ЭКОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ И КАРТИРОВАНИЕ
ТЕРРИТОРИЙ

В геологических науках (геологии, инженерной геологии, геохимии, геофизике) в понятия районирование и картирование территорий вкладывается различное содержание. Так, например, в инженерной геологии районирование рассматривается как разделение территории на совокупность элементов, обладающих общими признаками, систематика этих элементов, их картирование и описание (Королев, 1995; Теория и методология..., 1997). Таким образом, картирование (получение конкретных данных для составления отдельных карт) может быть составной частью районирования. В ряде практических эколого-геофизических задач картирование играет самостоятельную роль (например, при изучении различных видов загрязнения геологической среды).

6.1. Эколого-геофизическое районирование

Эколого-геофизическое районирование территорий осуществляется в целях получения представлений о пространственном развитии неблагоприятных природных и техногенных геологических процессов, а также для оценки их влияния на состояние литосферного пространства экосистемы, биоту и человека. Изучение этих процессов, как правило, сопряжено с необходимостью получения независимых данных о геологическом, инженерно-геологическом и гидрогеологическом строении изучаемой территории, в том числе об изменчивости палеорельефа, фациального состава верхней части разреза и фильтрационных свойств пород, о наличии разрывных нарушений и ослабленных зон и др. Все указанные факторы в совокупности определяют устойчивость литосферного пространства по отношению к различным видам воздействия разнородных природных и техногенных факторов (напряженное состояние массивов пород, динамика подземных вод, приливные деформации литосферы, влияние удаленных

151

очагов землетрясений, локальных вибрационных, гравитационных, электромагнитных и термических полей) на состояние экосистем и биоты.

При выполнении эколого-геофизического районирования, как правило, решается оптимальная совокупность эколого-геологических задач, важнейшими из которых являются:

  • - районирование территории по типам геологического разреза, особенностям палеорельефа, гидрогеологическим и сейсмотектоническим условиям;
  • - районирование территории по степени защищенности литосферы от техногенного воздействия, в том числе выявление ослабленных, разуплотненных, проницаемых участков, гидрогеологических "окон", активных динамических зон;
  • - выявление и прогнозирование общих закономерностей распространения по площади и интенсивности протекания экзогенных природных и техногенных физико-геологических процессов;
  • - выделение очагов загрязнения геологической среды и прогнозирование развития неблагоприятных техногенных процессов.

Эколого-геофизическое районирование сводится к моделированию изучаемой территории (региона, локального объекта), т.е. к представлению сложной природно-техногенной системы (ПТС) простыми геолого-геофизическими объектами. В качестве основных компонентов ПТС выступают изменяющаяся под влиянием техногенного воздействия верхняя часть литосферы и агенты техногенного воздействия (физические поля). ПТС имеет сложную иерархическую структуру, определяющую особенности взаимосвязей отдельных ее компонентов.

Наиболее общую модель (М) любой урбанизированной территории, в пределах которой верхняя часть литосферы испытывает длительные техногенные нагрузки, можно представить в виде трехкомпонентной модели:

M = M1 + M2 + M3(t).

Первый компонент (М1) отображает совокупность природных условий, определяющих особенности строения литосферного пространства без учета техногенной нагрузки; второй (М2) - устойчивые региональные изменения литосферы, происшедшие в результате длительного техногенного воздействия. Наконец, компонент M3(t) описывает локальные изменения геологической среды, происходящие под действием переменной техногенной

152

нагрузки (влияние сооружений, эксплуатируемых предприятий, транспорта, различных видов загрязнения). Первые две составляющие можно считать постоянными, третью - переменной.

При выполнении эколого-геофизического районирования приведенная аддитивная модель (М) позволяет представить отдельные элементы и особенности структуры ПТС совокупностью геологических и геофизических полей и параметров, отображающей реальные геоэкологические, гидрогеологические, инженерно-геологические условия изучаемой территории (региона, локального объекта). Моделирование осуществляется путем последовательного построения и анализа мелко-, средне- и крупномасштабных физико-геоэкологических и физико-геологических моделей (ФГЭМ, ФГМ). Их назначение состоит в представлении геологических объектов ограниченным числом информативных геолого-геофизических параметров, позволяющих создавать эталоны для выделения однотипных эколого-геологических ситуаций. Модели могут быть региональными и детальными, площадными и линейными. Их можно представлять в виде таблиц, диаграмм, разрезов и схем.

Модели создаются по данным дистанционных, наземных и подземных (в основном скважинных) наблюдений. Используются материалы, полученные в пределах изучаемой территории при решении геоэкологических, инженерно-геологических и гидрогеологических задач, поисков месторождений полезных ископаемых и др. (см. разд. 5.2 и 5.4). Как правило, эти данные являются разнометодными, разномасштабными и характеризуются различной точностью, поэтому их отбор, систематизация и группирование в зависимости от масштаба и цели исследования требуют единого методологического подхода. Особенно важен в этом отношении учет так называемого масштабного фактора, определяющего зависимость величин измеряемых геофизических параметров от размеров применяемых установок или частоты используемого физического поля. Не менее существенна дискретность измерений (шаг наблюдений) в пространстве, определяющая детальность изучения объекта. При необходимости сопоставления данных, полученных на соседних участках различными методами, в различных масштабах и с различной точностью, требуется специальная статистическая обработка, принципы которой изложены в литературе (Никитин, 1986; Огильви, 1990). Наиболее перспективным в этом отношении представляется использование упоминавшихся в разд. 5.4 методов интегрированного системного анализа. Последовательность его применения дается в табл. 6.1.

При иерархическом представлении ПТС на уровнях космос-воздух-земля-скважина достигается своя степень генерализации

153

Таблица 6.1

Последовательность системного анализа геолого-геофизической информации
на уровнях космос-воздух-земля-скважина
(Московский регион) (Кузнецов и др., 1995)

Иерархические ypoвни (модели) Геологические объекты Масштаб исследований Исходная информация Цель анализа геолого-геофизической информации ФГМ
Геосистема (М, М1) Территория изучаемого региона 1:1500 000 - 1:500000 Космогеологическая дистанционная Получение обзорных космогеологических схем -
Компоненты (М, М1) Области поднятий и опусканий кровли карбонатных пород 1:500 000 - 1:200000 Космическая и аэровысотная дистанционная, региональная, инженерно-геологическая, гидрогеологическая, геофизическая Геолого-тектоническое и гидрогеологическое районирование Региональные
Подсистемы (М1, М2) Древние долины, водораздельные пространства, участки ледникового выпахивания и т.д. 1:50 000 Аэровысотная дистанционная, среднемасштабная наземная геолого-геофизическая Геолого-тектоническое и гидрогеологическое районирование Среднемасштабные
Элементы (М2, М3(t)) Фрагменты древних долин: днища, склоны, водоразделы и их сочетания; различные по мощности отложения, перекрытия 1:25000 - 1:5000 Крупномасштабная наземная, аквальная и скажинная геолого-геофизическая Изучение и прогнозирование инженерно-геологических процессов; характеристика техногенно измененной обстановки; оценка свойств и состояний геологической среды Детальные

154

(обобщения) природных и техногенно измененных литосферных объектов, различающихся по геометрическим параметрам и особенностям отражения их в физических полях и эколого-геологических параметрах. Так, на уровне космических исследований изучаются особенности регионального геологического и тектонического строения территории, выделяются крупные морфоструктуры и элементы разломно-блоковой тектоники в масштабах 1:500 000 - 1:200 000 (модели М, M1). На уровне аэрогеофизических исследований согласно условиям съемки при масштабах 1:50 000 - 1:25 000 выявляются морфоструктуры и разломы второго порядка, оценивается литологическая однородность пород, характеризуются гидрогеологические особенности территории (модели M1, M2). На уровне наземных геолого-геофизических исследований в масштабах от 1:25 000 до 1:5 000 осуществляется подтверждение и эколого-геологическое истолкование данных дистанционных исследований, а также получение новой информации об изучаемых эколого-геологических объектах. Анализ наземной геолого-геофизической информации служит основой для построения ФГМ и ФГЭМ, отражающих детали геологического и гидрогеологического строения изучаемой территории, развитие физико-геологических процессов, экологически опасного техногенного загрязнения литосферного пространства (модели M2 и M3(t)). На уровне скважинных исследований геолого-геофизическая информация дает сведения о пространственной структуре массивов горных пород (литосферного пространства), составе и физических свойствах пород и подземных вод. На основе этих данных устанавливаются корреляционные зависимости между геофизическими, геологическими, экологическими параметрами, оцениваются локальные особенности техногенного воздействия на экосистемы (модель M3(t)).

Таким образом, многоуровневые исследования дают возможность направленно выявить и описать многообразные связи между элементами геосистемы различных иерархических рангов, определяющие особенности пространственного строения, свойств и состояний литосферы в различных масштабах, а также раздельно оценить и природную и техногенную составляющие геосистемы.

В качестве примера эколого-геофизического районирования урбанизированной территории можно привести исследования Московского региона, выполненные в трех масштабах: мелком, среднем и крупном (табл. 6.1).

При мелкомасштабных исследованиях геосистема изучалась на высшем иерархическом уровне - уровне компонентов (наиболее крупных элементов геосистемы). Объектами изучения являлись

155

крупные структурные единицы - региональные разломы, области поднятий и опусканий кровли карбонатных пород, региональные водоупоры. Среднемасштабные исследования определялись на уровне подсистем. В качестве объектов этих исследований выступали участки древних долин, водораздельных пространств, следы ледникового выпахивания и другие особенности погребенного рельефа. Наконец, в крупном масштабе изучались элементы геосистемы: фрагменты древних долин, их сочетания в пространстве, детали геолого-гидрогеологического строения надкарбонатной и карбонатной толщ, мощность коры выветривания, участки карстово-суффозионных (связанных с вымывом заполнителя из карстовых полостей) провалов.

При мелкомасштабном районировании территории в качестве исходной информации использовались данные дешифрирования дистанционных спектрозональных съемок в масштабах 1:2 500 000 и 1:1 000 000, гравитационной съемки в масштабе 1:1 000 000, а также геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические карты масштаба 1:200 000. Осуществлялся последовательный анализ проявленности объектов, выделенных по данным дешифрирования аэрокосмической информации в геолого-геофизических материалах, характеризующих различные глубины исследования. Поскольку площадная разрешающая способность дистанционных методов значительно выше, чем у геолого-геофизических съемок того же масштаба, осуществлялась предварительная фильтрация исходных данных с выделением региональных и локальных составляющих. В результате многоуровневого анализа разноглубинной геолого-геофизической информации были построены мелкомасштабные ФГМ, параметры которых отображали особенности природной инженерно-геологической и гидрогеологической обстановки изучаемой территории (модель М1). В частности, были выделены крупные тектонические структуры и приуроченные к ним области поднятий и опусканий кровли карбонатных пород; прослежены области резкого изменения мощности юрских глин - основного регионального водоупора, обеспечивающего защищенность подземных вод от загрязнения; определены зоны развития древних долин и приуроченных к ним локальных геофизических аномалий, представляющих потенциальную опасность для развития экзогенных геологических процессов.

При среднемасштабном районировании использовались данные наземных геофизических наблюдений в масштабе 1:50 000 (преимущественно электроразведки и сейсморазведки) и данные бурения. В качестве дополнительной информации привлекались результаты дешифрирования дистанционных методов (фото-, тепло-

156

Рис. 6.1. Физико-геологические модели, используемые при среднемасштабном эколого-геофизическом районировании территории (Московский регион) (Кузнецов и др., 1995): I - доюрские долины; II - плейстоценовые долины; III - участки ледникового выпахивания; IV - участки малоамплитудных тектонических нарушений; V - участки отрицательных морфоструктур; VI - участки положительных морфоструктур; 1 - суглинки с гравием и песком; 2 - глины с прослоями песка; 3 - песчаники с валунами; 4 - глины; 5 - известняки; 6 - разрушенные известняки; 7 - местоположение линеаментов; 8 - значения удельных электрических сопротивлений в Ом · м
Рис. 6.1. Физико-геологические модели, используемые при среднемасштабном эколого-геофизическом районировании территории (Московский регион) (Кузнецов и др., 1995):
I - доюрские долины; II - плейстоценовые долины; III - участки ледникового выпахивания; IV - участки малоамплитудных тектонических нарушений; V - участки отрицательных морфоструктур; VI - участки положительных морфоструктур; 1 - суглинки с гравием и песком; 2 - глины с прослоями песка; 3 - песчаники с валунами; 4 - глины; 5 - известняки; 6 - разрушенные известняки; 7 - местоположение линеаментов; 8 - значения удельных электрических сопротивлений в Ом · м

и многозональные съемки). Комплексный анализ геолого-геофизической информации осуществлялся путем последовательного сопоставления данных сверху вниз - от дешифровочных признаков к особенностям рельефа и к маркирующим геологическим горизонтам, залегающим на разных глубинах. Построение среднемасштабных ФГМ (модели М2) осуществлялось на основе геолого-геофизических признаков, отражающих историю развития и унаследованность рельефа. При этом были выделены типы моделей, соответствующие основным элементам современного

157

и древнего рельефа, тектоническим особенностям территории (рис. 6.1).

Крупномасштабное (1:10 000) эколого-геофизическое районирование выполнялось в пределах городской территории. Оно имело целью выявление особенностей природной и техногенно-измененной геологической обстановки и неблагоприятных факторов, влияющих на развитие карстово-суффозионных процессов. Основные закономерности развития этих процессов на территории северо-запада г. Москвы сводятся к следующему:

  • - карстово-суффозионные процессы приурочены к участкам пересечения древних погребенных долин доюрского и доледникового размывов;
  • - на участках проявления карстово-суффозионных процессов наблюдается максимальная закарстованность каменноугольных карбонатных пород;
  • - непосредственное влияние на карстово-суффозионные процессы оказывает наличие или отсутствие разделяющих водоупоров между водоносными горизонтами закарстованных толщ и рыхлыми перекрывающими отложениями, а также мощность водоупоров.

При выполнении районирования использовались результаты бурения, данные комплекса геофизических исследований скважин (ГИС) (преимущественно параметры кажущегося сопротивления (КС) и гамма-каротажа (ГК)), а также (частично) результаты комплексной переинтерпретации данных наземной и аквальной электроразведки (см. табл. 4.1). Выбор параметров крупномасштабных ФГМ (модели М2 и М3(t)) осуществлялся на основе многомерного статистического анализа таких геолого-геофизических данных (числовых признаков), как интенсивность вертикальной фильтрации, коэффициент разрушенности верхней части карбонатного массива, мощность юрских глин, абсолютные отметки кровли карбона, эффективная продольная проводимость Sэф, эффективное поперечное сопротивление Тэф, коэффициент глинистости Кг надкарбонатной толщи.

Районирование осуществлялось путем анализа, группирования и классификации признаков на основе пространственного совпадения с априорными данными, в качестве которых использовались схемы дешифрирования топографических карт и материалы дистанционных съемок. В результате вычислений были получены так называемые кластерные карты (карты групп признаков), которые позволили выявить особенности пространственного распространения эколого-геологических факторов, предопределяющих возникновение и интенсификацию карстово-суффозионных процессов (Кузнецов и др., 1995).

158



Купить BlueTooth гарнитуру

Яндекс цитирования Rambler's Top100
Tikva.Ru © 2006. All Rights Reserved