Новейший геодинамический режим и обстановки четвертичной седиментации Восточно-Уральского плато

Глава V. Моделирование процессов рельефообразования Южного Урала в аспекте характеристики неотектонического режима развития.

В данном разделе приведены результаты авторского моделирования рельефообразующих процессов участка Чекинского хребта на восточном склоне Южного Урала. Основная цель моделирования заключалась в анализе моделей развития рельефа и в ответе на вопрос о возможном применении единой схемы рельефообразования ко всей области в целом. Другими словами, численное моделирование рельефа в данном случае выступает как независимый инструмент для анализа новейшей геодинамики структур Восточно-Уральского плато, а общие принципы при этом сводятся к анализу возможных схем и стиля морфологического преобразования и сопоставлению модельного развития и реального, данные о котором получены в процессе полевых наблюдений. В случае положительного ответа о применимости единой схемы рельефообразования геоморфологическое строение области Чекинского поднятия можно считать однородным, а рельеф рассматриваемой области остаточным. Отрицательный ответ будет означать неоднородные условия протекания процессов рельефообразования, то есть косвенно свидетельствовать об активной неотектонике региона, а также о том, что неоднородные условия и различия в процессах рельефообразования обусловлены активным геодинамическим режимом.

В разделе рассмотрены методика и принципы моделирования для двумерных и для трехмерных моделей, приведен обзор мирового опыта моделирования рельефа. Для обоснования корректности численного моделирования структур в пределах Восточно-Уральского плато показано, что на рассматриваемой территории по совокупности морфометрических показателей между собой различаются группы долин, развитие которых определяется различными новейшими структурами, то есть геодинамический режим действительно определяет одновременно целый комплекс морфологических показателей, описывающих поверхность рельефа.

Чекинский хребет был выбран в качестве модельного участка по следующим причинам. 1) Этот участок достаточно хорошо и разносторонне изучен нами в процессе полевых работ. 2) На восточном склоне Южного Урала имеется целая серия поднятий, структурно и морфологически схожих с поднятием данного хребта, характеристика геодинамического режима развития которых имеет принципиальную важность для характеристики неотектоники всего Южного Урала. 3) На достаточно ограниченном по площади участке здесь представлены различные по структурно-морфологической позиции и возрасту элементы: водораздельные поверхности, склоны, террасовидные уступы, речные долины и молодые эрозионные врезы.

Основу модели составляют соотношения для диффузионного массопереноса и для русловой эрозии. Последняя определяется соотношением, используемым в ряде других моделей (Whipple, 2001; Tucker, Slingerland, 1996; Howard, Kerby, 1983; Георгиевский, 2006, 2008а). Модель развития рельефа описывается следующим образом: ∂z/∂t = g (∂²z/∂x²+ ∂²z/∂y²) - eA^cSⁿ, где z - значение высоты, t - время, x, у - прямоугольные координаты, A - площадь водосбора, S - локальный уклон; g, e, c, n - коэффициенты. Первое слагаемое отвечает за склоновые процессы (<диффузионная> компонента), а второе - за русловые процессы (<эрозионная> компонента). С использованием конечно-разностных схем решения (Калиткин, 1978), алгоритм решения был реализован автором в модуле Visual Basic. В результате была построена серия моделей развития рельефа для территории Чекинского хребта.

В качестве исходной модельной морфологии взята реальная современная топографическая поверхность. Таким образом, моделируется стиль, характер морфологического преобразования поверхности, которые наблюдались бы при воздействии рельефообразующих агентов. В этом случае чрезвычайное значение имеют данные полевых наблюдений, а точнее - сведения об интенсивности развития тех или иных экзогенных процессов (участках интенсивной локальной эрозии, наличии областей аккумуляции, полевые наблюдения касательно тенденций развития рельефа, в том числе о процессах речного террасообразования, особенностях гидрологических процессов и других). Далее, рассмотрение реальной поверхности в качестве исходной модельной поверхности позволяет отвечать на вопрос о возможном генезисе современного рельефа как остаточного. Важно, что при моделировании показательными являются именно соотношения морфологических структур, эрозионный рисунок и общая конфигурация дренажной сети, но не абсолютные значения высот и даже не простое подобие поверхностей, так как последние величины определяются только значением коэффициентов в уравнениях модели и модельным временем развития рельефа.

В результате моделирования при попытке описать процессы рельефообразования единой схемой, с тождественными параметрами, как для развития высоких водораздельных морфологических структур, так и для низких базисных уровней наблюдаются существенные расхождения модельного и реального рельефа. Причем существенно расходятся с реальными наблюдениями тенденции и участки локализации экзогенных рельефообразующих процессов. Это позволяет сделать вывод о том, что различные структуры в районе Чекинского хребта различаются не только по геоморфологии, но также и по режиму новейшего развития, который, в частности, и определяет интенсивность экзогенных геологических процессов, преобразующих рельеф. Другими словами, все это является косвенным подтверждением того, что область Чекинского поднятия характеризовалась активным геодинамическим режимом на новейшем этапе, который контролировал области локализации экзогенных рельефообразующих факторов, создавая при этом неоднородные по площади в целом условия развития рельефа.