Карторафическое обеспечение исследований в институте мерзлотоведения со РАН

КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИ ИССЛЕДОВАНИЙ В ИНСТИТУТЕ МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЯ СО РАН

Лена Дмитриевна Иванова,

ведущий инженер лаборатории подземных вод криолитозоны Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.

Октавий Несторович Толстихин,

доктор геолого-минералогических наук, профессор.

Любые региональные исследования в геологической и географической практике основываются на кар-то графическом отображении изучаемой территории. Не стали исключением и региональные исследования гидрогеологических, геокриологических, инженерно-геологических и ландшафтных условий, выполняемые в Институте мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.

Необходимость в работах такого рода возникла при подготовке к изданию ХХ тома Гидрогеологии СССР, опубликованного в 1970 г. [1]. Согласно методическим указаниям Всесоюзного института гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО), в этих изданиях в качестве приложения предусматривались гидрогеологические и инженерно-геологические карты. Потребовалось*также составление геокриологической карты. Предлагаемая стандартная легенда к картам в должной мере не отражала изменений в природной обстановке, связанной с глубоким промерзанием недр. Так, при составлении «Гидрогеологической карты Якутской АССР» масштаба 1:2 500 000 [2], авторы столкнулись с тем, что первые от поверхности водоносные горизонты оказались полностью или частично промороженными. Это обстоятельство потребовало отображения на карте полностью или частично промороженных водоносных комплексов. В качестве специфических гидрогеологических объектов на карте показаны талики - талые зоны, обеспечивающие взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Интенсивность развития подозёрных таликов в Центральной Якутии показана через коэффициент таликовости, выраженный отношением суммарной площади таликов к площади района, где они развиты. Для горных районов Восточной Якутии взаимосвязь между подземными и поверхностными водами раскрыта через картографирование наледей и наледныхлиний, представляющих собой зоны разгрузки под-

Л. Д. Иванова, О. Н. Толстихин

земных вод. Подобно коэффициенту таликовости, для горных районов были оценены коэффициенты налед-ности, выраженные отношением площадей наледей к площади речных бассейнов. Впервые в гидрогеологической практике на карте было показано распространение криопэгов -солёных подземных вод и рассолов, имеющих отрицательную температуру. Кроме того, показаны изолинии мощности пояса отрицательных температур, отражающих глубину развития криопэгов. В разрезах скважин и профилях отображены нижняя граница мёрзлой зоны и граница пояса отрицательных температур. Надо заметить, что в дальнейшем таким же образом было осуществлено гидрогеологическое картографирование Магаданской области к XXVI тому Гидрогеологии СССР. Значительным дополнением к карте служит врезка «Схематическая гидрохимическая карта первых от поверхности водоносных комплексов», составленная Р. С. Кононовой с участием Н. Н. Индолевой в масштабе 1:10 000 000 (рис. 1). На врезке отражена ориентировочная глубина распространения подземных вод различного состава.

«Карта инженерно-геологического районирования Якутской АССР» масштаба 1:5 000 000 (автор П. А. Соловьёв) разработана в соответствии с методическими рекомендациями ВСЕГИНГЕО [3]. На ней, кроме общих инженерно-геологических условий приводится характеристика геокриологической обстановки по зонам, занятым мёрзлой толщей в зависимости от её мощности, максимальной глубины сезонного протаивания и наименьшей температуры грунтов в слое затухания сезонных колебаний. Она отражает возрастание суровости мерзлотных условий с юга на север и на восток Якутии. В числе физико-геологических проявлений геокриологических процессов внемасштабным знаком показан термокарст.

Оригинальным картографическим обобщением имеющегося факти-

Рис. 1. Схематическая гидрохимическая карта первых

от поверхности водоносных комплексов масштаба 1:10 000 000 (карта-врезка к «Гидрогеологической карте Якутской АССР», 1970 г.).

ческого материала является «Схематическая геокриологическая карта Якутской АССР» масштаба 1:5 000 000, составленная П. И. Мельниковым [4]. На карте показаны границы мёрзлой зоны в области шельфа и преимущественно прерывистого распространения многолетне-мерзлых пород, изолинии максимальной мощности зоны отрицательных температур и геоизотермы у подошвы слоя нулевых колебаний температур (рис. 2). Отдельными внемасштабными знаками отражены повторно-жильные льды, имеющие различный генезис и распространение в зависимости от форм рельефа, к которым они приурочены. Цифрами на карте указана глубина сезонного протаивания, цветом показана мощность и распространение зоны отрицатель-ныхтемператур.

Результатом совместных работ сотрудников Института мерзлотоведения СО АН СССР со своими монгольскими коллегами в составе Советско-Монгольской экспедиции за период с 1967 по 1971 гг. явилась «Геокриологическая карта Монгольской Народной Республики» масштаба 1:1 500 000 [5]. Она была представлена в Совет экономической взаимопомощи. На карте выделены высотные пояса многолетнемёрз-лых горных пород по степени их распространения: сплошного, прерывистого, островного,

редкоостровного и спорадического. Отдельно выделены площади распространения сезонно-мёрзлых горных пород. Условными знаками показаны криогенные формы рельефа.

В 1979 г. большим коллективом авторов была издана «Геокриологическая карта Байкало-Амурской железнодорожной магистрали» масштаба 1:2 500 000 [6], которая являлась результатом многолетних исследований Института мерзлотоведения СО АН СССР по изучению геокриологических условий трассы Байкало-Амурской магистрали. Основное содержание карты представлено цветовым фоном по мощности криолитозоны в градациях: <50, 100, 300, 500 и >500 м. Крапом показаны небольшие острова многолетнемёрзлых пород и перелетки. Большая нагрузка приходится на зарамочное оформление карты: приведены примеры залегания подземных льдов, схематические температурные разрезы типичных ландшафтов, пример генерализации карт многолетнемёрзлых пород и многочисленные температурные графики различной тематики. Также на карте помещены две врезки: «Тепловые потоки у нижней поверхности криолитозоны в пределах зоны БАМ» в масштабе 1:15 000 000 с изолиниями равных тепловых потоков и «Карта зональности распространения многолетнемёрзлых горных пород» масштаба 1: 7 500 000, на которой цветом отражена характеристика многолетнемёрзлых пород по типу прерывистости и особенностям распространения.

Рис. 2. Схематическая геокриологическая карта Якутской АССР масштаба1:5 000 000 (карта-вкладка к тому «Гидрогеология Якутской АССР», т. XX, 1970 г.).

Рис. 3. Фрагмент «Карты мерзлотно-гидрогеологического районирования Восточной Сибири» масштаба 1:2 500 000 (1984 г.).

В 1982 году в монографии И. С. Васильева «Закономерности сезонного протаивания грунтов в Восточной Якутии» опубликована «Карта протаивания грунтов Восточной Якутии» масштаба 1:2 500 000 под редакцией И. А. Некрасова и Б. А. Богоявленского [7]. В качестве основного признака картографического обобщения использована дифференциация ландшафтных комплексов по глубине сезонного протаива-ния грунтов. Легенда к карте реализована в форме матрицы, на которой по вертикальным графам показаны геолого-генетические комплексы поверхностных отложений, литологический состав и глубина сезонного протаивания грунтов. Цветовая гамма соответствует группе формаций растительных сообществ. На врезке масштаба 1:7 500 000 показана «Схематическая карта продолжительности сезона протаивания грунтов Восточной Якутии».

В 1984 г издана «Карта мерзлотно-гидрогеологи-ческого районирования Восточной Сибири» масштаба 1:2 500 000 [8], главный редактор - академик П. И. Мельников, зам. гл. редактора и научный руководитель - О. Н. Толстихин. Специальное содержание карты разработали Л. Д. Иванова, Н. С. Ломовцева, Н. М. Никитина, В. М. Пигузова при участии С. П. Афанасьевой и Р. Я. Колдышевой (рис. 3). Карта является обобщением гидрогеологических и геокриологических условий на территории, простирающейся от долины р. Енисея до полуострова Камчатка. На ней впервые проведена типизация мерзлотно-гидрогеологи-ческих структур. В основу методики составления карты, помимо известного структурно-гидрогеологического принципа районирования, положена оценка изменения гидрогеологических условий территории под влиянием многолетнего промерзания недр. Критериями оценки приняты степень прерывистости криолито-

зоны и характер соотношения её мощности с основными параметрами гидрогеологических структур. Районирование проведено с детальностью до четырёх порядков. Для всех выделенных мерзлотно-гидрогеологических структур на карте показаны типы скоплений подземных вод, их минерализация, источники, наледи и естественные ресурсы. Пояснительной запиской к карте служит монография «Мерзлотно-гидрогеологические условия Восточной Сибири» [9].

В 1991 году авторским коллективом под руководством А. Н. Фёдорова опубликована «Мерзлотно-ланд-шафтная карта Якутской АССР» масштаба 1:2 500 000 [10], главный редактор - П. И. Мельников, заместители главного редактора - Н. А. Граве и Т. Д. Сивцев (рис. 4). На карте отражено мерзлотно-ландшафтное районирование территории Якутии в трёх уровнях: страна, группа, провинция. Цветом показано распространение многолетнемёрзлых пород по типам ландшафтов, штриховкой дана характеристика типов местности. Ле-

Рис. 4. Фрагмент «Мерзлотно-ландшафтной карты Якутской АССР» масштаба 1:2 500 000 (1991 г.).

ИсШпи dunil un июли ertunn

ими ц тьяип «гивпгп лит

КАРТА НАДМЕРЗЛОТНЫХ ВОД РЕСПУБЛИКИ САХА

HV

-К- !' ¡1 ил ИЮ 411 |

Рис. 5. Фрагмент «Карты надмерзлотных вод Республики Саха (Якутия)» масштаба 1:2 500 000 (1993 г.).

пространения и формирования надмерз-лотных вод Якутии. Определяющую роль в их существовании играет тип режима формирования, зависящий от комплекса природных факторов, обусловленных литоло-гическим составом и фильтрационными свойствами пород и глубиной залегания криогенного водоупора. Представлены девять типов режима формирования с различной величиной подземного стока по шести градациям. Кроме того, на карте получили отражение региональные характеристики минерализации, химического состава, а также очаги засоления и некоторые частные объекты, влияющие на формирование над-мерзлотных вод. На двух картах-врезках масштаба 1:12 000 000 представлены «Схема районов распространения наледей и таликов» и «Схема провинций надмерзлотных вод по условиям формирования» (рис. 6). На первой врезке (составители: Л. Д. Иванова, Н. М. Никитина) показаны районы распространения, генезис и величины относительной наледности. На второй (составитель - Н. С. Ломовцева) выделено четыре типа провинций надмерзлотных вод по условиям формирования стока. Цветом показана продолжительность периода формирования надмерзлотных вод. Карту сопровождает пояснительная записка, изданная в 1991 г [13].

генда в форме сводной матрицы отражает типы местности, стратиграфо-генетические комплексы, преобладающие криогенные текстуры и залежеобразующие льды, объёмную льдистость в процентах, основные криогенные процессы, природные комплексы и их мерзлотные характеристики, включая широтно-зональные, высотно-поясные и интразональные. На карте-врезке «Зональность распространения и региональные особенности многолетней криолитозо-ны» в масштабе 1:12 000 000, цветом выделены геокриологические зоны по типу их распространения в зависимости от площади, занимаемой мёрзлыми толщами, наибольшей мощности криолитозоны в типичных условиях и наименьшей температуры грунта в слое затухания сезонных колебаний. Пояснительная записка к карте представлена в монографии «Мерзлотные ландшафты Якутии», изданной в 1989 г. [11].

В 1993 г. при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований издана «Карта надмерзлотных вод республики Саха (Якутия)» масштаба 1:2 500 000, главный редактор - П. И. Мельников [12]. Специальное содержание карты разработали Л. Д. Иванова, Н. С. Ломовцева, Т. Н. Лебедева, Н. М. Никитина, В. М. Пигузова под научным руководством О. Н. Толстихина (рис. 5). На карте обобщены условия рас-

Рис. 6. Карта-врезка «Схема провинций надмерзлотных вод по условиям формирования» к «Карте надмерзлотных вод Республики Саха (Якутия)» (1993 г.).

В последние годы произошли существенные изменения в принципах картографирования на основе использования геоинформационных систем. Это потребовало новых методических разработок, обеспечивающих переход картографических материалов с бумажных носителей на электронные. С появлением современных компьютерных технологий повысилась возможность детализации карт, их информативность и удобство в пользовании. Геоинформационные системы служат для обработки, хранения, доступа и отображения пространственно-координационных данных. Они отличаются от традиционных бумажных карт ёмкостью содержания, возможностями анализа, моделирования и введения дополнительной информации по мере её поступления. В настоящее время карты на основе ГИС-технологий успешно разрабатываются в нескольких лабораториях Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, кроме того создана специальная группа геоинформатики (руков. Я. И. Торговкин). В 2008 г. в лаборатории подземных вод по Госзаказу Государственного комитета по геологии и недропользованию РС(Я) создана цифровая гидрогеологическая карта Центральной Якутии масштаба 1:1 000 000. В 2010 г. авторским коллективом группы лабораторий Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН под руководством В. Б. Спектора завершено составление современной инженерно-геологической карты Северо-Востока России в формате «ArcGIS 9» в рамках создания цифровой инженерно-геологической карты Российской Федерации масштаба 1:2 500 000. В настоящее время эта карта передаётся в Российские геологические фонды. В 2011 г. этим же авторским коллективом под руководством В. Б. Спек-тора начата работа по составлению макета цифровой «Инженерно-геологической карты Республики Саха (Якутия) и прилегающих территорий» масштаба 1:1 500 000 [14]. Основополагающим принципом карты является её специальная направленность, то есть наряду с комплексной характеристикой общих инженерно-геологических условий делается упор на геокриологические. Недооценка этих условий ведёт к завышению инженерной устойчивости грунтов, отсутствию учёта активности криогенных процессов и т.д. Эта цифровая карта будет представлять собой синтетическую модель инженерно-геокриологических условий, сопровождаемую базой данных и по своему содержанию отражать специфику грунтового субстрата, гидрогеологических условий и экзогенных процессов территории распространения криолитозоны.

Список литературы

1. Гидрогеология СССР. Том ХХ. Якутская АССР. -М.: Недра, 1970.-383 с.

2. Гидрогеологическая карта Якутской АССР. М-б 1:2 500 000/[сост. Н. Н. Индолева и др.].-Л.:Ленинградская картфабрика ВАГТ, 1970.-4 л.

3. Карта инженерно-геологического районирования ЯАССР. М-б 1:5 000 000/[сост. П. А. Соловьев].-Л.: Ленинградская картфабрика ВАГТ, 1970.-1 л.

4. Схематическая геокриологическая карта Якутской АССР. М-б 1:5 000 000/[сост. П. И. Мельников]. -Л.: Ленинградская картфабрика ВАГТ, 1970.-1 л.

5. Геокриологическая карта Монгольской Народной Республики. М-б 1:1 500 000 / [сост. Г. С. Гравис и др.].-Якутск, 1971.-6 л.

6. Байкало-Амурская железнодорожная магистраль. Гзокриологическая карта. М-б 1:2 500 000/[сост. И.А. Некрасов и др.].-М. :ГУГК, 1979.-2печ.л.

7. Васильев, И. С. Закономерности сезонного про-таивания грунтов в Восточной Якутии / И. С. Васильев. - Новосибирск: Наука, 1982. -195 с.

8. Карта мерзлотно-гидрогеологического районирования Восточной Сибири. М-б 1:2 500 000 / [сост. Л. Д. Иванова, Н. С. Ломовцева, Н. М. Никитина, В. М. Пигузова]. - М.: ГУГК, 1984. - 4 печ. л.

9. Мерзлотно-гидрогеологические условия Восточной Сибири / В. В. Шепелев, О. Н. Толстихин, В. М. Пигузова и др. - Новосибирск: Наука, 1984. -192 с.

10. Мерзлотно-ландшафтная карта Якутской АССР. М-б 1:2 500 000/[сост. А. Н. Федоров и др.]. - М.: Госгеодезия, 1991.-2 печ. л.

11. Мерзлотные ландшафты Якутии. Пояснительная записка к «Мерзлотно-ландшафтной карте Якутской АССР» м-ба 1:2 500 000/[А. Н. Федоров и др.]. -Якутск :ИМЗ СО АНСССР, 1989.-170с.

12. Карта надмерзлотных вод Республики Саха (Якутия). М-б 1:2 500 000/[сост. Л. Д. Иванова и др.]. -Якутск : Якутское аэрогеодезическое предприятие Федеральной службы геодезии и картографии России №14,1993.-6л.

13. Пояснительная записка к «Карте надмерзлот-ных вод Якутской-Саха ССР» масштаба 1:2 500 000 / Т. Н. Лебедева и др. - Якутск : Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1975.-1991.-40с.

14. Инженерно-геокриологическая карта РС(Я) и прилегающих территорий м-ба 1:2 500 000/Р. В. Чжан, В. Б. Спектор, О. И. Алексеева и др. // Проблемы инженерного мерзлотоведения: материалы IX Международного симпозиума, 3-7сентября 2011 г., г. Мирный, Россия. - Якутск : Издательство Института мерзлотоведения СО РАН, 2011.- С.18-23.

Я<РХИ ММ>РЪ1ХШ10№Я

История - сокровищница наших деяний, свидетельница прошлого, пример и поучение для настоящего, предостережение для будущего.

Сервантес

Между человеком образованным и необразованным такая же разница, как между живым и мёртвым.

Аристотель