Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Шельф, его строение и полезные ископаемые

ШЕЛЬФ, ЕГО СТРОЕНИЕ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

(курсовая работа)

Выполнила:

Студентка 1 курса

Геологического факультета

131 группа, дневное отделение

Любочко Алёна Николаевна

Проверила:

Ассистент Мальцева

Нина Михайловна

_______________________

Оценка

______________________

Подпись

Саратов, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Наша планета Земля по составу, состоянию слагающего вещества, физическим свойствам и протекающим в ней процессам неоднородна. Вообще, неоднородность - это главное свойство и движущая сила всей Вселенной, в том числе и нашей планеты.

В направлении к центру Земли можно выделить следующие оболочки, или, иначе говоря, геосферы: атмосферу, гидросферу, биосферу, земную кору, мантию и ядро.

Гидросфера - это, в первом приближении, прерывистая оболочка Земли, включающая воды океанов, морей, озер и рек, подземные воды, воды, собранные в виде вечных снегов и льда, а также химически связанные воды горных пород. Здесь мы рассмотрим характеристики основного земного резервуара вод - Мирового океана, объединяющего все океаны, окраинные и внутренние моря.

На Мировой океан приходится примерно 71% всей поверхности Земли (361 млн.км2 из 510 млн.км2). Если объем воды всей гидросферы составляет, примерно, 1458 млн км3, то на Мировой океан приходится 1370 млн км3, что равно 94% всего объема воды планеты. Масса гидросферы составляет примерно 0,025% от массы всей Земли.

На океанском дне в зависимости от глубины можно выделить несколько основных батиметрических зон, отличающихся тектонической природой, физико-географическими условиями, биологическими видами и другими особенностями (табл.1).

Наглядное представление о характере распределения высот суши и глубин океанского дна дает гипсометрическая кривая (рис.1). Она отражает соотношение площадей твердой оболочки Земли с различной высотой - на суше и с различной глубиной - в море. С помощью кривой вычислены средние значения уровня земной поверхности с учетом уровня земной поверхности (245 м), твердой оболочки (-2440 м), суши (840 м) и средней глубины моря (-3880 м). Если не принимать во внимание горные области и глубоководные впадины, занимающие относительно небольшую площадь, то на гипсометрической кривой можно отчетливо выделить два преобладающих уровня: уровень континентальной платформы высотой примерно 1000 м и уровень океанического ложа с отметками от -2000 до -6000 м. Соединяющая их переходная зона представляет собой относительно резкий уступ и называется континентальным склоном. Естественным продолжением континента является его внешняя, затопленная морем часть, - континентальный шельф. Таким образом, естественной границей, разделяющей океан и континенты, является не видимая береговая линия, а внешняя граница склона.

Основные зоны дна Мирового океана

Таблица 1

Элементы рельефа

Глубина, м

Доля относительно площади океанов,%

Шельф

0-300

9,6

Континентальный склон

300-2500

13,0

Абиссаль

2500-6500

76,5

Глубоководные впадины

6500-11000

0,9

[3]

Являясь продолжением континентов, близким с ним по геологическому строению, и располагаясь на доступных глубинах, шельф представляет особый интерес с точки зрения поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

В рельефе дна океанов и морей проявляется взаимодействие эндогенных и экзогенных процессов в различных структурных зонах. Выделяются следующие планетарные формы рельефа (см. рис 1): подводная окраина материков, ложе океана, глубоководные желоба и срединно-океанические хребты. В состав подводной окраины материков входят: шельф, материковый, или континентальный, склон и материковое подножье.

Общепринятой классификации Шельфа нет. Различают континентальные и островные Шельфы. Островные Шельфы, как правило, менее глубокие, неширокие, специфичны по рельефу и осадкам. Кроме того, выделяются Шельфы активных и пассивных континентальных окраин. Шельфы активных окраин отличаются большой сейсмичностью, повышенным тепловым потоком, интенсивными магнитными аномалиями, проявлениями вулканизма. Морфологически они выражены хуже, чем Шельфы пассивных окраин: более узкие, имеют крутой ступенчатый склон, часто раздроблены тектоническими разрывами (например, бордерленд у побережья Калифорнии). О. К. Леонтьев (1982г.) разделяет шельфы на 3 неравнозначные по распространению группы: трансгрессивные, абразионные (или выработанные), аккумулятивные. В основу других классификаций (Г. С. Ганешин и др., 1975г.) положены геоструктурные критерии: платформенные, складчатые и геосинклинальные Шельфы. Предлагалось классифицировать Шельфы по типу их неоднородностей: тектонические, литогенетические (океанские в зоне действия крупной зыби, океанские в зоне действия постоянных штормов, внутренних приливных и бесприливных морей, в зоне преобладания штилей и т. п., П. А. Каплин, 1977г.). В классификациях отражаются различные подходы их авторов к происхождению, положению, морфологии шельфа. Одни считают его полностью континентальной морфоструктурой и определяют как затопленную часть суши, другие — частью океана, развивающейся под воздействием океанических структур. Существует также подход к шельфу, как переходной (промежуточной), но самостоятельной морфоструктуре, испытывающей влияние процессов тектоногенеза, седиментогенеза, рельефообразования как со стороны суши, так и со стороны океана.

Процесс формирования рельефа и осадков на шельфе подчиняется в основном географической зональности, хотя присутствуют также азональные фации и формы рельефа (вулканические, тектонические и приливные). Рельеф шельфа в основном выровненный. Шельфовые равнины почти повсюду осложнены различными формами мезо- и микрорельефа тектонического (тектонические ступени, сбросовые уступы), субаэрального (затопленные долины рек, моренные валы, денудационные останцы и гряды и др.), субаквального (образованные волнами и течениями песчаные волны, гряды, рифели, каналы стока компенсационных и разрывных течений) и прибрежно-морского или берегового генезиса (элементы древних береговых линий — абразионные террасы, реликтовые аккумулятивные формы). Специфические формы рельефа Шельфа — подводные каньоны, проблема происхождения которых дискуссионна. Размеры каньонов чрезвычайно велики, некоторые из них начинаются в пределах береговой зоны, пересекают Шельф, прорезают материковый склон и заканчиваются на абиссальных равнинах (например, длина каньонов реки Конго около 800 км, врез в дно 1100 м).

Осадочные отложения на Шельфе представлены мощными толщами терригенных, карбонатных, иногда соленосных, континентальных и прибрежно-морских (пассивные окраины), вулканогенных, морских и прибрежно-морских (активные окраины) отложений возрастом от юры и моложе. Отчасти эти отложения деформированы и, как правило, опущены по сбросам на 1—10 км (Атлантическое побережье США). К новейшим отложениям Шельфа относятся осадки позднего плейстоцена и голоцена. В результате фландрской трансгрессии (17—6 тыс. лет назад) на Шельфе сформировалась сложная толща отложений, состоящая из субаэральных (составляющих 50—70% всех шельфовых отложений), прибрежно-морских (лагунных, лиманных, баровых) и современных морских осадков. В толще этих осадков оказались захороненными реликты берегового рельефа и отложений, образовывающихся на различных гипсометрических уровнях. Субаэральные осадки реликтовые. Существенную роль играют также отложения, обусловленные деятельностью льдов и морских организмов. В результате деятельности различного рода течений и волнения обломочный материал (в основном крупнообломочный) Шельф испытывает постоянное движение, мигрируя к берегу или к бровке. В пределах Шельфа (особенно близ устьев рек) осуществляется процесс «лавинной седиментации», в результате которой накапливается значительное количество обломочного материала.

В четвертичное время на Шельфе проявились процессы, связанные с гляцио-эвстатическими трансгрессиями и регрессиями. Во время регрессии Шельф осушался примерно до глубин 100 м, на осушенной части отлагались субаэральные осадки и формировался субаэральный рельеф. Последующие трансгрессии, амплитуда которых достигла 100—110 м, частично уничтожали осадки и рельеф предыдущих регрессивных эпох. Из-за того, что береговая линия неоднократно мигрировала по верхней части Ш., субаэральный рельеф и осадки раннего и среднего плейстоцена сохранились плохо. В периоды оледенений на Шельфе выносились и накапливались огромные массы обломочного ледникового, флювиогляциального и аллювиального материала. При быстро протекавших трансгрессиях этот материал перерабатывался волнами и значительная его часть выбрасывалась на сушу в приурезовую полосу, а затем формировалась в огромные дюнные массивы и береговые аккумулятивные формы.

Понятие шельфа

Рис. 1

Шельф (от англ.) —материковая отмель, представляет собой подводную слегка наклонную равнину. (рис. 1 )Шельф является выровненная частью подводной окраины материка, примыкающей к суше и характеризующаяся общим с ней геологическим строением. Со стороны океана шельф ограничивается четко выраженной бровкой, расположенной до глубин 100— 200 м (но в некоторых случаях достигает 500—1500 м, например южная часть Охотского моря, бровка Новозеландского шельфа).

Шельф как историко-геологическая категория существовал во все геологические периоды, в одни из них резко разрастаясь в размерах (например, в юрское и меловое время), в другие занимая небольшие площади (Пермь, девон). Современная геологическая эпоха характеризуется умеренным развитием шельфовых морей.

Общая площадь— около 32 млн. км2. Наиболее обширны Шельф у северной окраины Евразии, где их ширина достигает 1,5 тыс. км, а также в Беринговом море, Гудзоновом заливе, Южно-Китайском море, у северного побережья Австралии, а в близи Чили ширина шельфа всего 2 км..

Шельф издавна используется в целях рыболовства и промысла морских животных; промышленный лов рыбы в шельфовых водах составляет 92%. Широко развернулись на Шельф работы по поискам и разведке полезных ископаемых, в особенности нефти и газа. В 1975 на долю «морской нефти», добываемой на Шельф, приходилось 20% мировой добычи нефти; ведутся также поиски и эксплуатация россыпных полезных ископаемых (касситерита, титаномагнетита, алмазов, золота и др.).

Происхождение шельфа обычно связывают с эвстатическими колебаниями уровня вод Мирового океана, обусловленными глобальными изменениями климата. В меньшей степени распространены Шельф, образующиеся при отступании берега под действием абразии или при подводном накоплении мощных толщ осадков у края континента. Современное положение бровки шельфа, за которой начинается континентальный склон, в связи с проявлением вертикальных движений земной коры неодинаково и колеблется в интервале глубин 90-500 м при среднем значении 132 м. Рельеф шельфа свидетельствует о проявлении поверхностных эрозионных процессов - здесь известны речные и ледниковые формы рельефа (подводные русла рек и пролювиальные долины), ископаемые льды и торфяники с остатками мамонтов и других наземных животных, что подтверждает прежнее положение суши на шельфе.

Неровности на поверхности шельфа сохранились с того времени, когда шельфы были подняты выше уровня моря. Таким временем была эпоха четвертичного оледенения, когда значительные массы атмосферной воды были связаны в материковых льдах и уровень Мирового океана стоял ниже современного на 100—150 м. К субаэральным эрозионным формам принадлежат, например, подводные долины на дне Северного моря, о которых уже упоминалось выше. Глубокая подводная долина прорыта в шельфе против устья р. Гудзон на Атлантической окраине Северной Америки, и аналогичные подводные долины обнаруживаются против устьев многих других рек.

Иные неровности на поверхности шельфа связаны с неравномерным накоплением осадков. Но в целом шельф характеризуется чрезвычайно пологим рельефом, что является следствием перемывания осадков волнами и выравниванием их поверхности на уровне базиса действия волн.

Рельеф континентального шельфа свидетельствует о проявление поверхностных эрозионных процессов – сдесь известны речные и ледниковые формы рельефа, ископаемые льды и торфянники с остатками мамонтов, подтверждающих прежнее положение суши на шельфе.

Реконструкция климата и связанных с ним изменений уровня океана свидетельствует о том, что в течение всего фанерозоя (560 млн. лет) не прекращались эвстатические колебания, а в отдельные периоды уровень вод Мирового океана повышался на 300-350 м относительно его современного положения. При этом значительные участки суши (до 60% площади континентов) оказывались затопленными.

Формирование ШЕЛЬФА

На сегодняшний день науке известны два способа образования шельфов:

· Эвстатические колебания

· В результате абразии

Эвстатические колебания, вообще говоря, медленные ("вековые") колебания уровня Мирового океана, вызываемые изменением общего объема его воды. Одна из причин эвстатического колебания - таяние покровных ледников на материках. Так, во время четвертичного оледенения значительное количество воды было сосредоточено в покровных и плавающих льдах; при этом уровень океана был ниже на 100-150 м. Так смена уровня моря в различные геологические эпохи приводит к изменению осадконакопления.

Море производит большую работу по разрушению горных пород (абразия), переносу (транспортировке) обломочного материала, отложению осадков, из которых впоследствии образуются осадочные горные породы. Особенно значителен последний вид его деятельности.

рис. 2 Схема для пояснения разрушения морских берегов при различных направлениях падения пластов.

Падение пластов: а — в сторону моря: б — в сторону материка; в — горизонтальное залегание.

[9]

Разрушительная работа морей и океанов особенно значительна у крутых, обрывистых берегов, где глубина сравнительно большая. Во время больших бурь морские волны вместе с течением перекатывают глыбы пород весом до 30—40 м на расстояния до 10—12 м. Во время бурь, волны оказывают на поверхность берега давление, достигающее 10—30 м на 1м2. По отвесным береговым скалам они поднимаются иногда на высоту до 20 м и затем низвергаются обратно в море. Приливные морские волны нередко вторгаются в устья рек и бурно несутся вверх по их течению, производят большие наводнения на значительных площади.

Волны своими ударами разрушают морские берега. Образуются глыбы и обломки пород, которые подхватываются течением и новыми волнами. Морские берега разрушаются главным образом от бомбардировки глыбами и обломками пород, а также в результате химического воздействия морской воды. При прочих одинаковых условиях разрушение берегов происходит тем интенсивнее, чем больше разница в уровнях моря во время приливов и отливов.

Естественно, что горные породы морских берегов разрушаются от морских волн не с одинаковой скоростью. На эту скорость влияют крепость пород, их структура, текстура и характер залегания (тектоника береговых участков земной коры).

Максимальная скорость разрушения берега наблюдается в том случае, когда осадочные горные породы надают в сторону материка (рис. 2, б), и минимальная, когда они падают в сторону моря (рис. 2, а). При горизонтальном залегании пород (рис. 2, в) скорость будет средней.

Породы трещиноватые, слабо сцементированные разрушаются быстрее, чем массивные, сцементированные.

Груды глыб и обломков пород, возникающие у береговых склонов, на некоторое время защищают береговые скалы и утесы от дальнейшего разрушения. Набегающие волны разбиваются о них и в значительной степени растрачивают свою кинетическую энергию. Глыбы и обломки, в конце концов, размельчаются, и морские волны с полной силой вновь начинают разрушать крутые, обрывистые берега. В результате ударов морских волн о берег образуется волноприбойная терраса.

Рис. 3. Схема образования волноприбойной террасы (ниши). 1— коренные породы континента; 2 — контуры континента и его склонов до абразии; 3 — то же после образования волноприбойной террасы; 4 —

осадки на волноприбойной террасе; 5 — постепенное образование ниши;

6— постепенное обрушение пород из кровли ниши.

[9]

На (рис. 3) показан профиль через крутой берег сравнительно глубокого моря. MN —уровень моря при приливе, KF, —уровень его при отливе. Во время бурь и штормов морские волны, ударяясь о берег, разрушают его. Вдоль берега образуется выемка, называемая волноприбойной, которая постепенно растет внутрь материка. Породы, нависающие над выемкой, вследствие процессов выветривания,

собственного веса, работы подземных вод и по другим причинам постепенно обрушиваются и превращаются в глыбы и обломки, которые подхватываются волнами и течением и продолжают дальнейшее разрушение берега. Линия ABMK — первоначальный склон берега; линия ACDF —новый склон берега; FER — волноприбойная терраса. Эта терраса бывает, сложена коренными породами, но чаще на ней залегает обломочный материал, получающийся от разрушения берега, в виде глыб, гравия, галек, щебня, песка и ила.

Волноприбойная терраса постепенно увеличивается в сторону берега и достигает иногда ширины 2 км. Глубина ее, соответственно изменяется от нуля в точке F до 20 м в точке R. Скорость роста волны прибойной террасы по мере ее расширения вследствие трения воды о дно уменьшается. Почти вся кинетическая энергия прибоя начинает затрачиваться на отложение осадков.

Если участок земной коры, где формируется волноприбойная терраса, испытывает эпейрогеническое опускание, последняя постепенно переходит в шельф (материковую отмель). Глубина шельфа достигает 200 м и более, ширина бывает самой различной и кое-где по берегам северных полярных морей достигает 400—600 км. Моря, покрывающие шельф, называются апиконтинеотальи.

Поверхность волноприбойной террасы, а тем более шельф или материковой отмели имеет очень незначительный уклон (максимум 1—2°) в сторону моря. Можно считать, что эта поверхность горизонтальная. Естественно, в пределах указанной террасы или шельфа залегание осадков почти горизонтальное.

Теперь становится понятным, почему дно морей на глубине от нуля до 200 м называется материковой отмелью. Последняя представляет собой результат постепенного разрушения континента морским прибоем с одновременным эпейрогеническим опусканием и накоплением осадков.

Если эпейрогеническое опускание земной коры в районе берег моря приостанавливается, волноприбойная терраса перестает расширяться. На ней начинают усиленно накапливаться осадки.

В дальнейшем, если эпейрогеническое опускание приближенных морских участков возобновляется, абразионная деятельность морского прибоя вновь усиливается. Волноприбойная терраса возникает на более высоком гипсометрическом уровне, чем прежняя волноприбойная терраса. Обломочный материал, получающийся от образования второй террасы, в значительной степени сносится на первую. Таким же путем могут возникнуть третья, четвертая и более высоких порядков волноприбойные террасы. Они же будут и более молодыми.

На самой молодой волноприбойной террасе будут вскрываться абразией коренные породы. На более древних, гипсометрические ниже расположенных террасах будет происходить аккумуляция обломочного материала, получающегося от абразии в пределах самой молодой волноприбойной террасы.

Отдельные абразионные террасы располагаются в виде спускающихся ступеней. Постепенно эти спуски нивелируются, и возникает незаметно понижающийся в сторону море шельф, покрытый осадкам. Таким образом, шельф возникает вследствие абразии, как при непрерывном, так и прерывистом эпейрогеническом опускании прибрежных областей моря.

Осадки неритовой области моря

К неритовой области относится материковая отмель (шельф) и та часть морского берега, которая заливается водой во время приливов.

Часть берега, заливаемая морем во время приливов и освобождающаяся от воды во время отливов, называется литоралью. Ширина ее достигает иногда 1 —1,5 км.

С морскими осадками неритовой области и широком смысле слова тесно связаны донные образования на низких морских побережьях.

В литоральной области возникают так называемые береговые валы из галек, песка, битой ракуши, напоминающие собой дюны. Часто возле них наносится древесный материал (слюды, корни деревьев). Валы возникают на расстоянии наибольшего набегания волн на низкие морские берега. Их высота 1—5 м, ширина до 10— 12 м.

Между берегом моря и береговым валом располагается различной ширины полоса, называемая пляжем, покрытая песком и илом, получающимся в результате перекатывания, перемывания, перетирания обломочного материала морскими волнами.

На поверхности песчано-илистых отложений нередко наблюдается мелкие параллельные углубления, отражающие волнения воды, называемые рябью (ripple-marks). Такая рябь хорошо известна и ископаемых осадках древних литторальных областей. В этих осадках можно видеть иногда следы животных, птиц, ходы червей, трещины усыхания (на глинистых осадках) и т. д.

К литоральной области морей относятся также низменные побережья в затишных заливах и бухтах, покрытые илом и песками. На таких побережьях и субтропических и тропических областях часто возникают болота со своеобразной растительностью, приспобленной к жизни в зоне периодической смены суши и мори. Примером подобной растительности могут служить мангровые заросли на юго-востоке Азии, островах Океании, Австралии, западном побережье Африки.

Осадки, откладывающиеся ни материковой отмели и на дне моря, можно подразделить па три основных типа: обломочные (или терригенные), органогенные и химические. Среди обломочных осадков имеются такие, которые состоят главным образом из обломков других пород (галек, глыб, гравия, песка, ила и т. д.), но содержат примесь (иногда значительную) материала органогенного происхождения или химического (в виде солей, выпавших из растворов морской воды) либо того и другого одновременно. Среди органогенных осадков наблюдаются разности, состоящие из органического материала(раковин, остовов, скелетов, панцирей), преимущественно из СаСО3 или SiO2 • nН2О, с примесью (часто весьма значительной) обломочного или химического материала или того и другого одновременно. Среди химических имеются осадки, состоящие главным образом из разнообразных солей, выпавших из растворов морской воды, и содержащие примесь обломочного или органогенного материала или того и другого.

В пределах шельфа откладывается главная масса осадков, из которых впоследствии возникают осадочные горные породы.

Скорость отложения осадков в области шельфа во много раз больше, чем на континентальном склоне, а тем более на океаническом ложе. В пределах шельфа первое место по распространенности, разнообразию и мощности занимают обломочные, второе органогенные, третье химические осадки. Последние в чистом виде откладываются лишь на самых прибрежных участках моря и в лагунах (морских заливах, отделенных от моря подводным барьером).

Обломочные осадки

К обломочным осадкам относятся грубообломочные, песчаные и илистые отложения. Грубообломочные осадки, как правило, располагаются ближе к берегу моря. Дальше идут пески, сперва грубозернистые и крупнозернистые, затем среднезернистые, а потом мелкозернистые. За ними следуют илистые осадки. К обломочным осадкам и особенно к илам примешивается органогенный материал. По мере удаления от берега примесь органогенного материала в илах обычно увеличивается и терригенные или незаметно переходят в органогенные.

Однако описанная общая схема распределения осадков в пределах шельфа нарушается донными течениями различной скорости. Около берега моря иногда откладывается тонкий обломочный материал. Дальше от него — более грубый, а затем — вновь тонкий материал и т. д. Часто изменяется и примесь органогенного материала.

Органогенные осадки

Органогенные осадки занимают примерно 5 % площади шельфа. К ним относятся ракушечники, детритусовые накопления, коралловые постройки и органогенные иды.

Химические осадки

К химическим осадкам относятся отложения углекислого кальцин, окислов железа (бурого железняка или лимонита) и марганца, кремнезема, хлористого натрия, гипса, ангидрита, калийных солей, сульфатов натрия и магния и т. д.

Химические осадки в чистом виде откладываются на некоторых узких участках прибрежного дна, но главным образом в лагунах, и которые не впадают роки и которые расположены в областях с резко выраженным континентальным климатом.

Уровень лагуны, отделенной от моря подводным барьером, вследствие усиленного испарения обычно чуть ниже уровня открытого моря, и поэтому в нее все время поступает морская води. При этих условиях концентрации солен в воде лагуны непрерывно повышается и, когда наступает перенасыщение раствора, из него выпадают на дно лагуны различные соли: NaCl, Na2SO4, CaSO4, MgCO3, CaCO3, SiO2 •H20, FeCO3 и др. Порядок их выпадения зависит от температуры воды, наличия в растворе других солен и их концентрации. Классическим примером лагуны, в которой в настоящее время образуются химические осадки, является Кара-Богаз-Гол.

Полезные ископаемые шельфовой области

Нефть и газ являются важнейшим стратегическим сырьем, от обладания которым будет завысить многое в ближайшем будущем. От цен на нефть и газ зависят экономики многих стран.

Рассмотрим крупнейшие нефтегазоносные районы мирового океана, и дадим их краткую характеристику; выясним какое их количество храниться в недрах океана; сколько тонн этого сырья в сутки добывается на сегодняшний день, а также рассмотрим крупнейшие месторождения нефти и газа, и на территориях каких стран они расположены.

На шельфах морей и океанов выявлено около 2 тыс. месторождений нефти и газа с суммарными запасами нефти 40 млрд. т и газа 20 трлн. м3; пробурено более 300 тыс. скважин. Почти 100 стран ведут поисковые и эксплуатационные работы в акваториях при глубине воды до 1,5 км. Темпы освоения морских месторождений нефти и газа ежегодно увеличиваются. История морской добычи нефти насчитывает более полутора веков.