Усі книги і методички

быть представлены коренными породами, скоплением рыхлого материала, колониями останков живых организмов и т.п.

Верхнюю часть литосферы, образующуюся в результате осаждения твердых частиц различного состава и происхождения, называют морскими осадками, или

донными отложениями.

В толщине осадочных пород выделяют несколько слоев: собственно грунты (верхний слой), затем малоуплотненный, уплотненный и сильно уплотненный слои. При этом толщина слоя грунтов составляет всего лишь около 50м, тогда как средняя мощность всех морских отложений достигает 3км.

Разделение упомянутых слоев основано на изменении плотности, сопровождающейся значительным изменением скорости распространения звука. Указанная закономерность позволяет более или менее четко фиксировать отдельные слои с помощью акустической аппаратуры.

Но выделение слоя грунтов оправдано и по другим мотивам:

—специфическими их свойствами;

—возможностью прямого (непосредственного) изучения;

—указанным ранее особым значением для мореплавания и гидротехнического строительства.

Развитие мореплавания и быстрорастущее значение океанского дна в экономике, естественно, ставят новые задачи и в области изучения более глубоких слоев осадочных пород. Поэтому гидрографические исследования не ограничиваются лишь донными грунтами. Тем более, что современная аппаратура позволяет определять стратификацию и даже вещественный состав глубинных слоев, представляющих научный и практический интерес для морской геологии и геофизики.

2. Характеристика морских донных грунтов

Основная часть морских грунтов представляет собой современные рыхлые или твердые осадочные породы. Древние коренные горные породы выходят на поверхность океанического дна значительно реже, преимущественно на участках с крутыми склонами или с сильными придонными течениями.

Современные донные отложения подразделяют в зависимости от их происхождения на четыре группы: терригенные, вулканогенные, биогенные и хемогенные.

Терригенные отложения образуются либо в результате абразионных процессов, разрушающих коренные породы, из которых сложены берега или морское дно, либо выносятся с суши в океан речными потоками. Естественно, более крупные обломки пород отлагаются в непосредственной близости от берега, а по мере удаления в море оседают все более мелкие частицы. Легко понять, что терригенные донные грунты распространены преимущественно в пределах материковой отмели. Таким образом, терригенные отложения — это преимущественно мелководные отложения.

Вулканогенные отложения образуются при выбросе обломков глубинных пород в процессе вулканических извержений. Частицы попадают сначала в атмосферу, а затем

в океан, распространяясь даже в удаленные районы. Некоторая часть вулканического материала в последующем подвергается химической переработке, образуя полигенные отложения. Так, например, накапливается красная глина. В целом же доля вулканогенных отложений в океанах незначительна. Около 75% площади Мирового океана покрыто глубоководными отложениями, среди которых основную роль играют биогенные и хемогенные.

Биогенные отложения состоят из скелетов, панцирей или раковин различных морских организмов, уцелевших от разложения или растворения при опускании на дно. В зависимости от преобладающего типа организмов в отложениях различают глобигериновые, диатомовые, радиоляриевые и птероподовые илы.

Хемогенные отложения образовались в результате химических процессов, возникающих во взвесях и в растворах различных веществ в морской воде. Наиболее известны отложения железомарганцевых конкреций, занимающие значительные площади ложа Тихого океана.

Завершая общую характеристику донных грунтов, обратим внимание на некоторые закономерности распространения морских отложений.

Доказана связь распространения донных грунтов с климатическими условиями. Еще более четко прослеживается закономерность изменения отложений по мере удаления от материков: терригенные грунты сменяются с удалением от берега известковыми илами, а последние — красными глинами.

Вертикальная зональность грунтов находит выражение в возрастании тонких частиц по мере увеличения глубины и в смене их вещественного состава.

Важная закономерность распределения грунтов связана с рельефом дна. Прежде всего, влияние рельефа проявляется в гранулометрическом составе: размеры элементов грунта убывают по мере увеличения глубины, укрупняются на возвышенностях и уменьшаются во впадинах. Положительные формы рельефа при наличии устойчивых течений или волнения способствуют скоплению осадочных пород в одних местах и смыву в других. Распределение грунтов в большой мере зависит от уклона дна.

В свою очередь, отложения сказываются на рельефе как фактор захоронения неровностей коренных эндогенных форм. В результате образуются плоские или холмистые абиссальные равнины, наклонные равнины материкового склона и подножия.

3. Классификация морских донных грунтов

Краткое описание донных грунтов, приведенное выше, основывалось преимущественно на генетическом принципе. Однако мореплавателей интересует не происхождение грунта, а такие его качества, как твердость, консистенция, пластичность, вязкость, размеры частиц, цвет и т. д.

Наиболее подходящей для морских карт оказалась так называемая динамическая классификация грунтов. В основу этой классификации положена величина зерен, слагающих грунт, т.е. механический (гранулометрический) состав грунта.

По гранулометрическому составу различают грунты:

—крупнообломочные;

—песчаные;

—глинистые.

Типы грунтов, гранулометрический состав и условные обозначения, принятые в этой классификации, приводятся в табл. 8.

Вещественный состав грунтов послужил основой для другой классификации. Типы грунтов, их вещественный состав и условные обозначения, принятые в этой классификации, приведены в табл. 9.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОРСКИХ ГРУНТОВ

§70. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗУЧЕНИЯ МОРСКИХ ДОННЫХ ГРУНТОВ

1.Общие положения

Для изучения морских донных грунтов применяются прямые и косвенные методы.

Сущность прямых методов состоит в непосредственном анализе проб донного грунта, для взятия которых используются различные механические устройства, объединенные общим термином — грунтодобывающие приборы.

Грунтодобывающие приборы позволяют поднять образцы грунта и всесторонне исследовать их свойства. Однако дискретность получения проб не дает полной картины распределения грунтов на океаническом дне и нуждается поэтому в дополнительных сведениях. Другим недостатком грунтодобывающих приборов является получение лишь информации о поверхностном слое донных грунтов.

Оба указанных недостатка в известной мере компенсируются применением косвенных методов изучения донного грунта, которые основаны на выявлении какихлибо параметров грунта по результатам взаимодействия с искусственными или естественными физическими полями.

2. Грунтодобывающие приборы

На глубинах до 5м пробы поверхностных грунтов можно получить щупом или металлическим стаканом, укрепленным на конце наметки. На глубинах более 5м пробы рыхлых грунтов берут с помощью дночерпателей и грунтовых трубок. Для сбора коренных пород используются драги.

Дночерпатели изготовляются в виде тяжелых ковшей или шарнирносоединенных металлических створок. При достижении дна створки врезаются в грунт, а при подъеме под действием собственной тяжести или специального механизма закрываются, сохраняя взятую пробу грунта от размыва потоком морской воды. Дночерпатели используются для сбора проб поверхностного слоя грунта; глубина их проникновения в грунт не превышает 30 - 40см.

Грунтовые трубки предназначаются для взятия проб не только поверхностного, но и нижележащих слоев грунта. Длина трубок колеблется от одного до десятков метров. Различают ударные, поршневые и гидростатические трубки.

Ударные трубки наиболее простые по конструкции и углубляются в грунт под действием силы, величина которой зависит от массы трубки и скорости ее спуска. Недостатки ударных трубок состоят в том, что длина колонок грунта в них всегда меньше углубления трубки в грунт из-за сил внутреннего трения, развивающихся при уплотнении и заклинивании осадков. Под воздействием той же причины пластичные слои грунта в трубке имеют меньшую мощность, чем их мощность в натуре.

Поршневые трубки углубляются в грунт также под действием живой силы падения. Однако затем начинается дополнительное их углубление за счет вакуума, создаваемого при вытягивании поршня тросом. В отличие от ударных поршневые трубки берут колонки грунта, длина которых равна углублению их в толщу осадков. Поршневые трубки позволяют получить колонки грунта длиной более 20м с незначительным нарушением стратификации донных осадков.

В гидростатических трубках имеется дополнительный баллон, заполненный водой настолько, чтобы его воздушное пространство соответствовало объему полости колонковой трубки. Когда грунтовая трубка начинает углубляться в толщу осадков, давлением открывается специальный кран, посредством которого полость баллона сообщается с полостью колонковой трубы. За счет разности давления (гидростатического на дне и атмосферного в баллоне) трубка вонзается в отложения, а колонковая труба заполняется грунтом. Глубоководные гидростатические трубки позволяют получать колонки грунта длиной до 30 - 35м с ненарушенной слоистостью.

Драги представляют собой жесткие металлические рамы, обшитые плотным материалом или тонкими стальными листами. Сбор грунта с помощью драг (драгировка) производится на малых ходах путем буксировки стравленных за борт устройств до их заполнения обломками коренных пород.

Непосредственный отбор проб грунта можно производить также с помощью водолазов и аквалангистов. Более рациональный отбор проб возможен при использовании дистанционно-управляемых или обитаемых глубоководных аппаратов. Манипуляторы или другие устройства, установленные на глубоководных аппаратах, позволяют получать пробы грунта с больших глубин и обследовать различные участки дна с большой подробностью.

3.Косвенные методы изучения морских грунтов

Ккосвенным методам изучения морских грунтов можно отнести подводную фотосъемку, подводное телевидение, акустические и геофизические методы.

Подводная фотосъемка и главным образом стереофотосъемка позволяют исследовать микрорельеф и структуру донных отложений на любых глубинах.

Тем же целям служит подводное телевидение, но его преимуществом является возможность получения непрерывной информации в полосе следования гидрографических судов или глубоководных аппаратов.

Акустические методы базируются на различиях в скорости распространения звука и звукоотражательной способности грунтов, а также на различном рассеивании звуковой энергии неровностями дна и в толще донных отложений. Грунты по-разному отражают звуковые волны, но для каждого типа грунта характеристика отражения сохраняется стабильной в довольно узких пределах. Это свойство использовано для опознания грунтов с помощью электронного осциллографа, подключаемого к эхолоту. На экране осциллографа грунт опознается по форме отраженного дном и принятого эхолотом импульса путем сличения с изображением эталонных импульсов. Такие эталонные изображения получают при обследовании эхолотами участков дна с известным грунтом.

В связи с тем что характер отраженных импульсов зависит от многих причин (параметров эхолота, геологического строения дна, плотности морской воды), не поддающихся точному учету или непрерывно изменяющихся, правильное определение типов грунта этим методом иногда наталкивается на большие трудности.

В последние годы при обследовании морского дна используется метод звуковой геолокации. Сущность этого метода заключается в том, что в воде возбуждаются мощные импульсы упругих колебаний звуковой частоты, достигающие дна и отражающиеся от него подобно импульсам эхолотов. Часть энергии проникает при этом

вповерхностный слой грунта, и если давление звукового импульса было достаточным, то здесь она полностью не поглощается. На границе со слоем грунта иной плотности происходит вторичное отражение, а оставшаяся энергия позволит звуковому импульсу подойти к границе следующего слоя. Отраженные от дна и слоев грунта импульсы регистрируются на эхограмме в порядке поступления и отображают стратификацию осадочных пород.

Созданы различные классы геолокаторов и стратографов, позволяющих получать геолого-акустические разрезы пород, залегающих на дне океанов и морей. Если в некоторых точках таких разрезов грунты были определены прямыми методами, то геолокация позволит проследить их площадное распределение.

Геофизические методы используются для более глубокого исследования характера и структуры осадочных и изверженных пород. Здесь наибольшее применение получили: сейсморазведка, гравиметрическая и морская магнитная съемка, а также

электропрофилирование. Комплексное их применение позволяет установить структуру и плотность донных отложений.

§ 71. ПРОИЗВОДСТВО МОРСКОЙ ГРУНТОВОЙ СЪЕМКИ

Информацию о грунтах и их распространении получают в процессе выполнения морской грунтовой съемки. Также, как и съемка рельефа, последняя делится на три типа: общую, подробную и детальную.

Общая съемка предназначена для выявления общего характера распределения грунтов на обширных акваториях Мирового океана. Основная цель подробной съемки состоит в изучении грунтов отдельных районов морей и океанов и выявлении площадей с однородным грунтом. Детальная съемка производится на небольших акваториях для получения всесторонних характеристик грунта с целью обеспечения конкретных прикладных задач.

Достижение целей в каждом из названных типов съемки обеспечивается совокупностью элементов, формирующих технологию грунтовой съемки. Основными элементами технологической схемы являются:

—задачи съемки (определяемые характеристики грунтов);

—способы съемки;

—технические средства съемки;

—подробность съемки;

—способы определения координат.

Как правило, грунтовая съемка выполняется совместно с другими видами гидрографических работ. Поэтому способы определения координат здесь аналогичны рассмотренным во втором разделе.

Остановимся коротко на характеристике указанных элементов технологической схемы.

При систематическом изучении акваторий стремятся получить следующие характеристики донного грунта: стратификацию, тип, цвет, консистенцию, вещественный состав, включения, гранулометрический состав, объемную массу и плотность, естественную влажность, пористость, число пластичности.

В соответствии с этими характеристиками намечаются способы и технические средства съемки.

Общая съемка выполняется способом сейсмоакустического профилирования

(САП) и взятием проб грунта в характерных точках профилей. Сейсмоакустическое профилирование выполняют обычно совместно с промером. По результатам САП на эхограмме стратографа отмечают характерные точки (места изломов коренных пород), в которых затем производят взятие проб грунта.

При подробной съемке используются результаты САП, проведенного в период общей съемки, или намечается новая система профилей. Основные работы по изучению грунта здесь осуществляются способом непосредственного извлечения проб. В мелководных районах в пределах прозрачности морской воды производится аэрофотосъемка.

Детальную съемку осуществляют способами непосредственного извлечения проб грунта, аэрофотосъемки, водолазного обследования и подводного фотографирования.

Пробы грунта получают на грунтовых станциях, сеть которых планируется по результатам САП, или на основе предшествующих материалов.

Грунтовой станцией называется географическая точка в море (океане), на которой производятся работы по извлечению проб донного грунта.

В первую очередь на грунтовой станции, как правило, опускают дночерпатель. Далее в зависимости от характера грунта в полученной пробе применяют соответствующие грунтовые трубки. Для сбора образцов крупнообломочных материалов используются драги. Драгирование производится на малых ходах.

Водолазное обследование применяется на глубинах 20 - 25м и заключается в непосредственном отборе проб и фотографировании дна подводными пловцами. Пробы берут в местах смены характера грунта с помощью труб, забиваемых в грунт.

Подробность грунтовой съемки определяется расстояниями между грунтовыми станциями или расстояниями между галсами САП. Она зависит от назначения (типа) съемки, а также от изученности района, глубин и расчлененности рельефа.

Весьма важно выявить площади, в пределах которых распространены однородные грунты. Следовательно, при планировании сети грунтовых станций необходимо учитывать рельеф дна и специфику рельефообразующих факторов.

Места грунтовых станций намечают так, чтобы были обследованы все характерные элементы рельефа дна (повышения, понижения, вершины, склоны). Характер грунта должен быть установлен на всех навигационных опасностях. На участках с однородным грунтом расстояния между станциями назначают равными 1/4 протяженности участков в направлении галсов. Конкретные рекомендации о назначении подробности съемки, выработанные на основе опыта гидрографических исследований, приводятся в руководствах и правилах.

§72. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ МОРСКОЙ ГРУНТОВОЙ СЪЕМКИ

1.Первичная обработка на судах

Пробы донного грунта подвергаются первичной и лабораторной обработке. Первичная обработка производится на судах и включает описание грунта, отбор

влажных проб и отбор образцов для лабораторного анализа.

Описание грунта выполняется сразу же после подъема приборов на палубу, чтобы проба под воздействием атмосферы не изменила присущий ей натуральный цвет. При описании фиксируются следующие данные:

—общая длина колонки и длина отдельных слоев;

—тип грунта (по величине зерен);

—цвет грунта;

—консистенция; наличие органических или иных включений;

—ориентировочный вещественный состав.

Размеры валунов, гальки и гравия определяют с помощью обычных деревянных линеек, на которых отмечены границы градаций механического состава в соответствии с классификацией. Для выделения крупного, среднего или мелкого песка можно пользоваться миллиметровой бумагой, а пылеватые частицы различают с помощью