Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современный этап геологического картографирования. проблема обновления и совершенствования карт
1.1. Новые задачи современного этапа геологического картографирования 9
1.2. Основные направления использования космических снимков в геологическом картографировании 17
1.3. Краткий обзор применяемых методов дешифрирования космических снимков 36
Глава 2. Разработка методики дешифрирования космических снимков применительно к совершенствованию геологических карт
2.1. Обоснование выбора района исследований и ключевых участков 45
2.2. Организация работ. Этапы 51
2.3. Принципы, методы и приемы дешифрирования 62
2.4. Ландшафтно-индикационный метод дешифрирования (выводы из анализа природных условий района исследований) 72
2.5. Систематизация дешифровочных признаков объектов геологического картографирования территории с аридными природными условиями 79
Глава 3. Дешифрирование космических снимков глобального и регионального уровней генерализации при геологическом картографировании
3.1. Возможности использования космических снимков глобального уровня генерализации 98
3.2. Тектоническое дешифрирование космических снимков регионального уровня генерализации 102
Глава 4. Дешифрирование космичесшх снимков локального уровня генерализации на ключевых участках и совершенствование тектонических и геологических карт
4.1. Участок Центрального Тянь-Шаня 139
4.2. Участки Афганского нагорья 160
4.3. Участок Сулеймановых гор 185
Глава 5. Обновление и составление карт с использованием материалов дешифрирования космических снимков
5.1. Задачи процесса составления карты 200
5.2. Подготовительный этап
5.2.1. Изучение и оценка используемых карт и снимков в качестве основных и дополнительных источников 203
5.2.2. Подготовка географической основы:. Варианты основ. Уточнение основы по космическим снимкам. Фотооснова 209
5.3. Этап составления авторского оригинала. Картографическое обеспечение авторских работ 216
5.4. Методика локализации информации, полученной по космическим снимкам, на авторском оригинале 219
5.4.1. Учет взаимосвязи тектонической структуры и геологического строения с рельефом. Способ каркаса. Локализация геологических границ 219
5.4.2. Увязка результатов дешифрирования с картами-источниками 227
5.4.3. Точность локализации специального содержания и последовательность составления авторского оригинала 229
5.5. Особенности генерализации при составлении и уточнении карт по космическим снимкам 231
Выводу 254
Литература 257
- Основные направления использования космических снимков в геологическом картографировании
- Ландшафтно-индикационный метод дешифрирования (выводы из анализа природных условий района исследований)
- Тектоническое дешифрирование космических снимков регионального уровня генерализации
- Этап составления авторского оригинала. Картографическое обеспечение авторских работ
Введение к работе
Прогресс картографии проистекает из ее давнего и органического содружества со смежными науками. Радикальные изменения в картографии обусловлены успехами в теоретическом обосновании картографической науки как частно-научного метода познания действительности - "науки об отображении и исследовании явлений природы и общества - их размещения, свойств, взаимосвязей и изменений во времени посредством карт и других картографических моделей" (Сали-щев, 1982б)х).
Составление и использование карт геологического содержания принадлежит к наиболее давнему и развитому направлению тематического картографирования. Карты являются одним из средств геологического познания территории и используются для решения многих научных и практических задач. Однако развитие науки и техники, усложнение задач геологических исследований, а также чрезвычайный рост потребления карт выдвигают новые требования к их научному уровню, полноте содержания, согласованности, объективности и точности. Карты стареют в связи с появлением новых данных об объектах геологического картографирования, в частности, дешифрируемых по космическим снимкам (KG). Это вызывает необходимость совершенствования карт - привлечения новых источников содержания и разработки оптимальных методов обновления и составления.
Актуальность проведения работ по совершенствованию карт исходит из программных документов ХХУ1 съезда КПСС, ориентирующих советскую науку на использование достижений космических съемок. Перед геологами поставлена задача повышения эффективности комплексных геологических работ, изучения общих планетарных особенностей строения земной коры и совершенствования методов прогнозирования
х'Различные представления о предмете, методе и задачах картографии опубликованы в советской и зарубежной литературе. Их общий обзор и критический анализ содержится в работах К.А.Салищева (1982а; 1983а,б и др.).
Оценка КС в качестве одного из источников, обогащающих и уточняющих содержание тектонических и геологических карт.
Разработка специфических особенностей методики дешифрирования геологических объектов по КС разных типов на основе системного подхода применительно к поставленной цели.
Систематизация дешифровоэдых признаков объектов геологического картографирования, отражающих тектоническую структуру исследуемого региона.
Составление Карты тектонических структур на район исследований.
Разработка методики обновления, составления и согласования фундаментальных карт геологического содержания по КС.
Методика исследования включает получение по КС новой информации о геологических объектах и ее использование при обновлении карт на основе выявленных по снимкам природных взаимосвязей. Дешифрировались снимки разных уровней генерализации в пределах обширной территории с разной сложностью геологического строения. Элементы типов структур анализировались на ключевых участках. Применены научные методы дешифрирования, базирующиеся на системном принципе: ландшафтно-индикационный, дешифрирование по принципу от общего к частному и от частного к общему, морфоструктурный анализ, выявление характерной структуры фотоизображения разных типов тектонических структур. Результаты проверялись повторным, сравнительным и совещательным дешифрированием. Полученные данные увязывались с гипсометрическим изображением рельефа, тектоническими и геологическими картами, затем использовались для обновления тектонических и геологических карт ряда масштабов.
Научная новизна работы связана с неразработанностью темы обновления и совершенствования тектонических и геологических карт, составленных традиционными методами. Определены направления, воз-
можности и разработаны методы использования ЕС для обновления
базовых карт, долговременно сохраняющих свою ценность. Составленные по снимкам Карта тектонических структур и фрагменты обновленных карт существенно дополняют существующее представление о современном структурном плане обширной территории юга СССР и прилегающих стран. Намечены пути системной организации геологического картографирования и создания межотраслевых фондов картографической информации.
Материалы исследований. В основу исследований положены многолетние работы автора по составлению, редактированию и подготовке к изданию карт геологического содержания на геологическом факультете МГУ. Проводились комплексные полевые исследования и дешифрирование аэроснимков на территории Казахстана. Автор участвовал в составлении Тектонической карты СССР масштаба 1:5 000 000 (1956), Международных тектонических карт Европы масштаба 1:2 500 000 (1964) и Мира масштаба 1:15 000 000 (1983), руководил картографическими работами и принимал непосредственное участие в составлении авторских оригиналов серии мелкомасштабных карт Ближнего и Среднего Востока и юга СССР. В последние годы автор занимается геологическим дешифрированием КС разных типов, результаты которых использованы на подготовленных к изданию Космотектонической карте Кавказа, Ближнего и Среднего Востока масштаба 1:5 000 000, Геологической карте Ближнего и Среднего Востока масштаба 1:2 500 000, Карте кольцевых структур континентов Мира масштаба 1:15 000 000. Непосредственно по КС составлены и изданы Тектоническая и Геоморфологическая карты Марса масштаба 1:20 000 000 (1980). Изготовлен альбом "Составление мелкомасштабных тектонических и геоморфологических карт планет земной грушш", удостоенный в 1980 г. на ВДНХ серебряной медали. Содержание диссертации определено многолетними работами, связанными с дешифрированием КС и совершенствованием на их основе тектонических и геологических карт.
Практическая ценность работы заключается в использовании разработанной методики для составления конкретных карт, названных выше. Она может быть широко применена для обновления и уточнения многих изданных карт и при разработке карт новых типов. Проведенная работа ориентирована на ускорение внедрения достижений космических съемок в геологическую картографию и повышение исследовательской рола карт. Полученные картографические данные являются исходными материалами для проведения металлогенических и сейсмических исследований юга СССР и прилегающих территорий, а также могут служить в качестве методических пособий для преподавания курсов космической картографии и космической геологии.
Диссертация выполнена в Лаборатории геологических исследований космическими методами Геологического факультета ШУ под руководством кандидата геолого-минералогических наук Я.Г.Каца и доктора географических наук, профессора И.П.Заруцкой. При написании работы автор получал консультации у А.С.Караханяна, Ю.Ф.Книжникова, Е.К.Козловой, И.А.Лабутиной, В.И.Макарова, Н.В.Макаровой, А.Г.Ря-бухина, Г.Н.Романкевич, Н.Н.Тальской, Ю.И.Фивенского, В.Е.Хаина, А.МЛальяна, за что выражает им искреннюю признательность. Особенно благодарен автор своим научным руководителям за всестороннюю помощь и внимание, а также заслуженным деятелям науки РСФСР -профессору Г.П.Горшкову и профессору К.А.Салищеву за оказанную существенную поддержку в работе.
Основные направления использования космических снимков в геологическом картографировании
Дурное развитие космических исследований за прошедший 25-летний поисково-экспериментальный этап развития съемок из космоса оказало существенное влияние на изучение природной среды и ее ресурсов в каких бы областях геолого-географических знаний оно не производилось. Обзор, анализ, обобщение и основные итоги новейших советских и зарубежных достижений в разработке и применении дистанционных методов исследований даны в работе Ю.Ф.Книжни-кова и В.И.Кравцовой (1984)х\ х Состояние дела характеризуется по обобщающим публикациям.
Наиболее активно использование КС в области геологии. С их появлением перед геологической наукой и практикой открылись широкие перспективы. КС дают новую, иногда уникальную информацию о геологическом строении Земли, выявляя черты, незаметные при близком рассмотрении в полевых условиях и на аэроснимках. Уже определились два основных направления использования снимков в геологии: I - теоретические и полевые исследования; 2 - геологическое картографирование .
Наибольшие успехи достигнуты в исследовательских работах. Определена весьма разнообразная тематика возможного использова ния снимков. Кроме многочисленных частных статей по этому вопро су имеются и обобщающие работы методического плана . Применение дистанционных методов для решения геологических задач за рубежом дано в обзорах ВИЭМС и других Из анализа опубліко ваних работ следует, что наиболее перспективным направлением использования КС является тектоническое. Эффект интеграции на снимках мелких деталей строения местности, разрозненных или усложненных различными экзогенными процессами, дает возможность увидеть геологические объекты целостными сооружениями.
Использование КС в области геологии в СССР оформилось в качестве самостоятельного вида региональных геологических исследований - космофотогеологического картирования (ЖГК) в масштабах от 1:2 500 000 до 1:500 0002 . Наибольшее внимание в лите ратуре уделено вопросам, связанным с новым методом исследований и с созданием карт новых типов. Б настоящее время происходит переход от экспериментальных работ этого вида методического значения к широкому использованию космической информации в процессе средне- и крупномасштабной съемки. Территориальными геологическими управлениями создан ряд космофотогеологических карт для разных структурных областей, охвативших 8 млн.кв.км. Например, крупный блок из 36 листов космогеологических карт изготовлен на зону БАМ. Значение подобных карт состоит в показе огромных территорий с одних позиций. Выявлены новые структурообразующие объекты и новые закономерности в размещении полезных ископаемых. По мере развития ШГК структурно-вещественные комплексы рассматриваются как палеогеографические индикаторы геологических объектов. Результаты работ КФГК использованы при заложении глубоких и сверхглубокой скважин для представления об объемном строении Земли. Развитие НЕЇ происходит в направлении создания космофотокарт разной геологической тематики (геологических, тектонических, гидрогеологических, инженерно-геологических, геолого-минералогических и др.), которые не могут быть получены наземными методами геологических исследований. Уже изданы и готовятся методические указания по использованию материалов космических съемок при проведении региональных исследований в разных масштабах. К концу 11-ой пятилетки предполагается изготовить карты нового типа на 2/3 территории СССР в масштабах 1:500 000 для горных районов и 1:1000000 для равнинных областей.
Весомый вклад в геологическое изучение нашей страны вносят космонавты, выполняющие опознавание геологических объектов из космоса, их целенаправленное фотографирование и визуально-инструментальные наблюдения.
Для обработки огромного объема материалов космических съемок развивается специальная система их хранения и современное прибо-ростро ение (Артамонов,Рихтер,1978; Меяеловский,Брюханов,1981).
Для решения геологических задач большое значение имеют работы в области геологической картографии. Литература в этом направлении менее обширна3 , а использование Ш находится в экспериментальной стадии. Формируется новая отрасль знаний в картографии -космическое картографирование. Уже наметилось картографическое использование КС в двух основных направлениях: I - создание новых типов карт непосредственно по материалам космических съемок; 2 -совершенствование тематических карт, составленных традиционными методами в средних и мелких масштабах305" .
Принципиально новая геологическая информация, содержащаяся на сншяках, обусловила появление в СССР карт нового типа, названных космофотогеологическими. Первые карты нового типа - космофо-тотектонические названы проблешшми.
Ландшафтно-индикационный метод дешифрирования (выводы из анализа природных условий района исследований)
При геологическом дешифрировании природные условия могут быть рассмотрены в отношении формирования внешнего облика ландшафта (по физиономически выраженным на КС компонентам ландшафта), спектральной отражательной способности объектов и условий космической съемки.
На КС во внешнем облике ландшафта ярко отражены результаты тектонических движений определивших пространственное распространение крупнейших структур: платформ, орогенических поясов, передовых прогибов, сопоставляющихся с равнинами и горными сооружениями. Различия в равнинах и горных системах определяются по характеру рельефа, зависящего от геологического строения - литолого-структурных комплексов и последовавших затем деформаций и денудации. Дифференциация ландшафтов обусловлена также влиянием климата, определившим зональные типы природных ландшафтов. В пределах анализируемой территории расположены: южная часть умеренного, субтропический, тропический и субэкваториальный пояса. Они характеризуются исторически сложившимся типом взаимосвязей между компонентами ландшафта, а также общим сходством аридных природных условий. Совместное влияние тектоники и климата обусловило маломощность почвенного покрова и угнетенное состояние растительности. Из всех природных компонентов, участвующих в формировании внешнего облика ландшафта, отображенного на КС, наиболее устойчивым и относительно неизменным являются геологический фундамент и сформировавшиеся на нем типы рельефа и гидрографическая сеть. Анализ ландшафтов позволяет дешифрировать геологические объекты через их индикаторы.
Наиболее крупные подразделения в пределах физико-географических поясов связаны со строением рельефа. Интенсивные новейшие движения земной коры предопределили морфо структурные связи и возможность использования рельефа в качестве основного комплексного индикатора объектов геологического картографирования и тектонических движений. Его основные черты проявились в контрастном сочетании в пределах больших площадей горных систем, равнин, котловин, впадин, прогибов, нагорий и плоскогорий, расположенных на разных гипсометрических уровнях, и преобладающем значении аридной денудации, главным образом, вертикальном эрозионном расчленении. Б строении рельефа находят отражения разные, преимущественно прямые, формы соответствия (по форме, простиранию и знаку) неотектонических структур с более древними, формирующими современный структурный план Земли. Конкретные примеры использования индикационной роли рельефа на снимках разных типов приведены в главах 3 и 4.
Чрезвычайно важным и физиономически выраженным компонентом ландшафта и индикатором геологической структуры является гидрографическая сеть_ и неразрывно связанные со стоком формы денудации. Наиболее уверенно на КС выделяются крупнейшие транзитные реки и та гидрографическая сеть, которая имеет четкое выражение в рель ефе. С большей детальностью гидросеть отражена в горных эпиплат форменных областях и с гораздо меньшей - в эпигеосинклинальных и равнинных. Наиболее подробно она читается в районах с субгоризонтальным залеганием осадочного чехла и однообразного литологичес-кого состава.
Основные черты гидросети предопределены влиянием эндогенных факторов. С тектоникой связаны: распределение речной сети, типы бассейнов, расположение водоразделов, типы долин, их ориентировка, характер извилистости русла и др. Реки, приуроченные к пустынным и полупустынным территориям субтропического пояса (Иранского и Афганского нагорий, гор Загроса, Макрансшгх и Сулейман-Киртарских гор), имеют незначительное дождевое питание и зимний сток. Характерны сухие русла (вади, крики). Имеются обширные территории, лишенные форм стока (Тургайская низменность, пустыня Тар, Сейстанс-кая впадина). Формирование речных долин генетически связано с линиями и формами разрывных и складчатых деформаций. Большинство крупных рек заложено по ослабленным зонам - простираниям разломов, предопределившим прямолинейность долин и их ориентировку по отношению к геологическим структурам - продольную, поперечную, секущую. Общий рисунок гидросети подчинен современному гетерогенному структурному плану региона и согласуется с морфоструктурами и элементами их строения. Разнообразие рисунков гидрографической сети, их узоры, ориентировка, густота, глубина расчленения, консЬигура при, ция озер является важным и устойчивым индикатором(тектонической и геологическом дешифрировании.
Тектоническое дешифрирование космических снимков регионального уровня генерализации
Телевизионные кадровые и сканерные снимки, полученные с метеорологических ИСЗ и дающие полное и систематическое покрытие земной поверхности, служат основой одного из методов геологических исследований регионального характера. Территория с аридными природными условиями стала опытным полигоном дешифрирования. К настоящему времени уже накопилось много работ советских и зарубежных исследователей, посвященных использованию КС разных типов. Обзор выполненных работ дан М.Л.Коплом в книге "Геологическое дешифрирование...," (1981). В ней же помещена Схема линеаментов восточной части Средиземноморского пояса (рис.16). Сводки данных дешифрирования по Средиземноморскому поясу представлены также в работах (Александров, 1976; Сахатов,1976; Трифонов,1983; Афанасьева и др.,1980 (рис.17); Асланян и др.,1982; Буш,1983; Караханян,1983 (рис.18); Кац,Полетаев,1983 и др.).
Сопоставление схем дешифрирования с картами последних лет издания, составленными с использованием КС, показывает, что возможности использования телевизионных снимков на картах геологического содержания далеко не исчерпаны. Например, на Карте разломов территории СССР..., (1980), Карте разломной тектоники юга Азии (1983) разломы по космическим данным нанесены фрагментарно и в очень обобщенном виде. Они не увязаны с разломами, полученными ранее комплексными методами геологических исследований. На Карте usquisse photogeologique du domaine Mediterraneen" масштаба 1:2 500 000 (1976), составленной по снимкам "Ландсат-І" и включающей Турцию, не создается представления о региональных закономерностях строения территории (см.рис.5), а результаты дешифрирования также не увязаны с данными предшествующих исследований.
В нашей работе использованы зональные снимки малого и среднего разрешения, полученные действующей опытно-экспериментальной системой "Метеор" . Снимки не предназначены для измерений (Трифонов Ю.В., I981,а,б) и их дешифрирование проводилось визуально, без использования цифровых методов. Основное внимание было сосредоточено на строении Средиземноморского складчатого пояса в пределах рамок карт, подготовленных к изданию при участии автора . Снимки малого разрешения поступают к потребителям в масштабе 1:10 000 000-1:12 000 000 (разрешение на местности 1,5-5 км), а среднего разрешения в масштабе 1:2 500 000 (разрешение на местности 240 м). Это позволило привлечь для дешифрирования тектонические и геологические карты 1:15 000 000 - 1:2 500 000 и, в отдельных случаях, 1:1 000 000, 1:500 000 масштабов. Основную группу использованных при дешифрировании литературных источников составили работы В.Е.Хаина (1968,1969, 1972,1977,1984), обобщивщего все доступные материалы и результаты личных многолетних исследований, а также статьи (Хаин,Кац,Селиц кий,Славин,Онуфриюк,1973а,б) и Объяснительная записка к Карте раз-ломной тектоники юга Азии масштаба 1:5 000 000 (1983). В этих работах дана общая картина строения Альпийского пояса, определившая научное обоснование результатов дешифрирования.
Сложная структура складчатого пояса в пределах Ближнего и Среднего Востока в новейшее время не претерпела существенной перестройки древнего структурного плана. Преобладают прямые (по форме, простиранию и знаку) соотношения неотектонических структур с более древними2 . Учитывая эти особенности, в качестве основных приемов дешифрирования КС использованы морфологический и морфострук-турный анализ, т.е. выраженность древних тектонических структур в современном рельефе. При выделении и прослеживании структур большое значение придавалось нами учету орографии. Результаты дешифрирования увязаны с упомянутыми выше картами. На эту же территорию нами составлена специальная Карта тектонических структур, отдешиф-рированных по снимкам, полученным с ИСЗ "Метеор" и "ЭССА" (рис.19). На ней выявлены линейные, дуговые и разделяемые ими площадные структуры (блоки, складчатые системы, кольцевые структуры и др.). В легенде карты дана типизация структур и отражена их выраженность на КС. Карта наглядно иллюстрирует новизну сведений о строении складчатого пояса, существенно дополняя тектоническую карту (рис.20).
Этап составления авторского оригинала. Картографическое обеспечение авторских работ
На разделяющей их поверхности со струйчатым рисунком фотоизображения локализуются четвертичные склоновые отложения (%ХІ-БР Различия с геологической картой состоят в смещениях их границ по разломам, разделяющим впадину на ступени и разновеликие блоки.
В межгорной впадине, наследуемой долиной реки Герируд, отчетливо дешифрируются генетические типы четвертичных отложений: аллювиальные, склоновые и ледниковые. Последние выделяются по бугристому с участием струйчатого рисункам фотоизображения на фоне контрастных оттенков темно-серого и почти белого фототона. В их ограничениях существенна роль разломов северо-западной ориентировки. Наиболее крупные сквозные разломы контролируют сужение и расширение контуров ледниковых отложений и делят впадину на блоки. На геологической карте эти разломы отсутствуют, за исключением одного в юго-восточной части впадины.
Южная часть снимка захватывает Афгано-Южнопамирскую складчатую область (Л). Она включает систему отдельных хребтов и резко обособляется от смежных структурных подразделений Афганистана. Граница области проходит по краевому разлому Карганау (8). Различие с Геологической картой масштаба 1:500 000 состоит в показе разлома не единой плавно изгибающейся линией, а звеньями с их правосторонними смещениями, обусловленными разломами, проникающими в соседнюю структурную область (9). Общая дугообразная в плане линия разлома Карганау свидетельствует о его современной надвиговой природе. Разломы играют большую роль и в строении всей Афгано-Южнопамирской складчатой области, отражая ее сильно сдавленное складчато-блоко-вое и надвиговое строение. По снимку дешифрируются разломы, пересекающие область в самых разных направлениях, что является существенным дополнением к картам. На снимке хорошо опознаются структурные подразделения Афгано Южнопамирской складчатой области, выделенные на Тектонической карте масштаба 1:2 500 000. В северо-восточной части отчетливо выделяется блок Кохе-Зау (хребет Касамург) (10). Дешифрируется моноклинальное залегание комплекса отложений протерозоя (ГЕ- ). Моноклинали резко прерываются контуром отложений QJJ, выделяющихся по светлому оттенку фототона и локализовавшихся в пониженной, как бы "провалившейся" части хребта. Границу Я ц в нескольких местах смещают разломы, отсутствующие на Геологической карте масштаба 1:500 000.
Наиболее крупный в пределах снимка блок Хазорсанг (II) выделяется своей полусферической формой, сочетанием оттенков темно-серого фототона, объединенных сетчатым рисунком фотоизображения. Блок сложен одним комплексом металюрфизованных отложений протерозоя (PR2), прорванных интрузией ( ЙЖ- ). На северо-западном склоне полусферы по осветленным дугообразным полосам дешифрируются выгнутые к югу разломы. Дугообразная форма разломов отражает их современный надвиговый кинематический характер. В пределах склона выделена кольцевая структура невыясненного генезиса. Свод полусферы "разрушен" интрузивным массивом ( [8). Трудно выделяемые при полевых исследованиях границы интрузии, на снимке хорошо дешифрируются по сетчатому рисунку почти белого фототона. Несомненно разлом-ное ограничение интрузии на юго-востоке. На геологической карте здесь проведена граница между разновозрастными образованиями с извилистым ее начертанием.
В пределы снимка входит северо-западная часть Южно-Афганского срединного массива, его структурное подразделение -Фарахрудский прогиб (Е). В современном рельефе он представлен системой разноориентированішх хребтов. Существенным дополнением к анализируемым картам является тектоногенная кольцевая структура (13), сложенная разнообразными комплексами отложений. Отчетливо выделяются отложения, выполняющие межгорные впадины. Они имеют сетчатый рисунок светло-серого фототона, приуроченный к относительно пониженным склоновым участкам хребтов. По сравнению с геологической картой в ограничениях распространения вулканогенно-терригенных отложений преобладают разломы. Комплекс красноцветно-лестроцветных отложений неогена (l ) дешифрируется исключительно отчетливо по оттенкам светло-серого фототона ж струйчатому рисунку временных водотоков. Б местах их приуроченности к долине реки Харутруд контуры отложений, по сравнению с геологической картой, более узкие и прямолинейные. По еще более светлому, почти белому оттенку фототона и струйчатому рисунку дешифрируется четвертичный комплекс рыхлых отложений (на геологической карте склоновые отложения
