой ситуации решающую роль должно получить изыскание средств и способов изучения рельефа дна, которые отличались бы прежде Всего Высокими темпами, экономичностью и высокой надежностью обнаружения навигационных опасностей. Предложенный способ исследования рельефа дна оксана позволяет решить эти задачи.Он состоит из аэромагнитного прогнозирования крупных форм рельефа дна, которое осно вано на теоретически предсказанной и экспериментально подтвержденной связи между характером аномального магнитного поля и структурои верхнпх горизонтов земной коры, непосредственно влияющих на формирование 10 рельефа дна океана, и в более доскональномизучении этой связи с помощью сейсмических исследОВанип, специально разраоотанных для этой цели.Способ представляет комплекс решения 15 двух задач общего направления - получениеданных для научного районирования подробности промерных работ и проведения самого промера.Для получения в первом прибли;кснпп пред ставления о рельефе дна океана (его крупныхформах) в способе предусмотрена морская аэромагнитная съемка, которая в отличие от обычной аэромагнитной съемки, применяемой в геологических исследованиях над сушей и 25 внутренними и окраинными морями, предпринимается для решения принципиально новых, гидрографических задач и проводится по методике, учитывающей специфические условия работ, что позволяет в итоге произвести райо нирование изучаемой площади океана по ти 208290пам рельефа дна с выделением локальных поднятий типа подводных гор (отдельных или образующих группы), которые могут представлять навигационные опасности. Этим самым съемка позволяет в короткие сроки и ценой относительно небольших затрат разделить акваторию Арктического бассейна на участки, требующие батиметрического изучения в различной очередности и детальности и тем самым поставить на научную основу планирование промера, снимая необходимость подрооного изучения рельефа глубоководных котловин с ровным дном, гарантируя обнаружение локальных подводных гор, которые могли быть пропущены при недостаточно подробном промере по заранее заданной регулярной сети.Для более тщательного научного планирования промера, когда необходимо не только получить представление о рельефе дна океана в том или ином районе, но и определить границы участков, подлежащих детальному промеру в способе рекомендуется производить сейсмические исследования региональным сейсмозондированием, разработанным по специальной методике, которое, несмотря на свою большую трудоемкость по отношению к морской аэромагнитной съемке, позволяет наряду с определением границ участков, подлежащих детальному промеру, произвести попутно с этим подробное исследование рельефа дна в окрестности этих участков.Поэтому в зависимости от обстановки, условий работы и сроков выполнения для научного планирования промерных работ в способе приведены как специально разработанная для этой цели морская аэромагнитная съемка, так и региональное сейсмозондирование, которые могут быть использованы как раздельно, так и в комбинации, в зависимости от удаленности района работ от основной базы и трудоемкости работ в том или ином районе исследований. Морская аэромагнитная съеяка Методика полевых работ морской аэромагнитной съемки отличается от примсняемоц в геологических работах. Масштаб морской аэромагнитной съемки выбирается с учетом характера аномального магнитного поля и степени его сложности, с одной стороны, и с учетом магнитных эффектов, создаваемых отдельными формами рельефа и, в первую очередь, подводными горами, - с другой стороны. Практически было установлено, что целесообразным является проведение съемки в масштабе 1: 2 000 000 - 1: 3 500 000 для целей генерального морфологического районирования и в масштабе 1: 300 000 - 1: 750 000 - для детального морфологического районирования и обнаружения локальных форм подводного горного рельефа.В связи с высокими требованиями к чувствительности и точности морской аэромагнитной съемки, измерения магнитного поля про 5 10 15 20 2 К 30 35 40 4 К 50 кк 60 65 водятся серийным относительным аэромагнитометром АММи абсолютным магнитомет ром-приставкой, в качестве которой может быть использован любой ядерно-резонансный магнитометр, пригодный для эксплуатации на самолете. Для достижения высокой точности в способе предложена и опробована оригинальная методика комплексирования относительных и абсолютных воздушных измерений.В связи с дрейфом ледового покрова учет геомагнитных вариаций проводится с помощью рациональной сети опорных маршрутов, параметры которой рассчитываются, исходя из состояния переменного геомагнитного поля в районе работ и требований к точности съемки.Плановое и высотное обеспечение морской аэромагнитной съемки производится любым способом, обеспечивающим требуемуюточность измерений, причем сами требования к точности определения координат самолета выводятся из требований к точности измерений магнитного поля с учетом степени сложности аномального поля в районе работ.Проведя аэромагнитную съемку и обработав ее материалы, производят построение карт аномального магнитного поля и карт распределения его источников. Эти документы кладутся в основу районирования изученной акватории по магнитному полю..По характеру магнитного поля изученная акватория делится на несколько участков, в границы которых включаются площади, характеризующиеся однотипным аномальным полем, т. е. одинаковым уровнем поля, амплитудой, частотой и градиентом аномалий и другими признаками, в совокупности образующими представления о структуре аномального магнитного поля, При районировании по магнитному полю принимается во внимание также распределение источников магнитных аномалий, отыскиваемое путем количественной интерпретации аэромагнитных данных.В условиях океана источниками магнитных аномалий являются геологические тела, отличающиеся повышенной намагниченностью и залегающие на различной глубине под дном океана, причем в отдельных случаях источниками магнитных аномалий могут быть тела, непосредственно формирующие рельеф; например, подводные горы (вулканы). Распределение намагниченных тел в пространстве является одним из существенных элементов геологического строения, которое непосредственно связано с рельефом дна океана,Районирование по магнитному полю и распределению его источников является необходимым, но все же недостаточным условием для полного решения задачи морфологического районирования дна акватории. Для мор. фологической интерпретации аэромагнитных данных в этом случае необходим некоторый объем независимых данных о рельефе дна в районе работ, минимум которых в большинстве случаев имеется на Арктический бассейн. Когда информация о рельефе дна в районеработ чрезвычайно мала, а структура магнитного поля может оказаться весьма сложной, то в таких случаях необходимо провести дополнительные сейсмические или промерные работы в самом небольшом объеме (примерно одна точка на 10000 кв, км).Имеющиеся сведения о глубинах дна используются также для контроля расчетных глубин, отыскиваемых при количественной интерпретации магнитных аномалий. Переход к морфологическому районированию состоит в придании морфологического содержания участкам с различной структурой магнитного поля путем сопоставления расчетных глубин намагниченных тел и структуры поля с известными глубинами дна. Расчеты глубин намагниченных тел проводятся одним или нссколькими способами из числа существукнцих в магниторазведке, при таких допущениях о форме намагниченных тел, которые наиболее точно отвечают имеющимся данным. Если, однако, при проведении расчетов выявятся глубины намагниченных тел, значительно меньшие, нежели известные в районе, то участки малых расчетных глубин выделяются под первоочередную промерную или сейсмическую проверку, Таким образом, гидрографическое использование предлагаемого способа завершается прогнозом крупных форм рельефа дна. В результате аэромагнитного прогнозирования выявляются формы рельефа дна, относящиеся к материковому склону, аоиссальные равнины с ровным и холмистым рельефом, срединно-океанические хребты, в пределах которых удается уверенно проследить рифтовую зону, границы провинции гребневых гор и отдельные отроги хребта, а также ассйсмичные подводные хребты и их отроги, крутые уступы, Большие подводные горы надежно обнаружи.ваются в пределах срединного хребта и глубоководных котловин при достаточной деталь ности съемки. Менее уверенно обнаруживают ся отдельные невулканические поднятия в вершинных частях асейсмичных хребтов. Нс проявляются в магнитном поле некоторые отрицательные формы рельефа, представляющие собой результат эрозии осадочного покрова на дне океана, т. е. долины и каньоны на материковом склоне и в абиссальных котловинах.Аэромагнитное прогнозирование позволяетнс только произвести районирование дна акватории по типам рельефа, но и указать максимальные возможные средние глубины дна (т. е. глубины намагниченных тел, которые, очевидно, всегда больше или равны глубинам моря), В районах с расчлененным рельефом дна по магнитному полю удается предсказать простирание крупных форм рельефа и направление пересекающих их орицаеьных форм рельефа.Предлагаемый способ был экспериментально проверен в Арктическом бассейне в различных морфологических провинциях.Картирование рельефа дна малоизученных районов, таких как Арктический бассейн, сейсмическими методами основано на новом подходе, базирующемся на выявлении существу- ющих объективных связей между морфологией рельефа дна и глубинно-геологическим строением, позволяющим по незначительному количеству гочск сейсмозондирований судить па основании установленного вида связи о состоянии рельефа дна и ожидаемых изменениях на большой площади. В отличие от эхолотного промера сейсмические исследования позволяют получать сведения не только о глубине моря и точке зондирования с точностью до 01 - 037 о от глубины, но и получать также информацию о величине и азимуте наклона как поверхности дна, так и поддонных горизонтов. Слсдсвательно, сейсмические исследования позволяют получать сведения, которые дают возможность судить не только о повсрхности дна, но и о характере нижележащих комплексов пород, условия залегания которых определяют состояние рельефа дна в окрестностях точки сейсмозондировання.Сейсмические методы исследования применяются в настоящее время на суше или на мелководье только для изучения глубинно- геологического строения с целью установления размещения и оконтуривания залежей полезных ископаемых. Из результатов сейсмических работ и полученных сведений о глубинно-геологическом строении не выводятся закономерности, наблюдаемые и происходящие в изменениях рельефа суши. Наоборот, в результате изучения морфологии поверхности суши предпринимались попытки определить особсн ности глубинно-геологического строения, что являлось крайне неоднозначным.В ином положении находится производство сейсмических работ в условиях океанов и глубоких морей. Здесь поверхность наблюдения и поверхность рельефа дна отделены друг от друга большим слоем водной толщи, причем поверхность наблюдения все время остается постоянной и является как бы опорной, относительно которой изменяются как поверхность рельефа дна, так и различные глубинно-геологические границы,Следовательно, производя сейсмические работы в условиях океанов и глубоких морей и получая одновременно на одной и той же сейсмограммс отражения от всех границ разделов, нахопящихся ниже поверхности наблюдения, вклочая повсрхность дна и поверхности Оолсс глчбОкнх горизонтов, можно установить, в каких соотносительных изменениях находятся изменения рельефа дна и изменения в глубинно-геологическом строении. Если на суше связь между условиями залегания пород, слагающих поверхность дневного рельефа, и особенностями глубинно-геологического строения крайне сложна, в силу того, что рельеф является продуктом двух одновременно дейст 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 б 5 Сейсмические исследования10 15 го 25 30 35 40 45 50 55 60 65 вующих факторов: внешних - экзогенных процессов и внутренних - эндогенных, и неизвестно в каждом конкретном случае, какой из фкторов преооладал над други, то и 1,словиях океанов и глубоких морей рельеф поверхности дна выступает в чистом виде, он зависит главным образом от изменений, происходящих в глубинно-геологическом строении. Для районов открытого моря, где глубины больше 200 м, роль экзогенных процессов мала, поэтому основным формирующим фактором рельефа дна являются глубинно-геологические процессы, приводящие к перестройке одних форм рельефа дна в другие.Такая перестройка вначале происходит в нижних слоях земной коры, после чего, как следствие, проявляется в изменении рельефа дна. Поэтому можно считать, что наиболее чувствительным индикатором изменения морфологии дна является характср изменения поверхности нижележащих комплексов пород Устанавливая определенные зависимости между морфологией рельефа дна и глубинно-геологическим строением, можно подойти к вопросу картирования рельефа дна не только с чисто метрических позиций и судить о его природе лишь на основании большого набора промерных глубин, но и с позиций научно-теоретических, опирающихся на выявление особенностей глубинно-геологического строения.Такой подход является особенно перспективным в условиях акватории Арктического бассейна, покрытого льдом, так как позволяет определить в плане. по незначительному количеству сейсмозондирований изменения рельефа дна прежде, чем они,будут выражены в изменениях абсолютных отметок глубин, Э го возможно в силу того, что практически любая морфометрически выраженная структура в площадном отношении меньше структуры тектонической, т, е. площадь, вовлеченная в общий этап поднятий или опусканий, или в какую-либо другую перестройку, больше площади проявления в виде изменения (поверхности) рельефа дна.Изучение и картирование рельефа дна Арктического бассейна сейсмическими методами осуществляется в два этапа: региональное изучение основных форм рельефа дна обширных акваторий океана путем постановки каркасной сейсмической съемки для установления условий сочленения и характера взаимоперехода одних крупных форм рельефа дна в другие и определения генетического типа выявленных форм, что позволяет определить первоочередные участки съемки и выбрать в пределах этих съемок необходимый масштаб для последующего детального промера, в зависимости от установленного генетического типа подледного рельефа и степени его расчлененности; второй этап - детальная площадная съемка наиболее важных и сложно построенных участков подледного рельефа дна путем производства площадных сейсмозондирований в виде подробного сейсмического промера(сейсмолотирование), либо в виде комбинированной съемки (эхолотный дискретный промер со льда, сопровождаемый одиночными ссйсмозондированиями) с целью составления на эти участки кондиционных батиметри-шских карт,Региональное изучение основных форм рельефа дна (каркасное сейсмозондирование)Региональное изучение основных форм рельефа дна Арктического бассейна выполняется методом отраженных волн по методике пространственного сейсмозондирования с помощью облегченных сейсмических станций, установленных на специально оборудованных самолетах типа ЛИили АН, которые способны совершать посадку на лед в заданных районах. В качестве источника излучения применяется взрыв тротиловой шашки весом от 0,075 кг до 0,4 кг. Сейсмозондирования пооизводятся при угловой или трех-, четырехлучевой расстановке сейсмических кос с базой наблюдения 275 в 5 м, что позволяет, как было показано, кроме глубины моря, определить угол и азимут наклона поверхности дна, а также изучить условия залегания, степень дислоцированности и характер изменения мощности осадочных пород.Масштаб каркасных сейсмозондирований не зависит от степени сложности или простоты строения рельефа, а также от удаленности мест базирования самолетов и составляет от 1: 5 000 000 до 1: 10 000 000.В результате работ первого этапа на район исследуемой площади составляется морфотектоническая карта, на которой выделяются участки с резко различным геологическим и формометрическим строениями, определяется зависимость между характером изменения рельеефа дна и изменениями, происходящими в нижележащих комплексах пород. Морфотектоническая карта, сейсмограммы и вычисленные зависимости поведения рельефа дна от изменения глубинно-геологического строения являются исходным материалом для научного планирования последовательности выполнения съемки и определения масштаба промерных работ.Площадное детальное картирование подледного рельефа дна Как и при региональном рекогносцировочном сейсмозондировании (каркасная съемка), детальный сейсмический промер выполняется методом отраженных волн по методике пространственных сейсмозондирований. Съемка ведется в виде угловых зондирований с базой приема 275 Х 275 м. По своему назначению и особенностям производства работ площадные сейсмические исследования подразделяются на сейсмический промер (сейсмолотирование), который ставится при изучении подледногс рельефа дна в районах со слабой пересечен208290 10 Пред м ет изобретения рельефа дня океана, с целью повьшсипя его ускорения и снппрпмсцяют комплекс ссйса 10 зоцдпрОВянп 51. Спосоо исследования 40 отлггчагощггггс 51 тем, что,эффективности промера,жения сто;мости работ,яэромагнптной съемки иСоставитель Ю, Р, ДадеркоТехред Л. Я. Бриккер Корректоры: Т, С. Кувшинован В. Г. Ионова Редактор А. А. Эйдис Заказ 21/14 Тирак 530 Поди яснаЦИИИГИ Комитета по делам гзоорстеннй и огкрытш прн Говстс Министров ССг;РМосква, Центр, нр. Серова, д. 4 Типография, пр. Сапунова, 2 ностью рельефа (континснталы 1 ый склон, глубоководные котловины - районы абиссальных равнин, пологие склоны хребтов, крупные впадины, желоба), и на комбинированный мегэд промера, когда сейсмические зондирования выполняются совместно с дискретным эхолотным промером для изучения районов с сильно пересеченным рельефом дна. К таким районам относятся хребты, районы отдельных горновулкянических поднятий, крупных порогов, каньонов. При комбинированном методе промера сочетается использование сейсмического зондирования с эхолотированисм.Масштаб детального сейсмического картирования определяется степенью перссеченности рельефа и изменяется от 1: 500 000 до 1: 2000000. В процессе съемки масштаб детального сейсмического картирования может быть изменен в сторону еще большего укрупнения и могут быть намечены дополнительные участки для сгущения. Точки дополнительного сгущения определяются путем анализа нанесенных на рабочий планшет векторов наклона дна. Для этого все векторы углов наклона дна, значение которых больше 3 - 5, продолжаются до пересечения с другими смежными и встречными векторами. При этом учитывается и наклон нижележащих напластований горных пород, В случае однотипности наклона дна и нижележащих горизонтов достоверность изменения рельефа дна в данном направлении не вызывает сомнения. Места точек пересечения продолженных векторов анализируются с привлечением всех данных окружающих глубин и выявленных изменений глубинно-геологического строения. Процесс анализа и взятия дополнительных точек производится до тех пор, пока рельеф изучаемого района не будет освещен с требуемой подробностью и точностью. В зависимости от видя пересечения сосчитанных векторов углов наклона поверхности дна, могут быть встречены в районе работ, в интервале между двумя зондированиями, простые формы повсрхносги рельефа дна (моноклинальныс формы повсрхности дця, янтиклпнальные и спнклцнальныс), когда вектора имеют общую точку и слож но построснные изоклинальныс формы поверхности рельефа (когда нет общей точки пересечения) .Если ошибки вычисления отсутствуют и, несмотря на это, сущсствуст значительное ряс хождение векторов, я также наблюдается дислоцирОВянный хярг 1 ктср нижслсжя 1 цпх толц горных пород в точках зондирования. то все это укязыВяет ня то, "1 то В интерВялс мсжду двумя зондированиями имеет мссто изоклпТ 5 нальная поверхность рельефа дня и, слсдовяТСЛЬНО, В ПРОМСЖУТКС МСЖДУ Н 11 МИ ДОЛЖНЯ быть взята дополнительная промсрная точка.Полученные векторы наклонов дакт возможность определить не только состояние 20 рельефа дна, его степень псрссеченности и осложненности в промежутках гС)кду зондированиями и в связи с этим наметить и выполнить дополнительное сгущснце, но также подойти по-новому к построению батпметричс ских карт ц в первую очередь к вычер иванноизобат. При наличии векторов наклонов дна вычерчивание изобат производится с обязательным учетом величины угла наклона дна, определением градиента и оценкой локально го и регионального его значения.11 нгсрполяция изобат производится не каклинейная, принятая прп обычном дискретном способе промера, а кяк векторно-линейная, что значительно объсктивнес отражает пзобЗо ражснпс рельефа дна.