Геоморфологический криптоморфизм как отражение строения литосферы

УДК 551.4.012 Изв. СПбГУ 08, № 1 Д. В. Лопатин

ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЙ КРИПТОМОРФИЗМ КАК ОТРАЖЕНИЕ СТРОЕНИЯ ЛИТОСФЕРЫ.

Общие замечания. Настоящая работа посвящена изучению проблемы криптоморфизма как фундаментальной основы прикладной геоморфологии в связи с решением задачи прогнозирования и поисков полезных ископаемых. В предыдущих работах на заданную тему была сделана попытка раскрытия содержания этого понятия и подходов к его изучению [1]. В данной статье мы стремимся к углублению показа связи между криптоморфными геоморфологическими образованиями (КГС), их отображением на космических снимках при изучении геолого-тектонического строения литосферы.

Напомним, что КГС — это слабо морфологически выраженные на поверхности тонометрические геометризованные образы полей, роев и зон малых структурных форм рельефа и их почвенно-геоботанических индикаторов на аэрокосмических снимках. Как правило, «это — глубинные структуры скрытого типа. Многие из них являются объектами первостепенной важности с точки зрения невтегазопоискового значения» [2, стр. 14-15], а также и для поисков рудных полезных ископаемых [3, стр. 322-403]. По поводу криптоструктурных образований Ю. А. Мещеряков писал, что «Морфоструктурам ... могут быть противопоставлены криптоструктуры. т. е. погребенные в недрах Земли или полностью сглаженные денудацией, не выраженные на поверхности структурные формы» [4, стр. 17]. В век космической видеорегистрации, способной отобразить такие неоднородности земной поверхности, подобные образования становятся видимыми, хотя и не всегда согласуются с морфоструктрным планом местности [1]. Их подавляющее большинство несогласно накладываются на морфоструктурный план. В специальной литературе, посвященной изучению рудоконтролирующих структурных форм, они получили название сквозных рудоконцентрирующих зон [3, стр. 322-325] и структур центрального типа как морфологогеологических образований [5]. Дислокации подобного рода на земной поверхности могут проявляться как глубинные разломы, не достигшие приповерхностных горизонтов коры, энергия которых рассеивается близ земной поверхности. Они проявляются в ландшафте в виде косвенно выраженных форм, через линеаментные зоны разной геометрии [2], диссипативных структур [1, 6] и тонометрических аномалий на снимках.

Дешифрирование космических снимков по геоморфологическим индикаторам привело к дальнейшему развитию представлений о скрытых разломах разной геометрии. В различных рудных районах такие образования представлены зонами рассредоточенных трещин и разрывных нарушений различных порядков как рудоконцентртующих структур различных типов. Например, полученные по космическим снимкам достоверные данные о линейной протяженности разломов, делает оценку проникновения их на глубину более значимой. Для рудоконтролирующих разломов такая оценка важна для суждения о вертикальном интервале распространения оруденения. При расчетах такой

© Д. В. Лопатин, 2008

глубинности используют не бесспорное, но принятое в настоящее время, эмпирическое правило М.В. Гзовского: глубина проникновения разлома составляет не менее полвины его длины по простиранию [7]. С такими выводами согласуются и данные сейсмологических исследований. Они показывают, что эпицентры большинства землетрясений, в процессе которых и возникают глубинные разломы, составляющие десятки километров, располагаются именно на этих глубинах [8]. Таким образом, рельеф местности, его поля и зоны, представленные роями малых форм структурного рельефа, благодаря известным свойства космических снимков, позволяют выявлять скрытые, или крипто-морфные, разноглубинные разломы и зримо изучать их полезные и вредные свойства, используя все доступные на сегодня методы структурно-вещественной и других видов диагностики, включая и математико-статистические.

Рельеф как универсальная модель геолого-тектонического и глубинного строения местности. Рельеф местности может отображать целый спектр разноглубинных неоднородностей литосферы. Его индикационные признаки могут быть прямыми, косвенными, апосредованными и скрыто выраженными или криптоморфными. Все вместе они представляют единый дискретный ряд изменений: от высокой степени конформности до полной дисконформности. Высокой степенью конформности обладает морфоструктурный план, выраженный через прямые и системы косвенных индикаторов геоморфологического дешифрирования. Ими могут быть тектонические уступы, оси поднятий (хребты) или опусканий (депрессии), региональные зоны сейсмодислокаций, прослеживающихся в парагенетической связи с сейсмогравитационными формами рельефа, вулканы и вулканические цепи, островные дуги, рифтовые зоны и системы разномасштабных геоморф ологиче-ских форм, образующих их структуру. Опосредованные индикаторы помогают выявлять морфотектонические дислокации посредством морфометрического усиления диагностики объекта выраженного неявно. Криптоморфные геоморфологические индикаторы наиболее надежно и рационально выявляют внутреннюю структуру тонометрических аномалий, отображающихся на аэрокосмических материалах. Рассмотрим этот аспект подробней.

Выявление общих закономерностей формирования и передачи информационного сигнала о содержании строении литосферы на аэрокосмических изображениях Земли является важнейшей частью дистанционных исследований. Именно они определяют геологическую информативность рассматриваемых материалов вообще и в конкретных условиях той или иной области в частности. Ясное представление об информативности этих изображений определяет направления их применения, круг задач, которые можно решать с их помощью, методику выявления, и технологию обработки результатов дешифрирования и получения интерпретационного результата.

Геологическая информативность материалов дистанционных съемок и инструментальных измерений определяется двумя важнейшими группами факторов. К первой группе относятся геоморфологические индикаторы структурно-геологической индивидуальности объектов исследования. Ими могут охватываться как целые территории, так и отдельные геологические тела разных размеров, вещественного состава и структуры, положения в разрезе земной коры. Вторую группу факторов составляют физические индикаторы и носители этой информации, методы и приемы их регистрации. Ими могут быть гравитационные, магнитные, электромагнитные (включая и видеоизобрази-тельные) поля, тип и характер их излучения, трансформация на пути от источника к приемнику, возможности методов, приборов и материалов для их регистрации.

Земная поверхность как геологический объект наблюдения и предмет геологического моделирования. При визуальном дистанционном изучении Земли по фотографическим, электронно-сканерным, радиолокационным и другим изображениям,

получаемым с самолетных или космических носителей, специалисты имеют дело с информацией от одного и того же объекта излучения — земной поверхности в виде сложной интегральной картины. Следовательно, важнейшей задачей исследователя является нахождение искомой составляющей части для получения представления об объекте исследования. Приступая к геологическим наблюдениям из космоса, необходимо иметь совершенно определенное представление о том, чем является земная поверхность как геологическое образование. С этих позиций ее необходимо рассматривать как некую интегральную структуру, созданную в результате последовательного наложения и сложения разновозрастных и раноглубинных ансамблей неоднородностей, закономерно переработанных многообразным комплексом экзодинамических процессов. В этом определении земная поверхность рассматривается как категория историческая и одновременно как результат окислительного взаимодействия литосферы с гидросферой, атмосферой и биосферой. С этой точки зрения земная поверхность должна выступать как современный эрозионный срез земной коры, как геоморфологическая составляющая современной геологической формации [9,10]. В структуре геоморфологической формации необходимо четко разграничивать древние и молодые элементы, так как их удельный вес в формировании земной поверхности весьма различен. Соотношение того и другого имеет огромное значение для оценки интенсивности новейшей геодинамической активности литосферы в данном конкретном месте. Соответственно и различна информативность материалов дистанционных съемок в отношении разновозрастных и разноглубинных образований.

Молодые структурно-геологические неоднородности создают основные формы современного континентального рельефа, которые мы сегодня наблюдаем на обзорных космических снимках. Они предопределены молодыми и новейшими тектоническими движениями геоморфологического этапа развития литосферы Земли и возникли 30-35 миллионов лет тому назад (олигоцен, реже — эоцен). В то же время, надо понимать, что сами формы новейших структурных образований достаточно разнообразны и различны на плат-форминных равнинах, в горно-складчатых областях или рифтовых зонах.

На платформах молодые структурно-геологические неоднородности отличаются большими размерами, преобладанием мягких изометрично-овоидных форм с малой контрастностью рельефа и градиентных переходов от положительных к отрицательным. Поэтому границы таких форм являются размытыми. Все это затрудняет картирование их, особенно, если работы ведутся контактными методами.

В пределах горно-складчатых областей и рифтовых зон задача выделения молодых элементов геолого-структурных форм решается много проще, так как в большинстве своем они очевидны. Хребты и впадины, вулканы, тектонические уступы и др., являются ни чем иным как крупными блоками земной коры и их внутреннего строения и ограничения. Они охватывают сразу мощные толщи земной коры и получили по Э. Ар-гану и С. С. Шульцу название складок основания, по В. Пенку складок коры, по Е. В. Павловскому аркогенов, по В. А. Обручеву складчато-глыбовых поднятий и опусканий и т. д. К основанию, в данном аспекте, относятся все осадочные, метаморфические и магматические комплексы, которые сформированы в эпохи, предшествующие новейшему этапу, когда деформационные структурные формы не вступили в контакт с атмосферой, гидросферой или биосферой. От молодых образований — покровных, они обычно отделены поверхностями несогласия, которые в свою очередь отражают длительные эпохи денудационного выравнивания горного рельефа континентов. Для основания или фундамента характерна расслоенность. Это означает, что в верхней части коры наблюдается чередование разновозрастных структурных этажей, а в нижней ее части и в верхней

мантии это расслоение дополняется и изменениями физико-химических вещественных комплексов. Чехол или покров платформ понимается в их традиционном значении.

В одних случаях этими деформациями охвачены древние ранее уже деформированные породы как на Урале или Тянь-Шане. В других — одновременно с ними интенсивно развиваются значительно более мелкие по размерам и глубине охвата деформации молодых ранее не деформируемых пород. Примером этого могут служить Альпы, Карпаты, Кавказ, Гималаи и др. И в тех и других случаях — эти деформации образуют внутреннюю структуру складок основания. Имея сравнительно небольшие размеры, и не образуя самостоятельных форм рельефа, они могут и не распознаваться с больших космических высот, а дешифрироваться с помощью АФС и космических снимков высокого пространственного разрешения. Важно здесь то, что эта внутренняя структура складок основания предопределяет некоторые особенности их общей морфологии, отображенные на дистанционных носителях в виде внутреннего фотоаномального рисунка, отраженного от роев и зон малых структурных форм рельефа.

Молодые складки покрова в ряде горно-складчатых областей достаточно обширны по своим размерам и прямо отображены в рельефе в виде линейных повышений и понижений или куполообразных складок. Будучи сложенными слоистыми или многоцветными толщами осадочных или вулканических пород они хорошо распознаются на снимках. Примером этого могут служить: Ферганская впадина, Таджикская депрессия, Восточная часть Кавказа, складки Загросса и др.

Возможности дешифрирования в этих случаях предопределены различными степенями деформированности той или иной территории и являются надежными критериями тектонического, структурно-морфологического или кинематического районирования, которое можно эффективно выявлять с помощью аэрокосмических изображений. Здесь высокие уровни конформности рельефа и геологического субстрата отображается на снимках прямыми или системой понятных косвенных геоморфологических признаков.

Древние структурно-геологические образования в различной мере вовлечены и преобразованы молодыми движениями. В зависимости от степени последующих преобразований и принадлежности к той или иной новейшей тектонической области: будь то складчатая, платформенная или орогеническая, их значение в преобразовании рельефа поверхности различно.

Структура древних складчатых комплексов в пределах молодых орогенов на дистанционных носителях распознается несколько хуже, чем альпийская молодая складчатость. Эта структура определяет лишь некоторые особенности новейшей формы, которые в рельефе проявлены в виде малых форм. Они создают специфику внутреннего рисунка того или иного ранее выделенного новейшего тектонического блока и могут не распознаваться прямыми и косвенными признаками вообще за счет более поздней деформационной деятельности.

На щитах складчатые комплексы метаморфогенных дислокаций распознаются значительно лучше, так как их рисунок мало переработан молодыми тектоническими процессами и не затушеван покровными комплексами рельефа. Примером этого могут быть Канадский (пояс Томсона), Балтийский (Имандра-Варзугский пояс) и Казахский щиты. Селективная денудация и избирательная эрозия в этих условиях препарируют древние структурные формы. На дистанционной основе они распознаются достаточно хорошо, так как доминируют в микро- и мезорельефе и определяют конфигурацию размещения почвенно-геоботанических индикаторов. Этот класс геологических задач, где степень конформности рельефа и геологического субстрата не всегда высокая, определяют косвенные и опосредованно выраженные индикаторы.

Погребенные древние и внутричехольные структурные неоднородности в пределах оснований плит, их чехлов или межгорных впадин могут тоже проявляться на поверхности в ряде нижеследующих случаях. Во-первых, путем нарушения и некоторого преобразования восходящих потоков тепла, газов и флюидов с более глубоких горизонтов коры и формирования на поверхности ореолов морфолого-почвенно-растительных микрокомплексов, отображенных на снимках в виде тоновых аномалий изображения. Во-вторых, — при штамповой передаче в чехольные комплексы платформ тектонических неоднородностей основания. В-третьих, при денудационном вскрытии уже сформированных штамповых образований чехлов платформ. В-четвертых, при унаследованном или возобновленном развитии древних структурных неоднородностей основания. В этих случаях — низкой степени конформности или при ее отсутствии — «работают» опосредованные и криптоморфные индикаторы.

Проявление на дистанционных материалах глубинных неоднородностей литосферы является важнейшем качеством и малоизученным аспектом геологического дешифрирования. Говоря об изучении глубинных деформаций необходимо исходить из того, что глубинный тектогенез представлен большим разннобразием первичных форм и процессов различных по своему генезису, глубине нахождения и объему охваченных ими слоев литосферы. Они различны также по времени заложения и активного развития, по механизму передачи и форме проявления в более высоких слоях литосферы и на поверхность Земли. Поэтому при их диагностике используется весь спектр геоморфологических индикаторов, объединенных в геометрические образы линеаментных систем.

По генезису геологического процесса глубинные образования, выявляющие тот или иной индикатор, могут быть деформационными: упругими, пластичными или разрывными, магматогенными: в виде местного плавления и внедрения расплава, и метаморфогенными.

По глубине нахождения и охвату глубинных форм они могут быть скрыто локализованными в одном или нескольких глубинных слоях и сквозные, охватывающие непосредственно верхние слои коры и ее поверхность. Скрытые, локализованные в одном глубинном слое, могут быть нижнемантийными, подастеносферными, надастеносфер-ными, нижнекоровыми и верхнекоровыми. Неоднородности этого типа, по располо-женнию в нескольких глубинных слоях, могут быть верхнемантийными, коро-мантийными и нижнекоровыми. Сквозные деформационные зоны могут быть мантийными, нижнеко-ровыми и верхнекоровыми. Другие дислокации проявляются в некотором интервале глубин. Они не достигают приповерхностных зон коры и проявляются в виде вторичных форм — линеаментов, линеаментных зон разной геометрии, называемых криптоформными или инфраморфными образованиями [2, стр. 14-15]. Многие из них являются объектами первостепенной важности с точки зрения минерагенического прогнозирования.

По времени активного развития глубинных форм и адекватных им процессов могут быть: современными, новейшими тектоническими (новообразованными, возрожденными) и древними.

По формам и степени проявления в приповерхностной зоне земной коры и рельефе они могут быть прямыми, косвенными, опосредованными и криптоморфными или инфраструктурными. На аэрокосмических снимках данные образования могут проявляться в виде геоиндикаторов: структурно-геологических, ландшафтно-геоморфологических или зонально локализованных микрогеоморфологических признаков.

По механизму передачи и генезису форм проявления на земной поверхности глубинные структурные неоднородности могут быть механическими: упругими, пластичными или разрывными, вещественно-геохимическими: магматическими, гидротермальными, гидрогеохимическими, и геофизическими: гравитационными, магнитными, тепловыми.

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

Простейшей из моделей является линеаментная. Предположим, что линеамент является отражением на земной поверхности некоторого погребенного разлома, по которому могут происходить активные смещения или он может разделять блоки основания. Смещение блока может происходить в некотором погребенном слое и вызывать смещение, деформацию всего вышележащего слоя покрова. 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 геометризо-ванной фигуры. Ширина и внутренний рисунок тонометрической аномалии, согласно закону конуса рассеивания, отобразят форму и интенсивность первичной деформации. 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 геоморфологическими последствиями [1].

Космическое изображение позволяет прогнозировать некоторые кинематические и морфологические особенности деформаций. Комплекс вторичных форм, которые возникают над погребенными активными разломами растяжения (плотный рой разнонаправленных 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 является геотермо-геохимическая модель глбинного строения [2]. Образование линеаментов обеспечено непрерывным процессом физико-химическим преобразованием вещества. Этот процесс сопряжен с определенными особенностями протекания этого 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 его плотность и состав не одинаковы во времени и по площади.

Первичные неоднородности глубинного потока флюидов и тепла отражают структуру и особенности процессов в той среде, в которой они зарождаются. Вторичные же неоднородности определены особенностями состава, структуры и проницаемости слоев, через которые этот поток проходит. Преобразуясь на поверхности, они отображаются в виде особенностей микрорельефа, почвенных и растительных комплексов, флюидово-газовых и тепловых потоках, становятся видимыми и могут быть запечатлены на дистанционных изображениях с образованием над очагами флюидов форм линейной, кольцевой и вихревой геометрии [1, 11]. 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 [1].

Общие выводы. В сложном геохимическом и тепловом спектре земной поверхности и соответствующих ему особенностей изменения в ее строении, а также характере поля

отраженного и собственного электро-магнитного излучения земной поверхности заключена весьма разнородная информация. В ней содержится и та, 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 физические параметры и форма локализации на поверхности в виде мега- или микроструктур криптоморфного ряда, может быть достигнуто с помощью корреляционного анализа линеаментных моделей, их оптического поля с другими геофизическими полями [11] и геохимическими данными [12].

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (07-05-00516).

Summary

Lopatin D. V Geomorphological criptomorphism as a reflection of lithosphere ctructure.

In the present paper the author continues the discussion of the problem of the tectonic dislocation identification which can be seen on the surface as small relief forms, combined into lines, zones and fields which clearly reveal themselves in space photos as geometricized tonometric anomalies. A succession of morphotectonic dislocations is lined up with morphostructures at one end and crip-tomorphic formations on the other. The relationship of indication factors of criptomorphic formations with tectonic dislocations of different origin and age is also considered.

Литература

1. Лопатин Д. В. Дистанционные исследования криптоморфных геоморфологических структур // Геоморфология. 2006. № 2. 2. Дистанционные исследования при нефтегазопоисковых работах / Под ред. А. Л. Яншина. М., 1988. 3. Космическая информация в геологии / Под ред. А. В. Пей-ве, А. В. Сидоренко, А. Л. Яншина. М., 1983. 4. Мещеряков Ю. А. Структурная геоморфология равнинных стран / Под ред. И. П. Герасимова. М., 1965. 5. Соловьев В. В. Структуры центрального типа территории СССР / Под ред. Г. С. Ганешина. Л., 1978. 6. Петров О. В., Мовчан И. Б. Диссипативные структуры земной коры и мантии как отражение волновых процессов // Региональная геология и металлогения. 2003. № 17. 7. Гзовский М. В. Основы тектонофизики / Под ред. М. А. Садовского. М., 1975. 8. Бунэ В. И., Введенская Н. А., Гзовский М. В. и др. Сейсмичность и сейсмическое районирование Средней Азии / Ташкентское землетрясение 26 апреля 1966 года / Под ред. Г. А.Мавля-нова / Ташкент, 1971. 9. Флоренсов Н. А. О геоморфологических формациях // Геоморфология. 1971. № 2. 10. Лопатин Д. В. Концепция геоморфологических формаций и пути ее развития // Геоморфология. 2005. № 3. 11. Пронин В. П., Лопатин Д. В. Корреляция геофизических полей / Под ред. В. В. Соловьева. М.: Наука, 1991. 12. Лопатин Д. В. Карта рудоносных структур СССР масштаба 1:5 000 000 по данным дистанционных съемок. / Принципы и методика дистанционных исследований при прогнозировании и поисках твердых полезных ископаемых / Под ред. В. М. Терентьева. СПб., 1992.