ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В СТРУКТУРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ГЕОЛОГИЧЕСКОМ КАРТИРОВАНИИ

Геологические тела и их комплексы слишком велики, чтобы при наземном изучении находиться в едином поле зрения наблюдателя, и не могут изучаться сразу по всей площади распространения. Большая обзорность и выраженность геологических тел в фотоизображении делают реальным картирование геологических образований, основанное не на интуитивных соображениях, а на объективных данных дешифрирования. Отметим, что КС не заменяют ни более крупномасштабных аэроснимков, ни тем более наземных наблюдений и сколько-нибудь полно их возможности реализуются только при совместном анализе данных дешифрирования МДЗ и данных, полученных другими методами геологических исследований. Использование КС в структурно-геологических исследованиях, во-первых, позволяет улучшить существующие геологические карты (как за счет уточнения рисовки контуров геологических тел, так и за счет детализации структурных характеристик последних), а, во-вторых, расширяет набор картируемых геологических образований ввиду выявления малоамплитудных и "рассеянных" зон тектонических деформаций, нетрадиционных линейных и площадных геологических объектов различной конфигурации и пр.

Геологическая информативность космических снимков

Информативность и соответственно методика структурно-геологического анализа КС неравнозначны в различных регионах. В целом они зависят от типа и возраста изучаемых тектонических элементов, стиля их внутренней структуры и особенностей рельефа.

Плиты древних и молодых платформ характеризуются широким развитием на поверхности слабодислоцированных осадочных пород. Зачастую это новейшие образования, формирующие аккумулятивный рельеф, сглаживающие особенности геологического строения не только складчатых пород фундамента, но и отложений нижней части чехла. Наземные наблюдения в таких районах дают в основном сведения о литологии и генезисе четвертичных образований или, в лучшем случае, о выходящих на дневную поверхность породах чехла. В этих условиях данные, получаемые при анализе МДЗ, представляют большую ценность.

На КС континентального уровня генерализации можно наблюдать наиболее крупные и глубинные элементы геологического строения платформ. Выделяющиеся в фотоизображении площадные объекты отвечают в основном неотектоническим блокам i с разным режимом развития. Их соответствие блоковой структуре фундамента или внутренней структуре чехла определяется только степенью унаследованности глубинных неоднородностей.

Линейные объекты обычно соответствуют разрывным нарушениям фундамента или осадочного чехла. Значительная часть линейных структур (до 60-70%) не находит соответствия в геологическом строении и не подтверждается геофизическими данными, возможно, из-за их малоамплитудности; часто, однако, они продолжают хорошо задокументированные погребенные разломы.

Крупные своды фундамента плит выражаются в виде фототональных кольцевых структур. Характерную разновидность крупных кольцевых структур представляют структуры метаморфического фундамента, "просвечивающие" из-под платформенного чехла. Некоторые из них не имеют соответствия в геологическом строении.

На региональных и локальных КС площадные объекты чаще всего соответствуют развитым на земной поверхности отложениям разного литологического состава. Однако прямое литологическое картирование пород платформенного чехла осуществимо лишь ограниченно; наиболее четко дешифрируются площади развития литолого-генетических типов рыхлых отложений.

Линейные объекты региональных и локальных КС отвечают, как правило, разломам и флексурам в породах осадочного чехла или фундамента, выраженным элементами геоморфологического строения. Сводовые структуры чехла выражаются кольцевыми объектами дешифрирования. Реальные очертания сводов и мульд имеют, как правило, более сложную форму, а часто и меньшие размеры, чем кольцевые объекты на снимках. Эти же объекты меньшего размера (первые километры - первые десятки километров) по своему положению в ряде случаев совпадают с локальными формами платформенного чехла: отдельными брахиантиклиналями или их группами, соляными куполами, мульдами и т. п.

На детальных снимках площадные объекты отвечают, как правило, площадям развития различных литолого-генетических типов к поверхностных отложений. В пределах аккумулятивных равнин это четвертичные образования; в пределах денудационных участков - литологические разности пород различного возраста, выведенные 'на дневную поверхность.

Щиты древних платформ представляют собой выходы на поверхность раннедокембрийских интенсивно метаморфизованных комплексов со своеобразными структурами, свойственными древнейшим этапам развития Земли. Они характеризуются устойчивыми воздыманиями, но невысокой расчлененностью рельефа, свойственной платформенным территориям. Эти явления определяют особенности использования МДЗ на территории древних платформ.

На КС континентального уровня генерализации выделение структурно-вещественных комплексов древних щитов практически невозможно. Иногда выделяются крупные овалы, размером до нескольких сотен километров, отличающиеся более светлым фототоном и ограниченные дугообразными более темными полосами. Такие площадные структуры тесно связаны с крупнейшими кольцевыми системами древних щитов и разделяющими их зонами.

Линейные объекты дешифрирования на континентальных снимках распадаются на три группы: узкие линейные структуры, пересекающие щиты и уходящие за их пределы (соответствуют, видимо, зонам молодых тектонических нарушений и с внутренней структурой щитов не связаны); структуры с пологоизвилистым строением, приспособленные к границам площадных объектов (интерпретируются как древние мобильные пояса, разделяющие древнейшие "ядра" щитов), и линейные зоны частого чередования субпараллельных или кулисно расположенных полос различного фототона (интерпретируются как зоны мегакливажа, отвечающие областям рассеянной проницаемости земной коры).

Локальные и детальные КС древних щитов содержат сведения о внутренней структуре складчато-метаморфических толщ и магматических тел. В виде площадных объектов на них хорошо отделяются кристаллические образования протоплатформ от менее метаморфизованных, часто слоистых и пологозалегающих вулканогенно-осадочных толщ протоплатформенных чехлов верхнего архея - нижнего протерозоя. Часто удается выделить троговые комплексы и верхов протерозоя, сложенные зеленокаменными образованиями, тектонические клинья и грабены, выполненные фанерозойскими Образованиями. Среди магматических пород лучше всего дешифрируются граниты рапакиви, щелочные интрузии центрального типа (Хибины) и ультраосновные породы.

Линейные структуры на локальных и детальных КС представлены в основном трещинами без смещения и относительно короткими (до 15-20 км) разрывными нарушениями с небольшой амплитудой. Они группируются в зоне сгущений, соответствующие линейным структурам региональных снимков. На детальных снимках удается дешифрировать слоистость метаморфических горных цепей, даже если она замаскирована кристаллизационной сланцеватостью.

Щиты и кряжи молодых платформ в областях слабой активизации представляют собой выходы на поверхность складчатых палеозойских или, частично, докембрийских комплексов фундамента. Для их характерен умеренный метаморфизм пород, интенсивная их дислоцированность, присутствие широкой гаммы осадочных, вулканогенных и интрузивных пород, не слишком сильная расчлененность рельефа. Сочетание этих факторов обусловливает высокую геологическую информативность КС всех уровней генерализации.

На КС континентального уровня генерализации хорошо выделяются отдельные складчатые системы, срединные массивы, наложение впадины, а в некоторых случаях антиклинории, отдельные складчатые зоны и отдельные геологические тела, например гранитные массивы пермского возраста в Центральном Казахстане, магматические комплексы восточного склона Урала и др.

Линейные структуры, как правило, легко сопоставляются с крупными глубинными разломами, ограничивающими главные структурные элементы. Иногда в виде узких полосовых аномалий темного фототона выделяются офиолитовые швы. Характерную группу линейных объектов представляют диагональные и поперечные простирнию складчатых систем разрывные структуры; некоторые из них ранее квалифицировались как ремобилизованные на неотектоническом этапе зоны разрывных нарушений, главным образом сдвиговой тематики, но большинство из них наземными геолого-геофизическими методами не устанавливались.

На КС регионального уровня генерализации можно расшифровать внутреннюю структуру отдельных блоков (рис. 22). Площадные объекты, выделяемые на таких снимках по фототону и фоторисунку, интерпретируются либо как крупные структурные формы, либо как структурно-вещественные комплексы - ядра антиклинориев, сложенные более древними образованиями, нежели их крылья, краевые складчатые зоны синклинориев, площади развития осадочных пород контрастного состава, вулканические образования, офиолиты и т. п. Характер фотоизображения зависит от степени дислоцированности пород и различен .для изоклинальных, линейно- и коробчато-складчатых зон. На снимках регионального уровня генерализации может быть отдешифрирована большая часть массивов гранитоидов, причем по специфическим признакам они могут быть расчленены на несколько групп по составу и возрасту.

Линейные объекты дешифрирования региональных снимков можно подразделить на две группы. Первую, наиболее распространенную. образуют прямолинейные или слабоизогнутые в плане разломы и зоны разломов.

Достаточно надежно могут быть выделены разломы с вертикальными перемещениями и разломы со сдвиговой составляющей. Вторую группу составляют стратиграфические контакты; на региональных снимках впервые появляются и элементы слоистости.

Рис. 22. Схема геологического дешифрирования КС северного Прибалхашья. По Ал. В. Тевелеву. Дешифрируемые объекты: 1-10 - площадные (1 - четвертичные долины, 2 - такыры и солончаки, 3- массивы лейкогранитов, 4 - массивы умеренно кислых гранитоидов, 5 - массивы гипербазитов), 6-8 - складки (б - пермские, вулканические мульды, 7 - саурского и саякского складчатых комплексов, 8-тельбесского складчатого комплекса), 9-карбонаты венда-ордовика; 10-выступы докембрийского основания); 11-14 - линейные формы (11 - разрывы, выраженные геоморфологически, 12 - то же, под чехлом рыхлых отложений, 13 - зоны с "пилотакситовым" фоторисунком, 14 - зоны неконтрастного "контакта" фототонов), 15--16 - кольцевые структуры (15 - палеовулканы, 16 - неясного генезиса). 17 - сдвиги; 18 - блоки поднятые, (а) и опущенные (б) по молодым разломам

КС локального уровня генерализации содержат преимущественную информацию о вещественном составе горных пород. Особенно уверенно разделяются пачки пород, имеющие контрастный (в смысле оптических свойств) литологический состав; по соотношениям со слоистыми толщами достаточно четко выявляются поля распространения интрузивных пород. На снимках этого масштаба могут быть определены во многих случаях кинематические характеристики разрывных нарушений и морфология складчатых форм, а также палеовулканические структуры и, иногда, соотношения вулканических фаций и магматических фаз.

Орогеническим областям свойственно чередование горных хребтов и межгорных долин и депрессий. В зависимости от вертикальных амплитуд рельефа, климатических особенностей, распределения растительного покрова, активности современных движений, информативность КС горных областей может быть самой различной - от очень низкой в пределах перекрытых гляциогенными образованиями высокогорных плато Памира и Тибета и залесенных склонов Кавказа и Карпат до исключительно высокой в пределах молодых складчатых зон межгорных впадин. Хорошо отражаются активно развивающиеся неотектонические элементы; в этом случае раскрытые в рельефе тектонические структуры становятся наиболее благоприятным объектом для дистанционных методов исследований.

На КС континентального уровня генерализации обособляются основные орографические элементы: горные хребты и массивы, а также межгорные депрессии. Среди линейных объектов дешифрирования наиболее четко выделяются разрывные нарушения, ограничивающие горные массивы и межгорные впадины. Практически всегда на снимках орогенных областей вычитываются и более крупные, трансорогенные линейные структуры, связь которых с тектоническим строением оказывается чаще всего неясной.

КС регионального уровня генерализации по геологической информативности для многих регионов оказываются близки к континентальным снимкам. В то же время на снимках районов межгорных впадин юга СССР и их обрамления могут легко выявляться отдельные складчатые цепи и исследоваться локальные складчатые структуры, морфология и кинематика разрывных нарушений. Кольцевые структуры на региональных КС орогенных областей отражают либо плановую форму выходов интрузивных и вулканических массивов, либо, предположительно, связаны с дуговыми системами разломов и ундуляциями линейных складок; в некоторых случаях - участки молодого прогибания. Геологическая природа значительного числа кольцевых структур остается неизвестной.

Информативность КС локального уровня в сильной степени зависит от региональных геологических и географических особенностей изучаемых территорий. При благоприятных условиях локальные снимки могут быть использованы в качестве основы для составления близких к кондиционным геологических карт. К таким территориям относятся области молодой складчатости в аридной и полуаридной климатических зонах. В качестве маркирующих используются различающиеся на космических изображениях горизонты прочных пород, формирующих селективно-денудационные поверхности. В таких случаях удается достаточно детально расшифровать основные складчатые формы и системы разрывных нарушений (рис. 24). При этом некоторые особенности диагональных и поперечных структур позволяют различать сдвиговые перемещения с амплитудой в первые десятки метров.

В горно-таежных условиях дешифрирование структурно-вещественных комплексов затруднено, даже рельеф таких территорий воссоздается не всегда. Также неблагоприятны для дешифрирования участки с очень интенсивным вертикальным и горизонтальным расчленением, в которых детали геологических структур "тонут" в массе теней.

Континентальные вулканические пояса являются весьма своеобразными элементами земной коры. Они сложены почти исключительно вулканическими породами и широко распространенными комагматичными интрузиями гранитоидов. Своеобразно также внутреннее роение вулканических толщ, для которых характерны не собственно складчатые структуры, а тектоновулканические - депрессии, грабены, экструзивные купола, кальдеры, обрушения и др.

На КС континентального и регионального уровней генерализации вулканические пояса четко оконтуриваются по особенностям фотоизображения, если они не перекрыты единой поверхностью пенеплена вместе с одновозрастными тектоническими элементами. Наиболее уверенно проводятся границы вулканических поясов в случае совпадения их с разломами. Отдельные звенья вулканических поясов нередко характеризуются различными рисунками изображения (обычно дендритовидного). Часто, особенно в Центральном Казахстане, хорошо выделяются поднятия древнего основания вулканических поясов среди полей изверженных пород. Линейные структуры на КС континентального и регионального уровней генерализации обычно отвечают глубинным разломам, параллельным или поперечным простиранию вулканических поясов.

Рис. 24. Схема геологического дешифрирования КС Байсунской впадины (Средняя Азия): 1-3 - контакты: 1 - стратиграфические, 2 - тектонические, 3 - без разделения; 4 - границы участков различной дешифрируемости; 5 - распаханные участки; 6 - локальные линеаменты; 7 - маркирующие горизонты

На снимках локального уровня генерализации в виде площадных (объектов выделяются отдельные вулканотектонические депрессии, грабены и наложенные впадины. Они различаются по рисунку изображения и общему фототону. На этих же снимках нередко наблюдаются крупные субвулканические тела, сопровождаемые вторичным окварцеванием и другими вторичными явлениями. Они имеют белесый фототон и четко отделяются от более темных полей, отвечающих покровам лав и туфов. Иногда в виде площадных объектов дешифрируются отдельные поля молодых платобазальтов и депрессии, выполненные игнимбритами. Также выделяются участки, сложенные вулканогенно-осадочными комплексами, для которых характерен тонкополосчатый рисунок.

Космические снимки детального уровня генерализации позволяют дешифрировать крупные лавовые потоки, пласты туфов, пачки вулканогенно-осадочных образований, субвулканические и экструзивные тела разной формы, отдельные вулканические аппараты-кальдеры обрушения, некки, шлаковые конусы, корни трещинных излияний. Таким образом, для структурно-геологических исследований (в традиционном понимании содержания этих работ) пригодны КС I масштаба 1:2500000 и крупнее. Снимки меньшего масштаба дают информацию только при особо благоприятных условиях. Степень выраженности слоистых комплексов на КС зависит не столько от контрастности пород, слагающих эти комплексы (в том числе и от их оптической контрастности), сколько от характера их залегания, переслаивания и различий в степени устойчивости к процессам денудации. Наиболее четкие геологические модели космических изображений формируются при анализе мощных слоистых толщ Аритмического строения, образующих простые моноклинальные или .складчатые структуры. Толщи такого строения наиболее характерны для мезозойско-палеогеновых разрезов окраинных частей горно-складчатых сооружений, но встречаются среди и более молодых, и более древних отложений. Сложное строение структур слоистых образований приводит к гомогенизации их изображения даже при хорошей выраженности структурных комплексов в рельефе.

Космические изображения складчатых палеозойских и тем более допалеозойских стратифицированных комплексов более трудны для структурно-геологического анализа. Даже слабый метаморфизм этих пород приводит к выравниванию их прочностных (по отношению к денудации) свойств, они перестают "держать" рельеф и соответственно хуже читаются на высотных изображениях. В некоторых случаях слоистые породы настолько контрастны по оптическим свойствам, что различаются просто по фототону. Кроме того, при среднекрутых моноклинальных залеганиях слоев даже небольшие различия в устойчивости пород способствуют формированию грядового куэстового рельефа, отражающего геологическую структуру этих толщ. Интересно, что в условиях выровненного рельефа (типа Казахстанского мелкосопочника) условия для дешифрирования палеозойских слоистых толщ во многих случаях улучшаются по сравнению с горными регионами. В условиях развитого пенеплена маломощные алювиальные чехлы на породах разного литологического состава очень часто оказываются по оптическим свойствам более контрастными, чем их материнские породы. Глубокометаморфизованные породы с трудом поддаются струкурно-геологическому анализу по данным ДЗ. Для них не характерен литоморфный рельеф, структура их сложна, а оптические характеристики близки. На снимках среднего масштаба изображение глубокометаморфизованных пород в большинстве случаев гомогенно. Однако на снимках крупного масштаба удается восстановить пространственное положение достаточно крупных структурно-формационных комплексов, особенно если их распределение контролируется разрывными нарушениями.

Особую группу объектов для структурно-геологического анализа по данным ДЗ составляют молодые слабометаморфизованные осадочные комплексы. Внутренняя структура терригенных моласс неоген-четвертичного возраста, выполняющих межгорные впадины, на Космических снимках выявляется плохо из-за незначительных оптических контрастов большинства молассовых толщ (особенно на чернo-белых снимках) и слабо различающейся устойчивости по отношению к процессам денудации. Рельеф дислоцированных моласс определяется случайными латеральными неоднородностями их литологического состава и современной трещинной сетью. Дешифрируемость молассовых образований значительно улучшается, если в их разрезах встречаются оптически контрастные толщи (типа белых гипсовых горизонтов в красноцветной молассе Раджикской депрессии) или толщи не молассового типа (например, прочные морские сарматские известняки и песчаники в серой молассе туринской впадины). В первом случае структура моласс выявляется о фототональным признакам, во втором - по структурно-геоморфологическим. И, наконец, еще одно благоприятное для дешифрирования сочетание пород - переслаивание в разрезах моласс пачек конгломератов и менее грубообломочных терригенных пород; конгломераты практически всегда образуют бронирующие поверхности. При этом структурно-определенные формы рельефа могут быть подчиненными, но все же выявляться на космических изображениях достаточно крупного масштаба.

Строение молодых отложений в условиях хорошей обнаженности является на космических изображениях очень отчетливо. Как правило, четвертичные покровные образования слагают вполне определенные формы рельефа, опознаваемые на МДЗ по индивидуальным рисункам изображения, т. е. при анализе КС территорий, покрытых четвертичными породами, легко формируются и геоморфологические, и соответствующие им геологические модели изображений. Факторами, затрудняющими дешифрирование, являются главным образом залесенность территорий и их сельскохозяйственная освоенность.

Выявление и анализ неслоистых геологических тел на космических изображениях также зависят от региональных тектонических и геоморфологических особенностей. Условия интенсивно расчлененного высокогорья неблагоприятны для обнаружения даже крупных интрузивных массивов. Особенно резко это проявляется в наиболее молодых горных сооружениях, где новейшая тектоника нацело перерабатывает более древние структуры. Так, в пределах Южного Тянь-Шаня только по косвенным признакам определяются границы Гиссарского гранитоидного массива.

Массивы изверженных пород лучше прослеживаются на космических снимках щитов древних и молодых платформ. Степень их выраженности на изображениях во многом зависит от возраста, формы и соотношений с тектонической структурой. Конкордантные линейно вытянутые массивы обнаруживаются, как правило, хуже дискордантных изометричных. Так, на снимках Кольского полуострова (Балтийский щит) слабо распознаются конкордантные ультраосновные массивы Печенгской рифтовой зоны, а изометричные массивы Имандра-Варзугского района выявляются практически на любых снимках, причем это в равной степени касается и палеозойских интрузивов типа Хибинского и Ловозерского и нижнепротерозойского Мончетундровского плутона. На щитах молодых платформ выраженность интрузивных массивов в ландшафте (и соответственно на КС) также существенно зависит от их формы, состава и возраста. Так, в южной части Центрального Казахстана на космических изображениях хорошо видны самые молодые (пермские) гранитоидные массивы. Такие крупные изометричные интрузивы, как Бектау-Ата, распознаются даже на континентальных снимках. В то же время девонские массивы изометричной формы распознаются значительно хуже. Это связано, по-видимому, с тем, что кислые молодые интрузивы в условиях слабой новейшей активизации "всплывают" по отношению к раме и создают заметные положительные формы рельефа с характерными (обычно центробежными) рисунками фотоизображения. "Всплывание" и денудация девонских (и более древних) массивов закончились в предыдущие тектонические эпохи и сейчас они представлены маломощными, практически плоскими телами и явной выраженности в рельефе не имеют. Еще хуже распознаются согласные со структурой небольшие тела гипербазитов; на космических изображениях в рассматриваемом районе они обнаруживают себя более светлым фототоном, связанным с развитием над этими телами мощных монтмориллонитовых кор выветривания. Контуры интрузивных тел, отдешифрированные на космических изображениях, часто превышают реальные контуры тел на дневной поверхности, так как маломощные, сильно измененные провесы кровли массивов имеют на КС тот же облик, что и сами массивы.

Сходный с изометричными гранитоидными массивами рисунок изображения имеют соляные "купола" в областях новейшей активизации. Это также "всплывающие" структуры, формирующие положительные формы рельефа. В тектонически спокойных областях с выходами солей чаще связаны отрицательные геоморфологические изометричные элементы, иногда имеющие вид "разбитой тарелки" из-за развития систем присводовых разрывных нарушений.

Развитие методов ДЗ существенно изменило содержание терминов "разрывное нарушение" и "разлом". В практике космогеологических работ разрывные нарушения и разломы являются элементами более широкого понятия "линейные объекты дешифрирования" (или "линеаменты"). Последние, кроме разрывов со смещением и разломов глубинного типа, объединяют линейные деформационные структуры, включающие трещины, зоны трещиноватости и проницаемости, ландшафтно-выраженные погребенные линейные разделы различного типа и др. Значительную часть линейных объектов можно обнаружить только на обзорных дистанционных изображениях, где они генерализуются из множества малозначащих деталей геологического и геоморфологического строения. Коротко остановимся на дешифрировании на космических изображениях разрывов со смещением.

Выявление смещений геологических границ по разрыву зависит от кинематики разрывов и их ориентировки по отношению к генеральной тектонической зональности. Наименьшие смещения могут быть обнаружены по разрывам сдвиговой кинематики, поперечным или диагональным по отношению к складкам или моноклиналям. На снимках детального и локального уровня обнаруживаются сдвиги амплитудой в первые десятки метров. Достаточно четко обнаруживаются сдвиги в гранитных (см. рис. 22) и других изверженных породах. Смещения по поперечным сбросам следятся с меньшей уверенностью. Продольные сбросы обычно выражены лишь геоморфологически; оценить амплитуды смещения по ним можно только предположительно. Это относится также и к крутым взбросам. Надвиги на КС определяются с большим трудом; оценить их амплитуды можно лишь в редких случаях.

В заключение отметим, что на участках с идеальной фотогеничностью геологических образований по данным дешифрирования КС удается составлять геологические карты, по детальности превосходящие одномасштабные карты, составленные по данным наземной геологической съемки. Однако такие участки встречаются не слишком часто. Космическая информация в структурно-геологических исследованиях наряду с уточнением геологического строения отдельных фрагментов изучаемой территории применяется для упорядочения данных (это связано с обзорностью КС), детализации структурных характеристик отдельных элементов геологического строения и картирования структур, плохо или совсем необнаруживаемых при наземных исследованиях.