ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕШИФРИРОВАНИЕ

Геоморфологическое дешифрирование МДЗ весьма эффективно для решения ряда задач, в том числе и геологических:

1. 
   Геоморфологическое районирование;
   
2. 
   Выявление форм рельефа и сопоставление геоморфологических схем по результатам дешифрирования МДЗ;
   
3. 
   Изучение характера и интенсивности неотектонических, новейших и современных движений земной коры.
   
4. 
   Составление геоморфологических и геологических карт.
   

1.Высокогорный рельеф формируется в областях интенсивных неотектонических и новейших процессов положительного знака под воздействием эрозионно-денудационных и ледниковых процессов. Характеризуется сильной расчлененностью рельефа: наличием скалистых гряд и гребней, цирков, ледников, селевых потоков и т.д. Следует обращать внимание на резкие перегибы и уступы, ущелья, которые часто связаны с элементами геологического строения.

3. 
   Низкогороный эрозионно-денудационный рельеф. Ему присущи сглаженные формы. Крутые склоны формируются преимущественно на гранитах, а пологие приурочены к вулканогенно-осадочным породам. В районах развития покровов эффузивных пород могут отмечаться уплощенные низкие горы с крутыми участками и карнизами. Характерен для областей положительных неотектонических движений.
   

5. Выровненный и равнинный рельеф возникает преимущественно при аккумулятивных процессах. Он развивается на аллювиальных, ледниковых и лессовых отложениях, а также на новейших морских и озерных образованиях. Этот тип рельефа на АС характеризуется монотонной серой окраской.

При дешифрировании АС четко выделяются все формы рельефа отражаемые на геоморфологических картах: склоны, сложенные коренными породами и склоны, покрытые продуктами разрушения, осыпи, оползни, делювиальные образования и т.д. Отчетливо дешифрируются поймы рек со всеми их элементами, террасы, поверхности выравнивания и т.д.

Наиболее часто встречающиеся формы рельефа описаны в предыдущих разделах настоящей работы. Как уже отмечалось в разделе «детальное дешифрирование», дешифрирование форм рельефа производится на аэроснимках масштаба 1:50000 или 1:25000, результаты дешифрирования выносятся на фотосхему, составленную из АС того же масштаба и заверяются полевыми и аэровизуальными наблюдениями.

Полученная таким образом схема геоморфологического дешифрирования какой-либо территории является важнейшим фактическим материалом, основой для выполнения структурно-геологического дешифрирования.

Основные формы рельефа Земли сформированы в неотектонический (олигоцен-четвертичный) этап эволюции планеты, продолжительность которого составляет около 38 млн.лет. Поэтому рельеф служит индикатором новейших и современных тектонических движений, амплитуды которых резко различаются в областях орогенного и платформенного режимов.

Известно, что на КС проявлена интегральная картина разновозрастных и разноглубинных структур.

Рельеф, как индикатор новейших, и в особенности современных тектонических движений имеет большую наглядность, чем тектоническая структура. Метровые, а иногда и дециметровые перемещения вдоль активных тектонических линий быстро отображаются в хорошо заметных формах рельефа, в то же время их выявление в геологической структуре часто затруднительно даже при наземных исследованиях.

• 
  активно развивающимися разрывными нарушениями разных порядков, как унаследованными, так и новообразованными. Контрастность их проявления на снимках и в рельефе обуславливается интенсивностью новейших тектонических движений;
  
• 
  не развивающимися на новейшем этапе древними разломами и зонами трещиноватости, которые избирательно разрабатываются процессами денудации, главным образом эрозией. Наиболее уверенно они дешифрируются на снимках геологически открытых районов;
  
• 
  группа линеаментов соответствующих малоамплитудным разломам и безамплитудные зоны трещиноватости «скрытого» типа, отраженные в элементах тектоники и деталях рельефа. Эти структуры встречаются как в орогенных, так и платформенных областях, но именно в последних значительное их число выявлено с помощью КС. Они могут отражать флексурно-разрывные деформации фундамента и чехла.
  

Разломы фундамента как правило не нарушают четвертичные образования, но над ними образуются зоны трещиноватости, выраженные в ландшафте. Эти зоны влияют на режим подземных вод и проявляются на поверхности в виде смены растительности, размещения и конфигурации озер, болот, речной сети и др. форм рельефа.

Рельефообразующие разломы складчатого фундамента служат границами новейших поднятий и впадин, которые различаются гипсометрией, дробностью эрозионного расчленения и др. особенностями. Гипсометрически повышенные участки с большим эрозионным расчленением отвечают новейшим поднятиям. Низкие, слаборасчлененные – новейшим прогибам. Наиболее чувствительной к тектоническим движениям и экзогенным процессам является водная эрозия. Любые ослабленные зоны, например зоны повышенной трещиноватости, подвергаются эрозии в первую очередь, на них закрепляется гидросеть, и они обнаруживают себя в рельефе в виде эрозионных ложбин разного масштаба.

По особенностям рельефа в крыльях активных разрывов иногда удается восстановить их кинематику. Для активных сбросов характерно развитие аккумулятивного рельефа в опущенном крыле и денудационного в поднятом. При этом неравновесность неотектонического режима компенсируется главным образом, за счет активной аккумуляции в опущенном крыле.

В предгорных районах это обнаруживается по широкому развитию конусов выноса из долин, поперечных тектоническому уступу.

Формирование взбросов не всегда сопровождается образованием уступа в рельефе, т.к. поднятие активного крыла может компенсироваться денудацией.

Выраженность сбросов и взбросов в рельефе в ряде случаев наблюдается только в ступенчатости рельефа, которую легко спутать с денудационной. Тектоническая (разрывная) природа ступенчатости обнаруживается благодаря прямолинейности уступов, разделяющих блоки с разной степенью расчлененности, а иногда и в смене форм рельефа блоков по обе стороны от уступа и по рельефу блоков по обе стороны от уступа и по широкому развитию молодых коллювиальных образований вблизи него.

В отличие от разрывов с крутым заложением сместителей надвиги, особенно пологие, не разрабатываются эрозионной сетью и дешифрируются слабо.

Рельеф зон сдвиговых деформаций отличается наибольшой «узнаваемостью» по поперечному или диагональному смещению элементов рельефа относительно линии сместителя сдвига.

Рельеф новейших локальных поднятий. Его некоторые особенности дешифрируются на КС. Главными из них являются:

1. 
   Специфический рисунок гидросети;
   
2. 
   Локальные аномалии густоты и глубины расчленения;
   
3. 
   Локальное появление денудационных поверхностей выравнивания среди аккумулятивных или участков с эрозионным типом рельефа;
   
4. 
   Аномальная форма элементов рельефа, имеющих «правильные» очертания.
   

Для энергично растущих поднятий, характерно обтекание их транзитным водотокам, причем обтекание может быть односторонним и двусторонним, с бифуркацией русла перед поднятием и слиянием протоков после него. Часто на КС удается наблюдать последовательные стадии латерального смещения долин рек, от которых остаются высохшие русла или фрагменты линейных понижений.

Если рост поднятий происходит медленно, то транзитные водотоки успевают в них врезаться. Такие поднятия выявляются по локальным увеличениям глубины долины.

Очень наглядно локальные поднятия выявляются по аномалиям густоты и глубины эрозионного расчленения, связанного с местной (не транзитной) эрозионной сетью. Эти аномалии в пределах поднятий более интенсивны, причем увеличение густоты расчленения связано со сменой аккумулятивного рельефа на денудационный в районе поднятия, с выходом на земную поверхность коренных пород, обычно более трешиноватых, чем четвертичные осадки и со значительной раздробленностью купольных частей развивающихся антиклинальных поднятий.

Локальные новейшие структуры дешифрируются по концентрическому распределению растительности, обусловленному характером увлажнения, появлением незакрепленных песков, распределением карстовых, термокарстовых и суффозионных просадок и др. дешифровочными признаками.

Наиболее чуткими индикаторами малейших изменений земной поверхности и движений по разрывам как уже отмечалось, служат водотоки. Центробежное и концентрическое развитие эрозионной сети (особенно мелких эмбриональных форм – потяжин, промоин), оживление эрозионной деятельности, появление новых врезов в днищах балок и оврагов, увеличение густоты эрозионного расчленения относятся к признакам развивающихся положительных структур. При пересечении поднятий водными потоками происходит также увеличение числа террас, их высот, появление висячих долин или наличие сухих брошенных русел, крутых перекатов, уменьшение извилистости русла основной долины. По этим и др. геоиндикаторам можно оконтурить растущую антиклиналь при общей невыраженности ее в рельефе.

Все сказанное выше касается дешифровочных признаков новейших и современных поднятий. Однако, опыт работ производственных организаций и некоторые методические приемы, разработанные ими, позволили путем дешифрирования материалов МДЗ выявить большое число локальных поднятий на глубинах 1.5-2.0 и более км в осадочном чехле платформенных областей. Дешифровочные признаки их те же, что и для новейших поднятий. Механизм проявления погребенных поднятий на земной поверхности до сих пор не разработан. Одним из вариантов такого механизма может быть следующим.

Если в осадочном чехле или на поверхности фундамента имеется какая-то неоднородность, а именно выступ в фундаменте, песчаная линза, биогермная постройка и т.д., то в процессе седиментации они перекрываются осадками и со временем образуется структура облекания.

Формирование осадочного чехла на платформах, как правило, имеет несколько перерывов в осадконакоплении. Во время каждого перерыва сформированная ранее структура облекания, оказывалась на поверхности, подвергалась процессу эрозии, причем наиболее ослабленными (трещиноватыми) зонами, являлись зоны перегиба пластов, оконтуривающие, структуру облекания в ее подошве по нижней замкнутой изогипсе и ее апикальная часть. Происходит процесс «препаривания» структуры, она проявляется в рельефе в виде поднятия. Экспериментально доказано, что если наклон крыльев структуры всего первые градусы, то степень трещиноватости по нижней оконтуривающей изогипсе выше, чем на ее крыльях.

Учитывая длительность перерывов осадконакопления, структура успевает «закончить» процесс перепаривания. Чем длительнее перерыв в осадконакоплении, тем лучше будет проявлена структура в рельефе в виде поднятия. Вторым, и неприменным, условием проявления структуры в ландшафте является подъем территории.

Таким образом, в основе передачи информации о погребенных структурах на дневную поверхность лежат вертикальные колебательные движения земной коры, непрерывные и знакопеременные. Элементы погребенных структур прорабатываются снизу вверх. С этих позиций на земной поверхности проявляются геологические объекты любого порядка, с любой глубины, в любом сочетании и любой амплитуды.

Исследуя механизм трансляции на поверхность информации о погребенных геологических объектах в районах Предкавказья, Л.Н.Шалаев и др. пришли к следующим выводам:

• 
  объекты второго и третьего структурных этажей проявляются на поверхности Земли практически точно над собой;
  
• 
  на прямую вертикальную передачу информации об объекте не влияет частичное перекрытие объектов, расположенных на разных структурных этажах;
  
• 
  перекрытие объектов порождает суммирование индикаторов на том же участке;
  
• 
  зоны разрывных нарушений хорошо сопоставляются с зоной высших градиентов скоростей современных вертикальных движений земной коры;
  
• 
  интенсивность проявления геологических объектов нарастает в зоне максимальной подвижности территории;
  
• 
  увеличение возраста рельефа способствует росту контрастности отображения.
  

Наибольший эффект результаты структурно-геологического дешифрирования приносят в нефтепоисковой геологии, где они, комплексируясь с результатами сейсмических работ, служат основой для постановки бурения на наиболее перспективных поднятиях.

Под воздействием притяжения Луны, Солнца и других космических объектов, а также вследствие перегрузок, возникающих при неравномерном вращении Земли вокруг своей оси и в плоскости эклиптики, внешние воздействия оказывают влияние на значительные глубины земной коры вплоть до мантии. При этом возникают геодинамически активные зоны нарушений, представляющие собой области тонкой, преимущественно субвертикальной трещиноватости, играющих роль направляющих при колебательных движениях под влиянием Лунно-Солнечного притяжения и работающие в плане по принципу «мехов» или «амортизаторов» при перегрузках, возникающих при неравномерном вращении Земли. Одновременно с вертикальной трещиноватостью возникает и система горизонтального расслоения земной коры.

Система субвертикальной трещиноватости определяется диагональными и ортогональными направлениями с азимутами простирания 0⁰ и 90⁰, 45⁰ и 135⁰. Диагональная решетчатая система формируется под действием скалывающих напряжений, а ортогональная – растягивающе-сжимающих.

При анализе систем нарушений, проявляющихся на космических снимках, отмечено, что реальная картина их размещения гораздо сложнее и далека от идеальной.

За время своего существования Земля не раз меняла положение своей оси. Поэтому в каждую эпоху стабилизации возникает новая система планетарной трещиноватости, а старая, меняя простирание, утрачивает подвижность и трещиноватость в ней смыкается.

Например, в Волго-Уральской области формирование решетчатых систем планетарной трещиноватости с простираниями 150⁰ и 60⁰ (±15⁰); 0⁰ и 90⁰; 30⁰ и 120⁰; 135⁰ и 45⁰ и др. происходило в различные эпохи стабилизации земной оси.

Зоны трещиноватости с простираниями 150⁰ и 60⁰ (±15⁰) проявляет наибольшую геодинамическую активность на современном этапе развития Земли. Система зон с простираниями 0⁰ и 90⁰ также является геодинамически активной, но выражена значительно слабее.

При анализе результатов структурно-геологического дешифрирования установлено, что диагональная система нарушений (трещиноватости) развернута от строго диагонального положения по часовой стрелке на угол 20-24⁰. Угол плоскости экватора Земли к плоскости эклиптики составляет 23⁰27^´. Следовательно, на плановое положение зон трещиноватости существенное влияние оказывают перегрузки, возникающие при вращении Земли в плоскости эклиптики. Так как вследствие разворота две подсистемы трещиноватости отходят от меридианов под различными углами, то при вращении Земли они активизируются в различной степени. Более активное – северо-западное направление характеризуется максмальным раскрытием трещин, т.е. наиболее благоприятно для флюидоперетоков, а менее активному – северо-восточному присуще схлопывание, закрытие трещин, т.е. благоприятно для флюидонакопления. Забегая вперед отметим, что подавляющее количество месторождений нефти на территории РТ приурочено к линейным нарушениям СВ простирания.

Суть концепции о геодинамическом строении земной коры состоит в следующем. Поскольку внешнее воздействие на земную кору с глубиной существенно затухает, то существует пороговая глубина, ниже которой горные породы не подвергаются внешним воздействиям, а вышележащие – постепенно растрескиваются и отслаиваются по зонам субгоризонтальных деструкций. Лунно-Солнечное приливное воздействие постоянно раскачивает отслоенную часть земной коры, которая распадается на блоки-литопластины I порядка. При этом субвертикальные зоны трещиноватости играют роль направляющих, по которым происходят вертикальные колебательные движения литопластин. А так как с приближением к земной поверхности сила Лунно-Солнечного притяжения возрастает, то порог прочности горных пород ближе к поверхности должен преодолеваться неоднократно.

В центральной части Волго-Уральской антеклизы на сканерном космическом изображении МСУ-СК видно, что зоны трещиноватости I порядка мощностью ~ 90 км ограничивают ромбовидный в плане блок 220 х 250 км. Этот блок в свою очередь расчленяется зонами трещиноватости II порядка каждая шириною до 30 км. Блоки выделяются на основе особенностей расположения растительного покрова и очертаний речных долин Волги, Суры, Вятки и др.

По данным дистанционных исследований в земной коре повсеместно выделяется 7 разнопорядковых систем трещиноватости, вложенных одна в другую. Установлено, что ширина зон трещиноватости разных порядков кратна числу 3: (90,30,10,3.5, 1.1, 04, 01 км).

Соответственно, существует 7 разнопорядковых лиопластин, вложенных одна в другую и отделенных друг от друга поверхностями расслоения.

При таком строении при прохождении Лунно-Солнечных твердых приливов все 7 уровней литопластин работают как мощные вакуумные насосы (с поверхностью поршня от 3 км² до тысяч км² и амплитудой движения 2,5-10 см), втягивающие и выталкивающие пластовые воды в зоны трещиноватости всех типов.

Субгоризонтальные зоны расслоения на глубинах:

Как видно, глубины заложения деструкций, связанных с литопластинами I и

II порядков согласуются с положением границ Конрада (18-26 км) и Мохоровичича (35-40 км).

В закрытых регионах геодинамическое дешифрирование заключается в выявлении на МДЗ индикаторов современной геодинамики и глубинного строения и их интерпретации.

На МДЗ обзорного уровня генерализации выявляется крупные и крупнейшие элементы геодинамики данного региона – прежде всего региональные зоны геодинамически активных флексурно-разрывных нарушений (1-й порядок). Они являются «каркасом» карты более крупного масштаба результатов геодинамического дешифрирования. На последующих этапах дешифрирования выявляются геодинамически активные складчатые дислокации и более мелкие флесурно-разрывные дислокации (II и более высоких порядков). т.е. применяется метод многоступенчатой разгенерализации или метод последующей детализации. При геодинамическом дешифрировании на мелкомасштабных космоснимках выделяются районы (участки) со специфическим рисунком гидросети, одинаковым фототоном, своеобразными типами и формами рельефа, с разделением их на положительные и отрицательные и с различной степенью расчлененности. Устанавливаются и прослеживаются крупные линейные элементы ландшафта: прямолинейные границы между различными типами отложений, типами и формами рельефа, прямолинейные берега водоемов, отрезки речных долин, полос растительности, коленообразные изгибы рек и т.д.

Устанавливаются участки перехватов рек, аномальные участки сужения или расширения речных долин, резкие изгибы эрозионной сети, характер границ между участками с разной интенсивностью переформирования рельефа и современные физико-геологические процессы.

Полученные данные сравниваются с результатами инженерно-геологических, структурно-геоморфологических построений, с имеющимися схемами и картами тектоники и неотектоники. Это дает возможность наметить главные геодинамические особенности территории в целом, установить их выраженность на МДЗ, проверить и уточнить основные признаки дешифрирования этих элементов, а также выделить участки, представленные геоморфологически различными по генезису и составу образованиями, т.е. составить «каркас» карты результатов дешифрирования.

Узлы пересечения зон трещиноватости отчетливо проявляются в орогидрографических особенностях земной поверхности (речные «узлы» - места свияния двух водотоков). Детальное геодинамическое дешифрирование начинают с сопоставления на эталонных участках фотоизображений местности с результатами отчетных геолого-геофизических карт. Устанавливаются места, где результаты аэрокосмических и геолого-геофизических исследований совпадают, где отличаются друг от друга или противоречивы, выявляются также площади, где сведения о геодинамике отсутствуют. Если сведения отличны друг от друга или противоречивы, производится повторное дешифрирование с целью уточнения индикаторов геодинамических процессов или проводится переинтерпретация геофизических наблюдений. И уже после достоверного выявления индикаторов на эталонных участках их комплекс используется при дешифрировании всей территории.

При инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях аэрометоды применяются на всех крупных объектах, где природные условия района и характер проектного задания благоприятны для их применения. Сюда относятся железнодорожные и шоссейные изыскания на всех их стадиях, при изучении водохранилищ, постройке плотин, спрямлению русел рек, проектированию портов, а также весь комплекс изысканий, связанных с осушением или обводнением земель.

Ценность применения космической информации в гидрогеологических исследованиях заключается в том, что обработка МДЗ помогает исследователю устанавливать местоположение структурных (пликативных и дизъюнктивных) форм, которые могут влиять на динамику подземных вод.

При гидрогеологических исследованиях материалы космических съемок могут найти применение при решении следующих задач: изучении региональных закономерностей распространения подземных вод; мелко- и среднемасштабном гидрогеологическим картировании и районировании; исследовании условий формирования поверхностного и подземного стока и оценке взаимосвязи поверхностных и подземных вод.

В настоящее время КС широко используется как при общих, так и детальных поисках подземных вод речных долин, песчаных массивов, обводненных зон разрывных нарушений и повышенной трещиноватости горных пород, конусов выноса и областей развития карста.

Дешифрирование МДЗ является обязательным элементом детальных поисковых работ, так как получаемая в результате дешифрирования информация повышает общую информативность гидрогеологических карт, используемых при поиске, позволяет связать точечные и профильные наземные наблюдения в единую картину гидрогеологических условий территорий и более эффективно планировать проведение наземных работ.

В решении этих задач особенно важную роль играет предполевое дешифрирование МДЗ, позволяющее рационально разместить на изучаемой территории ключевые участки и региональные профили.

Гидроиндикация неглубоко залегающих подземных вод, активно влияющих на формирование свойств физиономических компонентов ландшафта, определяется чаще всего глубиной проникновения корневой системы растений-гидроиндикаторов. Дешифрирование здесь будет основываться на относительно хорошо разработанных системах геоботанических, геоморфологических и комплексных ландшафтных индикаторов. Например: в засушливых районах заросли джанатака, тамариска, саксаула, тростника и др. растений локализованы над залежами пресных или солоноватых вод, залегающих на глубине 1,5-10 м.

Гидроиндикация подземных вод, располагающихся ниже границы корневых систем и практически не влияющих на растительность и рельеф территории, основана на оценке инфильтрации атмосферных осадков, влияющих на минерализацию и водный баланс подземных вод. Такая оценка производится за счет выявления отрицательных форм рельефа, способствующих инфильтрации, и густоты сети временных водопотоков, увеличивающей значение поверхностного стока.

Гидроиндикация напорных вод, отделенных от поверхности водоупором, производится не прямо, а косвенно – по результатам воздействия выделенных на МДЗ тектонических структур на инфильтрацию осадков и фильтрацию подземного стока.

Особое значение для движения подземных вод как платформенных, так и горно-складчатых областей имеют дизъюнктивные элементы геологической структуры, достаточно надежно выделяемые на МДЗ в виде линеаментов или их систем. Гидрогеологическая роль разрывных нарушений устанавливается по приуроченности к ним крупных концентрированных выходов подземных вод, высокодебитных скважин и наличию поверхностного стока, обусловленного подземным питанием. Комплексный анализ геометрических (протяженность, ширина, азимут простирания), структурных (кинематика, амплитуда), ландшафтных (распределение растительного покрова и рисунка гидросети) и дешифровочных (фототон) признаков позволяет получить данные для гидрогеологических целей.

Изучение гидрогеологических условий по КС и АС является одним из наиболее сложных видов геологического дешифрирования, так как основной объект исследования – подземные воды- прямого отображения на снимках практически не получает (за исключением обычно очень немногочисленных источников). Поэтому при дешифрировании приходится полагаться почти исключительно на различную косвенную информацию.

Это существенно усложняет процесс дешифрирования и его достоверность. Опыт свидетельствует, однако, о том, что использование КС и АС оказывается полезным при решении по крайней мере трех важных гидрогеологических задач: а) региональное гидрогеологическое изучение территории (гидрогеологические съемки мелкого и среднего масштаба); б) поиски подземных вод в зонах распространения вечной мерзлоты, пустынь и некоторых других регионах со сложными природными условиями; в) наблюдения за изменениями гидрогеологических условий (глубины залегания, минерализации грунтовых вод, при осуществлении мелиораций, строительстве каналов, водохранилищ и других гидротехнических сооружений. Решение первых двух задач имеет много общего, поэтому рассмотрим их здесь совместно.

Как отмечается в учебниках и руководствах по гидрогеологическим исследованиям, основными задачами гидрогеологических съемок мелкого и среднего масштаба являются: а) установление распространения и условий залегания подземных вод на изучаемой территории; б) выявление условий их питания, движения и разгрузки; в) определение водообильности основных водоносных горизонтов; г) изучение минерализации и химического состава подземных вод.

В современной практике решение этих задач достигается постановкой комплексных исследований с использованием как аэрокосмических методов (космическая и аэрофотосъемка), так и различных методов наземной гидрогеологической разведки и опробования.

Аэрокосмические методы применяются главным образом на начальном этапе исследований и позволяют составить общее представление о гидрогеологических условиях изучаемой территории. Полученные при этом результаты обычно не могут претендовать на большую полноту и достоверность, но существенно облегчают постановку дальнейших более детальных наземных исследований. Результаты дешифрирования используются также при осуществлении гидрогеологического районирования территории и составлении гидрогеологических карт, когда возникают такие задачи, как экстраполяция результатов точечных и линейных исследований (маршруты, профили) на окружающие площади, проведение границ и др.

Возможности гидрогеологического дешифрирования, объем и достоверность информации, получаемой о подземных водах, в большей степени зависят от масштаба используемых снимков. Это позволяет выделить несколько уровней гидрогеологического дешифрирования (Востокова, 1976).

Верхний уровень дешифрирования, обеспечивающий получение наиболее общей информации, связан с использованием мелкомасштабных КС (1:1 000 000 и мельче). Снимки этих масштабов позволяют выделить крупные морфоструктуры и составить соответствующую карту или схему. На основании этой карты можно установить в первом приближении положение, типы и форму крупных гидрогеологических структур, определить соотношение между ними, выявить области питания, транзита, накопления и разгрузки подземных вод. При дешифрировании могут быть выявлены также некоторые характерные типы ландшафтов, в том числе и «гидрогенные» (по Е.А.Востоковой), структура и фотоизображение которых определяются в той или иной степени гидрогеологическими условиями территории (наличием, глубиной залегания, минерализацией грунтовых вод). С ними связаны определенные типы рельефа, ассоциации растительных сообществ и пр. К их числу относятся ландшафты аллювиальных и дельтовых равнин, солончаковые, болотные ландшафты и многие другие. Выделение таких ландшафтов в сочетании с геоморфологическими и геоструктурным дешифрированием позволяет дать определенные прогнозы в отношении распределения различных типов грунтовых вод, глубин их залегания, а иногда и степени минерализации.

По результатам дешифрирования могут быть намечены также участки, перспективные в отношении обнаружения запасов неглубоко залегающих пресных грунтовых вод, пригодных для водоснабжения, мелиорации или обводнения изучаемой территории.

Для регионов с хорошо изученными гидрогеологическими условиями (например, европейская часть СССР, ряд высокоразвитых стран Европы и Америки) дешифрирование этого уровня большого практического значения не имеет, хотя и позволяет вносить определенные уточнения и изменения в различные региональные гидрогеологические построения (мелкомасштабные карты гидрогеологического районирования и др.). Значительно более эффективным оно оказывается для территорий, слабо изученных в гидрогеологическом отношении, где региональные гидрогеологические исследования ранее не проводились, а имеющаяся информация носит разрозненный характер.

Второй уровень гидрогеологического дешифрирования связан с использованием среднемасштабных космических (1:200 000 – 1:1 000 000) или примерно отвечающих им по информативной емкости и дешифровочным свойствам мелкомасштабных (1:100 000 –1:120 000) аэроснимков. Снимки этих масштабов обеспечивают значительно более уверенное геологическое и ландшафтное дешифрирование и позволяют составить (или уточнить) комплекс геологических (структурно-тектоническая, геоморфологическая, геологическая дочетвертичных и четвертичных отложений) и ландшафтных карт и схем, что создает основу для гидрогеологического дешифрирования. При этом снимки сохраняют такие достоинства, как большая обзорность и отсутствие загруженности фотоизображения второстепенными деталями, что существенно облегчает выявление региональных закономерностей, которые на более крупных снимках часто теряются. Поскольку частные индикаторы (растительные сообщества, формы микрорельефа) и прямые водопроявления (источники, можачины и др.) на снимках этого масштаба еще, как правило, неразличимы, общий методический подход к дешифрированию остается в этом случае в основном тем же, что и при использовании снимков более мелкого масштаба. С одной стороны, учитываются все особености природных условий территории, определяющие формирование, накопление, движение и разгрузку грунтовых вод, а с другой – используются ландшафтные индикаторы. В роли последних выступают ландшафты и их морфологические части в ранге местностей и урочищ (если они занимают достаточно большие площади).

Дешифрирование позволяет в первую очередь выделить: а) районы, где на поверхности земли или вблизи нее залегают различные изверженные, метаморфические или сильно литифицированные осадочные, преимущественно дочетвертичные, отложения; б) районы с мощным покровом рыхлых неоген-четвертичных отложений.

В районах первого типа обычно удается в первом приближении оценить коллекторские свойства пород (на основании состава пород, тектоники, характера выветривания). Хорошо дешифрируются крупные тектонические нарушения, с которыми часто связана разгрузка глубинных подземных вод и повышенная обводненность пород. В отдельных случаях дешифрируются водопроявления (крупные источники, пластовые выходы подземных вод и др.).

В районах второго типа дешифрирование позволяет выделить и оконтурить площади распространения песчаных и грубообломочных отложений, наиболее благоприятных для накопления грунтовых вод, и отделить их от водоупорных пород, где неглубоко залегающие подземные воды отсутствуют или имеют спорадическое распространение. Дальнейшее дешифрирование, основанное на использовании комплексных индикаторов, позволяет дать примерную оценку глубины залегания, а иногда и степени минерализации грунтовых вод. При этом успех дешифрирования и в этом случае в большей степени зависит от наличия априорной информации, позволяющей установить зависимости между типами ландшафтов и различными характеристиками грунтовых вод. Установление состава отложений позволяет сделать прогнозы и в отношении водообильности грунтовых вод. Полученная информация позволяет составить прогнозные карты грунтовых вод, подлежащие уточнению при дальнейших наземных исследованиях.

Третий и четвертый уровни дешифрирования связаны соответственно с использованием среднемасштабных (1:12 000-1:35 000) и крупномасштабных (1:1000 и 1:12 000) аэроснимков. Здесь широкое применение могут найти не только комплексные индикаиторы (природно-территориальные комплексы в ранге местностей, урочищ), но и частные индикаторы (главным образом растения – фреатофиты и их ассоциации). На снимках уверенно фиксируются также все виды водопроявлений: источники, пластовые выходы, мочажины и др. В благоприятных условиях дешифрирование позволяет достаточно уверенно оценить глубину залегания грунтовых вод, а в некоторых случаях и степень их минерализации. Иногда можно выявить также направление «потоков» грунтовых вод и пр.

К недостаткам снимков среднего и крупного масштаба относятся малая их обзорность и перегруженность деталями, что сильно затрудняет выявление общих закономерностей.

Отмеченные достоинства и недостатки снимков разного масштаба свидетельствуют о целесообразности их комплексного использования. При гидрогеологических съемках мелкого и среднего масштаба оптимальным в смысле эффективности дешифрирования и затрат времени на эту операцию следует считать сочетание КС среднего масштаба или АС мелкого масштаба с АС среднего или крупного масштаба. Первые обеспечивают в этом случае выделение контуров, различающихся по рисунку фотоизображения, вторые – расшифровку рисунков и получение основных характеристик грунтовых вод в пределах выделенных контуров.

Возможности гидрогеологического дешифрирования, состав используемых индикаторов, а в известной степени и используемые методические приемы зависят в большей мере от физико-географических условий и геологического строения территорий.

В Татарстане границы палео-Волги отбивались по материалам буровых скважин различного назначения. Последние располагаются по площади весьма неравномерно и их явно недостаточно, чтобы детально проследить контуры палеодолины.

Начиная с 50-х годов XX в. ряд исследователей занимался реконструкцией плиоценовых «врезов» в палеозойские породы в пределах Татарстана (Н.Н.Нелидов, С.Г.Каштанов, А.В.Кирсанов, Н.П.Медведева и др.). Однако границы палеодолин на их картах и схемах практически не совпадают.

В своей работе мы использовали уже имеющиеся геолого-геофизические материалы и аэрокосмическую информацию для территории Татарстана, т.е. применили комплексный подход к решению поставленной задачи.

Выявление палеодолин крупных рек и их притоков динстанционными методами здесь не проводилось. Поэтому, прежде чем отрабатывать методику дешифрирования, необходимо было установить минимальный пакет аэро- и космоснимков, позволяющий с достаточной степенью достоверности отдешифрировать границы палеодолин. Авторы остановили свой выбор на проведении площадной аэросъемки с помощью многоспектральной сканерной съемочной системы «Матра», аэрофотоаппаратура ТАФА-10 и на проведении космической съемки радиолокатором бокового обзора.

Спектральные диапазоны системы «Матра»:

1. 
   550±20 нм
   
2. 
   640±20 нм
   
3. 
   720±30 нм
   
4. 
   830±30 нм
   
5. 
   10-12 мкм (тепловой канал)
   
6. 
   8-14 мкм (тепловой канал).
   

Форматы снимков 18 х 18 см.

Исследование температурных полей методами дистанционного зондирования выполнялись в дальнем ИК-диапазоне (8-14 мкм), используя шестой канал аппаратуры «Матра». Интенсивность ИК-излучения в диапазоне 8-14 мкм непосредственно связывается (особенно в ночное время) с температурой и типом горных пород и почвы, лежащих на поверхности. Температура поверхности зависит от состояния атмосферы и теплового потока, идущего из глубины Земли. Глубинное тепло, достигающее поверхности, зависит от теплопроводности и структуры горных пород и несет в себе информацию о погребенных геологических структурах.

Таким образом, возможно получить некоторое представление о погребенных геологических структурах, исследуя распределения тепловых полей региона.

Исследования полей влажности методами дистанционного зондирования оптимально проводить в радиодиапазоне, используя радиолокационные системы бокового обзора (РЛС БО).

Нами использовался РЛС БО с длиной волны 10 см, установленной на космическом аппарате «Салют», позволяющая получать РЛ-снимки в полосе обзора 40 км с разрешением 15 м.

Это аппаратура позволяет на радиолокационных снимках обнаруживать участки с повышенной влажностью, а также участки с поверхностными водами. Они выделяются в виде затемненных областей, обладающих малой ЭПР.

Основной задачей съемок является получение изображений земной поверхности в виде черно-белых и цветных фотографий, а также их многоспектральной радиационной картины в виде цветных фотоснимков.

Материалы аэросъемок предназначены для разработки метода тематического дешифрирования, а именно картирования палеодолин.

Материалы аэросъемок пригодны для отработки методики с применением математических методов и теории информации к дешифрированию аэрофотоматериалов с накоплением и хранением данной информации на магнитных носителях и обработкой ее на ЭВМ.

С целью получения материалов во всех спектральных диапазонах, а также из экономических соображений, аэросъемка производится днем, вблизи полудня.

В связи с тем, что на территории Среднего Поволжья по материалам дистанционного зондирования палеодолины крупных рек ранее не оконтуривались, в первую очередь необходимо было отработать методические приемы, позволяющие успешно решить поставленную задачу.

Для этой цели, в качестве эталонного был подобран участок палеодолины р. Волги в районе с.Столбищи, где границы древней долины надежно и детально установлены по результатам бурения и профильного ВЭЗ.

Основой, разработанной авторами данного отчета методики, является геоиндикациолнный метод дешифрирования аэро- и космоснимков.

Метод основывается на известных представлениях о взаимосвязи ландшафта территории с ее геологическим строением, в частности о взаимосвязи отдельных компонентов ландшафта с определенными геологическими объектами и процессами.

Основной задачей дешифрирования на Столбищенском участке было выявление возможно большего числа компонентов ландшафта, являющихся индикаторами (поверхностными признаками) палеодолины Волги.

Методические приемы любого вида геологического дешифрирования имеют свою этапность и последовательность.

На первом этапе исследования осуществлялось обзорное или обзорно-региональное дешифрирование в масштабе 1:1000000 или мельче. Целью его является, в данном конкретном случае, грубое выявление местоположения палеодолины и ее общая конфигурация.

За неимением материалов дистанционного зондирования масштаба 1:1 000 000, нами выполнено дешифрирование космоснимка (КС) видимой области масштаба 1:500 000 в черно-белом исполнении, съемка проведена в 1983 году.

Дешифрирование этого КС позволило уверенно определить контур палеодолины р. Волги на участке от р. Казанки до северного берега нижнекамского водохранилища. От устьевого отрезка р. Казанки на юг в субмеридиональном направлении простирается палеодолина Волги шириной около 0,5 км. Южнее о. Верхний Кабан она делится на два рукава. Борта палеодолины хорошо дешифрируются по фототону, а также по цепи озер, участков повышенной увлажненности (более темный фототон), по руслам ручьев, мелких рек и долинам оврагов.

На втором этапе выполнялось региональное дешифрирование в масштабе 1:200 000 или близком ему. В этот этап уточнялись границы дешифрируемых объектов с большей детальностью. В нашем распоряжении имелись радиолокационные КС (РЛС) масштаба 1:270 000 в черно-белом исполнении и масштаба 1:150 000, выполненные в псевдоцвете и черно-белые. На черно-белом снимке масштаба 1:150 000 участки высокой влажности имеют более темный фототон. На снимке борта обоих рукавов палеодолины отбиваются по цепи контуров ландшафта, характеризующихся повышенной увлажненностью поверхности (розовый и фиолетовый цвет участков). Наиболее сухие участки земной поверхности (краснокоричневый и желтый цвет) заключены между рукавами палеодолины.

Дешифрирование на Столбищенском участке затруднено в восточной и юго-восточной частях полигона. Здесь находится русло р.Меша, вследствие чего участки повышенной влажности, связанные с подтоком вод к земной поверхности по склонам палеодолины р. Волги, маскируются переувлажненными участками долины р. Меша и ее притоков.

На третьем этапе дешифрирование проводилось на материалах дистанционного зондирования масштаба 1:50 000 –1:25 000. Целью его является детальное определение границ палеодолины р. Волги.

Дешифрирование проводилось на увеличенных отпечатках КС РЛС – снимка масштаба 1: 150 000 до масштаба 1: 50 000 и на псевдоцветных АС масштаба 1:24 000. Из имеющихся увеличенных отпечатков РЛС – снимков и АС составлены фотосхемы. Ранее собранные геологические материалы по Столбищенскому участку: 1) геологическая карта дочетвертичных отложений; 2) карта изомощностей неоген-четвертичных отложений; 3) карта эрозионной поверхности донеогеновых отложений, 4) структурная карта по кровле ассельского яруса, 5) геологическая карта дочетвертичных отложений и др. приведены в масштаб фотосхемы (1:24 000) и вычерчены на прозрачной основе (лавсановой кальке). При дешифрировании они использовались как накладки на фотосхему. При дешифрировании применялась также схема результатов геоморфологического дешифрирования Столбищенского участка, выполненная в масштабе 1:25 000.

В пределах Столбищенского участка оба борта западного рукава палеодолины Волги от с. Песчаные Ковали до д.Беляково дешифрируются уверенно по цепи мелких озер, оврагов,часто залесенных, заболоченных участков.

По результатам проведенных в пределах палеодолины Волги исследований устанавливаются определенные особенности в распределении аллювиальных фаций. В центральной, наиболее углубленной части палеодолины, располагаются мощные песчано-гравийно-галечные отложения русловых фаций. Мощности заметно изменяются по простиранию палеодолины. Так, в Ново-Николаевке на глубине 113-115 м вскрыты крупнозернистые пески (12 м) подстилаемые гравием (25-27 м). Эти отложения подпираются с боков (вероятно пойменные фации) и перекрываются сверху глинами. В данном разрезе, в частности, пачка перекрывающих глин имеет мощность 10 м. Выше располагаются чередующиеся глинистые отложения с невыдержанными песчаными прослоями и пачками песка мощностью от 0,6 до 6,5 м. Строгой стратиграфической приуроченности песчаные пропластки не имеют. Значение их, как источника водоснабжения, невелико. В этом отношении наибольшую роль играют грубозернистые породы русловых фаций, приуроченные к наиболее глубоким частям палеодолины. В связи с тем, что грубозернистые отложения как бы вложены в глинистую толщу, воды приобретают значительный напор (до 65 м). Южнее мощность водонасыщенных песчано-гравийно-галечных отложений возрастает от 37-39 м до 48 м (Горки) и далее до 50 м (Мясокомбинат, пос. Давликеево).

Таким образом в разрезе палеодолин отчетливо выделяется центральная наиболее глубокая и водообильная часть (русловые фации палеорек). С боков и сверху водоносные толщи перекрыты глинами, которые создают своеобразный барраж для вод, движущихся к современному руслу Волги со стороны водоразделов, значительно повышая их уровень, особенно со стороны палеодолины, обращенной к водоразделу. Это, вероятно, и определяет наличие карста, суффозионных «блюдец» и западин, участков заболоченности и т.п.

Этими особенностями геолого-гидрогеологического строения и объясняется распределение участков повышенной влажности на границах палеоразрезов. Вполне объяснимы и несколько большие по ширине, чем реальные, размеры палеодолин, выявляемые при дешифрировании аэро- и космоснимков. Последнее связано с постепенным переходом водоносных горизонтов коренных пород в водоносные горизонты четвертичного аллювия и, наконец, в локальные водоносные горизонты плиоцена. Широкое развитие глин в верхней части плиоценового разреза приводит к задержке инфильтрующихся вод непосредственно на границах с неогеновыми отложениями, создавая переувлажненные участки. Все это и создает благоприятные условия для выделения и прослеживания палеодолин дистанционными методами, поскольку повышенная влажность грунтов на границах палеодолины обуславливает своеобразие их тепловых свойств в сравнении с окружающими, своеобразие геодинамических процессов, растительных сообществ и др.

Итогом многоэтапного дешифрирования материалов дистанционного аэрокосмического зондирования на Столбищенском участке является схема результатов дешифрирования палеодолины р. Волги в масштабе 1:24 000, на которой показаны границы бортов палеодолины.

Индикатором этих границ в ландшафте являются озера, формы поверхностного карста, участки повышенной влажности, русла ручьев, долины оврагов, имеющие определенные яркости в видимом, тепловом и радиолокационном диапазонах.

Применение материалов дистанционного зондирования в различных диапазонах волн с использованием выявленных геоиндикаторов погребенной палеодолины Волги на эталонном участке позволяет весьма достоверно определить контур этой долины.

При этом имеются следующие преимущества перед другими геолого-геофизическими методами:

1. На материалах дистанционного зондирования одновременно вся исследуемая территория и границы палеодолины, по геоиндикаторам прослеживается практически непрерывная зона палеодолины. Используя любые другие методы – бурение, ВЭЗ и т.д. – геолого-геофизическая информация получается лишь в отдельных точках, между которыми необходимо проводить интерполяцию. Любая же интерполяция приводит к определенным неточностям. Т.е. обработка материалов аэрокосмического зондирования повышает надежность определения границ выявляемого объекта.

2. Значительное удешевление работ по сравнению с решением той же задачи путем проходки буровых скважин или геофизических исследований.

Используя цифровые данные на технических носителях, задавая пороговые уровни в нескольких диапазонах спектра, на следующем этапе можно осуществить попытку автоматического распознавания контуров палеодолины.