Часть IV. Методы геоморфологических исследований и геоморфологическое картографирование

ГЛАВА 21. СТРУКТУРА И МЕТОДЫ ПОЛЕВЫХ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

СТРУКТУРА ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Геоморфология, как одна из наук о Земле, основывается прежде всего на данных полевых исследований. Наряду с полевыми важ­ное значение для познания рельефа и истории его развития имеют также камеральные работы, включающие в себя весьма широкий и разнообразный круг вопросов и методов. Кроме того, можно го­ворить и об экспериментальных геоморфологических исследова­ниях, которые ставят своей задачей изучение природных геоморфо­логических процессов на полевых стационарах или моделирование их в лаборатории.

Полевые геоморфологические исследования обычно завершают­ся составлением геоморфологической карты, которая наряду с текстом научного отчета является важнейшим итогом выполненных работ.

В зависимости от назначения можно различать общие и частные геоморфологические исследования. Общие исследования охватыва­ют все геоморфологические объекты и имеют целью комплексную характеристику (морфографии, морфометрии, генезиса, возраста, истории развития и динамики рельефа). Завершаются такие иссле­дования составлением общей геоморфологической карты. Обычно этот вид исследований имеет характер общей геоморфологической съемки, которая в нашей стране выполняется силами ведомств Министерства геологии СССР как часть государственной геологи­ческой съемки. Различают мелкомасштабную (<1: 1 000 000), сред-немасштабную (1:200 000—1:1000 000) и крупномасштабную (крупнее 1: 200 000) съемки.

Частные исследования проводятся с целью изучения отдельных геоморфологических объектов (например, карстового или овражно-эрозионного рельефа и т. п.) или отдельных геоморфологических показателей (например, глубины расчленения, густоты расчленения и т. д.). Результатом частных исследований являются частные гео­морфологические карты. Частные исследования, как отмечает А. И. Спиридонов, обычно организуются для решения четко ограни­ченного круга теоретических или прикладных задач.

В целом геоморфологические исследовательские работы разде­ляются на подготовительный, полевой и камеральный этапы. В те­чение подготовительного этапа производится изучение района по данным предшествующих исследований: изучаются литературные источники, научно-технические отчеты, специальные картографиче­ские материалы (геологические, геоморфологические и другие спе­циальные карты), тщательно прорабатываются топографические карты, материалы аэрофотосъемки и космических снимков. Наибо­лее целесообразно итоги изучения района оформить в виде предва­рительной геоморфологической карты. На основе полученных дан­ных составляется программа полевых исследований, включающая схемы намечаемых маршрутов, производства горных работ (шурфовка, бурение) и других специальных работ, например геодези­ческих.

Полевой этап является главной составной частью экспедицион­ных геоморфологических исследований. В течение этого этапа про­изводится сбор основной части фактического материала, проводит­ся начальная его обработка, вырабатываются первые заключения о геоморфологическом строении изучаемой территории, составля­ется полевая геоморфологическая карта изучаемого района.

В зависимости от назначения исследований и масштаба состав­ляемой карты при полевых работах применяются либо ключевой метод в сочетании с маршрутными исследованиями, либо метод площадной съемки.

При ключевом методе проводится детальное обследование отдельных, наиболее типичных для той или иной территории ключе­вых участков (небольших по площади), а затем результаты обсле­дования экстраполируются на остальную, подлежащую изучению территорию. При этом широко используются крупномасштабные топографические карты, аэрофотоснимки и космические снимки. Ключевые участки служат как бы дешифровочными эталонами. В целях контроля над правильностью экстраполяции на площадях между ключевыми участками прокладывается разреженная сетка рабочих съемочных маршрутов.

Площадные исследования ведутся при крупномасштабном кар­тировании. В этом случае маршруты прокладываются более или менее равномерно, сеть маршрутов и точек наблюдений делается достаточно густой, и необходимость в ключевых участках отпадает. Естественно, что при площадных исследованиях затрачивается го­раздо больше усилий и времени, чем при маршрутных работах.

Следует заметить, что во всех случаях полевые работы начина­ются обзорными рекогносцировочными маршрутами, которые про­кладываются по данным предварительного изучения материалов с таким расчетом, чтобы они проходили через все главные геоморфо­логические комплексы, пересекали все наиболее характерные эле­менты и формы рельефа, а также опорные обнажения и горные вы­работки. Задача рекогносцировочных маршрутов, которые часто выходят за границы картируемой территории, — получить непосред­ственное (визуальное) представление о всей территории, подлежа­щей изучению. Они позволяют уточнить и детализировать ранее на­меченную программу полевых работ.

После рекогносцировочных маршрутов отрабатывается осталь­ная сетка маршрутов. При необходимости в конце полевого перио­да проводится несколько заключительных маршрутов, цель кото­рых— увязка данных по отдельным участкам обследованной тер­ритории, вторичное посещение отдельных участков и объектов, которым по тем или иным причинам во время съемки не было уде­лено достаточно внимания, общая проверка полевой геоморфоло­гической карты.

Камеральный этап — это этап обработки всего собранного фак­тического материала, его всесторонней увязки и осмысливания. Во время этого этапа исследований проводятся также различные аналитические работы (пыльцевой, минералогический, петрографи­ческий, микро- и макрофаунистический, диатомовый, радиометри­ческие и другие виды анализов образцов, отобранных в поле), окончательное дешифрирование фотоматериалов, составляются окончательная геоморфологическая карта и текст научного отчета.

МЕТОДЫ ПОЛЕВЫХ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

Полевые наблюдения, выполняемые при геоморфологических исследованиях, разделяются на визуальные и инструментальные. Главные из них — визуальные, основанные на изучении строения, происхождения и динамики рельефа, а также горных пород, сла­гающих те или иные формы рельефа или являющихся коррелятными им. При визуальных наблюдениях широко используется также комплекс простейших полевых приборов и инструментов: анероид-высотомер, горный компас, эклиметр, геологический молоток, ру­летка. Собственно визуальные наблюдения нередко сочетаются с аэровизуальными, проводимыми с самолетов малой авиации или вертолетов. При аэровизуальных наблюдениях ведется осмотр изу­чаемой территории по заранее намеченным маршрутам, результаты фиксируются на топографических картах и в специальных дневни­ках. Особенно удобны для аэровизуальных работ вертолеты, кото­рые могут зависать над отдельными объектами или приземляться у интересного геолого-геоморфологического объекта.

При наземных визуальных наблюдениях главная работа прово­дится в точках наблюдения. Последние выбираются так, чтобы они характеризовали какую-либо форму рельефа, комплекс генетически единых форм или отдельные их элементы, если формы рельефа достаточно крупные.

В точке наблюдения проводится детальная морфографическая и морфометрическая характеристика изучаемых форм: описывает­ся их внешний облик, пространственное размещение, ориентировка, сочленение отдельных форм рельефа друг с другом. Особое внимание уделяется морфометрическим показателям — измерению от­носительных превышений, углов наклона, линейных размеров форм рельефа (ширина, длина) или их элементов. Необходимость по­добного рода работ обусловлена тем, что формы нано- и микро­рельефа обычно не находят отражения даже на крупномасштабных топографических картах, а формы мезорельефа не всегда с доста­точной точностью изображаются на них или также не находят отображения. Так, на карте могут не найти отражения такие важ­ные элементы речной долины, как террасы, если они сохранились узкими полосками, а относительные превышения их друг над дру­гом меньше сечения горизонталей, принятого для данного масшта­ба топокарты.

Однако, как указывалось в главе 3, характеристика рельефа по его морфографическим и морфометрическим показателям недо­статочна. Одной из главных задач полевых геоморфологических исследований является выяснение генезиса изучаемых форм или комплексов форм рельефа. С этой целью тщательно изучаются естественные обнажения, вскрывающие строение изучаемых форм. Если таковые отсутствуют, закладываются шурфы или производит­ся бурение. Во всех случаях осуществляется точная плановая и вы­сотная привязка разрезов и их положения по отношению к изучае­мой форме рельефа. В естественных обнажениях или искусствен­ных выработках описывается состав вскрываемых пород, их цвет, характер слоистости, включений и новообразований, если таковые имеются. При характеристике крупнообломочного материала опре­деляются его размеры, форма, состав и степень окатанности. Тща­тельно измеряются мощности отдельных литологических разностей и изменение их (мощностей) по простиранию обнажения. Большое внимание уделяется взаимоотношению литологических разностей и характеру контактов (границ) между ними. Словом, описывают­ся все особенности толщ, участвующих в строении изучаемых форм, которые могут пролить свет на их генезис.

Полевые наблюдения не всегда оказываются достаточными для суждения о генезисе и особенно о возрасте описываемых форм рельефа. Поэтому при изучении обнажений и искусственных выра­боток производится отбор образцов на различные виды анализов, результаты которых используются при составлени окончательных вариантов геоморфологических карт и написании научных отчетов.

Большое внимание на точках наблюдения уделяется изучению современных геоморфологических процессов, что обусловлено, в первую очередь, значимостью такого изучения для практических целей.

Густота точек наблюдения определяется масштабом геоморфо­логической съемки, сложностью рельефа изучаемой территории, возможностями экстраполяции полученных данных на соседние участки и зависит в значительной мере от обеспеченности качест­венной топоосновой и аэрофотоматериалами, а также от степени открытости территории. Между точками наблюдений ведутся на­блюдения по ходу маршрута.

Bседанные полевого изучения гёолого-геоморфологических объ­ектов заносятся в специальные полевые дневники, в которых ука­зываются также дата проведения наблюдения, порядковый номер точки наблюдения и ее адрес (географическое местоположение).

Описание рельефа и обнажений обычно сопровождается зари­совкой характерных форм рельефа (или комплексов форм) и обна­жений, их фотографированием, составлением схематических геолого-тёбморфологических профилей. В последнем случае довольно часто прибегают к инструментальным способам полевых исследо­ваний, в частности, к использованию нивелиров или теодолитов-тахеометров. Применение топографо-геодезических инструментов чаще всего бывает необходимо для составления детальных геолого-геоморфологических профилей, для получения точных данных о высоте речных или морских террас, о глубине эрозионных врезов, о величине углов наклона склонов и т. п.

В ряде случаев при полевых геоморфологических исследовани­ях используются гидрометеорологические инструментальные наблю­дения, необходимые для суждения о характере и интенсивности современных геолого-геоморфологических процессов (плоскостном смыве, волновом режиме и т. д.). Материал гидрометеостанций не всегда бывает достаточным для решения этих вопросов.

В целом методика полевых геоморфологических исследований очень многообразна, так как используется целый ряд приемов и методик смежных научных дисциплин. Она определяется также задачами, поставленными перед геоморфологическими исследова­ниями, и характером исследуемых объектов. Рассмотрение ее в до­статочно полном объеме представляет собой предмет специальной геоморфологический дисциплины — «Методики полевых геоморфо­логических исселедований», а здесь приходится ограничиться самой общей характеристикой.

ГЛАВА 22. ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ

Наиболее выразительным средством обобщения материалов поле­вых геоморфологических исследований является геоморфологиче­ская карта. Она дает возможность установить пространственные закономерности развития рельефа, а при соответствующей прора­ботке системы условных обозначений — и закономерностей его развития во времени, установить связи между рельефом и геоло­гическим строением, рельефом и другими компонентами географи­ческого ландшафта. Словом, геоморфологическая карта — необхо­димый и важнейший результат геоморфологических исследований, квинтэссенция теоретического обобщения геоморфологических данных, основа для их практического использования.

Геоморфологические карты весьма разнообразны. Это разно­образие определяется их масштабом, содержанием и назначением.

По масштабу различают карты: крупносмаштабные — крупнее 1: 200 000, среднемасштабные —от 1: 200 000 до 1 -.1000000, мелко­масштабные и обзорные — меньше 1: 1000 000. Обзорные и мелко­масштабные карты обычно составляются камеральным путем, кар­ты среднего и крупного масштаба — на основе полевой геоморфо­логической съемки.

По содержанию геоморфологические карты разделяются на частные и общие. Частные геоморфологические карты составляют­ся на основе частных показателей, относящихся только к морфографии, морфометрии, происхождению, возрасту рельефа и т. д. При­мером таких карт могут служить карты густоты горизонтального расчленения, карты общего показателя расчленения рельефа, карты крутизны земной поверхности и др. (см. гл. 3, рис. 2).

Общие геоморфологические карты дают характеристику рельефа по совокупности частных показателей, из которых важнейшими являются: морфография и морфометрия, генезис и возраст рельефа.

Содержание карт определяет их назначение. Частные геоморфо­логические карты предназначаются для решения частных задач: практических, научно-исследовательских и т. д. Так, например, карты густоты и глубины расчленения находят широкое примене­ние при дорожных изысканиях; обе эти карты в совокупности с кар­той крутизны земной поверхности — для нужд сельскохозяйствен­ной организации территории и т. п.

Общие геоморфологические карты удовлетворяют потребно­стям, предъявляемым к ним со стороны различных отраслей науки и народного хозяйства. На их основе могут проводиться любые геоморфологические работы, а также могут быть составлены кар­ты более узкого назначения путем нанесения дополнительных показателей, выделения или исключения некоторых элементов их нагрузки.

Учитывая универсальность и значимость общих геоморфологи­ческих карт, мы несколько подробнее остановимся на содержании и построении легенд таких карт. С самого начала, однако, следует отметить, что до сих пор не существует единой общепринятой ле­генды геоморфологической карты (как это имеет место, например, для геологических карт) не только в международном масштабе, но и в масштабах одной страны. Даже в Советском Союзе, где геоморфологическое картографирование достигло особенно боль­шого развития, единая легенда для геоморфологических карт съе­мочных масштабов отсутствует.

Все же, основываясь на опыте работ различных научно-исследо­вательских и производственных геологических и географических учреждений, можно высказать определенные суждения о принципах построения легенд общих геоморфологических карт.

Общая геоморфологическая карта должна содержать следующие основные характеристики рельефа: его морфографию и морфометрию, генезис и возраст. Для изображения этих характери­стик могут быть применены методы качественного или цветного фона, изолинии, штриховка, значки и индексы. Наиболее выразительным и наглядным картографическим средством является фоно­вая закраска. Ее чаще всего и используют для показа одной из важнейших характеристик рельефа — генезиса. Таким образом, поверхности разного генезиса (а рельеф есть сочетание субгоризонтальных и различно наклоненных поверхностей) закрашивают­ся разным цветом: например, поверхности морского генезиса — синим цветом, флювиального — зеленым и т. д.

Однако при выделении генезиса сразу же возникает определен­ная трудность. Как подчеркивалось выше, рельеф формируется в результате взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов. Какой же группе рельефообразующих процессов следует отдать предпочтение при геоморфологическом картировании в съемоч­ном масштабе? При решении этого вопроса следует руководство­ваться правилом: карта должна содержать специальную нагрузку {в данном случае геоморфологическую), соответствующую масш­табу топографической основы и масштабу проводимой геоморфо­логической съемки. Из изложенного выше материала следует, что эндогенные процессы проявляются, как правило, более или менее однородно на площадях, значительно больших, чем площади, где доминирует тот или иной экзогенный агент. Отсюда следует, что, по-видимому, более целесообразно на картах съемочного масштаба показывать экзогенезис рельефа. И лишь в некоторых случаях при относительно резко выраженном превалировании тектонического фактора в образовании сравнительно небольших форм показывать генезис рельефа, основываясь на принципе эндогенезиса. Таковы­ми могут быть поверхности отдельных разломов, четко выраженные в рельефе и слабо измененные экзогенными процессами, поверхно­сти свежих вулканических и грязевулканических форм и т. п. При выделении каждой генетической группы поверхностей весьма целе­сообразно подразделение их на аккумулятивные и выработанные, чего можно достигнуть, применив, например, точечный метод для изображения аккумулятивных поверхностей.

Что касается морфографии и морфометрии рельефа, то наилуч­шим из существующих способов морфографической и морфометрической характеристики рельефа является способ изображения его изолиниями, каковыми являются горизонтали на топографических картах. Хорошая топооснова несет такую огромную информацию о рельефе той или иной территории, что с ней не могут сравниться никакие, даже самые подробные и самые квалифицированные опи­сания.

Важность морфографической и морфометрической характери­стики рельефа заключается еще и в том, что кроме собственно морфографо-морфометрических данных она несет в себе генетиче­скую информацию, возможность суждения о соотношении деятель­ности эндогенных и экзогенных процессов, а также об интенсив­ности последних. В самом деле, работа каждого агента находит определенное воплощение в облике создаваемых им форм или комплексов форм рельефа. Выражением соотношения деятельности эндогенных и экзогенных процессов служат абсолютные высоты той или иной местности, густота и глубина ее расчленения. Все эти факторы в сочетании с углами наклона местности определяют как «набор», так и интенсивность деятельности экзогенных про­цессов.

Формы рельефа, не выражающиеся в масштабе карты горизон­талями, показываются при помощи условных знаков, каждый из которых своим рисунком характеризует ту или иную форму с чисто внешней стороны, а цвет знака — ее происхождение.

Очень важное значение имеет также изображение возраста рельефа на геоморфологической карте. Как известно, на геологи­ческих картах именно показу возраста пород отводится наиболее выразительное средство — фоновая закраска. На геоморфологиче­ской карте такой способ изображения приводит к значительному обеднению и потере наглядности карты. Поэтому возраст рельефа на геоморфологических картах изображается иными средствами: оттенками цветного фона (в пределах той или иной генетической группы), индексами (внутри определенного контура), штриховкой. Последнюю, однако, целесообразнее оставлять для показа реоло­гических структур, играющих, существенную роль в формировании рельефа той или иной территории: резко выраженных в рельефе брахиантиклиналей, соляных куполов, бронированных поверхно­стей и т. д.

Довольно часто специальными условными знаками на геомор­фологических картах показывается характер современных склоно­вых и некоторых других процессов.

Таковы некоторые принципы составления системы условных обозначений для геоморфологических карт съемочных масштабов. Мы говорим некоторые, так как существуют иные точки зрения на структуру и содержание легенд геоморфологических карт. В любом случае система условных обозначений должна быть тако­вой, чтобы геоморфологическая карта давала наиболее полное представление о характере рельефа той или иной территории, ис­тории его формирования, возрасте и тенденции развития.