книги / Опасные геоморфологические процессы и риск природопользования

Опасные геоморфологические процессы в зонах активных разломов - локальный уровень

рельефа имеет универсальное значение, так как структура рельефа, запечат­ ленная в его инвариантных линиях, во всех отношениях является определяющей.

Объекты и процедура исследований Объектом исследований выбрана территория Приольхонья. Моделируемый

полигон расположен в районе залива Мухор между верховьями р. Кучелга и до­ линой р. Харга и включает приводораздельные участки Приморского хребта, участок его макросклона, фрагменты Кучелго-Таловской депрессии и Приольхонского плато.

Процедура моделирования начинается с составления цифровой модели местности, под которой понимается определенная форма представления исход­ ных данных и способ их структурного описания, позволяющий "вычислять" (вос­ станавливать) объект (рельеф) путем интерполяции, аппроксимации или экстра­ поляции. Моделирование рельефа осуществлялось путем интерполяции оцифро­ ванных изолиний с топографических карт, при этом следует отметить, что варианты моделирования могут быть разгруппированы исходя из принципа мо­ делирования [Кузьмин и др., 2007а]. Модели могут быть представлены в двух ви­ дах: TIN и GRID.

TIN —система неравносторонних треугольников, соответствующая триан­ гуляции Делоне. Она используется в качестве модели данных при конструирова­ нии цифровой модели рельефа, представляя его набором высотных отметок в узлах сети и заменяя его, тем самым, многогранной поверхностью. Кроме того, модели TIN могут применяться при генерации дополнительных данных при их нехватке для интерполяции. Преимущество триангуляционной модели заключа­ ется в отсутствии преобразований над исходными данными, но это не позволяет использовать ее для детального анализа.

GRID —представление цифровой модели в виде регулярной сетки квадра­ тов, когда в ее узлах заданы значения показателя. Модели, полученные при ин­ терполяции таким способом, представляют собой непрерывную матрицу данных, которая может быть подвергнута более тщательному анализу, поэтому данный способ моделирования и представления данных и был применен для создания цифровой модели рельефа.

Составление цифровых карт рельефа (оцифровка изогипс) осуществлялось в Лимнологическом институте СО РАН под руководством Э.Ю. Осипова в среде ГИС Arclnfo и ArcView и состояло из следующих основных этапов.

Сканирование на высокоточных планшетных сканерах. Взаимоувязка фраг­ ментов. При использовании малоформатных сканеров карту сканируют фраг­ ментами. Соседние фрагменты карты должны иметь перекрытия, необходимые для последующей их цифровой "склейки" Опираясь на опыт наших работ, мож­ но сказать, что перекрытия соседних фрагментов карты должны составлять не менее 10—12 см для стандартных карт масштаба 1:25 000. Эта процедура выпол­ няется в программе EasyTrace.

Привязка растров. Для этого используются пересечения линий прямоуголь­ ной координатной сетки. Оптимальное количество контрольных точек составля­ ет 4—9.

Векторизация. Осуществляется путем ручной или полуавтоматической (в за­ висимости от сложности карты) трассировки по растровой подложке с выделе­ нием некоторых тематических слоев. Каждый слой несет информацию об одном из аспектов исследуемой территории. В результате формируется точечная либо линейная карта объектов. Векторизацию проводят в программах-векторизато­ рах: EasyTrace или R2V.

161

Глава 4

Экспорт векторных слоев в формат ГИС ArcView.

“Сшивка” карт. Две изолинии на разных картах проверяются на наличие одинаковых идентификаторов, а затем соединяются в одну изолинию.

ArcView —географическая информационная система, обладающая необхо­ димым набором средств для ввода, хранения и обработки пространственных дан­ ных. Функциональный набор операций ArcView расширяется при помощи мно­ жества дополнительных модулей, как внешних, так и реализованных в виде скриптов языка программирования Avenue. С помощью дополнительного модуля Spatial Analyst производится обработка данных, представленных в виде грид-по- верхностей, и осуществляются запросы к этим данным. Кроме того, существует значительно обогащающие возможности ArcView модуль X-Tools. При помощи X-Tools выполняются типичные редакторские операции с темами.

Для анализа пластики рельефа, представленного в виде грида, использова­ лась программа OpenEV. Встроенный в программу инструментарий позволяет осуществлять программируемые в виде скриптов матричные преобразования над гридами. Программирование производилось в среде Python, состоящей из языка программирования и библиотеки функциональных модулей. Добавление модулей преобразования грид-данных —трудоемкая задача. OpenEV позволяет экспортировать получаемые грид-данные в большинство грид-форматов, в том числе в форматы, поддерживаемые ГИС ArcView. Все программные операции по моделированию рельефа выполнены в Институте динамики систем и теории уп­ равления СО РАН под руководством Е.А. Черкашина.

В программе R2V был оцифрован исследуемый участок местности на картах масштаба 1:25 000, отсканированных и сохраненных в формате \tif. Выделены изолинии высот, реки, береговая линия, высотные отметки и др.

Морфометрический анализ рельефа, представленного в виде грид-данных, отличается от анализа, использующего в качестве исходных данных горизонтали морфоизогипс. В основу анализа положено утверждение о том, что все точки грида разделяются на два класса: конвергенции и дивергенции. Считается, что точка принадлежит области (классу) конвергенции, если расположенные в ок­ рестности этой точки линии стока (вектора) сходятся. Точка принадлежит облас­ ти дивергенции, если расположенные в окрестности этой точки линии стока (вектора) расходятся [Метод..., 1987].

При помощи OpenEV выполнен расчет поля векторов стока как приближе­ ние отношений разности уровней точек окрестности к расстоянию между этими точками (принята система координат, где ось у направлена вниз):

О х

z — Z

Ув - У»

Окрестность точки

162

Опасные геоморфологические процессы в зонах активных разломов - локальный уровень

Анализ поля схождения/расхождения векторов стока. На поле схождения/ расхождения выделяются области, соответствующие знаку величины схождения/расхождения. Анализ осуществляется сравнением величины с нулем.

Геоморфологический анализ карт пластики рельефа проведем с помощью двух описанных выше моделей, которые для простоты изложения назовем услов­ но рельеф X и рельеф Y (рис. 4.11, 4.12). Они отражают соответственно горизон­ тальную (плановую) и вертикальную (профильную) кривизну земной поверхнос­ ти. Раскраска грид-данных отображает интенсивность стока по соответствующей координате в конкретной точке.

Анализ моделей по ярусам рельефа (структурный) Водораздельный ярус рельефа представлен гривами и гребнями отрогов

Приморского хребта, осложненными останцовыми формами. Их осевые линии дешифрируются с помощью модели рельеф X. Модель рельеф Y позволяет про­ следить главные направления сноса осадочного материала с гребней и грив, а также оценить площади и конфигурацию поверхностей сноса.

Склоновый ярус рельефа представлен приводораздельным пологим макро­ склоном Приморского хребта, крутым склоном-эскарпом вдоль Приморского разлома, пологим предгорным делювиальным шлейфом, а также отдельными не­ большими склонами различной крутизны на участке Приольхонского плато.

Приводораздельный макросклон проявлен на обеих моделях рельефа доста­ точно отчетливо, причем заметно, что при приближении к склону-эскарпу мак­ росклон становится все более террасированным, с резкими (пусть и небольши­ ми) перепадами высот. Отследить эти перепады с помощью топографических карт и даже при визуальном обследовании практически невозможно. Более то­ го, модель рельеф Y позволяет на пологой верхней поверхности выделить зоны (полосы) преимущественной аккумуляции (заболоченные пространства) и сноса рыхлого материала, а на нижней террасированной поверхности даже подсчитать количество невысоких уступов (перепадов) и определить их морфометрические характеристики, что также возможно только с использованием данных моделей пластики рельефа. Модель рельеф X позволяет проследить переходы уступов на водораздельных гривах и гребнях в перепады на макросклоне.

Склон-эскарп Приморского разлома отчетливо проявлен на обеих моделях. Модель рельеф Y позволяет определить ориентацию и приблизительную ширину склона-эскарпа. Модель рельеф X в этом смысле более информативна. Кроме указанных морфометрических характеристик, она позволяет определить коли­ чество отдельных уступов на склоне-эскарпе, их ширину, ориентацию и геомет­ рические взаимоотношения, которые являются отражением позднекайнозой­ ских тектонических движений. Эта же модель позволяет выделить делли (зарож­ дающиеся мелкие распадки) на склоне-эскарпе, что в других случаях возможно только при визуальном обследовании.

Предгорный делювиальный склон (подгорный шлейф) Приморского хребта проявлен на моделях рельефа фрагментарно, поскольку прерывается по прости­ ранию боковыми долинами-притоками р. Кучелга. Обе модели подчеркивают две разновозрастные генерации поверхностей делювиального склона-шлейфа. Бо­ лее древняя генерация значительно положе и сохранилась только в виде неболь­ ших участков, слабо или совсем нетеррасированных (может быть сопоставлена с эпохой среднеплейстоценового относительного тектонического покоя). Более молодая генерация круче и заметно террасирована, что особенно хорошо прояв­ лено в модели рельеф Y. На ней отмечаются закладывающиеся, совсем юные эро-

165

Глава 4

знойные врезы, которые можно сопоставить с эпохой тектонической активиза­ ции второй половины позднего плейстоцена и голоцена.

Склоны Приольхонского плато также хорошо проявлены на обеих моделях, и их анализ возможен для конкретных участков. Модель рельеф Y позволяет про­ водить анализ экспозиционных различий склонов. Модель рельеф X наиболее подходит собственно для морфометрического анализа: протяженности, ширины, ориентации и других характеристик склонов (например, схождений, узловых сочленений, трансекций и т. д.).

Долинный ярус представлен структурными и аккумулятивными террасами, высокой и низкой поймой р. Кучелга с левыми безымянными притоками и р. Харга.

Граница долинного яруса наиболее четко прослеживается на модели рель­ еф X. Выделяются крупные долины постоянных водотоков, трассирующие всю территорию, верховья которых расположены на Приморском хребте, и мелкие долины временных водотоков на Приольхонском плато. Модель рельеф Y позво­ ляет выделить в долинном ярусе фрагменты террас, высокой и низкой, в основ­ ном заболоченной поймы.

Аквальный ярус представлен подводными, донными формами рельефа зали­ ва Мухор на модели рельеф Y. Это дельтовые наносы в устьевой части р. Кучелга, волноприбойные косы на мысах, бар в волновой “тени" о. Тойнак.

Анализ моделей по происхождению рельефа (генетический)

По генезису в районе исследований преобладает эрозионно-денудационный, тектонический, гравитационный, карстово-суффозионный и эоловый рельеф. Широко представлены также формы рельефа смешанного генезиса.

Эрозионно-денудационный рельеф дешифрируется на обеих моделях в виде долин постоянных и временных водотоков. Более информативна в этом смысле модель рельеф X. Эти геоморфологические элементы достаточно подробно рас­ смотрены в предыдущем разделе. Здесь отметим только, что среди денудацион­ ных форм выделяются фрагменты поверхностей выравнивания, древних струк­ турно-террасовых уровней и собственно речных долин (дочетвертичных или среднеплейстоценовых), отрезанных от современного базиса эрозии и эрозион­ ной сети и разрушающихся ныне в основном за счет гравитационных процессов (подробнее будут рассмотрены ниже).

Тектонический рельеф представлен широким многообразием форм за счет того, что исследуемый участок расположен в зоне активного Приморского раз­ лома. Морфоструктурный анализ проведен в основном по модели рельеф X. Прежде всего отмечается собственно осевая зона Приморского разлома. Она сложно построенная, состоит из серии более мелких тектонических уступов, за­ падин и шерлопов. Характер рельефа свидетельствует о том, что Приморский разлом является сбросом. Вместе с тем отмечается наличие сдвигового компо­ нента в кинематике тектонических движений по разлому.

Ранее нами отмечался только левосдвиговый компонент позднекайнозой­ ских тектонических смещений по Приморскому разлому [Кузьмин, 1995]. В ра­ ботах С.И. Шермана [1970, 1977] высказывалась мысль о правосдвиговых движе­ ниях по разлому. Анализ модели рельеф X приводит нас к мысли о переменном знаке сдвиговых дислокаций по разлому, по крайней мере в плиоцен-четвертич- ное время. На модели рельеф X наиболее крупные долины (плиоцен) имеют ле­ вый сдвиг, менее крупные долины (ранний —средний плейстоцен) имеют правый сдвиг и, наконец, самые мелкие и молодые элементы рельефа (поздний плейсто­ цен —голоцен) вновь приобретают левый сдвиг.

166

Опасные геоморфологические процессы в зонах активных разломов - локальный уровень

Хорошо проявлены и другие древние геолого-структурные швы, например зона Чернорудско-Баракчинского разлома. В восточной части исследуемого участка она подчеркнута небольшими линейно вытянутыми эскарпами. Особен­ но примечателен Мухорский эскарп, являющийся почти точной копией эскарпа Приморского разлома в миниатюре. Анализ структурного рисунка зоны Мухорского и параллельных ему эскарпов позволяет также говорить о наличии лево­ сдвигового компонента в самых молодых рифтогенных разломах Приольхонья. На модели рельеф X впервые однозначно зафиксированы правосторонние сдви­ ги по разломам, поперечным основным рифтовым структурам, например, на се­ вере исследуемого участка вдоль молодой гривы.

Модель рельеф X позволяет оконтурить тектонические блоки, разделенные активными разломами. Иногда можно определить кинематику и характер текто­ нических движений блока. Например, на западе исследуемого участка правым сдвигосбросом вычленен узкий полосообразный блок, испытывающий активное опускание, совмещенное с одновременным кручением его по часовой стрелке.

Более детальный анализ на отдельных фрагментах позволяет выделить и другие, не менее интересные тектонически обусловленные формы рельефа.

Гравитационный рельеф во многом повторяет тектонический, хотя встреча­ ются и своеобразные геоморфологические элементы. Прежде всего это шлейфы рыхлого материала у подножия эскарпов. Гравитационное разрушение эскарпов протекает настолько активно, что мощность шлейфов даже под невысокими эс­ карпами достигает нескольких метров. Например, у подножия Мухорского эс­ карпа высотой всего 20 —30 м мощность шлейфа превышает 2 м (заложенный шурф на этой глубине не встретил кристаллических пород, что позволяет пред­ полагать и большую (до 3 м) величину мощности рыхлых отложений). Оползне­ вые гравитационные структуры дешифрируются на обеих моделях на предгор­ ном делювиальном шлейфе Приморского хребта. Обвально-осыпные формы отмечаются на модели рельеф X в продольных профилях распадков, поперечных простиранию р. Кучелга и впадающих в нее. На модели рельеф Y фиксируется конус выноса крупноглыбового материала в долине р. Харга.

Карстово-суффозионный рельеф хорошо прослеживается на некоторых участках Приольхонского плато на модели рельеф X. В основном это провальные котловины и небольшие суффозионные воронки. В первом случае следует отме­ тить также широко представленные в районе карстовые пещеры. В последнем случае невозможно обойти вниманием провалы горных пород, совмещенные со складчатыми структурами.

Эоловый рельеф проявлен дефляционными формами в виде своеобразных котловин выдувания и останцов обтачивания на участке Приольхонского плато. Ярко выраженный останец обтачивания расположен в центральной части иссле­ дуемой территории, а две котловины выдувания —в ее восточной части.

Рельеф смешанного генезиса выделяется на обеих моделях. Формы его раз­ нообразны, поэтому приведем лишь несколько примеров. Упомянутые выше кот­ ловины выдувания сформированы над карстовыми внутригорными полостями, в которые происходили гравитационные провалы, а затем эти элементы оформля­ лись дефляцией. Рядом с котловинами, несколько юго-западнее, расположена карстово-тектоническая замкнутая депрессия в виде грабена. Здесь внутригорная карстово-суффозионная полость способствовала тектоническому обруше­ нию прямоугольного блока. Причем это обрушение произошло сравнительно недавно, поскольку на дне депрессии еще не успел сформироваться слой рыхло­ го материала. Флювиально-гравитационно-тектонические оползни дешифриру­

167

Глава А

ются на предгорном шлейфе Приморского хребта, где их подновлению периоди­ чески способствуют землетрясения. Прибрежные косы и бары залива Мухор формируются из песчаного материала, поставляемого главным образом эоловы­ ми процессами.

Анализ реликтовых форм рельефа

Модели рельеф X и отчасти рельеф Y позволяют анализировать реликтовые формы рельефа, такие как поверхности выравнивания, древние террасовые уровни, участки брошенных древних речных долин и т. п.

Фрагмент раннеплиоценовой(?) поверхности выравнивания прослеживает­ ся на обеих моделях в приводораздельной части Приморского хребта. На севере имеется еще один менее выразительный фрагмент этой поверхности. Хотя, повидимому, вся приводораздельная часть Приморского хребта (с гривами, пологи­ ми склонами и выровненными поверхностями) может рассматриваться как ре­ ликт раннеплиоценового рельефа. Этого же возраста поверхности выравнивания прослеживаются и на участке Приольхонского плато, где они занимают неболь­ шие площади и расположены мозаично.

Два реликтовых террасовых уровня прослеживаются в восточной части ис­ следуемой территории, где они привязаны к брошенной древней речной долине. Террасы не только структурные, но и в верхней части аккумулятивные, о чем свидетельствует мощная толща (более 1 м) рыхлых отложений песчаного и пес­ чано-гравелистого материала на их поверхности. Возраст террас и реликтовой долины можно сопоставить с эпохой тектонического покоя среднего плейстоце­ на. Сток по этой древней брошенной долине осуществлялся с северо-востока на юго-запад. В современной речной сети такое направление стока для территории Приольхонья не встречается. Это позволяет думать, что фаза тектонической ак­ тивизации позднего плейстоцена привела к существенным геоморфологическим преобразованиям и перестройке дренажной сети на исследуемом участке.

Северо-западнее, на предгорном шлейфе Приморского хребта, в седловине между двумя распадками также отмечаются реликты среднеплейстоценового рельефа. С юго-запада это фрагмент поверхности выравнивания. С северо-вос­ тока, на склоне седловины, прилегающем к долине р. Харга, отмечаются релик­ товые террасовые уровни, вероятно, только структурные, поскольку обнаружить на них аллювий не удалось. Можно проследить даже излучину (меандр) древней реликтовой реки. Террасовых уровней здесь по крайней мере три, и там, где за­ канчивается самый нижний из них, расположен резкий крутой (обрывистый) склон-уступ к современной долине р. Харга.

Реликты древних речных долин имеются и в южной части исследуемой тер­ ритории, где они также подтверждают существование еще в раннем плейстоцене направления речного стока с северо-востока на юго-запад.

Таким образом, геоинформационное моделирование на основе метода плас­ тики рельефа показало его высокую информативность для проведения геомор­ фологических исследований и оценки геоморфологической ситуации. Главная особенность моделей рельеф X и рельеф Yзаключается в том, что на первой моде­ ли более четко проявлены индикационные признаки эндогенного (тектоническо­ го) рельефа, а на второй —экзогенного рельефа, хотя элементы всех типов рель­ ефа имеются на обеих моделях. Модели могут использоваться как совместно, так и по отдельности в зависимости от конкретной задачи, но в любом случае они должны рассматриваться как взаимодополняющие друг друга при дистанцион­ ных геоморфологических построениях.

168

Заключение

нию не может произойти сразу или осуществляться с позиций только лишь эко­ номики и экологии. Требуется соответствующая психология и экологическая культура населения.

Вкаждой проблемной эколого-экономической ситуации из рассмотренных

вмонографии путей обеспечения экологической безопасности предлагается со­ ставить их комбинации и последовательность действий для достижения эколого­ экономического компромисса, который обеспечит устойчивое сбалансирован­ ное развитие стран, содружеств, регионов или видов природопользования. Сегодня в Российской Федерации баланс экологических интересов федерально­ го и регионального уровней развития должен складываться не только из проблем охраны окружающей природной среды и ее воспроизводственного потенциала, но и из геополитических стратегий, социально-экономического состояния стра­ ны и регионов, перспектив их развития [Кузьмин, 20006; Кузьмин, Данько, 2001].

Это важно в силу того, что при переходе к вопросам региональной экологи­ ческой безопасности возникают частные проблемы, связанные с местной специ­ фикой, с местными природными, социально-экономическими и этнокультурны­ ми условиями. В странах и регионах с ориентацией экономики на добычу и первичную переработку природных ресурсов главные проблемы возникают в области природопользования. Там, где природопользование осуществляется на пересеченной местности, в условиях горного сильно расчлененного рельефа, современной геодинамической активности, эти проблемы усугубляются повы­ шенной геоморфологической опасностью и риском. К таким регионам относится Иркутская область. Чрезвычайно важно, развивая на ее территории различные виды экономики, существенно влияющие на состояние природной среды, учи­ тывать взаимоотношения между опасными геоморфологическими процессами и риском хозяйственной деятельности. Эти взаимоотношения показывают перс­ пективы реализации того или иного вида природопользования в зависимости не только от опасных геоморфологических процессов, но и от технического, кадро­ вого и нормативного оснащения производства, результатов и качества прогноза риска природопользования. Необходимо проводить исследования строго в рам­ ках административно-территориальных единиц, пусть даже их границы будут нарушать естественное, природное геоморфологическое и физико-географичес­ кое районирование. Только в этом случае появляется шанс на деле реализовать наши научные рекомендации по защите от опасных геоморфологических и иных природных процессов через официальные административные структуры, от­ ветственные за принятие социально-экономических и политических решений.

Для Иркутской области геоморфологические аспекты экологической безо­ пасности имеют особую актуальность в связи со сложностью и разнообразием рельефа и геоморфологических процессов. Горный, сильно расчлененный, слож­ но построенный рельеф, а также равнинный рельеф с широким развитием крио­ генных процессов является источником всевозможных опасностей, активно воз­ действует на развитие хозяйства и социально-экономической инфраструктуры. С рельефом Иркутской области связано разнообразие других компонентов ланд­ шафта — вод, почв, растительности, что предопределяет здесь чрезвычайно сложную обстановку природопользования.

Для практической реализации наших теоретических представлений о реги­ ональном развитии в условиях геоморфологической опасности и риска, был проведен геоэкологический анализ репрезентативных геоморфологических объ­ ектов на территории Иркутской области. Этот анализ раскрыл главные, а в не-

170