Индикационная интерпретация дешифровочной информациии результатов ее статистической обработки

При рассмотрении индикационной роли данных дешифрирования разрывных нарушений следует учитывать два аспекта: оценку индикационной роли отдельных, наиболее протяженных и глубоких по заложению разломов и оценку индикационной роли системы разрывных нарушений и районов их локализации.

Типизация разрывных нарушений по их геометрическим параметрам и геологической природе имеет .индикационное значение для решения ряда инженерно-геологических задач. Выявление на МКФС глубинных и региональных разломов позволяет: уточнить представления о границах и пространственном положении крупных литологических комплексов на уровне морфоструктур и отвечающих им формационных комплексов пород; установить участки разломов и зон их пересечения, активных в морфодинамическом отношении, представляющих опасность для инженерных сооружений; определить границы участков с наиболее интенсивным характером развития ЭГП.

Рассмотрим возможности и методические особенности получения индикационной информации в отношении пространственных границ литологических и морфодинамических комплексов и их элементов. В схеме инженерно-геологического районирования И. В. Попова [54] самой крупной таксономической единицей является инженерно-геологический регион, который выделяется по структурно-тектоническому признаку. Регионам соответствуют крупные тектонические структуры, которым отвечают определенные формации горных пород. Правильное установление границ распространения этих формаций также возможно с помощью привлечения данных дешифрирования разломов. Особенно это применимо к формациям изверженных и магматических пород, в которых тектоническая трещиноватость отражает их сланцеватость и раздробленность. Для регионов, сложенных этими породами, как правило, характерен перекрестно-решетчатый и кольцевой рисунок систем разломов. Значительная часть массивов горных пород слагает приподнятые или опущенные по разломам блоки земной коры, что хорошо контролируется отдельными ячейками решеток разрывных нарушений.

Не менее важна роль глубинных и региональных разломов в формировании тектонической трещиноватости горных пород в зонах их дробления, достигающих по ширине десятков и сотен километров. В этих зонах происходит региональное разуплотнение горных пород и изменение их влажности, увеличивается их способность к выветриванию и разрушению, что часто приводит к региональной локализации разнообразных экзогенных процессов, неблагоприятных для хозяйственного освоения. Поэтому, несмотря на то что экзогенные процессы и формы их проявления на мелкомасштабных снимках не отражаются, имеется возможность по анализу пространственного положения зон разломов и их сопоставлению с литологическими особенностями строения крупных территорий устанавливать район региональной изменчивости инженерно-геологических условий.

Для примера и обоснования вышесказанного приведем результаты индикационного дешифрирования мелкомасштабного 168

Рис. 41. Схема индикационного дешифрирования мелкомасштабного космического снимка Арало-Каспийского региона на рис. 35 (условные обозначения см. в табл. 11)

космического снимка, приведенного на рис. 35, полученного с ИСЗ «Метеор-25» на Арало-Каспийский регион (рис. 41, табл. . Дешифрирование позволило выявить границы распространения крупных литологических комплексов на уровне формаций горных пород и некоторые особенности морфодинамики района.

В качестве основных индикаторов в данном случае послужили морфоструктуры, подчеркиваемые разломной тектоникой, контролирующие границы распространения ряда формаций горных пород. Например, анализируя снимок (см. рис. 35) и представленную схему дешифрирования (см. рис. 41, табл. 11), видно, что границы распространения формаций карбонатных пород верхнего миоцена — нижнего плиоцена контролируются границами морфоструктуры плато Устюрт на северо-западе, юго- востоке, на севере и юго-западе, проходящими по региональным разломам.

По данным индикационного дешифрирования космического снимка установлено, что региональная пространственная локализация ряда ЭГП связана с разломной тектоникой, при этом возможно выделение среди разломов обводненных, связанных с подтоком подземных вод глубоких водоносных горизонтов и разгрузкой их по трещинам на поверхности (в гидрогеологии такие разломы получили название «глубинные дремы»), и раз-

ломов, в которых осуществляется циркуляция подземных вод на значительных глубинах. Эти две категории разломов установлены по приуроченности к первой — регионального засоления грунтов в виде крупных солончаков и их систем, а ко второй — зон локализации современного карста. Последнее обосновывается данными наземных исследований, проведенных для проверки результатов дешифрирования [56, 74].

Исследования показали, что наиболее интенсивное проявление ЭГП, возникновение которых связано с влиянием подземных вод, выветриванием горных пород и гравитационным воздействием, пространственно тяготеет к разрывным нарушениям и связанным с ними зонам дробления горных пород. Поэтому в тех случаях, когда на средне- и крупномасштабных снимках устанавливается приуроченность участка локализации экзогенных процессов к линии разрывных нарушений (на мелкомасштабных снимках это установить сложно), появляется возможность инженерно-геологической оценки разрывных нарушений. При этом наиболее важными параметрами являются рельефообразующая активность того или иного разлома, характер его обводненности, возможность проявления в его пределах неблагоприятных процессов, затрудняющих строительство, развитие

которых связано с влиянием подземных вод, выходящих на поверхность по разрывным нарушениям или циркулирующих в них.

Указанные обстоятельства позволили более широко поставить задачу по исследованию влияния тектонической раздробленности территорий па развитие и пространственную локализацию ЭГП. Ее решение предполагалось осуществить на основе оценки результатов серии экспериментов, выполненных в различных природных условиях применительно к важнейшим инженерно-строительным объектам страны, в том числе и транспортным. Результаты этих экспериментальных работ рассмотрены ниже.

В районе Приленского плато в 1982 г. автор проводил изучение ЭГП по материалам фотосъемки из космоса в целях подготовки инженерно-геологических материалов для технико-экономического обоснования проектирования (ныие уже построенной) автомобильной дороги Токсимо—Бодайбо—Ленек протяженностью 500 км, которая должна была связать БАМ с центром одного из крупнейших в стране районов добычи золота. В работе использовался комплекс разномасштабных МКФС, выполненных в различные сезоны года. Наиболее остро стоял вопрос с наледями, широкое развитие которых в этом регионе вызывает серьезные трудности в строительстве и эксплуатации дорог. В работе для оценки степени тектонической раздробленности территории, в полосе проектируемой трассы дороги был выполнен эпдоморфогенпый космофотоиндикационный анализ в соответствии с изложенной выше технологией, по которой составлена карта тектонической раздробленности (ее фрагмент приводится на рис. 39). В дальнейшем эти материалы послужили основой для определения границ участков трассы, в пределах которых возможно развитие и повторяемость наледей, связанных с выходами на поверхность подмерзлотных подземных вод. При этом результатом такого индикационного анализа явился пространственный вероятностный прогноз наледной опасности. Изложим подробно методику этого исследования и его результаты.

Составленная карта тектонической раздробленности территории трассы явилась фоновой основой для нанесения на нее данных дешифрирования наледей. Причем если при составлении кзрты тектонической раздробленности использовались мелко- и среднемасштабные панхроматические космические снимки, то для выявления и картографирования наледей — крупномасштабные спектрозональные.

Космическая съемка была выполнена в марте и во второй половине июня. Сравнительный анализ распространения наледей па этих материалах показал, что на материалах июньского периода съемки выражены только те наледи, формирование 142

которых связано с выходами подмерзлотных подземных вод в виде восходящих источников. Наледи, связанные с действием поверхностных вод, хорошо дешифрируемые на мартовских снимках, к этому времени стаяли, о их существовании можно судить по хорошо отражаемым на июньских снимках наледным полянам — специфическим элементам ландшафта, образованным тающим льдом. На снимках они представляют собой пятна неправильной формы с уничтоженным первичным растительным покровом и переработанным рельефом.

Следующей операцией являлась количественная оценка пораженное™ территории наледями в пределах, выделенных ранее для расчетов тектонической раздробленности, системы ячеек (см. с. 134). Оценка пораженное™ территории наледями осуществлялась по формуле

где 5р — площадь, занятая наледями; Sc — площадь системы ячеек для расчетов тектонической раздробленности.

Если невозможно подсчитать 5Р, то Кп рассчитывается по отношению п/Sc, где п — количество отдешифрированных наледей. По полученным данным выполнено районирование территории трассы дороги по ее пораженное™ наледями. Эти данные позволили оценить зависимость степени пораженное™ полосы трассы дороги наледями от степени тектонической раздробленности путем определения Кn=f(Ko) по графику (рис. 42). Из графика видно, что степень пораженное™ территории трассы дороги наледями прямым образом связана с тектонической раздробленностью и зависит от нее. Последнее явилось основой для разработки вероятностного пространственного прогноза на- ледной опасности, исходя из расчетов по формуле

где Р — вероятность, %;—суммарное количество проявлений наледей в категории систем ячеек;— суммарное количество наледей по всей

Чолосе трассы дороги, отраженное на карте.

Полученные данные послужили основой для составления индикационной карты с вероятностным прогнозом наледной опасности по трассе проектируемой автомобильной дороги (рис. 43). В качестве индикаторов на этой карте выступают данные по тектонической раздробленности, а в качестве объектов индикации — пораженное™ территории наледями подземных вод и вероятность их развития в будущем.

Полученные материалы позволили не только зафиксировать положение и площади всех развитых в районе трассы наледей и дать прогноз их развития в будущем, но и на основе индикационного дешифрирования установить наличие и точное ме-

стоположение источников под- мерзлотиых вод, что дает надежный материал для общей оценки обводненности территорий.

Аналогичное исследование по оценке влияния тектонической раздробленности на пространственную локализацию наледей подземных вод было проведено в 1983 г. в процессе изысканий по трассе железной дороги Беркакит—Том- мот проектируемой (ныне построенной) в зоне освоения БАМа, в условиях криолито- зоны Якутии. Результаты эксперимента практически однозначны с данными исследований, проведенных по трассе автомобильной дороги Бодайбо—Ленек (рис. 44).

Эксперимент по оценке влияния тектонической раздробленности территорий на пространственную локализацию экзогенных процессов, связанных с влиянием подземных вод, был проведен и при изучении других процессов, в иных геолого-геоморфологических условиях, в частности при изучении суффозионно-просадочных явлений в Южно-Тургай- ской впадине, где исследования выполнялись для инженерно- геологического обоснования водохозяйственного строительства [09]. Суффозиопно-просадочпые явления в этом регионе получили весьма интенсивное развитие и распространены более широко, чем остальные процессы. Геоморфологически они приурочены к водораздельным поверхностям и террасам и представлены многочисленными западинами сложного генезиса, на первых стадиях формирования которых была велика роль суффозии и просадок. Размеры этих западин колеблются от десятков метров в диаметре до нескольких километров. Наиболее крупные западины являются древними. В современных условиях образуются мелкие западинные формы в отложениях преимущественно просадочного генезиса, связанные с процессами диагенеза и облёссования аллювиальных толщ.

Наиболее благоприятными, для развития суффозионно-просадочных западин являются супесчаные и суглинистые отложения. Изучение влияния тектонической раздробленности на развитие и пространственную локализацию суффозионно-проса-

Рис. 43. Фрагмент карты наледной опасности по трассе проектируемой

автомобильной дороги:

1 — разрывные тектонические нарушения; 2 — наледи, формирование которых связано с выходами подмерзлотных вод в виде восходящих источников (значки в масштабе карты). Участки наледной опасности в зависимости от степени тектонической раздробленности; 3 — значительной наледной опасности в пределах обводненных территорий с сильной тектонической раздробленностью, с коэффициентом пораженности территории наледями Кпgt; 0,01 (1/км2) и вероятностью их возникновения 0,77; 4 — незначительной наледной опасности в пределах слабообводненных территорий, со слабой тектонической раздробленностью, с пораженностью наледями 0,01 gt;/Cngt;0,001 и вероятностью их возникновения 0,2; 5 — безопасные с точки зрения развития наледей в пределах практически не раздробленных и необводненных территорий, с пораженностью наледями Л"пlt;0,001 и вероятностью их возникновения 0,03; 6 — границы участков; 7 — трасса

проектируемой автомобильной дороги

дочных западин осуществлялось так же, как и при оценке на- ледной опасности. Вначале, основываясь на данных дешифрирования мелко- и среднемасштабных космических фотоснимков и статистической обработки дешифровочной информации, была составлена карта тектонической раздробленности, на которую впоследствии были перенесены все отдешифрированные по крупномасштабным космическим фотоснимкам западины и выполнена оценка пораженности территории суффозионно-просадочны- ми явлениями в пределах систем каждой категории тектонической раздробленности (табл. 12).

Последующая оценка зависимости степени пораженности территории суффозионно-просадочными явлениями от степени тектонической раздробленности показала, что распределение западин корреляционно связано с последней (рис. 45). Максимальное количество западин, отдешифрированное на МКФС, приурочено к участкам с очень сильной тектонической раздробленностью. Однако на графике проявляется и другая особенность, заключающаяся в том, что отмечается некоторое возрастание количества западин в пределах практически не раздробленных участков или со слабой степенью раздробленности. Это объясняется тем, что на развитие суффозионно-просадоч-

Таблица 12. Прогностический анализ развития суффоэионно-просадочных явлений Южно-Тургайской впадины по данным дешифрирования МКФ С

пых явлении оказывают влияние не только структурно-тектонические, но и другие факторы, не зависящие от нее, в частности литологические, гидрогеологические и геоморфологические.

Проведенный количественный анализ пораженное™ территории суффозионно-просадочными явлениями, результаты кото-

Рис. 46. Фрагмент карты вероятностного прогноза развития суффозионно- просадочных явлений Южно-Тургайской впадины:

1 — районы с вероятностью развития суффозионно-просадочных явлений — 0,49, приуроченные к территориям с очень сильной тектонической раздробленностью; 2 — районы с вероятностью развития суффозионно-просадочных явлений — 0,21, приуроченные к территориям с сильной тектонической раздробленностью; 3 — районы с вероятностью развития суффозионно-просадочных явлений 0,12, приуроченные к территориям со слабой тектонической раздробленностью; 4 — районы с вероятностью развития суффозионно- просадочных явлений — 0,15, приуроченные к практически не раздробленным территориям; 5 — очень сильная пораженность территорий суффозионно-просадочными явлениями (/(пgt;0,1); € — сильная пораженность территорий суффозионно-просадочными явлениями (0,1 gt;Л*Пgt;0,05); 7 — слабая пораженность территории суффозионно-просадочными явлениями              0,05); 8 — гидросеть; 9 — трасса проектируемого оросительного />канала

рого отражены в табл. 12, показывает, что фактором, контролирующим пространственную локализацию западин, является тектоническая раздробленность. На основе полученных данных проведен вероятностный прогноз развития суффозионно-просадочных явлений, согласно которому вероятность образования новых суффозионно-просадочных западин в районах с очень сильной тектонической раздробленностью составляет 0,49, в районах с сильной раздробленностью — 0,21, а в районах со слабой раздробленностью и в практически не раздробленных — соответственно 0,13 и 0,15. Прогнозные данные отражены на карте вероятностного прогноза развития суффозионно-просадоч-

ных явлений, составленной на основе статистической обработки данных индикационного дешифрирования МКФС (рис. 46).

Влияние тектонической раздробленности на пространственную локализацию ЭГП было изучено и в горных районах. С этой целью был выполнен эксперимент в районе предполагаемого строительства Кавказской перевальной железной дороги, проектируемой в высокогорной зоне Большого Кавказского хребта и его северного и южного склонов. Строительство железной дороги в горах Кавказа сопряжено с большими трудностями, связанными со сложностями геолого-геоморфологических условий региона. Центральная и большая часть трассы дороги расположена в районах распространения высокогорного скалистого, крутосклонного тектоморфного рельефа со следами древнего оледенения, развитого на терригенно-метаморфических, магматических и флишевых толщах палеозоя, юры и нижнего мела. Эти районы наиболее активны в геодинамическом отношении, что проявляется в значительной их тектонической раздробленности и интенсивном развитии ЭГП, неблагоприятных для строительства и эксплуатации дороги: оползней, обвалов, осыпей, селей, карста.

4 В целях оценки характера и степени тектонической раздробленности района проложения трассы Кавказской перевальной железной дороги и оценки влияния тектонической раздробленности на пространственную локализацию ЭГП, затрудняющих 1 — чрезвычайной опасности, приуроченные к территориям высокогорного крутосклонного, тектоморфного рельефа с гравитационными и ледниковыми формами, с очень сильной тектонической раздробленностью терригенно-метаморфических, магматических и флишевых скальных и полускальных пород палеозоя и юры (Коgt;2,0). Вероятность развития оползней и обвалов — 0,7; 2 — опасные, приуроченные к территориям высокогорного и среднегорного кругосклонного рельефа, с эрозионно-денудационными поверхностями и со следами ледниковой переработки, с сильной тектонической раздробленностью сланцево-флишевых полускальных пород юры и мела (l,5^tf»lt;:2,0). Вероятность развития оползней и обвалов — 0,2; 3 — незначительной опасности, приуроченные к территориям средне- и низкогорного эрозионно-денудационного, холмисто-бугристого сильно расчлененного рельефа, со слабой тектонической раздробленностью полу- скальных и рыхлых отложений палеогена и неогена (0,6lt;^ftlt;l ,5). Вероятность развития оползней и обвалов — 0,07; 4 — безопасные, приуроченные к территориям предгорного эрозионно-аккумулятивного, террасированного рельефа с практически не раздробленными рыхлыми неогеп-четвертичными отложениями (К0lt;0,6). Вероятность саз- вития оползней и обвалов менее 0,001

Дешифрируемые разрывные нарушения:

5 — выраженные в рельефе, со значительным обводнением горных пород в зонах их дробления и разгрузкой подземных вод в виде восходящих источников, способствующие интенсификации гравитационных процессов; 6 — выраженные в рельефе, со значительным обводнением горных пород в зонах их дробления за счет циркуляции подземных вод по трещинам, с отсутствием открытой разгрузки подземных вод, способствующие развитию провального карста; 7 — выраженные в рельефе, инженерно-геологическое значение которых по МКФС не установлено

Очаги локализации неблагоприятных для строительства ЭГП:

8 — провальный карст; 9 — оползни и обвалы

Прочие знаки:

10 — поймы рек

строительство, выполнены дешифрирование МКФС мелких и средних масштабов и вероятностно-статистическая обработка дешифровочной информации. На основе полученных при этом данных составлена карта вероятностного прогноза развития ЭГП в районе проложения трассы (рис. 47). На карте выделены разломы и разрывные нарушения по их морфодинамичес- кой роли, районы по степени тектонической раздробленности с количественными характеристиками, участки развития гравитационных процессов. Дана оценка вероятности развития гравитационных процессов в зависимости от степени тектонической раздробленности территории.

Количественная обработка дешифровочной информации показала, что локализация ЭГП пространственно приурочена к районам с очень сильной степенью тектонической раздробленности территории, что определяет и максимальную для данного района вероятность образования новых проявлений этих процессов (рис. 48). Помимо этого выявлено, что 87% оползневых и обвальных очагов, а также участков локализации карстовых форм пространственно приурочено к узлам пересечения разрывных нарушений или же к конкретным разрывным нарушениям.

Рассмотренные выше результаты экспериментов обосновывают индикационную роль разрывной тектоники в пространственной локализации ЭГП, в развитии которых принимают участие подземные воды, выветривание горных пород и гравитационное воздействие. Последнее доказано на примере наледей, суффозионно-просадочных явлений, карста, оползней и обвалов в процессе проведения дешифрирования МКФС для целей обоснования проектных решений по размещению и трассированию мелиоративных и транспортных сооружений.

Однако ведущая индикационная роль разрывной тектоники в пространственной локализации экзогенных процессов прослеживается главным образом в орогенных зонах и в пределах активных в неотек- тоническом отношении участков платформ. Последнее создает основу для использования в этих регионах данных дешифрирования разрывной тектоники, в частности характера и степени тектонической раздробленности как индика

торов локализации ЭГП и имеющейся, т. е. современной, и возможной, т. е. прогнозируемой.

Данное положение может рассматриваться в качестве теоретической основы для составления принципиально новых специальных инженерно-геологических карт на основе вероятностно-статистических оценок развития ЭГП в зависимости от влияния разрывной тектоники. Такие карты являются вспомогательными и дополняют кондиционные инженерно-геологические карты, составляемые для обоснования проектирования инженерных сооружений на первых этапах изыскательских работ, проводимых при сравнении вариантов трасс линейных сооружений. На этих картах отображаются: разрывные тектонические нарушения, формы проявления неблагоприятных для строительства ЭГП или участки их распространения (в зависимости от масштаба карты), районы по степени тектонической раздробленности, характер их пораженности экзогенными процессами и вероятность развития процессов. В легендах таких карт отражаются наименования выделенных объектов, их условные обозначения и соответствующие количественные характеристики. Дополнительными знаками показывают положение трассы линейного сооружения и пункты привязки к отдельным ее участкам.

Заключая раздел по рассмотрению эндоморфогенного способа космофотоиндикационного анализа, необходимо подчеркнуть следующее. Структурно эндоморфогенный анализ состоит из четырех звеньев: дешифрирования разрывных нарушений, оценки достоверности дешифровочной информации, количественной обработки дешифровочной информации на основе применения методов математической статистики, специальной инженерной интерпретации дешифровочных данных и результатов их количественной обработки. Дешифрирование разрывных нарушений опирается на сочетание прямого и индикационного подхода к распознаванию рисунка фотоизображений. Однако индикационный анализ в распознавании разрывных нарушений способствует получению большой по объему и инженерной значимости информации, достоверность которой практически не уступает наземным методам инженерно-геологических изысканий. Это позволяет, основываясь на данных камерального дешифрирования, составлять специальные карты разрывных нарушений, обработка которых с помощью вероятностно-статистических методов обеспечивает возможность районирования территорий предполагаемого строительства по степени тектонической раздробленности. Составляемые при этом карты тектонической раздробленности территорий можно рассматривать в качестве индикационной основы для выявления участков морфодинамической активности, связанной с локализацией в их пределах неблагоприятных для строительства ЭГП оползней, обвалов, карста, просадок, мерзлотных явлений. Установленные экспериментально зависимости обосновывают индикационную роль разрывной тектоники в пространственной локализации ЭГП, развитие которых связано с влиянием подземных вод, выветриванием горных пород и гравитационным воздействием в пределах орогенных зон и неотектонически активных участков платформ.

Последнее может рассматриваться в качестве теоретической основы для оценки вероятности развития ЭГП в зависимости от степени тектонической раздробленности территорий на базе количественной обработки дешифровочной информации и составления специальных оценочных карт. Практическая значимость данных эндоморфогенного анализа обеспечивается возможностью их эффективного использования для: сравнения вариантов трасс сооружений и принятия наиболее эффективного проектного решения по выбору оптимального варианта; рационального размещения объемов изыскательских работ и более точного определения мест заложения горно-проходческих выработок, скважин, геофизических профилей, опытных участков.