Природа криптоморфных геоморфологических структурных форм

Д.ВЛопатин

Санкт-Петербург, Россия

D.V.Lopatin

Saint-Petersburg, Russia

ПРИРОДА КРИПТОМОРФНЫХ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУРНЫХ ФОРМ

NATURE OF CRIPTOMORPHIC GEOMORPHOLOGICAL STRUCTURAL FORMS

Аннотация. В статье обсуждается проблема диагностики тектонических дислокаций, проявляющихся на земной поверхности в виде малых форм рельефа, объединённых в линии, зоны и поля, которые отчётливо проявляются на космических снимках в виде геомет-ризованных тонометрических аномалий. Выстраивается ряд морфотектонических дислокаций, на одном конце которого находятся морфорструктуры, а на противоположном — квазидвумерные криптоморфные образования. Рассматривается индикационная связь последних с тектоническими дислокациями разного происхождения, возраста и глубинности.

Ключевые слова: рельеф; космические снимки; геоморфология; структура._____________________________

Abstract. In the present article the author continues to discuss the problem concerning identification of tectonic dislocations which can be seen on the surface as small relief forms, combined into lines, zones and fields which are clearly seen in satelitte photos as geometricized tonometric anomalies. A succession of morphotectonic dislocations is lined up with morphostructures at one end and criptomorphic formations on the other. The relationship between indication factors of criptomorphic formations and tectonic dislocations of different origin and age is also of a concern in the research.

Key words: topography; satellite imagery; geomorphology; structure___________________________________________

Сведения об авторе: Лопатин Дмитрий Валентинович, кандидат географических наук, доцент кафедры геоморфологии.

Место работы: Санкт-Петербургский государственный университет.

About the author: Lopatin Dmitry Valentinovich, candidate of Geography, assistant professor of the Geomorphology department.

Place of employment: Saint-Petersburg State University.

Контактная информация: 192007, г. Санкт-Петербург, Лиговский проспект, д. 211, кв. 3, а/я 35; тел.

(812)3282000. E-mail: lopatin12@yandex.ru

Вводные замечания. В работе представлены материалы изучения проблемы природы тонометрических аномалий на дистанционных фотографиях (снимках), их связи с рельефом, геолого-тектоническими свойствами и глубинным строением литосферы, начатого автором в предыдущих работах. Непосредственным предметом изучения является наше представление о криптоморфизме как индикаторе этих свойств [3, 5—8].

Геоморфология в науках о Земле занимает пограничное место между геологией, географией и геофизикой. Она изучает морфологические, эволюционные, геологические и динамические аспекты рельефообразования. Объектом внимания геоморфологии является рельеф Земли, состоящий из отдельных форм земной поверхности, иерархически объединяющихся в геоморфологические системы, внешним выражением которых являются геоморфологические ландшафты. Геоморфологические ландшафты, в зависимости от тектонических причин и относительного постоянства климата в геологическом времени, объединяются в геоморфологические формации, которые адекватно отображают современное состояние как физико-географических, так и геологических формаций.

Рельеф земной поверхности представляет собой физическую двумерную поверхность, но одновременно с этим он является и слоем. Но слоем не вещественным, как полагают многие геоморфологи, а энергетическим, напряженность и состояния которого определяются величинами взаимодействия динамических процессов литосферы и окислительных свойств атмогидросферы. Внешним выражением этого процесса является морфологический облик земной поверхности, адекватно отображающий мощность литодинамического потока вещества, поднимающегося тектоническими процессами из глубин литосферы,

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации. Проект № 11.П34. G31.0025.

перемещающегося в виде склоновых масс и отлагающегося в конечных коллекторах Мирового океана, где осадки литифицируется и превращается в вещество геологических формаций.

Неровности рельефа земной поверхности, будучи физической оболочкой, характеризуются тремя величинами: длиной, шириной и высотой. Через системы прямых и косвенных индикаторов фотоизображения и природной среды они устойчиво распознаются на дистанционной фотооснове. Одновременно с этим на аэрокосмических снимках отображаются поля и зоны малых форм рельефа. Они образуют геометризованные квазидвумер-ные фируры, которые отображаются через тонометрические аномалии.

При крупномасштабном изучении их и сопоставлении с морфометрическими параметрами топографической поверхности становится очевидным, что они состоят из множества малых форм рельефа, сконцентрированных в зоны и поля повышенной плотности. Такие формы представлены тектоническими уступами, диаклазами, цепочками карстовых или термокарстовых озёр, спрямлёнными или геометризованными участками долин, скоплением определённо ориентированных водотоков, оврагов, серией сейсмодислокаций, объединенных тектоническими уступами, седловинами и др. На снимке они образуют упорядоченные системы, подчиняющиеся законам симметрии: линейной, центрозональной, радиально-концентрической или более сложных форм [7, 8, 12]. Все они коррелируют в большей степени с геофизическми аномальными полями, нежели с геологическмими неоднородностями, и не всегда заметны при контактном полевом исследовании. Тонометрические ансамбли более плотно коррелируют с аномальными геофизическими полями, подтверждая вещественную связь плоских геоморфологических ансамблей с глубинным строением.

В структурно-геоморфологическом плане тектонический рельеф земной поверхности можно представить в виде непрерывного ряда изменений. На одном конце этого ряда стоят прямые и обращённые морфоструктурные образования, а на противоположном — крипто-морфные. Отдельные звенья этой цепи связаны с разной глубинностью и силой проявления, возбуждающего процесс очага. Прямые и обращённые морфоструктуры отображают разные степени комфортности рельефа глубинным свойствам тектонического процесса, криптоморфные — разной степени их дискомфортности [14]. При этом многие исследователи отмечают несогласные отношения между морфоструктурным и криптоморфным планами. Особенно характерно это для линейных орогенов [9].

В ходе исследования нами также изучено моделирование процесса проявления глубин -ного строения с помощью дистанционной информации.

Совокупность известных геолого-геофизических и геохимических данных, наших представлений о структуре литосферы и процессах, происходящих в ней (в формах преобразования и миграции вещества), позволяет составить модель передачи глубинного «сигнала» на земную поверхность и проявления на ней глубинных скрытых структурных форм дислокаций, соответствующих отражений их на космических снимках и в рельефе, в виде простых и сложных композиций.

Простейшей из них является линеаментная модель. Предположим, что линеамент является отражением на земной поверхности некоторого погребённого разлома, по кото -рому могут происходить активные смещения или он может разделять блоки основания. Смещение блока может происходить в некотором погребённом слое и вызывать смещение, деформацию всего вышележащего слоя покрова или будет как-то им преломлено. Естественно предположить, что на поверхности глубинные смещения могут проявиться в виде полосы или зоны вторичных форм.

При большой генерализации космического изображения эта зона концентрируется в виде полосовой тонометрической аномалии. Форма нарушения в фундаменте несомненно должна повториться и на поверхности в виде подобной геометризованной фигуры. Ширина и внутренний рисунок тонометрической аномалии, согласно закону конуса рассеивания,

отобразят форму и интенсивность первичной деформации [1]. Чем глубже источник возбуждения, тем более расплывчатым будет изображение (шире полоса малых структурных форм рельефа). Чем активнее сигнал возбуждения, тем резче проявление глубинной неоднородности на поверхности. Именно на этой особенности и основывается наше предположение о диссипативном механизме связи между геологическим процессом и его геоморфологическим следствием [5].

Используя это положение, космическое изображение позволяет прогнозировать некоторые кинематические и соответствующие им морфологические особенности деформаций. Комплекс вторичных форм, которые возникают над погребёнными активными разломами растяжения (плотный рой разнонаправленных малых линеаментов или линеаров), должен отличаться от такового над разломами сжатия (зоны смятия, чешуйчатые линеары). В этом отношении первостепенным выступает анализ геометрических образов наземных объектов и их космических изображений.

Более сложной и принципиально иной является геотермо-геохимическая модель глубинного строения. Образование линеаментов обеспечено непрерывным процессом физико-химического преобразования вещества. Этот процесс сопряжён с определёнными особенностями протекания явления на разных глубинных уровнях литосферы. Он сопровождается выделением и вертикальной миграцией газово-жидких выделений, продуктов этих преобразований и тепла. Восходящий поток флюидов и тепла может быть как сосредоточенным, так и иметь региональный диффузный характер и являться практически сплошным. В обоих случаях плотность и состав потока не одинаковы во времени и по площади [2].

Первичные неоднородности глубинного потока флюидов и тепла отражают структуру и особенности процессов в той среде, в которой они зарождаются. Вторичные же определены особенностями состава, структуры и проницаемости слоёв, через которые этот поток проходит. Преобразуясь на поверхности, они отображаются в виде особенностей микрорельефа, почвенных и растительных комплексов. Флюидно-газовые и тепловые потоки становятся видимыми и могут быть запечатлены на дистанционных изображениях с образованием над очагами флюидов форм линейной, кольцевой и вихревой геометрии [4, 6]. Вертикальный поток вещества может рассеиваться и создавать на поверхности диссипативные криптоморфные образования, слабо проявленные в рельефе. Они могут локализоваться в виде несогласного плана, осложняя рисунок морфоструктурного строения.

Обсуждение природы криптоморфизма. В книге «Структурная геоморфология равнинных стран» Ю.А.Мещеряков, давая определение понятию морфоструктуры как геологической структуры, выраженной в рельефе Земли, замечает, что ей могут быть противопоставлены «криптоструктуры.., погребенные в недрах Земли или полностью сглаженные денудацией, не выраженные на поверхности структурные формы» [10, с. 17].

По сути дела, если под «крипто» иметь в виду латинское «скрытое», то автор под этим термином и подразумевает невыраженную в рельефе структурную форму земной коры. Но геоморфологический анализ тонометрических характеристик подобных образований показал наличие хоть и отдаленной, но всё же существенной связи с современным рельефом. Данную идею Ю.А.Мещеряков не смог развить геоморфологически ввиду малого количества фактического материала, так как его заметки были сделаны еще до внедрения в практику наук о Земле космических изображений. А без космической регистрации генерализованных ландшафтных индикаторов, отображающих глубинное строение, он не мог обнаружить механизм их связи с рельефом.

Образование криптоморфных геоморфологических структур (КГС) можно характеризовать термином «криптоморфогенез». Понимание этого процесса основывается на некоторых общих положениях: 1) тождественность понятий «форма» и «образ»; 2) утверждение того, что дистанционная информация в общем геолого-геофизическом ряду занимает промежуточное положение и, обладая свойствами каждого из них, является связующим

информационным звеном геологической и геофизической диагностики; 3) тонометрические аномалии отображаются на снимках через оптические характеристики ландшафта, системообразующим элементом его являются формы и элементы форм рельефа, дисперсия и зональное размещение которых, возможно, связаны с диссипацией энергии глубинных процессов Земли.

Если принять за основу модель расслоенной литосферы А.В.Пейве [13], то КГС могут отображаться в ландшафтных структурах за счет стоячих внутренних гравитационных волн [11]. Эти волны имеют общую физическую природу с конвекцией и описываются с ней одним и тем же математическим языком.

Динамика земной коры и мантии в геологическом масштабе времени подчиняется законам механики жидкостей, и для ее описания удобно применять волновую модель. Поскольку границы разделов в геологической среде весьма условны, то для их параметрического описания можно принять длину волны или волновой вектор, при этом стирается грань между представлениями о структуре и волне. Какие бы ни были динамически неравновесные процессы, охватывающие Землю на всех масштабных уровнях, они порождают диссипативные структуры, выражением которых могут быть гексагональные образования. В жидко-пластичной среде, каковой является коромантийная смесь, могут, во внутренней части ячейки Бенарда, преобразовываться в структурные формы центрозональной геометрии, а на внешней — в линеаментные системы ортогональной и диагональной динамопар.

С этих же позиций можно объяснить и радиально-лучистую структуру центрозональных кольцевых систем. Если несколько усложнить гидродинамическую модель стоячих внутренних гравитационных волн, введя параметр кручения, то с этих же методологических позиций можно объяснить и вихревые структуры. Если представить, что действие такого механизма проистекает в геологическом времени в мантии в жидко-пластичной среде, то одновременно в хрупкой среде верхней части коры должны преобладать глыбово -волновые перемещения с образованием морфоструктур, на поверхности которых могут в скрытой форме отобразиться следы глубинных диссипативных структур в виде крипто-морфных геоморфологических образований.

Таким образом, в сложном геохимическом и тепловом спектре земной поверхности и соответствующих ему особенностях изменения в строении земной поверхности, а также характере поля отражённого и собственного электромагнитного излучения земной поверхности заключена весьма разнородная информация. В ней выделяется информация, которую глубинные флюиды и тепло несут как о своих материнских средах, так и о слоях, сквозь которые они проходят на пути к поверхности.

Все эти внутренние изменения фиксируются геофизическими методами диагностики глубинного строения, а внешние их проявления — дистанционными. Методами контактной геологии они не фиксируются. Изучение глубины возбуждающего неоднородность слоя, его физических параметров и формы локализации на поверхности в виде мега- или микроструктур криптоморфного ряда может быть достигнуто с помощью статистических методов обработки данных, корреляционного анализа линеаментных моделей, их оптического поля с другими геофизическими полями и геохимическими данными [2], но эта проблематика выходит за рамки настоящей работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гзовский М.В. Основы тектонофизики / Под ред. М. А. Садовского. М., 1975.

2. Дистанционные исследования при нефтегазопоисковых работах / Под ред. А.Л.Яншина. М., 1988.

3. Корреляция геофизических полей. М., 1991.

4. Космическая информация в геологии / Под ред. А.В.Пейве. М., 1983.

5. Лопатин Д.В. Анализ структур фундамента Восточно-Европейской платформы дистанционными методами // Исслед. Земли из космоса. 1981. № 6. С. 35—41.

6. Лопатин Д.В. Геоморфологическая индикация глубинного геологического строения по данным орбитальных наблюдений на примерах Верхоянья и Юга Дальнего Востока // Геоморфология. 2000. № 3. С. 79—87.

7. Лопатин Д.В. Дистанционные исследования криптоморфных геоморфологических структур // Геоморфология. 2006. № 2. С. 6—21.

8. Лопатин Д.В., Шавель Н.И. Отображение на космических снимках и в ландшафте флюидной модели глубинного строения Обской мегаструктуры центрального типа. Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов: теория, методы, практика. Нижневартовск, 2010. С. 15—20.

9. Макаров В.И., Скобелев С.Ф., Трифонов В.Г. и др. Глубинная структура земной коры на космических изображениях // Исслед. природной среды космическими средствами. Геология и геоморфология. М., 1974. Т. 2. С. 9—42.

10. Мещеряков Ю.А. Структурная геоморфология равнинных стран. М., 1965.

11. Петров О.В., Мовчан И.Б. Диссипативные структуры земной коры и мантии как отражение волновых процессов // Региональная геология и металлогения. 2003. № 17. С. 53—65.

12. Соловьев В.В. Структуры центрального типа территории СССР по данным геолого-морфологиче-ского анализа. Л., 1978.

13. Тектоническая расслоенность литосферы / Под ред. А.В.Пейве. М., 1980.

14. Флоренсов Н.А. О некоторых общих понятиях в геоморфологии // Геология и геофизика. 1964. № 10. С. 112—118.