Часть 1. Теоретические основы структурной геоморфологии

 

2. Основные понятия и определения структурной геоморфологии

Структурная геоморфология, как и любые другие геоморфологические знания, основывается на понятии «рельеф земной поверхности», который обладает свойствами двумерной геометрической поверхности, разделяющей подвижные и консервативные геосферы Земли. К подвижным средам относятся атмосфера и гидросфера. К консервативной – литосфера, особенно её верхняя хрупкая оболочка – земная кора. Постоянное физико-химическое взаимодействие этих оболочек создаёт разность потенциалов между ними. Чем эти значение выше, тем интенсивней происходит процесс рельефообразования. Этот процесс создаёт рельефа земной поверхности, обладающий неким энергетическим слоем, интенсивность которого и определяет движущую силу изменения его морфологии или геометрического положения в структуре межоболочечного раздела и определяет латеральное распределение геокомплексов и геопотоков вещества и энергии.

«Структурная геоморфология» – это научное направление в общей геоморфологии, возникшее на стыке науки о рельефе земной поверхности, геотектоники, геофизики и дистанционных исследований (Табл.2-1). Оно занимается раскрытием особенностей строения и развития Земли на основе изучения закономерностей связи рельефа с геологическим субстратом, который может проявляться в двух состояниях: статическом (пассивная препарировка пород разной прочности) и динамическом, обусловленным тектоническими движениями. Структурная геоморфология изучает баланс связи между ними. Баланс этот может быть высоким и низким, положительным и отрицательным.

Высокими энергетическими показателями рельефа обладают горные районы, а низкими – равнины. Области с отрицательным энергетическим балансом мы называем осадочными бассейнами. Между ними всегда находятся поверхности с нулевым энергетическим потенциалом. Такие области или отдельные поверхности мы называем поверхностями выравнивания. Они могут быть структурными (пластовыми), денудационными, аккумулятивными и смешенными или полигенетическими. Таким образом, интенсивность и знак экзодинамических процессов является первейшим показателем интенсивности эндодинамических явлений

Весь процесс рельефообразования подчинён действию единого литодинамического потока вещества литосферы. Он зарождается глубоко в мантии Земли. Причины его возникновения и движения мало изучены и весьма дискуссионны. Этой проблемой занимается наука геотектоника. Но нам интересен тот факт, что в литодинамическом потоке наблюдаются три стадии развития: восходящая, нисходящая и консервирующая геопоток. В восходящую стадию происходит поднятие вещества литосферы в зону физического и химического выветривания. На контакте геосфер возникает физическая и химическая кора выветривания, состоящая из разрыхлённой верхней части земной коры. Поле силы тяжести как величина квазипостоянная создаёт предпосылки к перемещению её продуктов от поднятий к опусканиям, то есть создаёт движущую силу нисходящей ветви литодинамического потока. Именно на этой стадии начинают действовать все геоморфологические процессы, приводящие к возникновению рельефа, что является объектом изучения уже «климатической» или эволюционной геоморфологии. Восходящая ветвь потока вещества литосферы является объектом изучения геотектоники, а её индикационной ролью занимается морфотектоника. Структурная геоморфология в этой связке занимается результирующим действием новейшей тектоники и литоморфизма или новейшими тектоническими условиями протекания совокупного геоморфологического процесса и оперирует его параметрами. Последнее обстоятельство требует более подробного рассмотрения.

Нисходящая сталия потока происходит разрыхление вещества земной коры. Оно начинается сразу же после возникновения уклонов поднимающейся поверхности. Но процесс «поднятия – опускания» протекает по-разному в разных геотектонических областях. В горах он зависит от типов горообразовательных процессов: конструктивного, деструктивного, сводового и др., а на равнинах – в основном от эвстатических колебаний уровня моря. Например, он может носить формы конденудационного, конэрозионного поднятия или конседиментационноно прогибания – без изменения первичной поверхности под действием уравновешивания сил «опусканий-поднятий» с осадконакоплением или наоборот – размывом поднимающихся участков земной коры. Всеми этими условиями рельефообразования: тектоническими движениями и денудацией вещественных комплексов, и занимается структурная геоморфология.

На третьей стадии склоново-эрозионный поток рыхлого вещества поподает в конечные коллектора и его движение прекращается. Рыхлый материал уплотняется, теряет воду под действием силы тяжести литифицируется, под воздействием тепла и давления метаморфизуется и превращается в крисиаллический субстрат. Литодинамический процесс завершается.

Морфологический эффект этого процесса может проявляться в трёх формах ярусного рельефа. Первая форма выражается в виде ступенчатости рельефа склонов горных систем с образования поверхностей выравнивания: и разделяющих каждый их уровень склонами - денудационно-тектоническая ярусность. В этом случае при импульсах выравнивания энергетическая напряжённость денудационных процессов превышает напряжённость тектонических движений. Затем следует тектонический импульс и т.д. Формируется рельеф «предгорной лестницы». Вторая форма – результат блоковых новейших тектонических вертикальных перемещений «вверх-вниз» исходной денудационной поверхности выравнивания. Наиболее ярко этот тип ярусности проявляется в деструктивном горообразовательном процессе. Третья форма связана с вертикальной климатической поясностью в горах, согласно границам которой располагаются морфодинамические пояса: нивально-лавинный, каровый, троговый, предгорно-аккумулятивный и т.д. – по преобладающему процессу экзодинамического рельефообразования. Ярусность такого типа может формироваться при преобладании тектонических вертикальных движений над экзодинамическими. В этом случае вертикальная амплитуда развития каждого яруса может косвенно свидетельствовать об интенсивности тектонических движений в период их формирования. Примером этому может служить альпинотипный рельеф гор.

Одновременно с этим, может существовать и плоский, безъярусный рельеф, с развитием планиформных долин, склоны которых плавно переходят в водоразделы. Он может быть как аккумулятивным (Великие аллювиальные равнины), так и денудационным (Гобийские гамады,.Балтийский и Канадский щиты). При взгляде на такой рельеф с космических высот на их унылой поверхности часто весьма отчётливо различаются тонометрические геометризованные аномалии изображения в виде линеаментов их сетей и полей, которые отображают либо живые зарождающиеся структурные формы, либо препарируемые денудацией «мёртвые» геологические неоднородности. При увеличенном рассмотрении оказывается, что некоторые их образы могут состоять из растительных ассоциаций приуроченных к ложбинам, седловинам, склонам повышенной крутизны, к геометризованным отдельным формам эрозионного рельефа: спрямлённым или закруглённым участков долин, цепочкам озёр, болотистым западинам и т.д. или их элементам. Поля, зоны и линии, представленные упорядоченными системами таких малых форм, вслед за Ю.А.Мещеряковым, предлагается назвать криптоморфными, или по предложению Ю.П.Селиверстова криптогенными. В геологической литературе такие образования иногда называют инфраструктурами, так как они являются индикаторами элементов тектонического и глубинного строения.

В процессе практики выяснилось, что подобные безъярусные квазидвумерные геометрозованные пространственно упорядоченные линеаменты зоны и поля, созданные малыми формами рельефа, наблюдаются и в двухъярусном рельефе платформенных равнин и в многоярусном рельефе горных стран. Достаточно здесь упомянуть о ранних работах Трифонова, Борисова, Кутейникова, Макарова и др. На свойстве криптоморфизма рельефа основано учение И.Н.Томсона и М.А.Фаворской о сквозных рудоконцентрирующих структурах складчатых и активизационных структурно-тектонических областей, о геолого-морфологических образах структур центрального типа В.В.Соловьёва, ошибочно идентифицировавшего всё их разнообразие с морфоструктурами. Прекрасные описания подобных образований даны Сафоновым в монографии «Космическая информация в геологии. М., Наука,1983».

Структуры центрального типа по-разному отображаются в рельефе. Есть типичные кольцевые, кальдерно-кольцевые, купольно-кольцевые, кальдерно-купольно-кольцевые и др. морфоструктуры. Примерами их могут быть соответственно палеовулкан Ришад в Африке, расслоенная интрузия Кандёр на Алданском щите, гранитоидные массивы г.Жосалы, г. Улькен-Каракуус, Байзанар на Казахстанском щите, кольцевой хребет Кент, массивы Кызылтас, Алсорен там же и мн. др. Но, вместе с тем, существуют и такие, которые требуют для своего выделения серьёзного морфометрического анализа, а для выделения абсолютного большинства структур центрального типа и этих построений недостаточно. Они выявляются в основном методами дистанционного аэрокосмического исследования.

Мало кто обращал внимания на тот факт, что на морфотектонических картах и схемах Г.Ф.Уфимцева почти полностью отсутствуют контуры кольцевой, кальдерно-кольцевой, линейно ориентированной геометрии. Данный исследователь последовательно и неуклонно работает в поле трёхмерных параметров земной поверхности. И его метод не в состоянии выделить квазидвумерные безъярусные образования криптоморфных геоморфологических структур (КГС). По этой причине их там крайне мало. На карте динамических рельефообразующих процессов м-ба 1:5 000 000 под ред. Д.А.Тимофеева (2002) по этой же причине купольные, кольцевые и линейно ориентриованные контуры тоже не доминируют. Это обстоятельство лишний раз доказывает, что КГС не выделяются с помощью геоморфологического и морфометрического методов анализа рельефа. Они выделяются лишь с помощью картометрического (по методике В.В.Соловьёва) и тонометрического анализа дистанционных изображений местности.

На схемах И.К.Волчанской, J.Kutina, А.П Кулакова, И.Н.Томсона, Н.Т.Кочневой и мн. др., размещённых в многочисленных монографиях и статьях наоборот,- не картируются иные структурные образования, кроме геометризованных центрозональных и ориентированных линеаментных систем. Картометрический и дистанционный методы картирования структурных линий разной геометрии оптимальны при работе с квазидвымерными безъярусными геоморфологическими образованиями, обуславливающими соответствующие ландшафтные аномалии и их отображение на материалах космических фотосъёмок.

Причины такой поляризации результатов работы с геоморфологическим объектом – рельефом местности, заключается в следующем. При работе с ярусной контрастной поверхностью рельефа привычными геоморфологическими методами оптимально выделяются особенности геоморфологических формаций и ландшафтов, ансамбли которых являются индикаторами морфоструктур (в классическом определении И.П.Герасимова и Ю.А.Мещерякова) конформных новейшим тектоническим неоднородностям или препарированным квазиконформным «мёртвым» структурным образованиям субстрата. Безъярусный рельеф, генерализованный на космических изображениях в образы, дисконформен. Он является индикатором глубинных процессов, дошедших до земной поверхности в ослабленном виде, формирующих диссипативные структурные ансамбли, о природе которых объяснено нами в статьях и работах других авторов. Все остальные формы отображения геологического строения в рельефе являются промежуточными членами континуального ряда между выше охарактеризованными крайними его звеньями.

Для того, чтобы начать изучение какой-либо территории, перспективной для поисков полезных ископаемых на основе теории структурной геоморфологии, необходимо на опережающей стадии поисков составить рабочую структурно-геоморфологическую модель местности, определить место региона в ряду изменений литодинамического потока. Эту модель необходимо рассматривать как предмет поисковых исследований. Например. В районах перспективных на рудные полезные ископаемые акцентируется внимание на общих чертах тектонического рельефа и места в нём рудоносных тел: в денудационном срезе или ниже геоморфологической поверхности. В зависимости от этих причин выбираются методы диагностики. В районах, перспективных на подвижные углеводороды, модель исследуется на предмет поисков явных или скрытых тектонических и структурных ловушек. Ими могут быть поверхностные брахиформные образования, «окна дробления» земной коры, возникающие при пересечении линеаментов, в виде не вышедших на поверхность разломов или диаклазов, флюидных потоков, фиксирующихся на космических снимках в виде тонометрическими аномалиями и др.

В районах, перспективных на россыпи, необходимо выделить из структурно-геоморфологической среды те этапы развития рельефа, которые наиболее прдуктивны для россыпеобразования. Ими могут быть области пассивного горообразования – находящиеся на нулевой или нисходящей стадии развития. В этих условиях скорости денудационных процессов либо сбалансированы с восходящими тектоническими движениями, либо несколько превышают скорости поднятия.

Всеми этими вопросами и занимается структурная геоморфология, имея фундаментальный и прикладной (поисковый) аспекты исследований.

3. История возникновения научной дисциплины «структурная и поисковая геоморфология»

Обе эти категории с начала возникновения развивались параллельно, обогащая одно другим. На рубеже ХХ столетия произошёл взрыв познания окружающего нас мира и его приспособление к нуждам человечества или научно-техническая революция. Наука и техника стали неразрывными половинками совокупного технологического продукта, обеспечивающего степень комфортности человеческого бытия. Процесс слияния повлиял на быструю дифференциацию науки на всё более узкие и углублённые области знания, всё большего сужения кругозора учёного за счёт углубления в сущность предмета исследований. Конечно, ветвление науки процесс объективный. Он является показателем высокого уровня её развития, требующий расширения арсенала методов. Совершенствование методов познания неизбежно приводит к обособлению каждого из них от остальных и формированию новой научной дисциплины. Не обошёл этот процесс стороной и Науки о Земле в целом и геоморфологии в частности. Да и сама геоморфология возникла на скрещении векторов развития геофизики, геологии и физической географии, и сначала называлась «физическая геология».

Ещё одной важной тенденцией современной науки является углубление взаимодействия смежных научных направлений. Особенно усилило сплетение различных, иногда далеко отстоящих друг от друга, научных дисциплин, появление интеграционных механизмов - ГИС-технологий.

Нельзя не отметить и ещё одной тенденции в Науках о Земле XXI в. – это гуманитаризация естествознания, появление новых утилитарных научных знаний экологического, туристического и природно-эстетического векторов развития. В геоморфологии – это геоморфология инженерная, экологическая, селькохозяйственная, эстетическая, рекреационная, планировочная и др. Хотя сама геоморфология как наука еще не может считаться окончательно сформировавшейся, но ответвления от ствола общей геоморфологии происходят на наших глазах достаточно быстро. Давать оценку этому процессу бессмысленно, так как он объективен. И это явление можно только констатировать.

Теоретические основы структурной геоморфологии как «геологической» ветви общей геоморфологии также не могут считаться сложившимися окончательно. Вместе с тем, нельзя не принимать во внимание тот фактом, что здесь сделано уже немало. Основы данного научного направления были заложены в России трудами великого геоморфолога-эволюциониста И.Д.Черского, геологов-геоморфологов В.А.Обручева, М.М.Тетяева, Я.С.Эдельштейна, С.С.Шульца, И.С.Щукина, Б.Л.Личкова, И.П.Герасимова, и развита геоморфологом-геофизиком Ю.А.Мещеряковым, геологом-геоморфологом Н.А.Флоренсовым, физико-географом-геоморфологом А.Н.Ласточкиным, горными инженерами-геоморфологами Г.Ф.Уфимцевым, О.М.Адаменко и др. Но нельзя не отметить и огромный вклад в развитие теоретических основ структурной геоморфологии таких выдающихся зарубежных геоморфологов одиночек как М.В.Девиса, А. и В.Пенка, Л.Кинга и др. так и геоморфологов французской школы: J. Tricart, P.Birot, и английской - P.Milton, и др.

В 50-80 гг. структурная геоморфология развивалась в рамках широко известного морфоструктурного направления, заложенного Л.Б.Личковым, и развитым в учение И.П.Гнрасимовым и Ю.А.Мещеряковым. В результате трансформация этого учения в прикладную сферу В.П.Философовым и последователями его школы заложены теоретические основы развития методов поисков и прогнозирования полезных ископаемых, широко используемых в геологической практике и сегодня.

Параллельно с этим Н.А.Флоренсов, делал интересные попытки объединения структурной и климатической ветвей геоморфологии в единый морфологический анализ, выдвинув концепцию о геоморфологических формациях, основанную на балансе внутренних и внешних сил Земли. Он полагал, что в структуре и самом веществе геологического субстрата заложены свойства, генерирующие соответствующие формы экзогенного рельефа. Примерами, иллюстрирующими эту модель, могут быть траппы, рельеф на которых имеет специфический геоморфологический ландшафт, физиографические черты которого резко индивидуальны и позволяют рассматривать его как специфическую геоморфологическую формацию. Вторым свойством субстрата является его новейшая геодинамическая специфика, которая, так же как и субстрат, в границах определённой геодинамической зоны генерирует индивидуальность геоморфологического ландшафта, физиографические черты которого передаются не столько через формы препарировки субстрата, сколько через интенсивность и стиль новейшего геодинамического действия. Прямых определений термина «геоморфологическая формация» Н.А.Флоренсов не даёт. Он рассматривает «понятие о геоморфологических формациях как о единстве рельефа и геологического субстрата, закономерно существующего и изменяющегося (глубинная структурная основа, внешняя термодинамическая среда)», представляется не просто полезным, но методически необходимым в совместной работе геологии и геоморфологии и «фактически уже нашедшим своё место во всех крупных общих и региональных исследованиях по структурной геоморфологии» [1, с.418]. Иллюстрацией такого единства субстрата, новейших движений и рельефа является купольный рельеф молодых «всплывающих» автохтонных гранитоидных массивов, вулканических построек, генерирующих конически-кальдерные формы макрорельефа. Горообразовательная геодинамика и процессы, приводящие к созданию рельефа великих аккумулятивных равнин, как и литоморфные свойства субстрата плато, могут способствовать созданию обусловленных этим процессом геоморфологические формации плоскогорий и равнин. Горообразовательному процессу будет соответствовать эрозионно-тектонический рельеф с проявлением в нём вертикальной геоморфологической поясности (латеральных морфодинамических рядов генетически связанных между собой форм рельефа), обусловленной наложением на вертикальные тектонические движения климатической поясности как общеоболочечного явления. В пределах плато рельеф будут определять уже три неравноценных фактора: литоморфные особенности пластовых отдельностей (доминанта), эрозионная деятельность и климатическая зональность. При этом литоморфные свойства субстрата будут определяющим фактором физиографии поверхности. В пределах великих аккумулятивных равнин особенности структуры рельефа будут обусловлены отношением интенсивности аккумуляции и нисходящих тектонических движений.

Приводимые примеры кажутся тривиальными, но они позволяют особенно наглядно представить себе роль субстрата как вещества и геологической формы его движения. Последнее определяется соотношением «субстрат-рельеф», что подчеркивает: насколько геолог быть должен геоморфологом, а геоморфолог – геологом. Таким образом, сопоставлением субстрата и форм рельефа, осознанной оценкой их соотношения и соответствия (конформность-дисконформность) занимаются все современные геологи-геоморфологи. Значит и идея о геоморфологических формациях, казалось бы, не заключает в себе новой методики в геоморфологических исследованиях. Но это не так. Последняя же (методика) должна быть конкретной и комплексной – геолого-геоморфологической. Именно в этом-то и заключается новое методологическое качество. Она должна быть формационно-геоморфологической.