Ранжирование разрывных нарушений является одной из сложных задач при их анализе.
В этом отношении наиболее перспективным представляется применение подхода (и соответствующих методов статистического анализа разломов и тектонической трещиноватости), разработанного в Лаборатории неотектоники и сейсмотектоники геологического факультета МГУ П. Н. Николаевым. Наиболее общая идея этого подхода заключается в признании факта одновременного (в каждый данный момент) функционирования разноранговых тектодинамических систем, каждая из которых характеризуется собственно относительно однородным (целостным) полем напряжений, распределенным в соответствующем данному рангу объеме литосферы и рождающим парагенез тектонических нарушений (разломов, трещин) с закономерным специфическим разбросом в их ориентировке. В рамках данного подхода предложено обоснование выбора определенного набора генетически взаимосвязанных параметров. характеризующих, в частности, структурную неоднородность геологической среды, а методы ранжирования базируются на применении четко формализованных критериев. Данный метод ранжирования позволяет выявлять связи разломов с особенностями конкретных объемов литосферы и. следовательно, с процессами, протекающими в них.
Теоретические и методические основы подхода, который может быть назван системно-ранговым. изложен в работе П. Н. Николаева "Поля напряжений и механизм формирования новейших тектонических структур", М.. МГУ, 1984. В соответствии с методикой П. Н. Николаева производится для исследуемой территории разбиение множества разломов на группы, характеризуемые определенными интервалами длин разломов. Для каждой из групп определяется средняя ориентация. Последняя затем приписывается всем разломам данной группы, и для каждой группы составляется отдельная карта разломов в приведенных значениях ориентации, отнесенных к четырем румбам. Таким образом, на каждой составленной этим способом карте оказываются только взаимно параллельные разломы. Последующие процедуры включают: определение расстояний между соседними разломами: вычисление средних расстояний и дисперсий для разломов на каждой карте; построение графика зависимости расстояний между разрывами от их протяженности: проверка (по критерию Стьюдента) достоверности и значимости различий между точками графика; объединение недостоверно различающихся точек с отнесением их к единой 'ступени на графике; выдвижение гипотезы об обусловленности дискретного распределения частоты встречаемости разрывов разных групп разноранговостью полей тектонических напряжений, в которых формировались эти разрывы. В случае подтверждения данной гипотезы последующим изучением напряженного состояния (по трещиноватости и сейсмологическим материалам), получаем иерархию разрывных нарушений, имеющую определенный генетический смысл - она связана с действием равноранговых тектодинамических систем, функционирующих в объемах коры, размеры которых выясняются из соотношений длин и расстояний между разломами.
В этом случае строго формализованная процедура ранжирования разрывов имеет вполне определенную содержательную интерпретацию в категориях и терминах тектонофизики и сейсмологии.
Анализ трещиноватости
Понятие "зона повышенной трещиноватости" используется в геологической литературе в разных значениях. Под этим разные авторы понимают зоны относительного увеличения объемной густоты трещин, увеличения площадной густоты трещин, увеличения интенсивности трещиноватости (отношение суммы произведений длин трещин на их зияние к единице площади) и пр. Как показал П. Н. Николаев, вообще тектоническая трещиноватость может быть охарактеризована большим числом параметров, весьма изменчивых по их значениям в пространстве и по характеру их взаимных соотношений. При этом увеличение значений одного параметра может сопровождаться изменением другого (например, увеличение густоты трещин сопровождается уменьшением длин или зияний). Какого-либо одного универсального показателя интенсивности трещиноватости не существует; из множества имеющихся необходимо выбирать те, которые в наилучшей степени отвечают цели исследования.
Предложенные методики позволяют решать два типа задач;
1. Установление распределения на площади степени вероятности проявления того или иного свойства трещиноватости с построением карты изолиний равновероятностной встречаемости выбранного показателя.
В качестве приближенной оценки вероятности проявления показателя рассматривается отношение количества замеров, характеризующихся данным свойством, К общему числу замеров (при достаточной и случайной выборке). При этом осуществляется переход от дискретной характеристики трещиноватости в точках наблюдений к непрерывной на площади.
Так, например, для исследуемого района может быть закартировзно распределение вероятности встретить трещины определенной ориентировки (азимут и угол падения), скажем, перпендикулярной современным растяжениям, что, в частности, позволило бы провести районирование территории по характеру связи поверхностных и глубинных вод.
2. Установление распределения на площади изменений разнообразия того или иного параметра трещиноватости с построением карты изолиний равных отклонений энтропии в каждой точке от средней по району. При этом области с положительными отклонениями характеризуются повышенной сложностью сетки трещин, большей их хаотичностью; с отрицательными - большей упорядоченностью и простотой, чем в среднем по району.
Так, например, можно обнаружить, что области относительно упорядоченного расположения трещин разделяются узкими зонами более сложной сетки трещин. совпадающими с ориентировкой крупных разрывных нарушений и. возможно. характеризующиеся сьоеобразными фильтрационными свойствами.
Подобные подходы могут быть применены для выделения зон повышенной трещиноватости, для чего требуется выполнение значительного объема полевых работ по замерам трещиноватости.
Индикаторы зон активных разрывных нарушений
Развитие разрывных деформаций, в т. ч. и глубоко погруженных, неизбежно приводит к изменению, моделированию земной поверхности Масштаб этих изменений зависит от множества разнородных, часто не связанных друг с другом причин и может варьировать в очень широких пределах: важно, однако, что пространственный рисунок ландшафтно-геоморфологических проявлений зон активных разрывов закономерен, и может изучаться как контактными (наземными), так и дистанционными методами.
Теоретической базой такого рода исследований являются представления о земной коре как о развивающейся, изменяющейся во времени системе, что позволяет представить ее структуру как сочетание разнопорядковых и разновозрастных элементов.
В общем случае, в каждый момент времени дневную поверхность можно представить как сочетание участков, на одних из которых рельефообразование (или более широко, ландшафтообразование) имеет активный характер, отражая развитие "живых" в это время структур, а на других происходит только пассивная препарация и нивелирование "отмерших" структур
Рельеф как индикатор новейших, и в особенности современных тектонических движений имеет большую наглядность, чем тектоническая структура. Метровые, а иногда и дециметровые перемещения вдоль активных тектонических линий в геологическом смысле мгновенно отражаются в хорошо заметных формах, в то же время их выявление в геологической структуре часто затруднено даже при наземных исследованиях. Наиболее чувствительным к тектоническим движениям экзогенным процессом является, вероятно, водная эрозия. Любые ослабленные зоны, например, зоны повышенной трещиноватости, подвергаются эрозии в первую очередь, на них закрепляется гидросеть, и они обнаруживают себя в виде эрозионных ложбин разной масштабности. Развитие площадных структур, границами которых сплошь и рядом являются активные линейные нарушения, часто сопровождается изменением региональных уклонов местности и, соответственно, перестройкой плана гидросети, перехватом и отмиранием одних долин и развитием других. Итогом эволюции эрозионной сети того или иного региона является характерный рисунок расчлененности его рельефа; классификация рисунков эрозионной сети и обособление участков местности соответственно этой классификации являются простым, но очень наглядным и надежным методом неотектонического районирования.
Менее очевидна связь с новейшими тектоническими движениями форм рельефа, связанных с эоловыми и ледниковыми процессами, однако существуют данные, подтверждающие такую связь. Например, ориентировка протяженных барханных цепей имеет, по-видимому, структурную основу, хотя морфология каждого отдельного бархана связана с преобладающим направлением ветра. Характерный для пустынных и полупустынных районов дефляционный ячеистый рельеф, связанный с локальным выдуванием неустойчивых грунтов, также, вероятно, наследует структурный план территорий.
Современное распространение ледников (вне арктических зон) связано с активно растущими неотектоническими структурами; кроме того, во многих случаях очевиден тектонический контроль ориентировки и пространственного положения конечно-моренных гряд (ка>. в горах, так и на равнинах), ложбин стока водно-ледниковых потоков, ориентировки камов и озов и др.
На достаточно детальных космических изображениях иногда удается установить формы рельефа, связанные с карстовыми и суффозионными процессами. Образование линейного карста связано с водной эрозией; соответствующие формы рельефа индицируют линейные тектонические структуры. На границах активно развивающихся блоков часто наблюдаются цепочки локальных образований карста и суффозиоьных западин, отвечающие обыкновенно полосам максимальных градиентов скоростей тектонических движений.
Одним из наиболее выразительных индикаторов активных современных движений являются гравитационные процессы - как склоновые (коллювиэльные). так и развивающиеся на плоских присклоновых поверхностях (трещины отседания, сейсморвы и пр.).
Комплексная интерпретация данных о преобладающих типах рельефообразующих процессов и соответствующих им формах рельефа позволяет достаточно уверенно выявлять на космических изображениях активные линейные структуры и определять их основные характеристики.
Тектонический анализ рельефа зон а/к т и в н ы х разрывных нарушений:
Помимо регионально тектонических, климатических и иных причин, рельеф разрывных зон зависит от кинематического типа последних, а также от соотношения ориентировки разрывов с общей структурно-геоморфологической зональностью.
Активно развивающиеся продольные разрывы с субвертикальным положением сместителя формируют уступы, разделяющие блоки неодинакового геоморфологического строения. На космических изображениях особенно хорошо выявляются разрывы. разделяющие области денудационного и аккумулятивного рельефа: иногда хорошо заметны протяженный, отчетливо выраженный уступ, разделяющий поверхности со слабо различающимся рельефом. По соотношению рельефа в крыльях продольных активных разрывов иногда удается восстановить их кинематику. Для активных сбросов характерно развитие аккумулятивного рельефа в опущенном крыле и денудационного в поднятом; при этом неравномерность неотектонического режима компенсируется, главным образом, за счет активной аккумуляции в опущенном. В предгорных районах это обнаруживается по широкому развитию конусов выноса из долин, поперечных тектоническому уступу. В случае активных взбросов формирование единых тектонических уступов не происходит (хотя на бровке поднимающегося крыла развиваются стенки оползневых отрывов), а поднятия компенсируются, главным образом, за счет эрозии активного крыла. Во многих случаях это удается обнаружить на крупномасштабных космических снимках, где видны мощные шлейфы гравитационных образований в тылу опущенного крыла взбросов.
Поперечные и диагональные к структурно-геоморфологической зональности сбросы и взбросы обычно очень отчетливо отражены в формах рельефа и хорошо заметны на космических изображениях. В тех случаях, когда они сопряжены с локальными поперечными прогибами разрывы этой группы выражены в рельефе примерно так же, как и продольные. Однако иногда они сказываются только в ступенчатости рельефа, которую легко спутать с денудационной. Тектоническая (разрывная) природа ступенчатости обнаруживается благодаря прямолинейности уступов, разделяющих блоки с равной степенью расчлененности, а иногда и смене типа рельефа блоков по обе стороны от уступа и по широкому развитию молодых коллювиальных образований вблизи него. Очень часто зоны поперечных приразломных прогибов (неотектгнических грабенов) обнаруживаются по более светлому фот о тону, связанному с меньшей расчлененностью ложа грабена, даже если оно лишено молодого аккумулятивного чехла. Очень четко поперечные и диагональные сбросы и взбросы проявляются в резко меняющейся ширине эрозионных ложбин и долин постоянных водотоков, а также в подчинение, им ориентировок речных меандров в опущенном крыле разрыва.
Поперечные и диагональные к основной зональности формы выявляются на космическом изображении намного более четко, чем продольные, и поэтому они дешифрируются более детально и рассматриваются как более важные. Между тем этот
Эффект во многом связан с особенностями механизмов восприятия. Понимание этой особенности обязывает подходить более объективно к оценке значимости выявляемых при дешифрировании структур.
В отличии от разрывных нарушений с крутым заложением сместителей, надвиги, особенно пологие, как правило, не разрабатываются эрозионной сетью и обнаруживаются на космических изображениях слабо. Однако, если анализировать не просто поверхность надвига, а весь комплекс принадвиговых структурных форм связанных с ним элементов рельефа, то геоморфологическая выраженность зон активного новейшего надвигания может быть вполне определенной. Как правило, фронтальная часть надвигающегося блока сминается в асимметричную антиклинальную складку, замковая часть которой разрушается в первую очередь, вследствии чего образуете: уступ параллельный фронту надвига. В нижней части уступа, на некотором удалении от него, обычно сохраняются фрагменты подвернутого крыла принадвиговой антиклинали, образующие небольшие куэстообразные возвышения в рельефе. Рисунок эрозионной сети между уступом и куэстой в большинстве случаев отличается от такогвого за пределами надвиговой зоны. В результате образуется характерный рельеф, отображающий на космическом снимке полосовым рисунком изображения. На снимках регионального уровня наиболее заметен пологоизогнутый в плане принадвиговый уступ, особенно если он подчеркнут тенями, а на снимках детального уровня часто удается обнаружить все элементы принадвигового рельефа.
Пассивные надвиговые структуры, а также надвиговые пакеты и покровы также образуют полосовой рисунок, однако его структурная интерпретация (по данным МДЗ) является затруднительной, поскольку такой же рельеф могут давать и другие пассивные структуры.
Рельеф зон сдвиговых деформаций отличается наибольшей "узнаваемостью" среди типов рельефа, предопределенных разрывными нарушениями. Это связано с тем что элементы присдвигового рельефа образуют характерный комплекс форм. ориентированный чаще всего поперек или диагонально к региональной геоморфологической зональности; кроме того, плановые смещения элементов рельефа обнаруживаются легче, чем вертикальные смещения той же амплитуды
Наблюдается три основные вида проявления сдвиговых зон в геоморфологическом строении: плановые смещения литоморфных элементов рельефа вдоль системы эрозионных ложбин: аномальные смещения элементов рельефа, не связанных с литологией коренных пород, и, наконец, характерные изгибы линейных положительных форм рельефа.
Первый случай наиболее типичен для рельефа пассивно препарируемых складчатых структур, нарушенных поперечными сдвигами. На качественных среднемасштабных снимках отчетливо выявляются смещения амплитудой в несколько десятков метров.
Плановые смещения молодых форм рельефа наблюдаются в активных сдвиговых зонах, например, среднеазиатских Талассо-Ферганской. Дарваз-Каракульской и др. Здесь обнаруживаются закономерные систематические смещения вдоль линейных понижений рельефа поперечных к ним молодых долин и разделяющих их водоразделов, а в некоторых случаях террас, конусов выноса и др. Используя выявленные на космических изображениях плановые смещения молодых элементов рельефа, П. Молнар, П. Тапонье, В. Г. Трифонов и другие исследователи установили, что многие крупнейшие разломы восточной части Средиземноморского пояса и горных сооружений Центральной Азии (Чаманский, Алтындагский. Джунгарский, Анатолийский и др.) на новейшем и современном этапах развивались как сдвиги. В том случае, если сдвиговые деформации не локализованы в узких разрывных структурах, а распределены в значительных по ширине зонах, линейные элементы рельефа, пересекающие эти зоны, приобретают характерную S и Z-образную форму. На космических снимках соответствующий "шевронный" рисунок изображения выглядит наиболее выразительно, когда в сдвиговой зоне преломляется сразу большое число параллельных линейных элементов рельефа, как это имеет место в некоторых межгорных впадинах Юга СССР. Примечательно, что, если основной этап рельефообразования отстает по времени от главной фазы складчатости, но синхронен развитию сдвиговых деформаций, изгибы линейных элементов рельефа могут не находить соответствия в геологической структуре.