Геологические структуры на космических снимках

Геологические структуры на космических снимках
Корчуганова Н.И. // СОЖ, 1998, N^o 10, с. 60–67.
      
Аннотация: Обсуждаются механизмы обработки информации о глубинном строении литосферы, содержащейся на космических снимках, приводятся классификации линеаментов и кольцевых структур. Рассматриваются геологические структуры различной морфологии и генезиса (разломы, в том числе погребенные, флексурные и трещинные зоны, кольцевые образования, складчатые и блоковые деформации, вещественно–структурные комплексы горных пород).

Полный текст:   

Статья опубликована в следующих рубриках:
  НАУКИ О ЗЕМЛЕ > Строение Земли
  НАУКИ О ЗЕМЛЕ > Методы исследования в науках о Земле

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ НА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКАХ

Н. И. КОРЧУГАНОВА

Московская государственная геологоразведочная академия

Космические снимки (КС) стали применять в геологии с 60-х годов. Доступные вначале только для специалистов, они быстро получили широкое признание. На базе КС оформились самостоятельные виды региональных геологических исследований, созданы карты нового типа: космогеологические, космотектонические, космогеодинамические; открыты месторождения полезных ископаемых. Постоянно совершенствуются методы получения космической информации, способы ее преобразования и компьютерной обработки.

ОБЗОРНОСТЬ И ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКАХ

При аэрокосмических съемках регистрируются отраженная от поверхности Земли солнечная радиация и собственное электромагнитное поле системы земная поверхность-атмосфера. Для дистанционного зондирования используют следующие диапазоны волн: ультрафиолетовый (0,27-0,4 мкм), видимый (0,4-0,78 мкм), инфракрасный (ближний 0,7-0,9 мкм; тепловой 3,5-5,0 и 8,0-14 мкм), микроволновой (0,30-10 см). В видимом и инфракрасном диапазонах съемки проводят фотографическими, телевизионными и сканерными методами, в которых используют естественное отражение или вторичное тепловое излучение объектов, обусловленное солнечной радиацией. Эти методы называют пассивными. Активные – радарные методы применяют в микроволновой области излучения, создаваемого искусственным источником направленного действия [5].

Космические снимки получают с межпланетных автоматических станций, искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей и долговременных орбитальных станций. От масштаба и пространственного разрешения КС, под которым понимают размеры минимального объекта, различимого на снимке, зависят его обзорность и генерализация изображения. Различают КС глобального, континентального, регионального, локального и детального уровней генерализации [3]. КС детального уровня генерализации близки к высотным аэрофотоснимкам и имеют разрешение на местности первые метры и выше. Снимки локального уровня генерализации отличаются пространственным разрешением в первые десятки метров и захватывают территории в сотни квадратных километров. Их получают фотографическими и телевизионными

системами с высококачественной аппаратурой. КС регионального уровня генерализации позволяют распознавать объекты размером от многих десятков до сотен метров на площади захвата в первые десятки тысяч квадратных километров. Это обычно фотографические и сканерные снимки с пилотируемых космических кораблей и искусственных спутников Земли. КС континентального уровня генерализации (телевизионные и сканерные снимки со спутников) имеют разрешение многие сотни метров, а площади, изображенные на них, составляют сотни тысяч до миллионов квадратных километров. Естественно, что уровень генерализации КС определяет, какого ранга геологические объекты могут одновременно находиться в поле зрения исследователя. Для изучения разномасштабных геологических структур применяются космические снимки разных уровней генерализации. Качественно новую информацию получают при изменении масштаба снимков в 3-5 раз.

КС изучают специалисты различных областей землеведения, которые из интегральной картины, запечатленной на снимке, извлекают необходимую информацию, то есть дешифрирование является тематическим и целевым. Что же дешифрируют геологи? На всех КС независимо от геологического, геоморфологического строения региона, истории его развития и климата выделяются линейные, кольцевые и площадные объекты.

ЛИНЕАМЕНТЫ

Линейные объекты на КС называют линеаментами (линеаментум – линия, черта). Этот термин ввел в геологическую литературу в начале века американский исследователь В. Хоббс для обозначения прямолинейных форм на земной поверхности, необязательно связанных с тектоническими разрывами и смещениями по ним. Позднее линеамент стал синонимом глубинного разлома и вновь обрел самостоятельное значение только с появлением космических снимков.

В настоящее время геологи под линеаментами понимают линейные неоднородности земной коры и литосферы разного ранга, протяженности, глубины и возраста заложения, которые проявлены на земной поверхности прямо (разрывами) или опосредованно, геологическими и ландшафтными аномалиями. Такие линейные аномалии могут быть обусловлены скрытыми разломами фундамента, флексурными (коленообразными изгибами слоев) и трещинными зонами в перекрывающих осадочных отложениях плитного чехла.

Разрывы

Типичными представителями линеаментов являются разрывные нарушения земной коры. Они образуются в различных геодинамических условиях, характеризуются разным строением и выражением на КС.

Сбросы, формирующиеся в условиях растяжения земной коры и имеющие наклон поверхности разрыва в сторону опущенных пород, отличаются на КС прямолинейностью, нередко хорошо выраженными уступами, разделяющими блоки с различным геологическим строением, типами рельефа и характером расчлененности.

Раздвиги, перемещение горных пород по которым при растяжении происходит перпендикулярно к поверхности отрыва, обычно заполнены магматическими породами, образующими вертикальные вытянутые узкие тела (дайки) и целые дайковые рои, но могут быть и зияющими.

Взбросы, у которых поверхность сместителя наклонена в сторону поднятых пород, имеют слабо дугообразную форму в плане, выпуклостью направленную в сторону перекрываемых, более молодых пород. Образуются взбросы в обстановке латерального сжатия.

Сдвиги отличаются тем, что смещение горных пород происходит в горизонтальном направлении по простиранию сместителя. На КС сдвиги могут быть обнаружены по однонаправленным смещениям и искривлениям русел, склонов долин, конусов выноса, водоразделов и других форм рельефа. Региональные сдвиги (рис. 1) дешифрируются по кулисному расположению мелких разрывов, эшелонированным гирляндам складок, наличию впадин присдвигового растяжения, характерному рисунку "конский хвост" на окончаниях.

Надвиги образуются при общем продольном сжатии параллельно с образованием складок (соскладчатые разрывы). Горизонтальный, пологий или волнистый надвиг с амплитудой перемещения до десятков и даже сотен километров называется тектоническим покровом, или шарьяжем. Они широко распространены в подвижных складчатых системах (Карпаты, Кавказ, Урал, Камчатка). На КС шарьяжи отличаются сложным фестончатым рисунком перемещенных масс (аллохтона), которые в процессе движения распадаются на отдельные пластины, а складчатое строение их сильно усложняется. Во фронтальной части покрова могут присутствовать экзотические останцы (клиппы), отделенные эрозией от аллохтона, а также тектонические окна в аллохтоне, где экзогенными процессами удалены породы его верхних частей.

Морфология, структурный рисунок разрывов на КС помогают определить кинематику и геодинамические условия их формирования. Восстанавливая их по снимкам, необходимо учитывать, что движения по региональным разрывам древнего заложения могли изменяться в связи с меняющимися полями тектонических напряжений. По нарушению молодых форм рельефа и четвертичных отложений дешифрируются активные разрывы.

Погребенные разломы,

флексурные и трещинные зоны

Многие линеаменты являются погребенными разломами складчатого фундамента или флексурными и трещинными зонами осадочного чехла. Проявление этих деформаций на космических снимках объясняется тем, что процессы, происходящие на разных глубинных уровнях литосферы, воздействуют на вышележащие слои, передавая тепловой, флюидно-газовый потоки и механические деформации, предопределяя особенности геологического строения субстрата, рельефа и почвенно-растительного слоя (рис. 2).

В рельефе линеаменты выражаются закономерно ориентированными зонами, образованными прямолинейными границами горных хребтов и кряжей, берегов морей, озер и крупных болот, спрямленными участками речных и ледниковых долин, цепочками просадок различного генезиса и пр. Ширина таких зон составляет от первых до десятков километров. Поэтому на аэрофотоснимках и при наземных наблюдениях линеаменты обнаруживаются с трудом. На КС они получают отражение благодаря обзорности и генерализации изображения. Четкость их проявления и ширина линейной аномалии зависят от глубины заложения разлома (мощности перекрывающих образований) и его активности. Чем ближе от земной поверхности расположен погребенный разлом и выше его тектоническая активность (вертикальные и / или горизонтальные перемещения по разлому), тем он четче проявлен на КС.

В зависимости от соотношения со структурой земной поверхности линеаменты бывают граничные и секущие.

Граничные линеаменты проявлены на снимках с наибольшей выразительностью. Обычно они являются разломными границами блоков земной коры разного порядка. Самые значительные из них – системы разрывов, разделяющие основные геоструктурные области: складчатые пояса (например, в Евразии Средиземноморский, Урало-Монгольский, Тихоокеанский) и основные платформенные области (Восточно-Европейская, Сибирская, Индийская древние платформы). Менее протяженные линеаменты разделяют геоструктурные регионы (щиты платформ, плиты, складчатые системы). В пределах каждого региона устанавливается устойчивая связь линеаментов с внутренним строением верхних горизонтов земной коры.

Секущие линеаменты пересекают территории с различным геологическим строением и историей развития. Обычно эти полосовые аномалии, четкие в горно-складчатых областях, в пределах платформенных равнин имеют неявные, расплывчатые границы, отражая латеральные неоднородности литосферы. Установлено, что, чем выше уровень генерализации и ниже пространственное разрешение КС, тем более глубинные структуры изображаются на них. Для одноранговых секущих линеаментов характерны примерно одинаковая плотность по всей территории и регулярность (эквидистантность, шаг повторяемости). Секущие линеаменты проявляются на поверхности в виде зон концентрации трещин и разрывов, в изменении морфологии горно-складчатых систем, преломлении или смещении систем покровно-складчатых структур, замыкании или виргации зон прогибаний и поднятий, погружении складок (рис. 3). Секущие линеаменты, как правило, отражают позднекайнозойскую стадию развития земной коры [4]. Молодость линеаментов подтверждается их распространением на платформах со слабо деформированным мощным плитным чехлом мезозойско-кайнозойских отложений. Несмотря на равнинный рельеф и нередко сильную антропогеновую нарушенность ландшафта, линеаменты установлены на Русской плите, в Западной Сибири, равнинном Крыму и многих других платформенных регионах.

По протяженности линеаменты разделяются на трансконтинентальные, трансрегиональные, региональные и локальные. Выраженность их на КС различна. Они формируют либо узкие четкие линии, либо линейные зоны с внутренней структурой, либо широкие (до первых сотен километров) пояса, состоящие из протяженных линеаментных зон. Поэтому уровень генерализации КС имеет важное значение при изучении линеаментов разных рангов и соответственно глубины заложения.

Линеаменты образуют достаточно выдержанную сеть из нескольких доминирующих направлений (ортогонального – широтно-меридионального и двух диагональных – 300-120? и 330-150?), хорошо согласующихся с планетарной трещиноватостью, обусловленной ротационными напряжениями верхней оболочки Земли. Эти направления одинаково свойственны как горно-складчатым, так и смежным с ними платформенным областям. Устойчивость регматической сети линеаментов во времени объясняется тем, что энергетически более выгодна реанимация уже существовавших разломов.