Вячеслав Георгиевич Жемчужников, Дмитрий Викторович Малахов, Ербулат Маликович Фазылов, Институт геологических наук им. К.И.Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан, тел. (3272) 91-47-19, e-mail: ign_laboil@nets.kz
Методика восстановления облика древней поверхности Земли, в геологической терминологии называемая палеогеографической реконструкцией, по техническим приемам является сложной, не всегда однозначной и достоверной. Сами приемы основаны на геологических методах исследований и в большой степени зависят от опыта геологов. Такие реконструкции можно не без основания отнести к сфере искусства, а не просто к научным методам.
В основу интерпретации положен принцип изучения площадного распространения состава горных пород по данным исследований (наблюдений) в отдельных точках (рис. 1). В общем, эта процедура дискретная из-за невозможности непрерывного прослеживания пластов на всем их протяжении. В зависимости от того, как с расстоянием меняется распределение гальки, песка, глины и других геологических образований, определяется палеогеографическое распределение обстановок осадконакопления, связанных с деятельностью гидросферы (реки, озера или моря) и атмосферы. Предполагается, что если в строении осадочных пластов преобладают грубообломочные гальки, то условия осадконакопления были высокоэнергетические, с близким расположением источников обломочного материала, если пески – то умеренно энергетические, а если глины – низкоэнергетические, удаленные от источников обломочного материала. Методы, основанные на этом принципе, называются методами литологических или литолого-фациальных исследований. Они помогают понять, как в древние геологические эпохи могли распределяться морские, озерные или речные обстановки, где была суша, а где располагалось море.
Рис. 1. Пример построения палеогеографической карты западной части Прикаспийского региона. Кружками с жирными точками показаны скважины, из которых изучался керн.
Другой метод анализа, называемый биостратиграфическим (палеонтологическим) и/или биофациальным, позволяет определять распределение палеонтологических остатков (фоссилий) растительного и животного происхождения в геологическом времени. С одной стороны, он помогает разделить пласты и скоррелировать их с одновозрастными, но находящимися на значительном расстоянии, а с другой – существенно дополнить информацию о том, с какими осадочными породами геолог имеет дело на точке наблюдения, так как галька, песок и глина могли накапливаться и в морских, и в континентальных условиях.
Эти основные методы дополняются методами исследования керна буровых скважин, а также методами, основанными на геофизических (физических) свойствах горных пород – такими как гравиразведка (плотностные свойства), магниторазведка (магнитные свойства) и сейсморазведка (свойства распространения скорости волны упругих колебаний). Если изучение керна буровой скважины, как и два первых метода, относится к методам прямого наблюдения, то последние методы относятся к дистанционным и предполагают интерпретацию состава горных пород по их физическим свойствам. Эти методы исследований применяются в районах, где пласты горных пород погребены на большую глубину и применение методов прямого наблюдения невозможно.
Из этого краткого обзора можно понять, что в палеогеографической реконструкции всегда существует неоднозначность в интерпретации данных в силу дискретности распределения точек наблюдения. А проведение на карте различных контуров древнего ландшафта носит порой условный характер и у каждого исследователя отличается, иногда существенно.
В то же время, вопрос улучшения качества и достоверности палеогеографических интерпретаций достаточно серьезный, так как от него зависит достоверность прогнозной оценки месторождений полезных ископаемых – нефти и газа, подземных вод, бокситов, фосфоритов, марганца, россыпей золота, олова и др. То есть тех полезных ископаемых, которые формируются в связи с деятельностью гидросферы, атмосферы и в результате разрушения коренных пород.
Рис. 2. Сейсмический профиль высокого разрешения, где отмечаются детали строения осадочных пластов под поверхностью. Цветные линии – границы пластов, сформировавшиеся в разные геологические эпохи.
Приход в геологию новых информационных технологий позволил получать подробные сейсмические профили (рис. 2), с помощью которых возможно различать детали строения геологических пластов. На их основе строятся разрезы земной коры достаточно малой мощности (толщины) или высокого разрешения. А использование компьютерных технологий для отображения мощностей отложений на карте (так называемые карты изопахит, см рис. 3) для определенных интервалов геологического времени позволяет работать с этими данными комплексно, в составе базы геоданных, где может быть размещена самая разнообразная геолого-геофизическая информация [1], преобразованная в векторный или растровый формат и, что самое главное, совмещенная с той или иной системой координат.
Рис. 3. Исходная карта изопахит раннемеловой эпохи западной части Прикаспийского региона, цветом показаны мощности (толщины отложений) в сотнях метров.
Как нам представляется, разработка базы геоданных не должна являться самоцелью, а служить основой дальнейшего анализа и интерпретации всей совокупной геоинформации.
В программных продуктах ArcGIS имеются инструменты для создания цифровых моделей рельефа, которые можно представить в виде данных с изменяющимися значениями по оси Z. Для создания трехмерной модели рельефа применяется методика построения TIN с помощью модуля 3D Analyst. Для мелкомасштабных карт бывает достаточно оцифровки изогипс и нанесения линий разрыва. Крупномасштабные карты со сложнорасчлененным рельефом требуют добавления дополнительных данных. В таких случаях для построения TIN приходится оцифровывать точки пересечения изогипс с тальвегами, а также отдельные высоты (тригопункты).
Рис. 4. Цифровая модель древнего рельефа (ЦМДР), полученная на основе карты изопахит (рис. 3).
Для выполнения палеогеографических реконструкций достаточно оцифрованных изогипс мощностей и линий разрыва (рис. 3). Полученная с помощью 3D Analyst модель (рис. 4) может быть привязана в пространстве, где X и Y – значения площадного распределения данных по мощностям, а значения Z – сами мощности, взятые с противоположным знаком с заменой Z=Z•(-1), что, по нашему мнению, отражает основные элементы древнего рельефа. В такой модели меньшие значения по оси Z или меньшие мощности (толщины) являются зонами поднятий, а большие значения Z – зонами прогибов. В этом легко убедиться, если, используя методы и технику интерпретаций сейсмостратиграфического и/или секвенстратиграфического анализа, интерпретировать сейсмические профили высокого разрешения. Более того, для точной отрисовки палеогеографических карт такой анализ должен быть обязательным.
Рис. 5. Процесс обработки ЦМДР, внедренной в 3DS Max.
Экспортируя модель в формат VRML, мы получаем возможность дальнейшей ее обработки в 3D графических приложениях. Так, для пространственного анализа распространения морских и наземных обстановок в среде 3DS Max 6.0 мы создавали плоскость, символизирующую уровень моря (рис. 5). Чтобы оценить степень и скорость предполагаемой трансгрессии на разных этапах времени, создавалась анимация с фиксированной продолжительностью (например, 100 кадров), в течение которой плоскость, отвечающая уровню моря, поднимается от минимального значения до полного «затопления» всех элементов рельефа. При этом амплитуда изменения высоты уровня моря может быть определена для каждого кадра или рассчитана для последовательности кадров, а положение плоскости уровня моря в тот или иной момент времени можно контролировать по значениям Z•(-1), а также коррелировать с другими геоданными из имеющейся базы. Такая модель (рис. 6) реалистично и наглядно представляет палеогеографическую обстановку выбранной геологической эпохи и позволяет выполнить широкий анализ и интерпретацию полевых и других данных. Ее легко импортировать в виде растровых слоев в ArcGIS для дальнейшего анализа, причем даже для минимально возможных отрезков времени.
Рис. 6. Модель трансгрессии морских обстановок на расчлененный рельеф в раннемеловую эпоху.
Рис. 7. Физико-географическая карта Центральной Азии, совмещенная с картой изопахит (черные непрерывные линии), на основе которой создавалась цифровая модель древнего рельефа.
В качестве первого опыта мы разработали модель трансгрессии в Центральной Азии в меловую эпоху, основанную на данных «Карты мощностей меловых отложений Туранской плиты» [2]. При сравнении данной модели с физико-географической картой современной эпохи (рис. 7) отчетливо различаются территории, подвергавшиеся более раннему затоплению, и территории, находившиеся в длительной эрозии, которые были относительно приподняты (рис. 8). Такую модель, которую мы предлагаем назвать «Цифровая модель древнего рельефа» (ЦМДР), можно соотносить с любой информацией базы геоданных – картами структурных отражающих горизонтов, картами изученности территорий и т.д. Как нам представляется, дальнейшее развитие ГИС-технологий и их творческое внедрение в практику геологических исследований и геолого-разведочных работ позволит существенно повысить качество различных карт прогнозных ресурсов, автоматизировать и ускорить процесс обработки геолого-геофизической информации.
Рис. 8. Цифровая модель рельефа меловой эпохи в Центральной Азии. Голубым цветом показывается трансгрессия морских обстановок на континентальный массив.
Литература
1.Ханжиян Е., Мараев В. Геоинформационная система и база геоданных на основе карт «Атласа геологического строения и нефтегазоносности». – ArcReview, 2005, №1(32), С.4-5.
2.Вольвовский И.С., Гарецкий Р.Г., Шлизенгер А.Е., Шрайбман В.И. Тектоника Туранской плиты. – Тр. ГИН АН СССР, вып.165. М., Наука, 1965, 288 с.
