Дистанционные исследования тектонических структурных форм разного возраста

Дистанционные методы получения информации и методы новейших тектонических исследований наглядно отображаются через структурно-геоморфологические критерии. Разница заключается лишь в том, что структурная геоморфология для решения, к примеру, задач нефтегазопоисковых работ оперирует только объёмными образами продуктивных структурных форм, в то время как дистанционная информация заметно расширяет возможности выявления новейших и молодых структурных форм. Она даёт информацию обо всём континуальном морфотектоническом ряде их выражения, как о морфоструктурном, так и о криптоморфном, не выделяющимся морфосметрическими методами диагнстики.

В настоящее время отмечается интенсивное и инновационное внедрение материалов дистанционных съёмок (МДС) в практику геологоразведочных работ обзорного, регионального, локального и детального характера. Результаты дешифрирования МДС, несмотря на методы цифровые или аналоговые, содержат принципиально новые сведения, как о структурной неоднородности чехольных комплексов, так и о глубинном строении. Флюиды и тепло, проходя по зонам проницаемости к поверхности, несут информацию, как о коромантийных геодинамических процессах, так и о структуре чехла. Они позволяют трассировать дизъюнктивные нарушения, выявляют новые тектонические зоны разной активности, уточняют, а иногда и дают принципиально новую информацию о структуре седиментационных бассейнов, их отдельных областей, районов и малых структурных ансамблей. Всё это вместе способствует выявлению новых районов поисков и даёт незаменимый материал к доисследованию известных нефтегазоносных областей.

Основу методических исследований и практического использования МДС составляет разработанный в нашей стране индикационный метод. Он базируется на представлении единства компонент ландшафта и их корреляционных связей с объектами геологического и глубинного строения, а также и с процессами их формирующими. Изучение и выделение ландшафтных индикаторов дистанционных образов и их тонометрических или яркостных показателей, отражающих структуру чехла, а через их ансамбли и структуру фундамента, имеет научную и практическую ценность. Дешифрирование космических снимков по геоморфологическим индикаторам привело к дальнейшему развитию представлений о скрытых разломах разной геометрии. В различных рудных районах такие образования представлены зонами рассредоточенных трещин и разрывных нарушений различных порядков как рудоконцентртующих структур различных типов. Например, полученные по космическим снимкам достоверные данные о линейной протяжённости разломов делает оценку проникновения их на глубину более значимой. Для рудоконтролирующих разломов такая оценка важна для суждения о вертикальном интервале распространения оруденения. При расчётах такой глубинности используют не бесспорное, но принятое в настоящее время, эмпирическое правило М.В. Гзовского: глубина проникновения разлома составляет не менее полвины его длины по простиранию. С такими выводами согласуются и данные сейсмологических исследований. Они показывают, что эпицентры большинства землетрясений, в процессе которых и возникают глубинные разломы, составляющие десятки километров, располагаются именно на этих глубинах. Таким образом, рельеф местности, его поля и зоны, представленные роями малы форм структурного рельефа, благодаря известным свойства космических снимков, позволяют выявлять скрытые, или криптоморфные, разноглубинные разломы и зримо изучать их полезные и вредные свойства, используя все доступные на сегодня методы структурно-вещественной и других видов диагностики, включая и математико-статистические.

Рельеф как универсальная модель геолого-тектонического и глубинного строения местности. Рельеф местности может отображать целый спектр разноглубинных неоднородностей литосферы. Его индикационные признаки могут быть прямыми, косвенными, опосредованными и скрыто выраженными или криптоморфными. Все вместе они представляют единый дискретный ряд изменений: от высокой степени конформности до полной дисконформности. Высокой степенью конформности обладает морфоструктурный план, выраженный через прямые и системы косвенных индикаторов геоморфологического дешифрирования. Ими могут быть тектонические уступы, оси поднятий (хребты) или опусканий (депрессии), региональные зоны сейсмодислокаций, прослеживающихся в парагенетической связи с сесмогравитационными формами рельефа, вулканы и вулканические цепи, островные дуги, рифтовые зоны и системы разномасштабных геоморфологических форм, образующих их структуру. Опосредованные индикаторы помогают выявлять морфотектонические дислокации посредством морфометрического усиления диагностики объекта выраженного не явно. Криптоморфные геоморфологические индикаторы наиболее надёжно и рационально выявляют внутреннюю структуру тонометрических аномалий, отображающихся на аэрокосмических материалах. Рассмотрим этот аспект подробней.

Выявление общих закономерностей формирования и передачи информационного сигнала о содержании строении литосферы на аэрокосмических изображениях Земли является важнейшей частью дистанционных исследований. Именно они определяют геологическую информативность рассматриваемых материалов вообще и в конкретных условиях той или иной области в частности. Ясное представление об информативности этих изображений определяет направления их применения, круг задач, которые можно решать с их помощью, методику выявления, и технологию обработки данных дешифрирования и получения интерпретационного результата.

Геологическая информативность материалов дистанционных съёмок и инструментальных измерений определяется двумя важнейшими группами факторов. К первой группе относятся геоморфологические индикаторы структурно-геологической индивидуальности объектов исследования. Ими могут охватываться как целые территории, так и отдельные геологические тела разных размеров, вещественного состава и структуры, положения в разрезе земной коры. Вторую группу факторов составляют физические индикаторы и носители этой информации, методы и приёмы их регистрации. Ими могут быть гравитационное, магнитное, электромагнитное (включая и видеоизобразительное или яркостное) поля, тип и характер их излучения, трансформация на пути от источника к приёмнику, возможности методов, приборов и материалов для их регистрации.

Земная поверхность как геологический объект наблюдения и предмет геологического моделирования. При визуальном дистанционном изучении Земли по фотографическим, электронно-сканерным, радиолокационным и другим изображениям, получаемым с самолётных или космических носителей, специалисты имеют дело с информацией от одного и того же объекта излучения – земной поверхности, в виде сложной интегральной картины. Следовательно, важнейшей задачей исследователя является нахождение искомой составляющей части для получения представления об объекте исследования. Таким образом, приступая к геологическим наблюдениям из космоса, необходимо иметь совершенно определённое представление о том, чем является земная поверхность как геологическое образование. С этих позиций её необходимо рассматривать как некую интегральную структуру, созданную в результате последовательного наложения и сложения разновозрастных и раноглубинных ансамблей неоднородностей, закономерно переработанных многообразным комплексом экзодинамических процессов. В этом определении земная поверхность рассматривается как категория историческая и одновременно как результат окислительного взаимодействия литосферы с гидросферой, атмосферой и биосферой.С этой точки зренияземная поверхность должна выступать как современный эрозионный срез земной коры, как геоморфологическая формация современной геологической формации. В структуре геоморфологической формации необходимо чётко разграничивать древние и молодые элементы, так как их удельный вес в формировании земной поверхности весьма различен. А соотношение того и другого имеет огромное значение для оценки интенсивности новейшей геодинамической активности литосферы в данном конкретном месте. Соответственно и различна информативность материалов дистанционных съёмок в отношении разновозрастных и разноглубинных образований.

Молодые структурно-геологические неоднородности создают основные формы современного континентального рельефа, которые мы сегодня наблюдаем на обзорных космических снимках. Они предопределены молодыми и новейшими тектоническими движениями геоморфологического этапа развития литосферы Земли и возникли 30-35 миллионов лет тому назад (олигоцен, реже эоцен). В то же время, надо понимать, что сами формы новейших структурных образований достаточно разнообразны и различны на платформинных равнинах, в горно-складчатых областях или рифтовых зонах.

На платформах они отличаются бо′льшими размерами, преобладанием мягких изометрично-овоидных форм с малой контрастностью рельефа и градиентных переходов от положительных к отрицательным. Поэтому границы таких форм являются размытыми. Всё это затрудняет картирование их, особенно, если работы ведутся контактными методами.

В пределах горно-складчатых областейи рифтовых зон задача выделения молодых элементов геолого-структурных форм решается много проще, так как в большинстве своём они очевидны. Хребты и впадины, вулканы, тектонические уступы и др., являются ни чем иным как крупными блоками земной коры и их внутреннего строения и ограничения. Они охватывают сразу мощные толщи земной коры и получили по Э.Аргану и С.С.Шульцу название складок основания, по В.Пенку складок коры, по Е.В.Павловскому аркогенов, по В.А.Обручеву складчато-глыбовых поднятий и опусканий и т.д. К основанию в данном аспекте относятся все осадочные, метаморфические и магматические комплексы, которые сформированы в эпохи, предшествующие новейшему этапу, когда деформационные структурные формы не вступили в контакт с атмосферой, гидросферой или биосферой. От молодых образований – покровных, они обычно отделены поверхностями несогласия, которые в свою очередь отражают длительные эпохи денудационного выравнивания горного рельефа континентов. Для основания или фундамента характерна расслоенность. Это означает, что в верхней части коры наблюдается чередование разновозрастных структурных этажей, а в нижней её части и в верхней мантии это расслоение дополняется и изменениями физико-химических вещественных комплексов. Чехол или покров платформ понимается в их традиционном значении.

В одних случаях этими деформациями охвачены древние ранее уже деформированные породы как на Урале или Тянь-Шане. В других – одновременно с ними интенсивно развиваются значительно более мелкие по размерам и глубине охвата деформации молодых ранее не деформируемых пород. Примером этого могут служить Альпы, Карпаты, Кавказ, Гималаи и др. И в тех и других случаях эти деформации образуют внутреннюю структуру складок основания. Имея сравнительно небольшие размеры, и не образуя самостоятельных форм рельефа, они могут и не распознаваться с больших космических высот, а дешифрироваться с помощью АФС и космических снимков высокого пространственного разрешения. Важно здесь то, что эта внутренняя структура складок основания предопределяет некоторые особенности их общей морфологии, отображенные на дистанционных носителях в виде внутреннего фотоаномального рисунка, отражённого от роёв и зон малых структурных форм рельефа.

Молодые складки покрова в ряде горно-складчатых областей достаточно обширны по своим размерам и прямо проявлены в рельефе в виде линейных повышений и понижений или куполообразных складок. Будучи сложенными слоистыми или многоцветными толщами осадочных или вулканических пород, они хорошо распознаются на снимках. Примером этого могут служить Ферганская впадина, Таджикская депрессия, Восточная часть Кавказа, складки Загросса и др.

Возможности дешифрирования в этих случаях предопределены различными степенями деформированности той или иной территории и являются надёжными критериями тектонического, структурно-морфологического или кинематического районирования, которое можно эффективно производить с помощью аэрокосмических изображений. Здесь высокие уровни конформности рельефа и геологического субстрата отображается на снимках прямыми или системой понятных косвенных геоморфологических признаков.

Древние структурно-геологические образования в различной мере вовлечены и преобразованы молодыми движениями. В зависимости от степени последующих преобразований и принадлежности к той или иной новейшей тектонической области: будь то складчатая, платформенная или орогеническая, их значение в преобразовании рельефа поверхности различно.

Структура древних складчатых комплексов в пределах молодых орогенов на дистанционных носителях распознаётся несколько хуже, чем альпийская молодая складчатость. Эта структура определяет лишь некоторые особенности новейшей формы, которые в рельефе проявлены в виде малых форм. Они создают специфику внутреннего рисунка того или иного ранее выделенного новейшего тектонического блока и могут не распознаваться прямыми и косвенными признаками вообще за счёт более поздней деформационной деятельности.

На щитах складчатые комплексы метаморфогенных дислокаций распознаются значительно лучше, так как их рисунок мало переработан молодыми тектоническими процессами и не затушёван покровными комплексами рельефа. Примером этого могут быть Канадский (пояс Томсона), Балтийский (Имандра-Варзугский пояс) и Казахский щиты. Селективная денудация и избирательная эрозия в этих условиях препарируют древние структурные формы. На дистанционной основе они распознаются достаточно хорошо, так как доминируют в микро- и мезорельефе и определяют конфигурацию размещения почвенно-геоботанических индикаторов. Этот класс геологических задач, где степень конформности рельефа и геологического субстрата не всегда высокая, определяют косвенные и опосредованно выраженные индикаторы.

Погребённые древние и внутричехольные структурные неоднородности в пределах оснований плит, их чехлов или межгорных впадин могут тоже проявляться на поверхности в ряде нижеследующих случаях. Во-первых, путём нарушения и некоторого преобразования восходящих потоков тепла, газов и флюидов с более глубоких горизонтов коры и формирования на поверхности ореолов морфолого-почвенно-растительных микрокомплексов, отображающихся на снимках в виде тоновых аномалий изображения. Во-вторых, - при штамповой передаче в чехольные комплексы платформ тектонических неоднородностей основания. В-третьих, при денудационном вскрытии уже сформированных штамповых образований чехлов платформ. В-четвёртых, при унаследованном или возобновлённом развитии древних структурных неоднородностей основания. В этих случаях низкой степени конформности или при её отсутствии «работают» опосредованные и криптоморфные индикаторы.

Проявление на дистанционных материалах глубинных неоднородностей литосферы является важнейшим качеством и малоизученным аспектом геологического дешифрирования. Говоря об изучении глубинных деформаций необходимо исходить из того, что глубинный тектогенез представлен большим разннобразием первичных форм и процессов различных по своему генезису, глубине нахождения и объёму охваченных ими слоёв литосферы. Они различны также по времени заложения и активного развития, по механизму передачи и форме проявления в более высоких слоях литосферы и на поверхность Земли. Поэтому при их диагностике используется весь спектр геоморфологических индикаторов, объединённых в геометрические образы линеаментных систем.

По генезису геологического процесса глубинные образования, стимулирующие тот или иной индикатор, могут быть деформационными: упругими, пластичными или разрывными, магматогенными: в виде местного плавления и внедрения расплава, и метаморфогенными.

По глубине нахождения и охвату глубинных форм они могут быть скрыто локализованными в одном или нескольких глубинных слоях и сквозные, охватывающие непосредственно верхние слои коры и её поверхность. Скрытые, локализованные в одном глубинном слое, могут быть нижнемантийными, подастеносферными, надастеносферными, нижнекоровыми и верхнекоровыми. Неоднородности этого типа, но расположенные в нескольких глубинных слоях, могут быть верхнемантийными, коро-мантийными и нижнекоровыми. Сквозные могут быть мантийными, нижнекоровыми и верхнекоровыми. Другие дислокации проявляются в некотором интервале глубин. Они не достигают приповерхностных зон коры и проявляются в виде вторичных форм – линеаментов, линеаментных зон разной геометрии, называемых криптоформными или инфраморфными образованиями. Многие из них являются объектами первостепенной важности с точки зрения минерагенического прогнозирования.

По времени активного развития глубинных форм и адекватных им процессов они могут быть современными, новейшими тектоническими (новообразованными, возрождёнными) и древними.

По формам и степени проявления в приповерхностной зоне земной коры и рельефе они могут быть прямыми, косвенными, опосредованными и криптоморфными или инфраструктурными. На снимках данные образования выражаются в виде структурно-геологических, ландшафтно-геоморфологических или зонально-локализованных микрогеоморфологических признаков.

По механизму передачи и генезису форм проявления на земной поверхности глубинные структурные неоднородности могут быть механическими: упругими, пластичными или разрывными, вещественно-геохимическими: магматическими, гидротермальными, гидрогеохимическими, и геофизическими: гравитационными, магнитными, тепловыми и др..

Совокупность известных геолого-геофизических и геохимических данных, наших представлений о структуре литосферы и процессах происходящих в ней (в формах преобразования и миграции вещества), позволяет составить модель передачи глубинного «сигнала» на земную поверхность и проявления на ней глубинных скрытых структур, соответствующих отражений их на космических снимках и в рельефе, в виде простых и сложных композиций.

Простейшими из них являются линеаментные модели. Предположим, что линеамент является отражением на земной поверхности некоторого погребённого разлома, по которому могут происходить активные смещения или он может разделять блоки основания. Смещение блока может происходить в некотором погребённом слое и вызывать смещение, деформацию всего вышележащего слоя покрова, или будет как-то им преломлено. Естественно предположить, что на поверхности глубинные смещения могут проявиться в виде полосы или зоны вторичных форм. При большой генерализации космического изображения эта зона концентрируется в виде полосовой тонометрической аномалии. Форма нарушения в фундаменте платформ несомненно должна повториться и на поверхности в виде геометризованной фигуры. Ширина и внутренний рисунок тонометрической аномалии, согласно закону конуса рассеивания, отобразят форму и интенсивность первичной деформации. Чем глубже источник возбуждения, тем более расплывчатым будет изображение (шире полоса малых структурных форм рельефа). Чем активнее сигнал возбуждения, тем резче проявление глубинной неоднородности на поверхности. Именно на этой особенности и основывается наше предположение о диссипативном механизме связи между геологическим процессом и его геоморфологическим следствием (Рис. 11-1).

Используя это положение, космическое изображение позволяет прогнозировать некоторые кинематические и морфологические особенности деформаций. Комплекс вторичных форм, которые возникают над погребёнными активными разломами растяжения (плотный рой разнонаправленных линеаров), должен отличаться от такового над разломами сжатия (зоны смятия, чешуйчатые линеары). В этом отношении первостепенным выступает анализ геометрических образов наземных объектов и их космических изображений.

Более сложной является геотермо-геохимическая модель глбинного строения. Образование линеаментов обеспечено непрерывным процессом физико-химическим преобразованием вещества. Этот процесс сопряжён с определёнными особенностями протекания этого явления на разных глубинных уровнях литосферы. Он сопровождается выделением и вертикальной миграцией газово-жидких выделений, продуктов этих преобразований и тепла. Восходящий поток флюидов и тепла может быть как сосредоточенным, так и иметь региональный диффузный характер и являться практически сплошным. В обоих случаях его плотность и состав не одинаковы во времени и по площади.

Первичные неоднородности глубинного потока флюидов и тепла отражают структуру и особенности процессов в той среде, в которой они зарождаются. Вторичные же определены особенностями состава, структуры и проницаемости слоёв, через которые этот поток проходит. Преобразуясь на поверхности, они отображают в виде особенностей микрорельефа, почвенных и растительных комплексов флюидово-газовые и тепловые потоки становятся видимыми и могут быть запечатлены на дистанционных изображениях с образованием над очагами флюидов форм линейной, кольцевой и вихревой геометрии. Вертикальный поток вещества может рассеиваться и создавать на поверхности диссипативные криптоморфные образования, слабо проявленные в рельефе. Они могут локализоваться в виде несогласного плана, осложняя рисунок морфоструктурного строения.

Таким образом, в сложном геохимическом и тепловом спектре земной поверхности и соответствующих ему особенностей изменения в строении земной поверхности, а также характере поля отражённого и собственного электро-магнитного излучения земной поверхности заключена весьма разнородная информация. В ней выделяется и та, которую глубинные флюиды и тепло несут как о своих материнских средах, так и о слоях, сквозь которые они проходят на пути к поверхности.

Все эти внутренние изменения фиксируются геофизическими методами диагностики глубинного строения, а внешние их проявления – дистанционными. Методами контактной геологии они не фиксируются. Изучение глубины возбуждающего неоднородность слоя, его физические параметры и форма локализации на поверхности в виде мега или микроструктур криптоморфного ряда, может быть достигнуто с помощью корреляционного анализа линеаментных моделей, их оптического поля с другими геофизическими полями и геохимическими данными.

В заключении необходимо сделать некоторые общие замечания, которые открывают перспективу в использовании МДС в поисковом деле.

Важно подчеркнуть, что с помощью дистанционной информации легко установить криптоморфные разрывные дислокации, не достигшие дневной поверхности или достигшие в сильно ослабленном виде. Тем самым создаются предпосылки поиска надблоковых локальных поднятий и ловушек тектонического экранирования.

Картирование клавишных тектонических дислокаций в пределах авлакогенов, платформенных и предгорных прогибов представляет большой интерес как зоны промышленных залежей нефти.

Прогноз локальных поднятий в комплексе подсолевых отложений в койлогенах, размещение которых контролируется блок-сегментами в виде крупных кольцевых структурных форм. Наибольший поисковый интерес представляет их центральные области и примыкающие к ней локальные поднятия.

В целом накопленный опыт и его практический анализ, моожет представлять поисковый интерес только в комплексе с материалами геологии и геофизики. Но данные МДС интересны сами по себе как материалы, обладающие прогнозным потенциалом. Всё это позволяет сформулировать следующие основные направления использования МДС для повышения результативности прогнозно-поисковых исследований.

1. Усиление исследований по выделению наиболее информативных геоиндикационных показателей, отражающих внутреннее строение чехла всех перспективных нефтегазовых площадей и территорий, необходимо осуществлять в корреляционной связи, как со структурным планом чехла, так и фундамента платформ. Флюиды и тепло от активных структурных форм и ансамблей фундамента передают информацию об активных структурных образованиях на поверхность и проявляются в ландшафте в идее геоморфологических, почвенных и растительных индикаторов, отображающихся на дистанционных изображениях в виде тонометрической информации.

2. Методика изучения прогнозных возможностей МДС строится на основе качественных характеристик специального дешифрирования и количественных – корреляционного анализа численных характеристик степени яркости с таковыми аномальных геофизических полей: теплового, магнитного и гравитационного.

3. Усовершенствование методики особенно в перспективных нефтегазоносных провинциях, районах и локальных площадях видится в разумном комплексе аналогового и цифрового дешифрирования, специально подготовленными для этого операторами, владеющими основами как географических, так и геолого-геофизических знаний, а также и современными информационными технологиями обработки больших объёмов информации.