В.А. Жамойда, А.Ю. Сергеев, Д.В. Рябчук, Л.М. Буданов, А.Г. Григорьев, О.А. Ковалева, И.А. Неевин
С 2011 года Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского в рамках крупного проекта «Государственный мониторинг состояния недр по территории Российской Федерации (прибрежно-шельфовые зоны Белого, Баренцева и Балтийского морей)», выполняемого по заданию Федерального агентства по недропользованию, ведет ежегодные наблюдения за состоянием и развитием геологической среды в акватории Финского залива.
В последние годы основной задачей исследований является оценка проявлений экзогенных геологических процессов (ЭГП), широкое развитие которых установлено в восточной части Финского залива. Многолетний опыт работ в Белом, Баренцевом и Балтийском морях показывает, что традиционные методы морской геологии, используемые при геологической съемке шельфа и поисках полезных ископаемых, показывают высокую эффективность при мониторинге состояния недр прибрежно-шельфовой зоны. Имеются в виду гидролокация бокового обзора (ГЛБО), непрерывное сейсмоакустическое профилирование (НСАП), подводное фототелепрофилирование, отбор проб грунтов для определения гранулометрического, газового и химического состава, а также проб морской воды для исследования химического состава.
Перечисленные методы позволяют осуществлять качественную, а для некоторых участков и количественную, площадную оценку направленности и интенсивности гравитационных процессов, что, в свою очередь, позволяет создать инструменты для прогноза изменений геологической среды в будущем в зависимости от различных сценариев развития природных и антропогенных процессов.
Гравитационные процессы (подводные оползни, осыпи) в условиях Финского залива относятся к категории потенциально опасных ЭГП вследствие интенсивного освоения подводных пространств, представляя угрозу при прокладке и эксплуатации подводных коммуникаций (нефте- и газопроводов, кабелей связи и электроснабжения) и т. д.
Рисунок 2. Подводный обрыв в Выборгском заливе с развалами грубообломочных отложений, вероятно в результате обвалов, на записи гидролокации бокового обзора
Общая площадь зон потенциального развития гравитационных склоновых процессов (подводные оползни и осыпи) в пределах прибрежно-шельфовой зоны восточной (российской) части Финского залива составляет 453,95 км2 , или 3,9% общей площади. Гравитационные процессы наблюдаются преимущественно в пределах подводных склонов крутизной более 5º, приуроченных как к естественным положительным формам рельефа дна ледникового и флювиогляциального происхождения (затопленные моренные гряды различного генезиса) и подводным террасам голоценового возраста, широко распространенным в Финском заливе, так и к техногенным формам рельефа (фарватеры, карьеры по добыче песка и песчано-гравийной смеси, свалки грунта и т. д.). Относительно высокой активности ЭГП способствует характер донных грунтов, преимущественно характеризующихся как неконсолидированные, подвижные или текучие.
Например, наиболее хорошо выраженные в рельефе конусы выноса, образованные подводными оползнями, выявлены у подножия подводной террасы по периферии Кургальского рифа в районе мели Хитаматала. Размеры оползневых тел здесь достигают 200–250 м в длину и 130–140 м в ширину.
Кардинальное изменение геологической среды, рельефа и седиментационных процессов происходит в результате подводной добычи песчаного и песчано-гравийного материала на реликтовых (голоценовых) подводных террасах, окаймляющих побережья материка и островов восточной части Финского залива (район от мыса Флотский до мыса Песчаный, Лондонская отмель, периферия острова Сескар, районы Северной и Южной Лахты в Невской губе). Естественного восстановления песчаной толщи со временем, даже в случае полной консервации месторождения, как правило, не происходит. Склоны карьеров становятся зонами активного развития комплекса склоновых ЭГП, в то время как в наиболее глубоких частях карьеров создаются условия для накопления алевропелитовых илов, которые служат естественными аккумуляторами загрязняющих веществ (нефтепродукты, тяжелые металлы, органические загрязнители и т. д.). Кроме того, при разработке карьеров вблизи границ береговой зоны нарушается баланс вдольбереговых наносов, что может приводить к активизации абразионных процессов на берегу и деградации пляжей.
Комплексные геолого-геофизические исследования показали широкое развитие в восточной части Финского залива газонасыщенных осадков, характеризующихся «ураганными» содержаниями метана, одного из основных парниковых газов. Очевидно, участки морского дна со следами газопроявлений относятся к геологически опасным территориям, т. к. в их пределах наблюдаются снижение прочности и возрастание тиксотропности песчано-глинистых грунтов, разуплотнение глинистых пород, снижение угла внутреннего трения песчаных отложений вплоть до их перехода в состояние плывунов и т. д. [Миронюк, Отто, 2014; Дашко и др., 2011]. Выбросы газа в водную толщу сопровождаются деформацией донной поверхности, формированием оползней и повышением коррозионной активности среды, что угрожает целостности подводных трубопроводов различного назначения, линий связи и электроснабжения и т. д.
В восточной части Финского залива выявлено около 250 индивидуальных поля проявления газонасыщенных отложений, суммарная площадь которых составляет 362,4 км2 , или 3,1% от общей площади залива, и 7,8% от площади распространения илов (текучих грунтов). В сумме объем этих газонасыщенных осадков, рассчитанный путем трехмерного моделирования по материалам сейсмоакустического профилирования и с использованием инструментов ГИС, составляет не менее 2613 млн м3 .
Наибольшая распространенность газонасыщенных илов наблюдается в наиболее глубоководном районе восточной части Финского залива, расположенном к северовостоку от острова Гогланд, где газонасыщенные илы занимают 8,1% его площади. Здесь же в пределах бассейна седиментации илов выявлены многочисленные линейные депрессии-просадки длиной до нескольких километров, шириной до 120–140 м и относительной глубиной до 4– 5 м. В Выборгском заливе площадь таких илов составляет 7,2%. К юго-востоку от этих районов, ближе к Санкт-Петербургу, относительная распространенность газонасыщенных отложений сокращается до 0,3–5,1%.
Концентрация метана в приповерхностных грунтах в бассейне седиментации в районе острова Гогланд достигает 23,8% в воздушном зазоре (headspace), в придонной воде – 793 ppm, велика она и в илах более мелководных участков Финского залива, где она доходит до 11–16%, а в придонной воде до 12–306 ppm. Активность газофлюидной разгрузки локально выявлена на высоком уровне, что возможно обусловлено активным метанообразованием за счет значительного поступления в осадки седиментационных бассейнов органического вещества в связи с широким сезонным распространением сине-зеленых водорослей [Murray et al., 2019].
Рисунок 6. Примеры ГЛБО изображения покмарков (размером от 5 до 15 м) на дне Копорского залива
Установлено два типа дегазации осадков:
1) дегазация, имеющая лавинообразный характер и реализующаяся как кратковременный прорыв газа на поверхность дна;
2) замедленная дегазация, протекающая за счет диффузии газов на поверхность. Результаты газогеохимических исследований подтвердили сделанные ранее выводы о том, что метан газонасыщенных илов имеет преимущественно бактериальную природу и генерируется, вероятно, на нижних горизонтах голоценовых отложений с высоким содержанием органического вещества. В то же время, анализ всего массива данных по составу газов (метан и его гомологи) и изотопному составу метана, полученных в 2016–2023 годах, не исключает гипотезы, что метан может иметь смешанное – микробное и термогенное происхождение.
В Копорском заливе с использованием площадных съемок методами ГЛБО и многолучевого эхолотирования (технология бэкскатер) установлено более 200 концентрических структур, слабо проявленных в рельефе. Эти структуры могут быть отнесены к покмаркам. Диаметр структур варьируется от 5,1 до 16,1 м, составляя в среднем 9,5 м. Минимальная площадь отдельного покмарка составляет 20,4 м2 , максимальная – 204,5 м2 , средняя – 75,4 м2 . Анализ изменчивости покмарков за годы наблюдений (2012–2023) позволил дифференцировать их на стабильные – устойчиво выявляемые каждый год, и пульсирующие – эпизодически проявляющиеся и исчезающие. Предположительно, появление покмарков связано с подводными выходами грунтовых вод, хотя характер их распределения не позволяет полностью отвергнуть и возможность их техногенного происхождения.
Более подробная информация о результатах проведения мониторинга состояния недр в прибрежно-шельфовых зонах морей северо-запада Российской Федерации доступна на сайте института https://vsegei.ru/ru/public/bulletin/ info_marine/
Источники
Дашко Р.Э., Александрова О.Ю., Котюков П.В., Шидловская А.В. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Развитие городов и геотехническое строительство, вып. №1, 2011, 47 с.
Миронюк С.Г., Отто В.П. Газонасыщенные морские грунты и естественные газовыделения углеводородов: закономерности распространения и опасность для инженерных сооружений // Геориск, №2, 2014. С. 8–18.
Murray C.J., Müller-Karulis B., Carstensen J., Conley D.J., Gustafsson B.G., Andersen J.H. Past, Present and Future Eutrophication Status of the Baltic Sea // Front. Mar. Sci., 2019, 6:2. doi: 10.3389/fmars.2019.00002
