книги / Опасные геоморфологические процессы и риск природопользования

Опасные геоморфологические процессы в зонах активных разломов - локальный уровень

Таблица 4.13

Элементы залегания трещин в рыхлых отложениях

пролювиально-делювиально-аллювиальные позднеплейстоцен-голоценовые от­ ложения общей толщиной до 6 м. Несомненно, надвигание происходило в не­ сколько стадий, о чем свидетельствует гранулометрический состав рыхлой тол­ щи. В слоях и линзах пролювия, делювия и аллювия отмечаются трещины, совпа­ дающие по элементам залегания с разрывами в коренных породах (табл. 4.13). Более того, само переслаивание аллювиальных, делювиальных и пролювиальных отложений говорит о частой смене режима осадконакопления с нормального ал­ лювия на резкий грубообломочный пролювий и делювий, который приносился с селевыми потоками или склоновыми поверхностными оползнями, инициатором чего могли выступать помимо крупных ливней и землетрясения.

Локальные сдвиговые разломы отмечаются по р. Кантегир, где амплитуда горизонтальных перемещений достигает 200 —600 м. В районе устья р. Джой на­ блюдается активный молодой надвиговый разлом, который в рельефе выражает­ ся в виде ансамбля куэст и куэстообразных форм. В целом надвиг представлен чешуйчатым веером из пяти сместителей с общими элементами залегания: ази­ мут падения 80 —90°, угол падения 25 —30°. Расстояние от фронтального до тыло­ вого сместителя составляет 7—10 км. По р. Енисей от устья р. Джой до руч. Кар­ лова проходит разлом неясной кинематики, хорошо проявленный в рельефе в виде спрямленных форм. Все эти активные локальные разломы расположены в нескольких километрах от плотины ГЭС вверх по течению р. Енисей. В радиусе 20 км от плотины с помощью полевых и дистанционных геоморфологических ме­ тодов активные локальные разломы различной кинематики прослежены также по рекам Щербень, Собачка, Соболева, Сизая, Голубая, Джойская Сосновка, Уй, Пойлова и др.

Таким образом, проведенные исследования показали, что геодинамический потенциал выделенных первых двух групп активных разломов (см. рис. 4.5) весь­ ма высок и его следует учитывать при проведении работ по выяснению степени геоморфологической опасности территорий, примыкающих к плотине СаяноШушенской ГЭС.

Плотина Саяно-Шушенской ГЭС и сопутствующие элементы промышлен­ ной инфраструктуры являются главным субъектом геоморфологической опас­ ности в данном районе. Имеются серьезные причины рассматривать прилегаю­ щие к плотине ГЭС районы как область высокого геоморфологического риска, особенно районы, расположенные вблизи водохранилища [Краснораменская, Григорьев, 2007]. Плотина перегораживает долину р. Енисей в узком месте, вы­ сота плотины достигает 250 м, ширина долины реки в этом месте менее 500 м. За плотиной расположено Саяно-Шушенское водохранилище длиной около 250 км. Сразу за плотиной вниз по р. Енисей расположен поселок энергетиков Черемуш­ ки. Ниже по течению находятся с. Майна и небольшая Майнская ГЭС, еще ниже у выхода долины р. Енисей в Минусинскую котловину расположен город метал­ лургов Саяногорск. Общая численность жителей составляет более 100 тыс. чело­

151

Глава 4

век. Долина р. Енисей от плотины до Саяногорска представляет собой практи­ чески прямое V-образное ущелье. Это с одной стороны. С другой стороны, исследования разломно-блоковой структуры и геоморфологического строения района плотины ГЭС показывают, что здесь расположены активные локальные разломы и тектонические блоки, представляющие реальную геоморфологичес­ кую, тектоническую и сейсмическую опасность.

Кроме приведенных выше данных, повышенная геоморфологическая опас­ ность подтверждается исследованиями разломно-блоковых структур региона [Гладков, Кузьмин, 1994]. Установлено, что причиной возникновения активных разломно-блоковых структур является генеральное позднеплейстоцен-голоцеио- вое поле тектонических напряжений, которое благоприятствует активизации древней разломной сети и возникновению новых локальных разломов. В резуль­ тате этого обособились и начали взаимодействовать между собой блоки, вычле­ няемые подновленными и новыми разрывами. Однако древняя сеть разрывных нарушений в условиях нового поля тектонических напряжений не способна сни­ мать накапливающиеся нагрузки через значительные тектонические подвижки, поэтому стали преобладать процессы внутриблоковых деформаций с образова­ нием новой сети разрывов, удовлетворяющих этому новому полю тектонических напряжений.

Как отмечено выше, рядом с плотиной Саяно-Шушенской ГЭС расположе­ но сочленение нескольких локальных разломов, потенциальная активность кото­ рых подтверждена, кроме прочего, и математическим моделированием [Шерман и др., 1996]. Субмеридиональный локальный разлом вдоль р. Енисей от устья р. Джой до устья руч. Карлова, выделенный по геоморфологическим данным, имеет и структурно-геологическое подтверждение. Он является восточной гра­ ницей небольшого штока позднесилурийских гранитоидов, т. е. специфической вещественной неоднородности, имеющей (по законам физики разрушения твер­ дых тел) преимущество в смысле накопления упругой энергии при прочих рав­ ных условиях, которая может реализоваться в виде землетрясений.

Следовательно, активные разломы, расположенные в районе плотины Сая­ но-Шушенской ГЭС, являются реальным и постоянно действующим на протяже­ нии позднего плейстоцена и голоцена источником геоморфологической опаснос­ ти. В связи с тем, что, во-первых, эта опасность достаточно высока, во-вторых, промышленный объект имеет большое экономическое и политическое значение, в-третьих, в сфере его непосредственного влияния находится более 100 тыс. че­ ловек, геоморфологический риск, как и геоморфологическая опасность, может быть также достаточно высоким.

4.2.2.Опасные геоморфологические процессы

вПриольхонье (Западное Прибайкалье)

Предлагается к рассмотрению частный подход к оценке потенциальной гео­ морфологической опасности при крупномасштабном геоэкологическом карто­ графировании для локального уровня, связанной с развитием активных разломов в областях современной геодинамической активности на примере центральной части Байкальской рифтовой зоны, где представлены типичные для этой цели объекты [Кузьмин, 2008]. В качестве модельного объекта выбран полигон Кулура, расположенный в Приольхонье (Западное Прибайкалье) в центральной части Байкальского рифта в зоне активного Приморского разлома (рис. 4.6). Админи­ стративно и территориально полигон принадлежит Ольхонскому району Иркут­ ской области, расположен в границах Прибайкальского национального парка —

152

Глава 4

оз. Байкал. В этой связи актуально выделение на полигоне Кулура районов, в ко­ торых вероятность возникновения негативных (опасных) геоморфологических

процессов наиболее высокая.

Критериями оценки геоморфологической опасности на полигоне Кулура являются параметры, ответственные за формирование современного рельефа. Полигон располагается в зоне Приморского разлома, на северо-западном плече Байкальского рифта, в его центральной части. Зона Приморского разлома фор­ мирует северо-западный борт впадины пролива Малое море и Кучелго-Талов- ской депрессии, которые в региональном масштабе образуют грабен-сател/шт Байкальской рифтовой зоны. Приморский разлом активен на протяжении всего позднего кайнозоя, в том числе и в современный период. Тектонические подвиж­ ки в его зоне сформировали на полигоне Кулура контрастный "клавишный" рель­ еф, типичный для рифтовых зон континентов [Трифонов, 1983; Knuepfer, 1984). Современный структурный рисунок территории полигона Кулура — сетка по­ тенциально активных разломов — обеспечивает формирование основных черт морфологии рельефа. Экзогенные рельефообразующие процессы, такие как эрозия, суффозия, карст, абразия и другие, усложняют структуру современного рельефа, разнообразят облик ландшафта.

Современная ороклиматическая позиция района позволяет нам, опираясь на опыт предыдущих исследований [Кузьмин, 2004а], выделить в качестве крите­ риев оценки потенциальной геоморфологической опасности территории полиго­ на Кулура плотность линеаментов (потенциально активных разломов) и градиент высот (потенциальная гравитационная энергия рельефа).

На полигоне Кулура в структурном рельефе прослеживается чередование параллельных горстов и грабенов, отражающих внутреннее строение зоны При­ морского разлома. Самый крупный грабен расположен в районе пади Широкой, самый крупный горст формирует хребет Северо-Восточный. Слабо дифферен­ цированные неотектонические движения на юге полигона сформировали массив Юго-Западный (см. рис. 4.6).

Современная структурно-геоморфологическая позиция полигона Кулура была оценена с помощью построения карты линеаментов или потенциально ак­ тивных разломов (рис. 4.7). Основой для создания этой карты послужило дешиф­ рирование аэрофотографических снимков масштаба 1:10 000 и топографических карт масштаба 1:25 000, а также полевые геоморфологические и структурно-гео­ логические наблюдения. На карте выделялись локальные линеаменты: уступы, гребни, крутые, обрывистые склоны, линейно вытянутые ослабленные зоны в горных породах, тектонические и структурные контакты, флексуры и т. п. Все эти элементы потенциально способствуют реализации современных тектоничес­ ких движений по зонам разломов.

Анализ карты показал, что подавляющее большинство локальных разломов имеет простирание, согласное с общим простиранием зоны Приморского разло­ ма. Помимо этого выделяются две другие системы локальных разломов: Кулуринская, близкая по простиранию к меридиональной, вычленяющая массив Юго-Западный, и Харгинская, близкая по простиранию к широтной, формирую­ щая правый борт долины р. Харга. Три главные системы локальных разломов со­ ставляют 90 % от их общего числа на всем изученном полигоне (табл. 4.14). Дру­ гие локальные разломы не формируют самостоятельных систем и фактически находятся в отношениях подчинения главным системам, образуя дополнитель­ ные элементы инфраструктуры зон активных разломов более высокого ранга.

154

Гпава А

не мала, опасность могут представлять некоторые другие, главным образом экзо­ генные, геоморфологические процессы и явления. Поэтому к типу областей с умеренной геоморфологической опасностью были отнесены также пойменно­ долинные комплексы наиболее крупных рек полигона, устья рек и прибрежные низины оз. Байкал, где велика вероятность развития таких опасных геоморфоло­ гических процессов, как плановые деформации русел, размыв или заболачива­ ние и заиление берегов, дефляция, эрозия, абразия и т. д.

Таким образом, для модельного полигона Кулура выделены области с повы­ шенной и умеренной геоморфологической опасностью, а также условным ее от­ сутствием. Для каждой из этих областей определены современные опасные гео­ морфологические процессы и формы рельефа, на которых они развиваются, виды антропогенной нарушенное™ и сформулированы рекомендации по рекреа­ ционному использованию земель (табл. 4.15).

Области повышенной геоморфологической опасности являются местами высокого риска природопользования, в том числе рекреационного. Однако воз­ действие источников и видов геоморфологической опасности может быть как отрицательным, так и положительным — способствовать развитию некоторых видов деятельности. То есть человек имеет возможность использовать опасные процессы и явления в некоторых отраслях хозяйства с выгодой для себя. Есте­ ственно, что конкурентоспособность этих отраслей в обстановке геоморфологи­ ческой опасности по сравнению с другими отраслями возрастает. Туризм являет­ ся таким видом деятельности. Особенность экологического туризма заключается в стремлении человека получить эстетическое удовлетворение, эмоциональный и физический заряд посредством общения с дикой природой, изобилующей опасностями, которые стимулируют положительные переживания, будоражат психику, разнообразят ритмы жизни, располагают к приключениям. Особенно это относится к жителям крупных городов, для многих из которых ценны ситуа­ ции повышенного риска (адреналина в крови) во время отдыха на природе. В этой

Таблица 4.15

Основные современные опасные геоморфологические процессы на полигоне Кулура

158

Опасные геоморфологические процессы в зонах активных разломов - локальный уровень

связи экологический туризм будет тяготеть именно к местам повышенной гео­ морфологической опасности. Тем не менее, в этих областях следует осущест­ влять усиленный контроль как за развитием опасных геоморфологических про­ цессов, так и за поведением туристов в дикой природе.

Области умеренной геоморфологической опасности не вызывают столь серьезных опасений при их использовании в рекреационных целях. Однако сле­ дует придерживаться всех федеральных и региональных законодательных актов по природопользованию, а также проводить дополнительные исследования ха­ рактера рельефа и осуществлять превентивные меры по его рекреационному ис­ пользованию. В частности, не допускать размещения на таких территориях по­ стоянных рекреационных объектов, не допускать бесконтрольных земельных работ и прокладки линейных сооружений.

Области условного отсутствия геоморфологической опасности наиболее пригодны для полномасштабного рекреационного использования. На них воз­ можно сооружение рекреационных объектов, прокладка постоянно функциони­ рующих дорог и троп, соблюдение самых общих правил поведения рекреантов в дикой природе. Тем не менее, этот процесс также должен быть управляемым, прежде всего со стороны муниципальных властей и собственников туристичес­ ких баз и кемпингов. Необходимо соблюдать все нормативные акты по экологи­ ческой реабилитации нарушенных земель.

Построенная карта потенциальной геоморфологической опасности должна лечь в основу крупномасштабного планирования развития сети туристско-ре­ креационного использования территории, обеспечения безопасности данной от­ расли экономики, в том числе на других локальных территориях Западного При­ байкалья. Она помогает не только в определенной мере обезопасить человека и хозяйственную инфраструктуру, но и способствует разработке целевой экологи­ чески ориентированной программы по сохранению разнообразия природных систем и, как следствие, экологических сообществ на полигоне Кулура, а в даль­ нейшем и на других рекреационно значимых территориях.

4.2.3. Цифровые модели рел для оценки геоморфологической ситуации

Анализ морфометрических показателей рельефа является важным звеном в цепи дистанционных методов, используемых при геоморфологических исследо­ ваниях, направленных на оценку ландшафтной ситуации и опасных природных процессов. Чтобы это подтвердить, проведены специальные аналитические ис­ следования [Кузьмин и др., 2007а]. Исходными данными для них явились цифро­ вые модели рельефа, которые, как правило, строятся при помощи программных средств ГИС. В результате морфометрического анализа цифровая модель релье­ фа дополняется новыми массивами данных. В дальнейшем узловые участки соз­ данных моделей проходят проверку с помощью полевых наблюдений, дешифри­ рования аэрофотографических и космических снимков.

При создании цифровых моделей рельефа и их интерпретации применяют­ ся различные методы. В основу проводимого моделирования положены принци­ пы метода пластики рельефа [Степанов и др., 1983; Метод..., 1987; Геометрия..., 1991; Канаева, 2007]. Он позволяет описывать топографическую поверхность с помощью изолиний высоты, горизонтальной, вертикальной и средней гауссовой кривизны, а также экстремумов кривизны —структурных линий рельефа (водо­ раздел, тальвег, подошва, бровка). В результате генерализация рельефа, заложен­ ная в гипсометрических горизонталях топографических карт, выделяется и ста­

159

Глава 4

новится приемлемой для морфометрического анализа инвариантной структуры рельефа. Метод основан на геометрическом преобразовании изогипс согласно методу вторых производных. Вводится новая картографическая изолиния —пла­ новой и профильной кривизны —морфоизографа, которая соединяет точки пе­ регибов изогипс с одинаковой кривизной (нулевой). Она структурирует земную поверхность путем разделения на области дивергенции и конвергенции потоков вещества и энергии, создающие системную целостность — потоковые структу­ ры. При этом графически обособляются водоразделы, склоны разной крутизны, экспозиции и протяженности. Метод пластики рельефа сравнительно-географи­ ческий, поскольку объединяет точки (значения) топографической модели зем­ ной поверхности путем группировки по сходству признаков в математически однородные изолинии, изоповерхности, изообъемы.

При картографической реализации метода пластики рельефа области ди­ вергенции и конвергенции отображают ориентированные гравитационным по­ лем элементарные поверхности —повышения и понижения. При этом решается задача количественного картографического представления топографических факторов перераспределения вещества, его миграции и аккумуляции. Причем метод пластики даже на равнинных территориях позволяет выделить и изучить систему бассейнов стока, в пределах которых прослеживаются области форми­ рования, транзита и аккумуляции твердого и водного стока. Метод позволяет также определять бассейны стока по следам древней гидрографической сети с областями формирования, транзита и аккумуляции вещества.

Методологической и методической основой метода пластики рельефа явля­ ется структурно-геоморфологический подход [Ласточкин, 1991; Симонов, 1999], который направлен на установление структурных уровней и элементов рельефа, их качественную и количественную характеристику на основе выявления и ана­ лиза структурных линий, "скелета" рельефа. Внешний облик рельефа определя­ ется закономерными сочетаниями характерных точек и линий, на которые как бы "натянуты" поверхности. Сочетания точек, линий и поверхностей создают в пространстве геометрические единства или комплексы. Выделяя их в каждой форме рельефа, мы раскрываем их морфологическую структуру, а точки, линии

иповерхности в этом случае можно рассматривать в качестве ее базовых эле­ ментов [Пириев, 1986; Поздняков, Черванев, 1990; Якименко, 1990].

Одной из особенностей элементов геоморфологической структуры являет­ ся то, что их число и характеристики не остаются постоянными, а меняются в за­ висимости от происхождения и возраста рельефа, связаны и с масштабом карты,

ис процедурой генерализации рельефа. При увеличении масштаба карт некото­ рые точки и линии превращаются в поверхности, при уменьшении наблюдаются обратные изменения. Этим элементы геоморфологической структуры отличают­ ся от геометрических точек, линий и поверхностей. Для того чтобы сохранить эти различия, следует говорить о том, что морфометрия рельефа выделяет физи­ ческие (реальные), а не геометрические (гипотетические) точки, линии и поверх­ ности, но изучает при этом их геометрические свойства и отношения в связи с анализом происхождения и развития рельефа.

Использование различных методов исследования рельефа (с помощью натур­ ных описаний и полевой геоморфологии, по аэрокосмоснимкам, топографичес­ ким картам, дистанционные методы) приводит к единому результату —установле­ нию его (рельефа) инвариантов. Совокупность структурных линий и элементов рельефа образует его абстрактный инвариант, применение которого для анализа

160