Трансформация геологической среды восточной части Финского залива в результате подводной добычи полезных ископаемых

В.А. Жамойда, Д.В. Рябчук, А.Ю. Сергеев, О.А. Ковалева, Л.М. Буданов, А.Г. Григорьев
ФГБУ «ВСЕГЕИ»

Со второй половины XX века со дна восточной части Финского залива производится добыча песчано-гравийных смесей и строительных песков. Объемы добычи измеряются миллионами тонн. В результате подводной добычи локально полностью преображен естественный рельеф морского дна, что повлекло за собой перестройку процессов седиментации.

В 2011–2021 гг. в рамках программы Государственного мониторинга состояния недр прибрежно-шельфовых зон Баренцева, Белого и Балтийского морей Всероссийским научно-исследовательским геологическим институтом им. А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ) было проведено комплексное обследование участков добычи полезных ископаемых со дна восточной части Финского залива. Комплекс работ включал в себя:

— непрерывное сейсмоакустическое профилирование (НСП);

— гидролокацию бокового обзора (ГЛБО);

— многолучевое эхолотирование;

— донный геологический пробоотбор;

— гидрофизическое зондирование;

— фототелепрофилирование поверхности морского дна;

— аналитические исследования механического и химического состава донных осадков.

В результате выполнения этих исследований получены геологические материалы, позволяющие оценить степень преобразования естественного рельефа морского дна, а также направленность и динамику изменения процессов осадконакопления в районах проведения подводной добычи полезных ископаемых.

Месторождения строительных песков и песчано-гравийных смесей в восточной части Финского залива имеют различный генезис и возраст. В частности, некоторые из разрабатываемых песчаных аккумулятивных тел были сформированы в позднем неоплейстоцене и имеют флювиогляциальный генезис (например, месторождения «Сестрорецкое», «Стирсудденское»). В то же время значительная часть месторождений расположена в пределах подводных террас, сформированных в среднем голоцене в результате чередования трансгрессивно-регрессивных циклов Литоринового моря. Подводные террасы расположены вдоль берега между м. Флотский и м. Песчаный, м. Лаутаранта – пос. Репино (северное побережье залива), между пос. Большая Ижора – пос. Лебяжье (южное побережье залива), на прибрежном мелководье в районе Лахты.

Подводная терраса м. Флотский – м. Песчаный вытянута в субширотном направлении на 18 км, ширина ее составляет от 800 до 1100 м. В ее восточной части площадка террасы лежит на глубинах -10 м, подножие расположено на -18 м. В центральной и западной (к востоку от м. Флотский) частях террасы батиметрическое положение ее площадки не изменяется, а подножие опускается на глубины -20 м и -22 – 25 м соответственно. Уступ, ограничивающий террасу со стороны моря, имеет уклон в пределах 6–7°. Поверхность (площадка) террасы м. Лаутаранта – пос. Репино располагается на глубинах 4–5 м, подножие террасы на востоке достигает глубины 8 м, на западе – 12 м. Добыча полезных ископаемых здесь не производилась. Площадка террасы пос. Лебяжье – пос. Большая Ижора слабо наклонена в сторону моря и расположена на глубинах от -4 до -4,8 м, подножие – на глубине около -10 м. Терраса имеет ширину 1,5–2 км.

Максимальная мощность песчаных отложений террасы м. Флотский – м. Песчаный достигает 10–12 м, террасы м. Лаутаранта – пос. Репино – 5–7 м. Мощность тела террасы южного берега составляет от 2–2,3 м (в прибрежной части террасы и на склоне вдоль бровки) до 3,8–4.2 м в центральной части. Террасы сложены преимущественно хорошо сортированными мелкозернистыми песками, разделенными маломощными (10–15 см) прослоями грубозернистых песков с гравием и галькой. В восточной части Невской губы, в районе Лахты, песчаные тела формируют обширные прибрежные отмели с естественными глубинами около 2 м.

В пределах подводной террасы между мысами Флотский и Песчаный расположено месторождение «Пески», на террасе южного берега – месторождение «Лондонская отмель». На террасе м. Лаутаранта – пос. Репино добыча песчаного материала не проводилась. Часть месторождений (например, месторождения «Пески» и «Лондонская отмель», месторождение в районе Лахты) активно эксплуатировались в 1970–1990-е годы.

При поисках месторождений песчано-гравийного материала предполагалось, что выработанные карьеры будут вновь заполняться песком, поступающим сюда с потоками вдоль береговых наносов, однако выполненные исследования показали, что этого не происходит.

При эксплуатации месторождений возникает весьма своеобразный сильно расчлененный техногенный рельеф, представленный подводными карьерами и останцами песчаной толщи, с относительными превышениями в пределах 10–15 м. При этом, как показали мониторинговые исследования, восстановления песчаной толщи за счет потока наносов не происходило, т. к. описываемые подводные террасы являются реликтовыми формами рельефа. Подводные карьеры превращались в своеобразные «седиментационные ловушки», где начиналось накопление алевропелитовых илов.

В Невской губе (карьеры в районе Лахты) скорости осадконакопления были аномально высокими (более 5 см/год), накапливающиеся осадки характеризовались высоким уровнем загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами. В случае, если при подводной добыче песков затрагивался современный подводный береговой склон, это, как правило, приводило к деградации расположенных выше по направлению потока наносов песчаных пляжей.

Исследования карьеров по добыче песка на подводной террасе м. Флотский – м. Песчаный показали, что относительная глубина техногенных депрессий достигает нескольких метров (рис. 1, 2).

 

 

В подводных карьерах по добыче песка к настоящему времени сформировался слой алевропелитов мощностью более 50 см. Судя по внешним литологическим признакам (крупнослоистая текстура, образованная чередованием черных и светло-серых прослоев мощностью 1–2 см), можно предполагать резкую периодическую смену гидрохимических условий – чередование окислительной и восстановительной обстановки.

В техногенных выработках наблюдается активное накопление алевропелитовых илов, ранее нехарактерных для этой площади, что в значительной мере изменяет природный подводный ландшафт и, очевидно, влияет и на биоценозы. Изучение газовой составляющей в илах, отобранных в карьере, показало «ураганные» содержания в них метана. Илы в береговой зоне могут рассматриваться и как потенциально активные аккумуляторы загрязняющих веществ, преимущественно накапливающихся в алевропелитовых осадках.В вертикальном распределении ¹³⁷Cs по разрезу алевропелитовых осадков в пределах отработанного карьера выделяются два максимума активности. Пик наиболее высокой активности фиксируется на интервале глубин 30–32 см, выше (на глубине керна 8–10 см) наблюдается второй, меньший по амплитуде пик активности Cs.

По данным ВСЕГЕИ, максимальные концентрации ¹³⁷Cs в донных отложениях восточной части Финского залива отмечались в 1989 году, что было обусловлено активными процессами его перераспределения после первичного выпадения «чернобыльских» радиоактивных осадков в 1986 году. Верхний пик активности Cs (меньшей амплитуды) связан с процессами вторичного загрязнения донных отложений в результате взмучивания ранее сформировавшихся илов при гидротехнических работах по проекту «Морской фасад», реализовывавшихся в Невской губе. Таким образом, максимум активности ¹³⁷Cs на интервале глубин по разрезу 30–32 см можно датировать 1989 годом. За 24 года накоплено приблизительно 31 см осадков, следовательно, средняя скорость осадконакопления на данном участке составляет не менее 1,2 см/год.

Результаты мониторинговых исследований показали, что подводная добыча песчано-гравийного материала оказывает существенное долговременное воздействие на геологическую среду прибрежных мелководий, принципиально изменяя рельеф и седиментационные процессы. Крайне важным является продолжение исследований отработанных подводных карьеров, так как многие процессы, в том числе влияние добычи песка и гравия на устойчивость береговой зоны, остаются до конца неясными.