Дешифрирование экзодинамических условий

В процессе экзоморфогенной индикации по снимкам средних масштабов дешифровочный процесс опирается на распознавание экзогенных форм рельефа и особенностей их пространственной локализации.

Значительную роль в возможности оценки динамики рельефа по МКФС играет анализ состояния растительного покрова: его видов и групп, проективного покрытия и окраски, что в сочетании с рельефом позволяет выявить различные стадии развития рельефа, базируясь не только на данных сравнительного дешифрирования МКФС, полученных в различные периоды времени, но и по материалам разовой (одномоментной) съемки. Последнее возможно путем обнаружения на снимках различных по физиопомичпым особенностям форм рельефа и элементарных ландшафтных комплексов одного генетического типа и последующего построения их в один ряд па основе ретроспективного анализа хода их эволюции во времени. Анализ отдельных элементов этого ряда создает возможность для установления их последовательности в соотношении друг с другом по относительному возрасту. Подобный подход к анализу динамики природных процессов позволяет, установив различные стадии развития того или иного процесса, прогнозировать дальнейший ход его эволюции.

В теории аэроландшафтной индикации этот метод изучения динамики природных процессов получил название метода ландшафтно-генетических рядов [6, 12, 46].

Возможности космических снимков в выявлении стадий развития форм рельефа определяются их масштабом и пространственным разрешением. На космических снимках масштаба 1:200 000 не отражаются формы рельефа с меньшими размерами, поэтому их возможности в оценке стадийности форм рельефа ограничены. Снимки более крупных масштабов позволяют решать подобную задачу. В качестве примера приведем результаты оценки стадийности карстовых форм Центрального Устюрта, проведенной с использованием комплекса космических снимков, аэрофотоматериалов и наземных исследований [56].

В процессе дешифрирования космических снимков одного из районов на склонах останцовых возвышенностей были отмечены различные формы проявления совместного действия карста, гравитационных и аккумулятивных процессов. В одних случаях в прибровочных частях склонов дешифрировались системы параллельных бровкам склонов раскрытых трещин протяженностью по фронту склонов до 500 м, в других случаях отмечались асимметричные циркообразные провальные формы, в третьих — относительно выположенные цирки с широким развитием у их подножий такыровидных поверхностей. Привлечение для выявления морфогенетической сущности этих образований аэрофотоматериалов и проведение наземных исследований позволило установить, что выявленные на космических снимках формы совместного проявления группы процессов выстраиваются в один эволюционный ряд и представляют собой различные стадии провального карста, в развитии которого принимает участие склоновая гравитация, эрозия и аккумуляция (рис. 58). Рассмотрим основные элементы этого ряда. Денудационный уступ останцовой возвышенности, сложенный сильнотрещиноватыми известняками и мергелями, не нарушенный карстовым провалом. В данном случае обрушение пород еще не произошло и склон развивается под действием процессов делювиального смыва.

alt="" />

Рис. 58. Эволюционный цикл асимметричных карстовых провалов на склонах останцовых возвышенностей:

I - денудационный уступ останцовой возвышенности, сложенный сильнотрещиноватыми известняками и мергелями, не нарушенный карстовым провалом; II — стадия обрушения известняков и мергелей па уступе склона с образованием провала резко асимметричной формы: III — стадия денудационно-эрозионной переработки карстового рельефа на склонил; /V — стадия выположепного денудационного склона с полностью переработанным карстовым рельефом; 1 — известняки; 2 — такырные суглинки: 3 — отложения делювиальных шлейфов; 4 — глыбы и обломки обрушившихся пород; 5 — трещины в известняках; 6' — зона формирования обрушения пород; 7 — направление поверхностного стока

суглинистый материал выносится и откладывается на горизонтальной поверхности, что способствует такырообразованию. Мощность такыровидных суглинков в данном случае 0,7—0,8 м, а плотность 1,2 г/см3. Приводораздельные поверхности останцовых возвышенностей в прибровочных частях склонов разбиты системами мелких трещин и протяженных рвов.

Отмечено развитие здесь ранее неизвестного на Устюрте явления, идентичного по морфологическим особенностям рвам отседания на склонах долин восточно-сибирских рек (рис. 59). Таким образом, данное описание стадии подготовки карстового обрушения вполне подтверждает результаты дешифрирования космических материалов, па которых проявляются следующие признаки: наличие трещин в прибровочных частях склонов, наличие крутых склонов, делювиальный вынос на прилегающую к склонам горизонтальную поверхность.

Наиболее физиономичными признаками, позволяющими выделять данную стадию на космических фотоснимках, являют*

Рис. 59. Системы трещин с образованием рвов в прибровочных частях склонов останцовых возвышенностей

ся: наличие и четкая выраженность в рельефе асимметричных циркообразных провалов, нагромождение обломочного материала у их подножия, уничтоженный первичный растительный покров на бортах провалов. Стадия денудационно-эрозионной переработки карстового рельефа. После образования провалов происходит нивелировка склона денудационными и эрозионными агентами. С водораздельных поверхностей останцовых возвышенностей осуществляется вынос и аккумуляция в днищах провалов продуктов выветривания, в результате чего склоны отступают «параллельно себе» и осуществляется перенос материала на такыровидные поверхности. За счет этого увеличивается мощность такырных суглинков (до 1 м) и соответственно их плотность, значения которой составляют 1,3—1,4 г/см3. Помимо этого, по бортам провалов начинают развиваться эрозионные процессы, способствующие общей тенденции выполаживапия склонов.

На крупномасштабных МКФС опознается лишь II стадия развития склонового карста, но только по наличию слившихся отдельных, близко расположенных друг от друга асимметричных провалов за счет развития эрозионных процессов с образованием эрозионно-карстовых цирков, достигающих значительных размеров. В этих цирках эрозионные процессы протекают с большой интенсивностью, так как избирают для своего развития тектонически ослабленные зоны разломов. За счет интенсивности эрозии у подножий склонов цирков формируются обширные зоны такыров, окаймляющие остапцовые возвышенности, также дешифрирующиеся на МКФС. Результаты совместного дешифрирования этой ситуации на аэро- и космических фотоснимках отображены па рис. 60. На наличие линеамента указывают особенности растительного покрова и рельефа. Вдоль предполагаемого разрывного нарушения расположены линейно- ориентированная цепь кустарника тамариска развесистого и цепочки мелких западин суффозионно-просадочиого генезиса.

Индикационная роль растительного покрова при дешифрировании крупномасштабных космических фотоматериалов проявляется не только в процессе выявления разрывных нарушений, но и при оценке их инженерной значимости, в частности при оценке обводненности зон разломов.

Для определения ландшафтных признаков этой разгрузки были проведены наземные исследования на выявленных в процессе дешифрирования участках со структурно-тектоническими предпосылками этой разгрузки. Один из них располагается на периферии локального тектонического поднятия, вдоль восточного крыла которого проходит четко выделяющаяся линеамент- ная зона. На космических снимках эта зона подчеркивается серией субпараллельпых линейно-ориентированных солончаков,

alt="" />

Рис. 60. Стадии карстопроявлепий иа Центральном Устюрте (схема дешифрирования аэро- и космических фотоснимков):

1 _ сарматские останцовыс возвышенности; 2 — асимметричные карстовые провалы (стадия сформированного карстового провала); 3 — колодцеобразпы-с провалы (апы); 4 ¦— рвы и блоки отседания на склонах останцовых возвышенностей (стадия подготовки склона к формированию карстового провала); 5 — склоновые эрозионные формы; 6 — участки развития микрозападинного рельефа; 7 — участки развития слабого плоскостного смыва; 8 — такыры; 9 — линсамент, связанный с локальным разрывным нарушением; 10 ¦- крутые склоны останцовых возвышенностей; И — плоские поверхности пролювиальной аккумуляции; 12 — эрозионно-карстовые цирки на склонах (стадия последействия склонового карста)

Проведенные наземные исследования выявили в солончаках солерос с аномальной морфологией отдельных частей. Такой солерос, по данным С. В. Викторова [12], обычно встречается на участках разгрузки напорных вод с повышенной битумииозно- стыо. Такой же солерос был обнаружен вокруг скважины с са- моизливающимися меловыми водами, что может косвенно служить подтверждением их возможной разгрузки в зоне трещиноватости [31].

Рассматривая возможности использования МКФС при оценке динамики и активности экзогенных процессов, что весьма важно при разработке их прогнозов, следует использовать не только ретроспективный подход к их дешифрированию, но и сравнительный анализ материалов фотосъемки, выполненных н различные сезоны одного года или в различные годы.

Проведение подобного сравнительного дешифрирования по космическим снимкам значительно проще, чем с использованием аэрофотоснимков залетов разных лет, организация и полу-

чепие материалов которых сопряжены с большими временными затратами. Наиболее эффективны подобные исследования при выявлении активных очагов развития экзогенных процессов в пределах участков их локализации. Эта задача с помощью космических фотоматериалов может быть решена лишь применительно к явлениям, развитие которых имеет площадной характер, т. е. когда явления развиваются не точечно (карст, суффозия, бугры пучения) или линейно (эрозия), а с захватом значительных площадей. К таким процессам и явлениям относятся оползни, солифлюкция, термокарст на последних стадиях развития, аласы. По результатам сравнительного дешифрирования снимков разных лет возможно определить:

площади, в пределах которых отмечается повторяемость активизации развития процессов и явлений (устанавливается количество и местоположение очагов активного проявления процессов) ;

направления, в которых наиболее четко проявляется развитие процесса;

приращение площадей, подверженных проявлению экзогенных процессов.

Дешифрирование космических снимков в данном случае имеет контурный характер. На снимках выделяют и окоитурива- ют площади разной активности проявления процесса в пределах конкретных очагов.

Вариации признаков фотоизображений, по которым судят о характере активности процесса, обеспечиваются особенностями растительного покрова, микро- и мезорельефа, в комплексе индицирующими относительный возраст экзогенных форм рельефа. Анализ фотоизображений характера активности ЭГП позволяет выделять среди них три генерации по относительному возрасту так же, как и на аэрофотоснимках: древние, давние и свежие.

Свежие проявления четко выделяют на космических снимках по сильному яркостному контрасту, создаваемому нарушениями почвенно-растительного покрова и резко очерченным рельефом, сопровождающими проявление процесса, отражаемыми через фототон, имеющий светлые оттенки. Давние проявления, хорошо дешифрируемые на аэрофотоснимках по особенностям рисунка фотоизображения, создаваемого формами рельефа и вторичным растительным покровом, на космических фотоснимках не распознаются. Это связано с тем, что давние формы характеризуют стадию относительной стабилизации процесса, когда следы его проявлений маскируются вторичным растительным покровом, а созданные специфические формы рельефа сглажены. В результате фотоизображение не очень контрастное и не выделяется по фототону от окружающей поверхности.

Наиболее информативным признаком распознавания давних проявлений процессов является рисунок изображения, но на космических снимках он не всегда физиономичен в пределах

небольших по площади участков. Древние проявления экзоген» ных процессов на снимках из космоса дешифрируют достаточно отчетливо, если они имеют региональное проявление, наложившее отпечаток на формирование мезорельефа территории. В качестве примера можно сослаться на дешифрирующиеся во многих регионах древние оползневые цирки на склонах, достигающие значительных размеров, в пределах которых происходит унаследованное развитие и активизация современных оползней (см. рис. 18 и 19).

Если активизация имеет региональный характер, следует проводить количественную оценку активности развития ЭГП. В зависимости от необходимости количественную оценку можно проводить по элементам рельефа (пойма, террасы, водораздельные склоны). Космическая информация не может обеспечить необходимой точности и достоверности такой региональной оценки, поскольку значительная часть проявлений ЭГП, линейные размеры которых меньше максимального пространственного разрешения космических снимков, фильтруется за счет оптической генерализации. В связи с этим оценка региональной активности ЭГП целесообразна на основе широкого комплексирования космических фотоматериалов с аэрофотоснимками и аэровизуальными наблюдениями с борта вертолета. Основная количественная информация должна быть получена с аэрофотоснимков и в процессе аэровизуальных наблюдений. Космические фотоматериалы позволяют, в свою очередь, повысить точность и достоверность картографирования участков проявления процессов и районирования территории по степени их активности и динамики. При многократной повторности активизаций следует проводить количественную оценку характера и масштабов каждой активизации по материалам повторных космических фотосъемок, используя известные методические приемы.

Последнее обеспечивает получение объема информации, достаточного для разработки пространственных прогнозов развития ЭГП, в частности предсказания места, направленности и масштабов возможных их активизаций, на основе точного определения границ участков современной активности развития того или иного процесса и выявления стадии, на которой находится процесс в изучаемый период времени.

Динамический анализ инженерно-геологических условий, обеспечиваемый сочетанием ретроспективного и сравнительного дешифрирования МКФ'С, выполненных в различные временные интервалы, позволяет решать вопросы оценки изменений геологической среды и геоэкологических условий территорий под влиянием техногенного воздействия, в частности строительного процесса. Это становится возможным по следующим причинам.

Во-первых, практически при любом виде строительных работ происходят деформации почвеппо-растительпого покрова и рельефа, что вызывает нарушение динамического равновесия в природной среде и сказывается на других компонентах ландшафта: горных породах и подземных водах. В свою очередь, нарушение равновесия во внутренней структуре ландшафтов приводит к активизации характерных для той или иной природной обстановки ЭГП и возникновению новых техногенных процессов и явлений, которые создают специфические — новые ландшафты техногенного происхождения со своими формами рельефа и вторичным почвенио-раститсльпым покровом. По этой причине дешифрирование любых нарушений в естественных ландшафтах позволяет выявлять как сами эти нарушения и их пространственные масштабы, так и судить по ним о характере техногенных воздействий па природную среду, вызвавших эти нарушения.

Во-вторых, по внешнему виду новых техногенных форм рельефа, типу растительного покрова и их сочетанию появляется возможность определять характер и масштабы изменений, произошедших в структуре и свойствах невидимых компонентов ландшафта (горных пород и подземных вод), т. с. индицировать причины возникновения новых форм рельефа и растительного покрова.

В-третьих, изучение одних только форм рельефа или растительного покрова не дает желаемого результата, поскольку очень часто растительность является одним из условий, усиливающих или ослабляющих динамику рельефа, и по ее свойствам (типу, проективному покрытию, окраске, среде обитания) можно прогнозировать возникновение или разрушение тех или иных форм рельефа, а изменение рельефа, в свою очередь, часто является фактором, влияющим на свойства растительности.

Комплексное изучение растительности и рельефа во взаимосвязи по МКФС наиболее полно возможно лишь на основе использования крупномасштабных снимков, индикационное распознавание которых осуществляется с позиций фитоэкзоморфо- гепной индикации. Рельеф и растительность являются основными компонентами ландшафта, нарушение которых в наибольшей степени определяет динамику геологической среды и приводит к деформациям инженерных сооружений. В этой связи оценка изменений природных условий в районах строительства и эксплуатации инженерных сооружений в большей степени имеет ландшафтно-индикационную направленность, * и особенно если она осуществляется на основе дешифрирования крупномасштабных МКФС.

Основными задачами при оценке изменений инженерно-геологических условий в результате техногенного воздействия, решение которых возможно с помощью материалов космической фотосъемки, являются:

]) выявление изменений литологических и экзодинамических условий территории;

2) выявление причин изменений литологических и экзоди- намических условий территорий с целью разработки рекомендаций по сохранению и восстановлению динамического равновесия в природной среде. Возможности и методические особенности решения этих задач рассматривались в § 2.2.

Завершая раздел по рассмотрению фитоэкзоморфогенного способа космофотоиндикационного анализа, отметим его отличительные особенности от других способов и преимущества.

Основным отличием данного способа является возможность детализации и расширения решаемых индикационных задач за счет получения данных о внутренней структуре объектов индикации. Последнее достигается за счет использования крупномасштабных МКФС. В основу их дешифрирования положен анализ сочетаний рельефа и растительности и использования их в качестве индикаторов тех особенностей литологических и морфодинамических условий территорий, которые предопределяют изменчивость свойств горных пород и подземных вод, активность п динамику ЭГП, в комплексе обусловливающих эволюцию ландшафтов.

Детализация получаемой информации осуществляется за счет установления по материалам дешифрирования МКФС взаимосвязей между пространственными особенностями сочетаний рельефа и растительности, с одной стороны, и инженерно-геологических и геоэкологических объектов и факторов, обусловивших их формирование, — с другой. Это обеспечивает возможность перехода в космофотоиндикационном анализе от выявления статических ситуаций в инженерно-геологической обстановке к оценке динамических состояний геологической среды.

По структуре фитоэкзоморфогенная индикация состоит из трех звеньев, положение каждого из которых в общей цепи ин- дикационно-дешифровочного процесса последовательно относительно друг друга: индикация литологических условий, индикация морфодинамических условий, индикация изменений инженерно-геологических и геоэкологических условий в результате техногенного воздействия. Решение задач каждого последующего звена вытекает из результатов, полученных в процессе решения задач предыдущего, т. е. каждое звено данной цепи представляет собой самостоятельный и в то же время промежуточный этап фитоэкзоморфогенного анализа. Комплексное решение вышеперечисленных задач на всех трех его этапах обеспечивает получение информации, по объему и качественному уровню достаточной для обоснования проектных решений:

по размещению объектов индивидуального проектирования (станций, жилых поселков и т. п.);

определению местоположения, количества, типа и ориентировочной стоимости мероприятий по защите инженерных сооружений от воздействия на них неблагоприятных природных и техногенных процессов;

по разработке природоохранных мероприятий.

Фитоэкзоморфогенный анализ наиболее эффективен при его проведении в общем технологическом комплексе инженерногеологических изысканий по уже выбранным вариантам трасс линейных сооружений с целью получения информации для обоснования методики дорогостоящих наземных работ (при определении мест и объемов заложения буровых скважин, горных выработок, геофизических профилей, опытных гидрогеологических работ). В связи с этим проведение фитоэкзоморфогенного анализа должно осуществляться с опережением основных объемов наземных изысканий, проводимых как на этапе проектирования инженерных сооружений, так и на этапе предпроектных разработок при обосновании схем развития и размещения транспортной сети. В первом случае фитоэкзоморфогенный анализ будет являться основным способом космофотоиндикационного анализа, а во втором — одним из его направлений — составной частью комплексного многоуровневого дешифровочного процесса.