Бурский А.З., Кулешова Л.В., ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга, Санкт-Петербург, тел.: 714-59-41, e-mail: bursky@vniio.ru

Изучение рельефа осевой зоны Срединно-Атлантического хребта (САХ, 0-40^ос.ш.) проводилось в комплексе с исследованиями рифтовой долины (РД) другими методами. Как известно, именно в РД обеспечиваются необходимые условия проявления и существования гидротермальных систем. Поэтому перед каждым методом, в том числе и перед исследованием морфологических особенностей рельефа, ставилась цель определения особенностей приуроченности проявлений к морфоструктуре рельефа РД и, соответственно, возможности выявления критериев их поиска.

На первом этапе ставилась задача визуализации рельефа с использованием 3D-моделей рельефа дна РД. Построенные 3D-модели участков РД (см. приложение 1) позволяют ощутить рельеф так, как если бы по этой долине прошел геологический маршрут и топографическая карта «ожила» и наполнилась зрительными образами геолога. Применение ГИС-технологий к формированию цифровых моделей пяти участков РД и анализ результатов моделирования позволили рассматривать данное направление не только как фоновое для других методов при выявлении новых поисковых критериев, но провести его как самостоятельное, дающее определенную надежду на выявление условий появления и «работы» гидротермальных источников или результатов их функционирования.

В процессе работы над имеющимися материалами по рельефу РД была поставлена цель: разработать опирающиеся на компьютерные технологии методы выявления особенностей морфоструктуры рельефа РД в непосредственной близости от рудопроявлений и попытаться на основе анализа определить возможности морфоструктуры рельефа участвовать в прогнозе глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС).

Подобные исследования проводились достаточно широко (Ильин А.В., 2004); Богданов Ю.А., 2004 и др.). Многие исследователи пришли к выводу, что характер оруденения в рифтовых зонах океанов определяется соотношением тектоники и магматизма, т.е. именно тех процессов, которые создают морфоструктуру рельефа РД срединно-океанических хребтов (СОХ). Первую сводку о связи сульфидного оруденения с рельефом гребневой зоны для Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП) представляет работа И.М. Порошиной (1987). В работе продемонстрированы особенности развития магматизма и тектоники для быстро-спредингового хребта (ВТП), четко выявлены и оценены общие закономерности геоморфологического строения осевой зоны через серию поперечных профилей. Практически теми же методами построения профилей исследуется рельеф РД для медленно-спредингового Срединно-Атлантического хребта (Ильин А.В., 2004).

Имеющиеся в нашем распоряжении материалы – это карты изобат масштаба 1:25 000 и 1:50 000 для пяти участков САХ: ТАГ (25⁰48^/5с.ш., 44⁰59^/з.д.), 16⁰38^/, 24⁰30^/, Логачев (14⁰45^/с.ш., 45⁰46^/з.д.), Ашадзе (12⁰58^/с.ш., 44⁰58^/з.д.). Вертикальное заложение между изобатами 25-50 метров. Картографический материал получен с использованием многолучевых эхолотов.

В процессе подготовки материалов к анализу растровые модели пяти карт были векторизованы. Компьютерное моделирование проводилось с использованием пакета программ ArcGIS.

Для выявления морфологических особенностей рельефа РД участков была применена методика элементаризации рельефа, предложенная А.Н. Ласточкиным (1987, 1991). Эта методика позволяет максимально исключить субъективизм при анализе рельефа. В процессе работы были использованы следующие возможности программного обеспечения:

• построение 3D-моделей рельефа рифтовой долины
• построение профилей и их отражение в виде самостоятельных иллюстраций характера рельефа при наложении на ту или иную поверхность
• построение карты уклонов, где шкала раскраски передает углы наклона
• суммирование площадей поверхностей с одинаковым уклоном
• определение мест максимального и минимального перегиба
• проведение линий тока
• экспозиция склонов
• оценка зон видимости с заданной точки обзора.

Перечисленные возможности программного обеспечения позволили почти полностью применить методику морфодинамического анализа А.Н. Ласточкина (1987). В процессе проведения элементаризации рельефа с использованием возможностей компьютерных технологий выделялись структурные линии и элементарные поверхности. Фиксация характерных точек (ХТ) пока использовалась мало.

Для каждого из пяти участков были получены разнообразные модели, позволяющие выявить особенности морфологии рельефа РД.

В настоящее время имеется минимальный набор компьютерных построений для получения достаточно полной морфологической характеристики рельефа участков РД. В качестве иллюстрации первого этапа анализа рельефа дна РД для ее пяти участков было подготовлено приложение 1 – «Сравнительная характеристика морфологии дна пяти участков рифтовой долины Срединно-Атлантического хребта». Как видно из таблицы, каждый участок последовательно проходит 9 стадий анализа, отраженных в ее вертикальных столбцах:

1. построена в ArcView карта изобат;
2. 3D-модель рельефа дна;
3. 3D-модель TIN-поверхности рельефа дна; раскраска проведена автоматически в соответствии со шкалой глубин, показаны линии профилей и положений рудного поля и рудопроявлений;
4. поперечные профили РД для сравнительной характеристики участка по его протяжению;
5. 3D-модель уклонов. На модели хорошо подчеркивается степень расчлененности бортов рифтовой долины и в соответствии со шкалой уклонов наклоны отдельных частей борта РД;
6. выделение на бортах и днище РД границ сегментов, отличающихся по морфологической структуре рельефа;
7. морфологические характеристики бортов РД в соответствии с их сегментацией;
8. диаграммы, отражающие суммарную площадную характеристику типов элементарных поверхностей;
9. диаграммы, отражающие количественную характеристику распространения типов элементарных поверхностей.

Методы компьютерного моделирования дают возможность достаточно четко охарактеризовать морфологию рельефа дна рифтовой долины САХ. Фактически можно провести описание подобное тому, как его делают палеонтологи при описании морфологических характеристик скелета (трилобиты, брахиоподы и т.д.) остатков организмов.

Участки можно сравнить по форме долины, ширине ее днища и верхней части, высоте и расчлененности бортов на уступы и ступени, а также по их среднему наклону. При дальнейшем изучении выделяются сегменты бортов различной расчлененности. Для каждого участка может быть определена глубина залегания днища. Проведение анализа рельефа на 1-ой стадии дает общее представление о положении выявленных проявлений ГПС и может послужить началом при интерпретации условий выхода гидротерм на поверхность дна и их сохранения для формирования месторождения.

Форма долины в поперечном сечении хорошо видна на профилях. Наиболее четко выраженная «V»-образная форма РД характеризует участки «Ашадзе» и «16⁰38^/». Ширина днища РД на этих участках колеблется от 330 до 1000м. Причем ширина днища изменяется очень мало (особенно на участке «Ашадзе»). «W»-образная долина наиболее ярко прослеживается на участке «24⁰30^/». Ширина днища на этом участке около 7000м, причем большую ее часть занимает поднятие, – W_c = 4500м (см. приложение 1).

Участки «ТАГ» и «Логачева» имеют очень неровные широкие днища с резко изменяющейся шириной. Максимальная ширина днища достигает 4860м, минимальная – 1400м.

Выделение основных элементов морфоструктуры рельефа РД, – днища и бортов, проводится по линиям выпуклого и вогнутого перегибов (L₅ и L₆ по А. Н. Ласточкину, 1987). L₅ (линия выпуклого перегиба) выделяется достаточно легко на всех участках, являясь одним из признаков выявления сегментации бортов РД. Так, например возможность однозначного проведения этой линии для западного борта РД участка «Ашадзе» разделяет борт этого участка на две части: северную и южную. Эта особенность построения структурной линии L₅ коррелируется и с различиями в морфоструктуре рельефа западного борта РД. Южный сегмент борта имеет 7 ступеней, в то время как северный – только одну.

Ширина РД на уровне верхней бровки бортов колеблется в широких пределах: от 1000м до примерно 14000м. В основном РД – симметричные образования, что видно из приблизительного равенства полуширины (Q_W и Q_E, см. приложение 1), измеренной от верхней бровки западного и восточного бортов до осевой зоны РД. Наибольшая длина линии профиля борта (L_W, L_E) (или ширина борта) наблюдается на участке «Ашадзе» – 15000м. В целом, по всем участкам отмечаются значительные колебания этого параметра от 500 до 6000м.

Средние углы наклона борта колеблются в большом диапазоне: от ~ 10⁰ до 50-60⁰. Поверхность бортов РД часто представлена в виде чередования круто наклоненных уступов и близких к горизонтальному положению – ступеней. Кроме того, на бортах хорошо видны образования, рассекающие их поверхность вкрест простирания долины, типа тальвегов с хорошо выраженным килем. Наиболее ярко выраженные тальвеги являются границами сегментов бортов. Каждый из сегментов бортов РД (см. приложение 1) может быть охарактеризован по состоянию расчлененности по типам элементарных поверхностей (ЭП), которые хорошо выделяются по шкале уклонов (0⁰-10⁰; 10⁰-20⁰; 20⁰-30⁰; 30⁰-40⁰; 40⁰-50⁰; 50⁰-60⁰).

Результаты такого анализа в виде диаграмм представлены в правой части приложения 1. На диаграммах хорошо видно, с каким типом участка борта РД мы имеем дело в конкретном случае. На диаграммах приводится площадная и количественная характеристика типов элементарных поверхностей (ЭП), характеризующих сегменты бортов РД.

По результатам первой стадии проведения анализа морфологических особенностей могут быть выделены следующие характерные признаки расположения рудопроявлений и рудных полей ГПС в пределах РД на представленных участках:

• проявления приурочены к участкам, борта которых заметно возвышаются над соседними участками РД и далее переходят к повышенным участкам рифтовых гор (поднятые блоки осевой зоны САХ);
• борт участка с рудопроявлением выглядит как монолитное образование. Он, по сравнению с соседними участками, наименее расчленен;
• проявления в большинстве случаев приурочены к основанию борта РД и располагаются на небольших ступенях;
• все рудопроявления, кроме «Ашадзе», приурочены к восточным бортам РД.

Для более обоснованного проведения элементаризации рельефа РД с помощью компьютерных технологий был выбран участок «16⁰38^/ с.ш.».

Последовательность работы выглядит следующим образом:

1. построение 3D-модели TIN-поверхности рельефа дна. Раскраска проведена автоматически в соответствии с заданной шкалой глубин (рис. 1);
2. 3D-модель рельефа дна РД в изобатах и поперечные профили для получения сравнительной характеристики участка РД на всем его протяжении (рис. 2);
3. проведение главных линий выпуклого и вогнутого перегибов, которые позволяют выделить борта и днище РД (рис. 3);
4. проведение линий тока, которые более наглядно вырисовывают рельеф и дают возможность более точно провести структурные линии (рис. 4);
5. построение 3D-моделей карты уклонов РД. Шкала раскраски передает углы наклона (рис. 5);
6. нанесение линий тока на 3D-модель карты уклонов (рис. 6);
7. на основе полученной модели можно провести все типы структурных линий: гребневые, килевые, линии максимальных и минимальных уклонов, линии выпуклого и вогнутых перегибов, линии бокового ограничения поверхностей (рис. 7). Построенные линии ограничивают элементарные поверхности, из которых состоит рельеф;
8. элементарные поверхности собираются в группы для получения различных характеристик анализируемого рельефа. Давая характеристику расчлененности рельефа можно проанализировать площадную и количественную характеристики, типов элементарных поверхностей с учетом того, что тип поверхности определяется углом наклона (рис. 8);
9. итогом анализа является возможность построения карты и 3D-модели морфологической карты рифтовой долины (рис. 9), на которой каждая из групп элементарных поверхностей характеризуется по форме в поперечном профиле и по положению на батиметрическом профиле.

Рис. 1. 3D-модель TIN-поверхности дна рифтовой долины (рудопроявление 16^о38^/).

Рис. 2. 3D-модель рельефа дна РД в изобатах и поперечные профили.

Рис. 3. Выделение бортов и днища.

Рис. 4. Проведение линий тока.

Рис. 5. 3D-модель карты уклонов.

Рис. 6. 3D-модель карты уклонов с линиями тока.

Рис. 7. Проведение структурных линий.

Рис. 8. Площадная и количественная характеристика распределения элементарных поверхностей.

Рис. 9. 3D-модель морфологической карты.

Результаты проведенного анализа могут быть положены в основу исследований по трем направлениям:

Первое направление – это построение геоморфологических карт на основе системно подготовленных морфологических моделей рельефа на достаточно протяженные участки осевых зон САХ. Для таких карт необходимы возрастные и вещественные характеристики выделенных морфологических элементов.

Второе направление – это углубление анализа взаиморасположения выделяющихся форм рельефа, построение структурно-координатной сети (СКС по А.Н. Ласточкину, 1987) для проведения сравнительной характеристики динамики спрединговых процессов.

Оба эти направления содержат информацию об условиях формирования различных типов руд.

Третье направление вытекает из второго. Сущность его состоит в изучении структурно-тектонической конструкции фрагментов РД и выявлении мест возможного проявления гидротермальной деятельности и локализации скоплений ГПС. Инструментами реализации третьего направления являются геодинамический (геоблоковый) и линеаментый анализы рельефа дна.

Прил. 1. Сравнительная характеристика морфологии дна пяти участков рифтовой долины Срединно-Атлантического хребта.