К оглавлению

УДК 550.814:550.3(571.1)

Применение комплекса космографических и геофизических данных при изучении геологического строения Западной Сибири

И.Д. ПЕСКОВСКИЙ. В.В. БОРОВСКИЙ (ЗапСибНИГНИ)

Материалы космических съемок нашли широкое применение при изучении геологического строения Западной Сибири. Имеющийся опыт исследований позволяет определить круг задач, решаемых с помощью фотокосмической информации. В настоящей публикации рассматриваются некоторые результаты использования ее при геотектонических исследованиях. При решении задач изучению подлежит вся получаемая при дешифрировании снимков космографическая информация. Особого внимания при этом заслуживают наиболее крупные тектонические элементы: геоблоки, разделяющие их границы, обособленные линеаменты и линеаменты, объединяемые по ряду признаков в некоторые системы, а также аномальные изображения кольцевой и круговой формы [6]. Далее определяются некоторые общие тенденции в проявлении аномальных фотоизображений, относимых к какому-либо одному типу (например, интенсивности проявления линеаментов прямолинейной формы [3]).

Следует заметить, что построения, основанные на фотокосмической информации, возможны лишь при уверенной диагностике геологической обусловленности тектонических элементов. Лишь в тех случаях, когда может быть найдено удовлетворительное объяснение причины проявления какого-либо элемента геологического строения на снимках земной поверхности, обнаруженные фотоаномалии приобретают конкретную практическую значимость. Между тем в большинстве случаев геологическая интерпретация космографических данных заведомо не может быть однозначной. Это является следствием недостаточной изученности факторов, определяющих степень выразительности геологических объектов, не выходящих на дневную поверхность, в элементах ландшафта.

Принимаемый многими исследователями постулат о физико-механической (и геохимической) природе факторов, обеспечивающих трансляцию некоторых особенностей строения глубокозалегающих геологических комплексов в перекрывающие их образования, вплоть до дневной поверхности, где эти особенности могут отражаться в определенных ландшафтных признаках [2], не вызывает категорических возражений. Вместе с тем, совершенно ясно, что условия реализации процессов подобного рода должны подчиняться закономерностям, которые определяются конкретной физико-геологической обстановкой. Эти закономерности еще неизвестны, и можно лишь предполагать сложность их характера. Об этом, в частности, свидетельствуют результаты изучения поля механических напряжений на моделях, имитирующих реальную геологическую среду [1]. Они показывают, что даже в относительно простых с физико-механической точки зрения случаях распределения действующих в среде напряжений реакция ее достаточно сложна и неоднозначна.

Рассматриваемые обстоятельства затрудняют геологическую диагностику космографических данных и выражаются в неопределенности требований к необходимой степени координатного совпадения дешифрируемых элементов изображения и проецируемых на поверхность Земли контуров геологических тел. Даже при наличии непосредственной причинно-следственной связи между ними можно рассчитывать лишь на некоторое геометрическое подобие форм объекта и его изображения. При этом в условиях дислоцированных комплексов пород степень неопределенности рассматриваемой связи будет возрастать.

Сложность ситуации в реальных условиях усиливается еще и тем, что непосредственные сведения о характере распределения в земной коре геодинамических напряжений, как правило, отсутствуют. До некоторой степени они могут быть восполнены за счет привлечения геолого-геофизических материалов. В тех же случаях, когда дополнительной информации нет, возможности геологической интерпретации космических снимков представляются достаточно ограниченными.

Более всего это относится к регионам многоярусного геологического строения. Лишь с помощью независимых данных наблюдаемая на снимках совокупность разнотипных аномальных форм изображения, сложным образом связанных с характером геологического строения, может быть классифицирована по принципу их связи с каким-то определенным элементом земной коры: осадочным чехлом и его структурными подразделениями, кристаллическим фундаментом, глубинными структурно-вещественными неоднородностями.

При интерпретации материалов дешифрирования космических снимков обычно широко используются геологические материалы. Однако попытка найти объяснение дешифрируемым элементам изображения на основе традиционно известных геологических представлений далеко не всегда приводит к желаемым результатам. Наиболее характерно это для закрытых территорий. В подобных условиях основным источником независимой дополнительной информации оказывается геофизика, материалы которой играют ведущую роль.

Эффективность использования геофизики в качестве необходимой информации при интерпретации материалов дешифрирования космических снимков существенным образом зависит от того, насколько убедительными окажутся связи, устанавливаемые между аномальными элементами изображения и ее данными, привлекаемыми к анализу.

Однако даже самое широкое привлечение имеющихся результатов геологического истолкования геофизических данных может не обеспечить удовлетворительного решения проблемы. Для большинства изучаемых территорий, по-видимому, нельзя отрицать вероятность существования как еще неизвестных особенностей их геологического строения, так и недостаточно правильно понятых закономерностей распределения изучаемых геофизических параметров.

Непосредственное сопоставление дешифрируемых элементов изображения на снимках с первичными материалами геофизических съемок - картами гравитационного, магнитного и теплового полей - малоэффективно, так как эти карты отражают композиционно сложное проявление всего множества геологических объектов, отличающихся не только своей природой, но и степенью выразительности, определяемой рядом причин.

Перспективы сопоставления космографических материалов со структурными картами некоторых условно стратифицируемых геосейсмических поверхностей (информацией более элементарной по содержанию) выглядят предпочтительнее. Вместе с тем использование столь узко специализированных карт не дает той необходимой совокупности данных, которые позволили бы понять взаимосвязь и условия эволюционного развития геологических объектов, информация о которых содержится в снимках. Задача истолкования геологической природы элементов изображения может оказаться сведенной к изучению второстепенных вопросов.

Невысокая эффективность процедуры непосредственного совместного анализа данных дешифрирования и первичной геофизической информации в целях их геологической диагностики может быть показана на примере Западной Сибири. С этой целью достаточно сопоставить выделенную при изучении мелкомасштабных космических снимков систему геоблоков и крупных линеаментов [6] с магнитным и гравитационным аномальными полями (последние были представлены в виде контурных схем) и тектоническим строением региона.

Как в магнитном (рис. 1, б), так и в гравитационном поле не удается обнаружить сколько-нибудь убедительных признаков проявления подавляющего большинства космографических элементов различного типа и ранга. Обращение к схеме складчатых систем фундамента Западно-Сибирской плиты, если учесть свойственный ей уровень обобщения геологической информации, позволяет, казалось бы, рассчитывать на успех при диагностике крупных линеаментов (рис. 1,а, в). Однако это предположение подтверждается лишь отчасти. Так, обращает на себя внимание пространственная близость границы, разделяющей Уральскую и Центрально-Казахстанскую складчатые системы с зоной дислокаций В (рис. 1, с). Кроме того, можно говорить о частичном совмещении северо-восточной границы Центрально-Казахстанской складчатой системы и границ геоблоков IV и VII.

Следовательно, для сколько-нибудь обоснованного суждения о геологической природе того или иного элемента дешифрирования целесообразным представляется специальный анализ геолого-геофизической информации. Содержание этого анализа должно, по-видимому, определяться рамками и спецификой принимаемой при дешифрировании классификации космографических элементов.

Имеющийся опыт убеждает в том, что возможности комплексного изучения фотокосмической информации зависят как от сложности и многообразия ее, так и от определяемой масштабом исследований степени генерализации данных. В частности, при изучении крупных по масштабу проявлений космографических элементов перспективным оказывается рассмотрение региональных особенностей аномальных полей, сейсмогеологических параметров и структурно-тектонических карт, т. е. тех геолого-геофизических характеристик земной коры, которые связаны с ее глубинным строением.

Подобный подход вызывает необходимость в разработке ряда методических процедур, обеспечивающих подготовку геофизической информации для диагностики данных дешифрирования. При этом основной задачей анализа геолого-геофизической информации считается тектоническое районирование территорий Западной Сибири: выделение структурно-вещественных блоков литосферы, соизмеримых по масштабу проявления с геоблоками, установленными дешифрированием.

Методика построения блоково-слоистой модели земной коры и верхней мантии изложена в работах [3, 4], здесь достаточно лишь упомянуть ее основные положения. Используемая при анализе данных операция разделения гравитационного и магнитного полей, обусловленных разноглубинными геологическими источниками, основана на изучении спектральных свойств аномалий. Представления о вещественном составе земной коры могут быть получены путем изучения геологических, сейсмических, гравитационных и магнитных данных.

При анализе информации есть необходимость в самом широком применении приемов статистической обработки данных. Они оказываются полезными при изучении закономерностей изменений мощностей отдельных слоев земной коры и эволюционной связи этих изменений с ее суммарной мощностью, при описании элементов разломной тектоники, особенностей территориального распределения линейных и кольцевых аномальных форм изображения на космических снимках, аномалий гравитационного и магнитного полей, геометрических параметров структурных форм стратифицируемых поверхностей раздела земной коры.

Специального внимания заслуживает оценка возможного характера координатного соответствия контуров исследуемых линеаментов и элементов аномального поля в том случае, когда они обусловлены единым геологическим объектом [3].

В результате исследований удалось доказать связь космографических элементов регионального значения (геоблоков, их границ, отдельных протяженных линеаментов) с особенностями строения земной коры, а также обосновать гипотезу, объясняющую происхождение дешифрируемых на космических снимках кольцевых аномальных форм изображения. Статистическое изучение пространственной ориентировки линеаментов в сопоставлении с геофизическими данными позволило прийти к заключению о вероятной временной последовательности структуроформирующих движений разных направлений [3-5].

Имеющийся опыт геологической интерпретации данных дешифрирования космических снимков позволяет считать рациональной следующую схему совместного анализа геолого-геофизической и космографической информации.

Для сопоставления с данными формального дешифрирования, в процессе которого выделяются геоблоки, разнопорядковые линеаменты и изображения кольцевой формы, следует использовать полученную при изучении геолого-геофизических данных модель строения земной коры. Эта модель должна отражать как самые общие закономерности геологического строения региона, так и более детальные по содержанию сведения о платформенном чехле и его кристаллическом фундаменте.

Путем синтеза геолого-геофизической и космографической информации, в процессе которого выясняется геологическая обусловленность большинства космографических элементов, можно внести определенные уточнения в принятую модель геологического строения региона, а также решить целый ряд прикладных вопросов [3, 6].

В связи с этим следует подчеркнуть важную особенность применения космографической информации. В процессе поиска вероятных геологических причин аномальных фотоизображений, изучаемых на космических снимках, и целенаправленного анализа геолого-геофизической информации создаются реальные условия для обнаружения новых аспектов решаемых геологических задач и углубления их содержания. В соответствии с этим на заключительной стадии интерпретации, как правило, оказывается полезной операция повторного дешифрирования снимков.

В качестве примера, иллюстрирующего отдельные приемы разработанного методического подхода, рассматриваются материалы по одному из районов Западной Сибири, в пределах которого пройден профиль глубинного сейсмического зондирования по маршруту Березово - Усть-Мая (рис. 2, 3). По этой территории получена следующая геофизическая информация: распределение геостатического давления на мантию, изменение мощности консолидированного слоя земной коры, изменение вертикального геотемпературного градиента, аномалии горизонтального градиента регионального гравитационного поля, изменение граничной скорости распространения сейсмических волн в верхней мантии, аномалии неотектонических движений земной коры, плотность распределения элементов дешифрирования кольцевой формы, региональные аномалии магнитного и гравитационного поля, схематический разрез земной коры по данным ГСЗ.

При диагностике космографических элементов учитывались структурно-вещественные особенности земной коры и верхней мантии, отражаемые изменениями геостатического давления, мощности земной коры, геотемпературного градиента Земли, а также характером распределения гравитационного и магнитного полей, граничных сейсмических скоростей верхней мантии, режимом неотектонических движений.

Представления о наличии и пространственном положении вероятных блоковых границ уточнялись также на основании данных ГСЗ. К числу наиболее существенных границ, которые выделяются в литосфере, следует, по-видимому, относить те, которые отражают изменения состава и мощности земной коры, а также плотности верхней мантии, т. е. выявляют блоковый характер строения литосферы (границы I типа).

Субвертикальные разграничения, имеющие проявление лишь в консолидированном слое коры и не сопровождающиеся существенными изменениями вещественного состава этого слоя, также следует рассматривать как зоны разломов. Однако в зависимости от интервала захватываемых ими глубин и характера проникновения в верхнюю мантию, устанавливаемого по данным ГСЗ, их следует разделять на сквозькоровые и сосредоточенные лишь в пределах ограниченной по мощности части консолидированного слоя коры (границы II типа).

Предположения о вероятной природе дешифрируемых аномальных элементов изображения строились, исходя из их пространственной связи с выделяемой в земной коре и верхней мантии границей определенного типа.

В то же время отсутствие названных признаков изменения строения земной коры в пределах других выделяемых на снимках линеаментов позволило считать последние связанными со строением мезозойско-кайнозойского платформенного чехла (границы III типа). Судя по рассмотренным данным, к границам I типа могут быть отнесены выделенные при дешифрировании линеаменты, отмеченные индексами б, е, ж, л, п, р на рис. 2. Наиболее отчетливо эти границы проявляются в изменениях геостатического давления, отражающего распределение плотности в земной коре, и в изменениях ее мощности. Как можно видеть, некоторые из названных границ были на основании данных дешифрирования интерпретированы как границы геоблоков. Однако комплексное изучение материалов показывает, что ряд линеаментов (е, п) связан с границами раздела в земной коре и верхней мантии, имеющими аналогичные характеристики и, по-видимому, такой же ранг. В частности, представляется более обоснованным границу между геоблоками IX и VI выделять несколько восточнее, совмещая ее с линеаментом, пересекающим профиль в точке п.

Геофизические данные позволяют дать и геологически более содержательное толкование природы наиболее крупных линеаментов. Так, линеамент б, пересекающий линию профиля, соответствует границе геоблоков X и XIII. Место его проявления отражается аномальным геотемпературным градиентом, повышением уровня амплитуд неотектонических движений, возрастанием напряженности региональных магнитных и гравитационных аномалий (см. рис. 2, Д и рис. 3, Б, Г, Д). Рассматриваемый участок земной коры представляет собой зону перехода к области утонения ее консолидированного слоя, в пределах которого получил развитие осадочный бассейн (см. рис. 2,Г и рис. 3, Е). Обнаруженное здесь увеличение интенсивности теплового поля позволяет предполагать весьма устойчивую во времени тектоническую активность земной коры в пределах этой части территории Западной Сибири.

Участки земной коры, имеющие близкие характеристики, можно выделить в области проявления линеаментов л и п. Важно отметить, что названные линеаменты совпадают с зонами глубинных разломов, устанавливаемых по данным ГСЗ (см. рис. 3, Е). Однако об идентичности названных линеаментов, особенно в отношении вероятной длительности активизации тектонических элементов, с которыми они связаны, говорить не приходится, так как повышенным геотемпературным градиентом сопровождается лишь один из них - л.

Линеаменты п и р фиксируют границу резкого сокращения мощности осадочного мезозойско-кайнозойского чехла в восточном направлении. Эта область отчетливо проявлена в изменениях всех рассмотренных параметров земной коры и верхней мантии.

Геологическая диагностика остальных линеаментов произведена в соответствии с высказанными ранее соображениями (см. рис. 3, Ж).

При анализе материалов обращает на себя внимание взаимная согласованность границ области относительно менее плотной верхней мантии (о чем можно судить по величине граничных сейсмических скоростей, см. рис. 2, Ж) с границами области высокой плотности проявления кольцевых аномальных элементов изображения (см. рис. 3, В) и области наибольшей мощности мезозойско-кайнозойского платформенного чехла (см. рис. 3, Е). Это подтверждает высказанную ранее гипотезу происхождения кольцевых изображений [3].

Представляется, что рассмотренные приемы геологической интерпретации космографических материалов могут быть полезными и при исследовании других закрытых районов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лучицкий И.В., Бондаренко П.M. Поля напряжений флексур и разломов.- Труды ИГиГ СО АН СССР, Новосибирск, 1983, с. 86-97.

2. Можаев Б.И., Астахов В.И. Применение материалов космических съемок при геологических исследованиях плит древних и молодых платформ.- ЭИ ВИЭМС. М., 1978.

3. Песковский И.Д. Комплексирование данных геофизики и космических съемок при геологическом изучении Западной Сибири.- Автореф. на соиск. учен. степ. канд. геол.-минер. наук. Свердловск, 1982 (СГИ).

4. Песковский И.Д. Особенности анализа гравитационных н магнитных аномалий и космических снимков в геологических целях.- Труды ЗапСибНИГНИ, Тюмень, 1982, вып. 175, с. 13-29.

5. Песковский И.Д. Строение и общие закономерности развития литосферы Западной Сибири.- Труды ЗапСибНИГНИ. Тюмень, 1986, вып. 205, с. 4-48.

6. Структуры газонефтеносных районов /Л.Л. Подсосова, А.Л. Клопов, В.В. Боровский, И.Д. Песковский. - В кн.: Космическая информация в геологии. М., 1983, с. 479-484.

Рис. 1. Возможности непосредственной геологической диагностики космографических материалов.

а - карта результатов дешифрирования мелкомасштабных космических снимков; б - контурная схема аномального магнитного поля DТа (составлена на основе «Карты аномального магнитного поля DТа Западно-Сибирской низменности», 1975 г., ред. П.А. Кукин); в - схема складчатых систем фундамента Западно-Сибирской плиты (составлена по данным «Тектонической карты фундамента Западно-Сибирской плиты и ее складчатого обрамления», 1974 г., ред. В.С. Сурков). 1 - границы геоблоков; 2 - крупные линеаменты; 3 - геоблоки; 4 - зоны интенсивного проявления линеаментов, интерпретируемых как зоны дислокаций; 5 - области складчатости различного возраста; 6 - области наложения разновозрастных процессов тектогенеза; глубинные разломы, разграничивающие складчатые системы: 7 - выходящие на поверхность фундамента, 8 - скрытые, 9 - разломы-сдвиги; 10 - рифты: КУ - Колтогорско-Уренгойскнй, Аг - Аганский, УТ - Усть-Тымский, Ч - Чузикский, Хд - Хадуттейский, X - Худосейский

Рис. 2. Геологическая интерпретация линеаментов регионального значения.

А - фрагмент карты линеаментов; Б - местоположение линеаментов на плоскости профиля; геофизические характеристики литосферы вдоль линии профиля: В - геостатическое давление, Г - мощность консолидированного слоя земной коры, Д - вертикальный геотемпературный градиент, Е - горизонтальный градиент регионального гравитационного поля, Ж - граничная скорость верхней мантии; З- местоположение на плоскости профиля линеаментов, расцениваемых по геофизическим данным как границы структурно-вещественных блоков земной коры и верхней мантии. 1- линеаменты, дешифрируемые как границы геоблоков; 2 - линеаменты более высоких порядков, выделяемые уверенно  и неуверенно ; 3 - геоблоки (см. рис. 1): III - Полярно-Уральский, VI - Приенисейский, VIII - Полуйский, IX - Тазовский, X - Березово-Шаимский, ХII - Сургутский, ХIII - Ямало-Гыданский; 4 - точки пересечения линеаментов с линией профиля ГСЗ (а - р); 5 - зона интенсивного проявления линеаментов

Рис. 3. Геологическая интерпретация линеаментов локального характера.

А - местоположение линеаментов на плоскости профиля; геофизические характеристики литосферы вдоль линии профиля; Б - амплитуды неотектонических движений земной коры, В - плотность проявления кольцевых форм изображения на космических снимках, Г - региональные аномалии магнитного поля, Д - региональные аномалии гравитационного поля, Е - упрощенный схематический разрез земной коры по данным ГСЗ; Ж - результаты геологического истолкования линеаментов. Тектонические элементы, расцениваемые как дизъюнктивные: 1 - зоны глубинных разломов, 2 - имеющие проявления лишь в верхней части коры (платформенные отложения и фундамент), 3 - захватывающие консолидированный слой коры, 4 - сквозькорковые элементы, проникающие в верхнюю мантию, 5 - тектонические элементы, отражающие структурные и вещественные неоднородности литосферы