8. Количественная оценка морфологических характеристик и выявление морфологических особенностей земной поверхности.

Общие вопросы морфометрии. Методический аппарат структурной геоморфологии определяется в значительной мере степенью использования в ней количественных методов. В геоморфологии намечается два основных направления математизации – картометрия и геометризация образов. Важнейшее из них, явлчется морфометрическое. Оно сводится к измерению, анализу и интерпретации многочисленных разрозненных параметров земной поверхности в целом, ее элементов и форм, а также к графическим и графоаналитическим построениям для решения прикладных задач. Общая теория у морфометрии отсутствует. Морфометрический анализ тесно контактирует с картометрией – учением об измерениях, вычислениях и преобразованиях на карте (в ее электронном и бумажном виде) параметров любых явлений на Земле. Морфометрия широко использует опыт геофизики, тонометрии, геометрии недр и других смежных наук. Значительная часть морфометрических построений можно рассматривать как применение картометрии к изучаемому геоморфологией объекту – земной поверхности. Внутри морфометрического анализа выделяются следующие направления: анализ форм земной поверхности, геометризация рельефа с целью описания ее структуры, собственно морфометрический анализ - измерения и вычисления, количественные описания, направленные на получение геоморфологически значимых результатов, и построение вторичных по отношению к топгрфии морфометрических карт

Количественная оценка морфологических характеристик и выявление морфологических особенностей земной поверхности. Важное место в структурной геоморфологии занимает картометрия. К ней относятся картосхемы изогипс, изобат, изодинам на геофизических картах и др. которые характеризуют положение земной поверхности в трехмерном пространстве в целом, без разделения ее на составные части. Другие входящие в эту группу построения отражают ее разные морфологические аспекты, выраженные в изменении в данном пространстве значений соответствующих показателей или параметров максимальных и средних уклонов, вертикальной, горизонтальной и суммарной расчленённости. Эти значения или показатели вычисляются в границах, так называемых, элементарных площадей, на которые топографическая поверхность искусственно разделяется с помощью элементарных квадратов (палеток), кругов, шестиугольников или трапеций разных размеров. Палетка перемещается по исходной карте, на которой вычисляются данные показатели способом скользящего окна. Эта процедура происходит таким образом, чтобы при каждом смещении окна осреднения по горизонтали и по вертикали она на половину перекрывала бы то пространство, которое было ею ограничено в предыдущем положении. В результате этого получается двойное перекрытие пространства и существенное увеличение точек (центров окон палетки), к которым относится вычисленные в ее границах значение какого-либо показателя. Затем проводятся линии равных значений этого показателя. Такие вторичные карты строятся в рамках концепции географического поля В.А.Червякова², по которой исследуемые параметры изменяются плавно и непрерывно.

Наиболее распространенным и самым первым картометрическим построением является карта вертикальной расчлененности (модуль энергии рельефа). Она строится по методике А.И.Спиридонова.(1975). Модуль энергии рельефа или её показатель представляет собой разницу между максимальной и минимальной высотами (глубинами) или относительное превышение в пределах элементарной площади. С помощью этих данных определяются аномалии рельефа и получаем качественные характеристики интенсивности новейших движений³ (Рис.8-1). При инженерных исследованиях в качестве вычисляемых элементов, вводимых в скользящее окно, кроме абсолютных значений верхней и нижней точек высот рельефа, значение косинуса (синуса) угла наклона склона, его длину и, по возможности, массу движущегося по склону рыхлого материала. Тогда энергия рельефа будет составлять интегральную характеристику энергии склонов, заключённых между каждой вершинной и базисной точками и будут характеризовать интенсивность новейших тектонических процессов через энергию экзодинамики. Полученную интегральную характеристику соотносят с коэфициентами сейсмичности (в баллах), трещиноватости и плотности горных пород субстрата. Такие данные используются при решении различных инженерно-геологических и поисковых задач.

Составляются карты горизонтальной расчленённости также по методике А.И.Спиридонова (1975). Под горизонтальной расчлененностью понимается суммарная длина тальвегов всех (временных и постоянных) водотоков, отнесённая к единице площади исследуемого района. Они составляются для получения данных о распределении интенсивности новейших тектонических движений. Распределение по площади средних уклонов склонов определяются по формуле Финстервальдера⁴, в которой они численно выражаются в виде суммарной длины всех горизонталей в элементарной площади при их равном сечении. Карты этих величин позволяют выделять геоморфологические аномалии, адекватно отображающие новейшие деформации земной коры (Рис.8-2).

Картосхема аномальных уклонов тальвегов долин строится по топографической основе масштаба 1:25 000. Методика построения состоит из следующих операций. Поднимаются все тальвеги и разбивались на порядки. После этого линии тальвегов разделяются на отрезки с равными уклонами. Для каждого отрезка вычислялся уклон по следующей формуле:

Kут = [(a-b) / L] x 100%

где а - абсолютная высота верхнего конца отрезка тальвега (в м), b - абсолютная высота нижнего конца отрезка тальвега (в м), L - длина отрезка тальвега в метрах.

Затем составляются таблицы уклонов отрезков тальвегов по их порядкам. Определяется закон распределения значений уклонов тальвегов и вычисляются пределы аномально положительных и отрицательных уклонов, после чего производится окончательная выборка искомых отрезков тальвегов на карте. Наибольшие уклоны отвечают участкам новейших тектонических поднятий или местам пересечения тальвегами контактов пород с разной плотностью (Рис.8-3).

Вычисление коэффициента суммарного расчленённости рельефа и построение соответствующих карт проводится по методике Э.Л.Якименко (1972). Он равен произведению коэфициентов вертикального и горизонтального расчленения рельефа, отнесённому к единице площади. Карты коэффициентов отражают плановое размещение новейших тектонических структур. Кроме того, уклоны, густота и глубина расчленения обусловлены ещё и другими факторами: А) литологическим составом экспонированных пород. На наиболее подверженных эрозии породах расчленение и уклоны характеризуются большими значениями. Б) Этот коэффициент характеризует знак, амплитуды и горизонтальные градиенты амплитуд. Чем больше амплитуды и дифференцированность новейших поднятий, тем выше значения расчлененности и уклонов. На отрицательных морфоструктурах эти значения снижаются. В) Картосхема коэффициентов объясняет близостью базиса эрозии и связанные с этим значительное придолинное расчленение и уклоны, малое расчленение на плоских водоразделах и др. В то же время нельзя не считаться с тем, что введе′ние расчлененности и уклонов в один показатель может усложнить неоднозначность истолкования распределения этих параметров на морфометрических картосхемах. Кроме того, построение карт предусматривает использование изометричных палеток (операторов), в то время как в природе практически всегда (за исключением вершин изометричных форм) проявляется анизотропия рельефа – зависимость изменения главного параметра земной поверхности – высоты или глубины и всех производных от него показателей, от направления измерения (Рис.8-4).

Карта вершинной поверхности строится по методике предложенной В.П.Философовым (1975) и отражает план (но не амплитуды) новейших тектонических структур. Построение карты осуществляется по высшим отметкам водоразделов. Осложняющее влияние литоморфного фактора в пределах района незначительно, если горные породы на всей площади однотипны и обладают примерно одинаковой механической устойчивостью к экзогенным процессам.

Анализ данной карты, построенной, как и большинство других морфометрических материалов, по топографической основе масштаба 1:25 000 – 1:200000, позволяет получить сведения о новейшей тектонике. а) Выявляются крупные сводовые геоморфологическая структуры, б) куполовидные структуры второго порядка, с которыми на рудных полях могут быть связаны выходы рудоносных гранитоидов. в) По линейным зонам сгущения морфоизогипс (градиентам) намечаются крупные и малые тектонические нарушения, разбивающие сводовые поднятия на ряд морфоблоков. г) Выявляются клавишные структуры локальных поднятий и опусканий относительно общей поверхности регионального сводового поднятия (Рис.8-5).

Карта базисной поверхности строится по методике, предложенной также В.П.Философовым (1975). В исследованиях учитываются только водотоки III и более высоких порядков, как наиболее полно отражающие план главных новейших структурных форм и почти не чувствительных к локальным мелким структурам новейшего этапа. Картированию подлежат наименьшие значения высот в скользящем окне палетки, которые располагаются по линиям тальвегов долин. Строится вторичная изолинейная поверхность. Изолинии получили название изобазит.

Изобазиты хорошо фиксируют сводовые поднятия и осложняющие их новейшие тектонические структурные формы: линейные зоны трещиноватости и сгущений линеаментов, валообразные поднятиямя. Базисные поверхности, в отличие от вершинных, более чувстуительны к новейшим тектоническим движениям и отражают более молодые структурные формы. Сопоставление планов морфоизогипс и изобазит говорит о большом их сходстве. Надо всегда помнить, что размещение минерализации в гранитоидных куполах имеет прямую связь с размещением локальных неоднородностей базисных поднятий (Рис. 8-6).

Карта тектономорфоизогипс строится по топооснове масштаба 1:25 000-200 000. Методика картографирования тектономорфоизогипс достаточно подробно описана Л.Б.Аристарховой (1970). Тектоморфоизогипсы – это линии обобщения горизонталей топографической карты, изображающие крупные черты рельефа. Они не должны пересекать горизонтали топографических карт. В отличие от обычной картографической генерализации в основе рисунка морфоизогипс лежит принцип исключения всех линейных и локальных форм рельефа. Благодаря проведению морфоизогипс обеспечивается обобщенное изображение крупных черт рельефа и простота его чтения. Такой рельеф исключает формы эрозионного расчленения и отождествляют с восстановленным тектоническим рельефом. Таким образом, на картах «тектонического рельефа» земная поверхность представлена в том виде, который она имела бы при отсутствии эрозионной деятельности рек в последние этапы развития ее рельефа (Рис.8-7).

В настоящем разделе проиллюстрированы лишь несколько главных морфометрических методов наиболее употребляемых в поисковой геоморфологии. На самом деле для изучения иных деталей новейших тектонических деформвций существует боьшее количество морфометрических методов⁵.