Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Циркументно-морфологический анализ и его применение в эколого-геологических исследованиях

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Циркументно-морфологический анализ и его применение в эколого-геологических исследованиях"

На правах рукописи

Ильящ Дмитрий Валерьевич

ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛШ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология» (науки о Земле)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 5 МАЙ 2014

005548288

Работа выполнена в ФГБУ ВПО «Воронежский государственный университет».

Научный руководитель ■

доктор геолого-минералогических наук, профессор Косинова Ирина Ивановна

Официальные оппоненты:

Сунгатуллин Рафаэль Харисович -доктор геолого-минералогических наук, Казанский (Приволжский) федеральный университет, профессор кафедры региональной геологии и полезных ископаемых;

Ведущая организация -

Рыбникова Людмила Сергеевна -кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии горного производства Института горного дела УрО РАН

Белгородский государственный

национальный исследовательский университет (НИУ «БелГУ»)

Защита состоится «26» июня 2014 г. в 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620144, ГСП, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, корпус 3, аудитория 3326.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан « 25» апреля 2014 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.280.01 —* УЛ-Ъъъъ^Л А.Б.Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современные дистанционные методы изучения земной поверхности дают возможность значительно ускорить и вместе с тем увеличить достоверность геологического изучения как открытых, так и закрытых территорий. Они широко используются при морфологическом анализе, который особенно эффективен для выявления линеаментов и кольцевых структур. Однако, как показал обзор опубликованных данных, среди последних у геологов вызывают интерес лишь достаточно крупные объекты, которые сами по себе являются элементами геолого-структурного каркаса территорий. Нами предлагается новый вариант морфологического анализа, который назван циркумментно-морфологическим. Под циркумментами предлагается понимать замкнутые изометричной формы депрессии инфильтрационно-суффозионной просадочной природы с размерностью ранга микро- и мезоформ рельефа. Приводятся доказательства того, что они являются особым типом форм, которые образуются благодаря экзогенным процессам, но при инициации эндогенными силами на поднятиях разного ранга. Данный метод дает возможность более точного трассирования неотектонических структур, участков проявления активных новейших движений, что может значительно увеличить эффективность и объективность глубинного геологического картирования, а также и эколого-геологических исследований.

Отмечено, что в ряде случаев участки распространения циркумментов пытаются использовать под промышленную и даже жилую застройку. Местами делаются попытки их осушения с дальнейшей распашкой под технические и зерновые культуры, однако практика показывает, что урожайность на них не покрывает затрат. В данной работе на конкретных примерах показано, что делать это не только нецелесообразно, а порой просто опасно для здоровья. Эти структуры представляют собой особого рода геодинамические и геохимические системы, которые являются проводниками глубинной энергии и вещества, и сами могут генерировать негативные явления. Площади их развития сопровождаются усилением экзогенных геодинамических процессов, химической деградацией почвенного покрова, загрязнением подземных водоносных горизонтов тяжелыми металлами, солевыми компонентами, повышенной эманацией радона.

В этой связи данная работа решает две научные задачи теоретического и прикладного плана.

Задача теоретического плана - это углубление знаний в области понимания синергетических взаимоотношений между процессами внутренней геодинамики и ландшафтообразующими процессами, соотношением геологических структур и рельефа.

Задача прикладного плана - разработка результативного, доступного и относительно недорогого экспресс-метода инженерно-экологических изысканий, базирующегося на анализе закономерностей пространственного развития циркумментов как индикаторов площадей повышенной активности геодинамических и сопутствующих процессов.

Объект исследования - инфильтрационно-суффозионные просадочные микроструктуры центрального типа (циркумменты), распространенные в зоне сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия.

Предмет исследований - комплекс закономерностей формирования пространственной структуры систем просадочных депрессий в рельефе как индикаторов активных неотектонических структур и связанных с ними эколого-геологических аномалий.

Цель работы - разработка методологической основы повышения эффективности инженерно-экологических изысканий при проектировании объектов строительства и в первую очередь опасных и особо опасных.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

1. Определить идентификационные и дешифровочные признаки объектов исследования (циркумментов).

2. Выявить факторы, способствующие развитию циркумментов путем анализа ландшафтных подсистем территории сопряжения ОДВ и СРП: рельефа, гидросети, литологии, почвенно-растительного покрова, особенностей геологического строения.

3. Обосновать методологические основы циркумментно-морфологического анализа.

4. Разработать алгоритм применения циркумментно-морфологического анализа.

5. Провести мелкомасштабное эколого-геологическое районирование территории Липецкой области на основе циркумментно-морфологического анализа.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Обосновано выделение в ряду кольцевых структур особого их типа низшего ранга - циркумментов как депрессионных микроформ рельефа, созданных экзогенными процессами, но инициированных тектоногенезом. Выявлены закономерности распространения циркумментов в связи с особенностями геоморфологического и геологического строения зоны сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия. Установлены признаки, указывающие на связь циркумментов с активизированными геологическими структурами.

2. Предложены и обоснованы модели образования и развития разных типов циркумментов.

3. Выявлена пространственная и генетическая связь контрастных гидрохимических и литогеохимических аномалий железа и марганца, радоновых аномалий с участками развития циркумментов.

4. Разработана методика циркумментно-морфологического анализа применительно к задачам эколого-геологического районирования.

Практическая значимость

1. Разработанный метод ЦМА может быть применим на проектной стадии глубинного геологического картирования и поисковых работ, при интерпретации геофизических данных и трассировании

линеаментов. Это позволит повысить объективность и эффективность геологоразведочных работ.

2. Метод может использоваться для решения оценочных и

прогнозных задач инженерно-экологических изысканий при выборе приоритетных площадок на разных стадиях проектирования и строительства.

Фактический материал. Исходными материалами для решения поставленных задач явились результаты натурных, картографических и аналитических исследований, проведенных автором в период с 2007 по 2013 гг., систематизированных в период обучения в аспирантуре с 2011 по 2013гг. Научно-исследовательское направление было выбрано автором в 2005 г., работа выполнялась в период с 2005 по 2013 гг.

Для разработки модели морфогенеза циркумментов привлекались картографические материалы, составленные разными авторами в разные годы, в том числе: карты геоморфологические, четвертичных отложений, дочетвертичных отложений, геологические карты докембрия, неотектонические карты, геофизические карты (магнитного, гравитационного поля, сейсмоактивности). Использованы фондовые данные по геохимии подземных вод в количестве 3500 анализов; физико-механических свойства грунтов (310 анализов). Получены аналитические данные собственного пробоотбора по почвенным и грунтовым водам в количестве 260 проб; 5) выполнены замеры объемной активности радона в грунтах (456 пунктов наблюдений, из них 36 по профилям циркумментов); 6) изучен зерновой и минеральный состав литологических проб (70). Проведены комплексные (морфометрические, литологические, ботанические, геохимические) обследования 430 циркумментов на территории Воронежской и Липецкой областей с детальным изучением ландшафтно-геологических особенностей их развития на ключевых участках.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ (в том числе 3 в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ).

Апробация результатов исследований по теме диссертации. По результатам исследований автором работы делались доклады: на научных сессиях Воронежского государственного университета (секция экологической геологии) в 2011-2012 гг. XXIII молодежной научной школе-конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца (Петрозаводск, 2012); второй молодежной научной конференции «Школа экологических перспектив» (Воронеж, ВГУ, 2013); научной конференции «Ломоносовские чтения» (секция геология, подсекция инженерная и экологическая геология, Москва, МГУ, 2013); на Третьей Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (г. Воронеж, ноябрь 2013 г.), на Второй Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы гидрогеологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий (Екатеринбург, 9-12 декабря 2013 г.).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых литературных источников (164 наименования), содержит 109 рисунков, 11 таблиц, 1 графическое приложение.

Положения, выносимые на защиту:

1. Генезис и закономерности распространения циркумментов. как особого типа кольцевых структур низшего ранга, развивающихся под действием экзогенных, но инициированных эндогенными процессами. Циркумменты распространены на дневной поверхности, в зоне сочленения крупных блоков земной коры, где возникают как центры дислокаций в очаговых разуплотнениях над растущими поднятиями. Для их развития наиболее благоприятны территории аллювиальных равнин.

2. Методика циркумментно-морфологического анализа, представляющая собой ряд технологических операций получения и обработки информации о пространственном развитии циркумментов, как индикаторов современных тектонических движений и связанных с ними эколого-геологических процессов и явлений.

3. Эколого-геологическое районирование территории сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия. Выделяется три сектора развития ансамблей циркумментов. В их пределах обозначается ряд участков наиболее напряженного динамического состояния, представляющих площади неблагоприятной эколого-геологической обстановки.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, профессору Ирине Ивановне Косиновой за неизменную поддержку, высококвалифицированные консультации и доброжелательное отношение на всех этапах работы. Искреннюю признательность автор выражает проф. О.В. Базарскому, проф. В.М. Ненахову, проф. А.И. Трегубу, доц. А.А Валялыцикову, доц. К.Ю. Силкину, всему коллективу кафедры экологической геологии Воронежского госуниверситета; сотрудникам факультета геологии и геофизики Уральского государственного горного университета: проф. О.Н. Грязнову, проф. О.М. Гуман, проф. А.Б. Макарову за консультации, помощь при сборе фактического материала и замечания, которые способствовали выполнению данной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Состояние изученности проблемы

Структуры центрального типа (СТЦ) обнаруживаются на всех уровнях организации материи, в том числе и в литосфере, где могут иметь разное происхождение при самом широком разбросе размеров. Появление крупных морфоструктур центрального типа на юго-востоке Русской платформы О.Л. Кузнецов, В.В. Муравьев и др. объясняют динамическим воздействием глубинных энергопотоков, в результате чего в осадочном чехле возникает система сферических и конических разрывов. В целом отмечено, что области развития кольцевых структур приурочены к зонам активизации платформы, при этом в осадочном чехле им чаще всего соответствуют депрессионные формы, заполненные относительно молодыми осадками. На Русской равнине

встречаются, а местами в большом количестве изометричные депрессионные мезо- и мини-формы рельефа, фигурирующие под разными названиями: «западины», «степные блюдца» и т.п. По морфологическим особенностям их можно отнести к экзогенным структурам центрального типа Однако до сих пор нет общепринятых представлений об их происхождении, хотя по этому поводу высказывались очень многие известные исследователи, которые предлагали разные модели их образования.

В геологическом строении Воронежской антеклизы (ВА) выделяется два структурных мегакомплекса - докембрийский кристаллический фундамент и фанерозойский осадочный чехол. Унаследованный характер геологического развития между ними отмечали многие исследователи (Г.И Раскатов, Л.Т Шевырев, А.И. Трегуб, Г.В. Холмовой, А.Д. Савко и др.). Докембрийский фундамент включает три сопряженных мегаблока, которые определенное время развивались автономно, поэтому между собой значительно отличаются и наполнением, и структурно. Западный (Курский) мегаблок наиболее древний. Здесь широко развиты древнейшие породы Земли, так называемой ассоциации ТТГ (серых гнейсов). Центральный мегаблок интерпретируется как шовная зона (Лосевская шовная зона или ЛШЗ) - структура раннепротерозойского возраста, спаявшая западный и восточный мегаблоки. ЛШЗ пересекает ВА в субмеридиональном направлении. Структурно-вещественные комплексы представлены в основном метавулканогенными породами раннепротерозойского возраста. Вдоль ее осевой линии и в дальнейшем закладывались прогибы, которые ныне вмещают долины главных водотоков. По имеющимся сейсмическим данным, ее границы имеют падение на запад, поэтому обрамляющие разломы рассматриваются как крупные надвиговые структуры. Восточный (Хоперский) мегаблок в приповерхностной части земной коры представлен ритмично-слоистой песчаниково-сланцевой толщей воронцовской серии нижнего протерозоя мощностью до 500 м. Подстилается вулканогенно-осадочными образованиями позднеархейского возраста, которые выполняют перекрытый протяженный (свыше 700 км) Тамбовско-Чернышевский рифт.

Верхний мегакомплекс сложен палеозойским, мезозойским и кайнозойским структурными комплексами. Палеозойский отделен от докембрийского резким угловым несогласием, залегает с уклоном в сторону Московской синеклизы на севере и Днепрово-Донецкого авлакогена на юге. Структурная моноклиналь девонских отложений имеет поверхность, осложненную структурными перегибами, впадинами и валообразными поднятиями. Эти структуры, как правило, сопровождаются зонами повышенной трещиноватости и закарстованности. Мезозойский структурный комплекс представлен юрскими и меловыми отложениями, залегающими на палеозойских образованиях с чётко выраженным перерывом и угловым несогласием. Кайнозойский структурный комплекс представлен двумя структурными этажами: палеогеновым и неоген-четвертичным, отделёнными от более древних чётко выраженным перерывом.

С неогенового периода начинается новейшая геологическая история региона, которая совершалась уже для значительной площади ВА в

континентальных условиях. Антропоген - время чередования межледниковых и ледниковых эпох. Из всех криохронов наиболее значительным был днепровский. Его Донская лопасть по Окско-Донской низине и левобережью Хопра опускалась к югу до устья р. Медведицы. В дегляциации Донской лопасти выделяется несколько стадий, с которыми связаны конечные морены, зандровые и другие водно-ледниковые образования. В голоцене на Дону и в его притоках накопился аллювий высокой и низкой пойм.

Глава 2. Морфогенез циркумментов

Циркумменты - это депрессионные микро- и мезоформы рельефа изометричного облика инфильтрационно-суффозионного просадочного происхождения, наблюдаемые на равнинах, сложенных рыхлыми алеврито-песчаными толщами. Они отличаются зональным строением по морфологии, строению почвенного профиля и по фитоценозам. Обычно выделяется внешняя зона в виде кольцевого возвышения (вала), пологий склон составляет большую часть площади структуры, и он постепенно переходит в плоское днище.

По своим размерным параметрам, согласно классификации А.П. Герасимова, циркумменты попадают в диапазон мезо- и мини-форм рельефа и соответствуют экзогенным микроструктурам центрального типа по В.В. Соловьеву. Размер циркумментов варьирует достаточно широко от первых метров до первых километров, т. е. с размахом в три порядка. Несмотря на вариации условий образования, их объединяет сходство в морфологии, единая кинетика процесса, общие закономерности пространственного распространения, обусловленные сходством положения в геолого-геоморфологическом каркасе территории. Первая и основная закономерность — приуроченность к гребням водоразделов современной гидросети. Вторая - приуроченность к осевым линиям структурных меандр рек, огибающих новейшие локальные поднятия разного уровня. Третья - зависимость размера циркуммента от градиента гравитационного потенциала рельефа, благодаря чему, при прочих равных условиях максимальными размерами отличаются циркумменты главного водораздела. Четвертая закономерность имеет структурообразующий характер. Циркумменты не встречаются как одиночные формы, но образуют целые системы (ансамбли), рисунок которых может быть линейным или относительно изометричным. Циркумменты сами по себе не являются элементами структурного каркаса территории, но являются индикаторами тех или иных морфоструктур: линейных, купольных, купольно-кольцевых. На своде поднятий плотно группируются наиболее крупные циркумменты, более мелкие на склонах образуют радиально-концентрические цепочки. Крупные депрессии в рельефе оконтуриваются циркумментами по кольцевому возвышению. Характерна многоуровенность морфоструктур, с которыми связаны циркумменты (рис.1, 2).

Циркумменты как формы рельефа - экзогенные образования, но не спонтанные, а образующие сложные иерархические системы, подчиняющиеся общему структурному закону организации и динамике вещества литосферы. Они трассируют не только неотектонические и современные волновые движения

поверхности осадочного чехла, но хорошо согласуются и с геологическим строением кристаллического фундамента.

Рис.1. Купольная морфоструктура в Чаплыгинском районе Липецкой области в поперечнике имеет размер более 3 км. Циркумменты в ее сводовой части более крупные, чем на склонах

Рис. 2. Купольно-кольцевая морфоструктура. Внутренняя круглая впадина диаметром в 5 км вложена в более крупную Сошкинскую впадину

Они появляются в зонах динамического влияния глубинных разломов, над узлами пликативно-дизъюнктивных дислокаций, над блоками гранитизации, гнейсификации, над отдельными телами гранитоидных, базитовых и ультрабазитовых интрузий, испытывающих восходящие движения по механизму протрузий. В рельефе они всегда приурочены к положительным формам, даже

если и оконтуривают депрессионные морфоструктуры. Механизм образования обусловлен растягивающими усилиями на своде поднятий или в переходной зоне сопряженных структур разного знака движения. Циркумменты на первом этапе образуются как очаговые центры разуплотнения, расширяющиеся постепенно по мере роста поднятия до образования просадочных воронок, которые затем также сливаются, образуя более крупные депрессионные структуры. Размер последних зависит от породного субстрата и строения материнской осадочной толщи. Наиболее крупные в поперечнике циркумменты образуются на низких равнинах в обводненных мощных песчаных, алеврито-песчаных толщах. Геолого-геоморфологическая ступенчатая региональная зональность территории сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия четко отражается в плотности развития и в доминирующем размере циркумментов.

Внешне циркуммент, независимо от размера, представляет собой широкую воронкообразную структуру, в морфологии которой достаточно четко выражены три элемента: внешний кольцевой вал, склон и днище. Разная степень увлажненности, связанная с рельефом, определяет зонально-концентрический характер распределения фитоценозов по площади циркуммента. Но даже и при отсутствии рельефа в мелких циркумментах их структурная идентичность все равно находит свое выражение, что может свидетельствовать в пользу того, что помимо рельефа есть и другая причина образования зональности.

Установлено, что фитозональность - это лишь одна из форм проявления каскадной причинно-следственной синергетической связи событий, приведших к образованию циркуммента. Концентрическая зональность в растительном покрове - это внешнее отражение почвенной зональности. Последняя есть результат зонального проявления выщелачивания металлов и гумуса с двумя ее максимумами - во внешней и внутренней зонах, причем более жесткой во внешней, где чернозем превращен в «белозем» (рис. 3). Почвенный разрез в пределах сухого днища также содержит горизонт выщелачивания, но он может быть как открытым, так и перекрытым более поздним гумусовым горизонтом. Выщелачивание вызвано кислой реакцией почвенных растворов с наиболее низкими значениями рН (менее 5) именно во внешней зоне. Кислая реакция в центральной части на днище циркуммента объясняется почвоведами застойным гидрологическим режимом, близким залеганием грунтовых вод, высокой биопродуктивностью гидрофитов, обилием органики. Всего этого нет во внешней зоне, где растительный покров слабый, отсутствует гумусовый горизонт, а грунтовые воды залегают глубже. Замеры плотности потока радона по морфологическим элементам показали, что они постоянным образом максимальны во внешней зоне, независимо от масштабов циркумментов и выраженности в рельефе.

Рис. 3. Внешняя зона циркуммента - открытая зона выщелачивания имеет резкую внутреннюю границу (а). Погребенный горизонт выщелачивания в пределах днища (б)

Изучение разрезов по скважинам показало, что пески внешней зоны более крупнозернистые, почти не содержат пылеватых и глинистых фракций, мономинеральные кварцевые. Зерна кварца чистые без глинистых и железистых рубашек. Эти пески от внешней зоны погружаются на глубину по мере удаления от нее к центру структуры, перекрываясь сначала мелкозернистыми песками, а затем все более глинистыми отложениями. Комплексный характер зонального строения циркумментов обеспечивает надежную идентификацию их на космофотоматериалах, где особенно хорошо просматривается внешнее белое кольцо циркуммента (рис. 4).

Рис. 4. Белые кольца - характерный атрибут циркумментов. М-б 1:50000

Кольцевой вал циркуммента представляет собой зону конусного срыва как поверхность ослабленного механического контакта с материнским массивом. Поэтому в результате дислокаций она и оказалась наиболее проницаемой и

максимально благоприятной для выщелачивания и суффозии. Этим же объясняются и максимальные значения радонового потока во внешней зоне циркуммента. Повышенный радоновый поток в целом на площади плотного развития циркумментов имеет ту же причину, но на более высоком уровне. Остается нерешенным вопрос относительно сильно кислой реакции почвенных растворов во внешней зоне. Можно предположить два варианта: или радоновый поток сопровождается и другими кислыми газами, или ее генерирует сам радон. Из химии радона известно, что хотя он и относится к инертным газам, тем не менее благодаря самому низкому потенциалу ионизации в своей группе, подобно криптону и ксенону, может давать соединения с кислородом, которые и проявляют кислотные свойства.

Таким образом, циркументы представляют собой депрессионные микро- и мезоформы рельефа, созданные экзогенными процессами, но инициированные тектогенезом. Циркумменты обладают зональным строением, обеспечивающим их надежную идентификацию на космофотоматериалах.

Глава 3. Циркументно-морфологический анализ, как метод выявления неблагоприятных эколого-геологических условий

Циркументно-морфологический анализ (ЦМА) представляет собой разновидность морфологического анализа, при применении которого акцент делается на изучение циркумментов. Методология нового метода заключается в представлении о том, что циркумменты являются индикаторами активных неотектонических структур. Соответственно этому базисному положению предлагается и алгоритм применения метода. В нем четыре блока: 1) выявление закономерностей пространственного развития циркумментов как индикаторов тренда развития современного рельефа; 2) изучение откликов сопряженных с ними в ландшафте биотических, биокосных и абиотических систем; 3) выявление геологических структур, геодинамическая активизация которых является причиной генерации циркумментов; 4) оценочное и прогнозное эколого-геологическое районирование.

Алгоритм циркументно-морфологического анализа выглядит следующим образом.

1. Анализ космофотоматериалов разных производителей с целью подбора лучших условий для выявления циркумментов.

2. Разбраковка изометричных форм, встречающихся на данной территории по генезису, морфологии, возрасту и другим признакам, позволяющим опознавать их на спутниковых материалах и на местности.

3. Изучение дешифровочных признаков циркумментов, применительно к особенностям данной территории,

4. Заверка идентификационных признаков на местности, изучение морфологии, стадии развития, геохимических, геофизических и геодинамических признаков активности.

5. Составление карты распространенности в масштабе, позволяющем картировать циркумменты с размерами, характерными для данной территории.

6. Составление циркумментно-морфоструктурной карты на основе анализа и сопоставления ландшафтных, геохимических, геоморфологических, геологических, геофизических и неотектонических данных.

7. Корректировка морфострукгурной карты с уточнением данных на местности.

8. Составление схемы эколого-геологического районирования с оценкой и прогнозом эколого-геологических условий, по возможности для всех экологических функций литосферы (геодинамической, геохимической, геофизической, ресурсной).

Основные методологические подходы ЦМА разработаны и апробированы на примере сопряжения двух неотектонических структур первого порядка (Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия), где циркумменты имеют максимальное развитие. Проблема биологического воздействия геоактивных зон привлекает в настоящее время внимание многих ученых. Люди с давних времен, используя различные методы и приборы, пытались выяснить положение этих зон. Геоактивные зоны сопровождаются комплексом геохимических и геофизических аномальных явлений, оказывающих неблагоприятное воздействие на биоту. В этом смысле циркумменты и их ансамбли вполне отвечают определению геоактивных зон, т.к. сопровождаются целым рядом прямых признаков активной деформации осадочной толщи и ее поверхности с проявлениями негативных экзогенных процессов, контрастных геохимических аномалий, повышенного радонового потока, химической деградации почвенного покрова, геоботанических аномалий. В районах их площадного развития резко сокращается клин пахотных земель, снижается их плодородие.

Установление косвенной (пространственной) связи циркумментов с активными геологическими структурами производилось с помощью мультимедийного наложения карт. Это дало возможность совмещения карт геологического содержания и материалов дистанционного зондирования. Так же, косвенная пространственная связь устанавливается при обнаружении прямых признаков тектонической активности на территории развития циркумментов по результатам полевых глазомерных и инструментальных наблюдений, а так же аналитических исследований: нарушенное залегание молодых отложений, зеркала скольжения, трещиноватость, наложенная эндогенная минерализация, геохимические и геоботанические аномалии, повышенный радоновый поток, сейсмоактивность. Очень полезно использовать и ретроспективные методы, которые нацеливают на выявление геологических структур, имеющих склонность к унаследованному развитию.

Анализ пространственного положения циркумментов убеждает в очевидности их связи с геолого-геоморфологическим каркасом местных ландшафтов. Например, в Новохоперском районе они образуют зону шириной в

25 км, вытянутую в северо-восточном направлении на 75 км (рис. 5). В ее пределах циркумменты образуют ряд волнообразно чередующихся линейных ансамблей с наиболее крупными циркумментами на гребнях этих волн. В морфоструктурном плане эта зона в целом представляет собой обширную террасированную моноклиналь с падением на северо-запад.

Рис. 5. Новохоперский район. Фрагмент геологической карты докембрия м-ба 1:200 ООО с наложением циркументов (показаны черным цветом). Красный пунктир - осевые линии структурных меандр, Красные линии - разломы. Стрелкой укатаны циркумменты на локальном поднятии у с. Алферовка

Бровки террас четко совпадают с цепочками интрузий. К западу от этой зоны в районе села Алферовка р. Хопер образует структурную меандру второго порядка, огибающую валообразное поднятие, которое приурочено к глубинному Шумилинско-Новохоперскому разлому (центр карты на рис. 5). В своде поднятия так же обнаруживается группа циркумментов. Вдоль его осевой линии при достаточно пологом склоне развита густая овражная сеть, приобретающая веерообразный характер.

Методика оценки территорий на основе ЦМА производится по критериям, разработанным в официальных нормативно-методических документах, применяемых при инженерно-экологических изысканиях.

Так как свойства циркумментов достаточно выдержанные, то коэффициент пораженности фактически является интегральным, хотя и не единственным показателем. Рассчитывается как отношение площади, занимаемой циркумментами к контуру площади их развития. Учет вариаций свойств по горизонтали требует специальных исследований.

Рис. 6. Морфоструктурная террасированная моноклиналь с цепочками крупных циркументов на бровках террас, трассирующих протрузии базитовых тел мамонского комплекса. Новохоперский район. Ширина профиля 30 км

Ниже приводится перечень критериев для оценки экологического состояния территорий, с учетом специфики видов деградации почв и природного загрязнения подземных вод на площадях развития циркумментов (табл.1).

Таблица 1

Матрица оценочных параметров эколого-геологического районирования

№ пп Критерии нд Уровни экологической комфортности

Благоприятные Условно благоприятные Неблагоприятные Весьма неблагопр иятные

1 Пораженность территории поверхностными суффозионнно- просадочными процессами, % СНиП 22-0195 Не опасная (<10%) Умеренно опасная (10-30%) Опасная (30-50%) Весьма опасная (>50%)

2. Плотность потока радона, мБк/м2с СП 2.6.1.75899 (НРБ-99) Требуемый класс противорадоно вой защиты I (менее 80) Требуемый класс противорадоновой защиты II (80-200 мБк/м2с) Требуемый класс противорадоново й защиты III (более 200) -

3 Уменьшение запасов гумуса от среднего в % * 10-20 20-40 40-80 >80

4 Содержание суммы токсичных солей в % * 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,5 >0.5

5 Содержание Ре в воде ** Нормльная ситуация (< 1 пдк) Относительно удовлетворительн ая ситуация (от 1 до 10 ПДК) Чрезвычайная экологическая ситуация (10-15 ПДК) Экологиче ское бедствие (< 15 ПДК)

6 Содержание Мп в воде ** Нормльная ситуация (< 1 ПДК) Относительно удовлетворительн ая ситуация (в пределах гигиенических нормативов (ПДК) Чрезвычайная экологическая ситуация (10-15 ПДК) Экологиче ское бедствие (более 15 ПДК)

* Государственный контроль за использованием и охраной земель (нормативные материалы, выпуск 3.. Под редакцией С.Л. Громова. М., АОЗТ «Земельные вести», 1996- -415с. ** Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия (утв. Минприроды РФ 30 ноября 1992 г).

Таким образом, методологической основой ЦМА является представление о том, что циркумменты являются особым типом кольцевых структур низшего ранга, сопутствующих активному росту положительных морфоструктур. Региональная система циркумментов отражает геоморфологический и геолого-структурный каркас территории в его развитии. Разработанные методологические подходы эколого-геологического районирования базируются на принципе экологических приоритетов, которые предполагают отнесение территории к категории наиболее неблагоприятной экологической оценки, выявленной даже по одному из анализируемых параметров.

Глава 4. Эколого-геологическое районирование Липецкой области на основе циркумментно-морфологического анализа.

Районирование произведено в соответствии с разработанной методикой циркумментно-морфологического анализа и на основе классификации экологических состояний, связанных с экологическими функциями литосферы. Эколого-геологическое районирование территории Липецкой области последовательно осуществлялось согласно вышеизложенной методике ЦМА. Карта эколого-геологического районирования была получена на основе синтетического анализа нижеперечисленных карт:

• Карта эколого-геологического районирования Липецкой области степени деградации почв (рис. 7 а);

• Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по классам противорадоновой защиты (рис. 7 б);

• Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по загрязнению подземных вод железом (рис. 7 в);

• Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по загрязнению подземных вод марганцем (рис. 7 г);

• Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по плотности распространения циркумментов (рис. 7 д).

Категории эколого-геологического состояния, определенные по матрице оценочных параметров (см. табл 1):

1 - Благоприятные

2 - Условно благоприятные

3 - Неблагоприятные

4 - Весьма неблагоприятные

Рис. 7. Тематические карты эколого-геологического состояния Липецкой области

Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по степени деградации почв. Наиболее плодородные почвы с минимальной степенью деградации приурочены к аллювиальным долинам крупных рек, протекающих на территории Липецкой области: Дон, Сосна, Олым, Красивая Меча, Воронеж, Становая Ряса, Матыра. Почвы слабой степени деградации занимают большую часть территории Липецкой области. Они приурочены к крупным водоразделам вышеназванных рек. Почвы средней степени деградации отсутствуют в западном секторе области (правобережью р. Дон). В среднем секторе (междуречье Дона и Воронежа) эти почвы представлены локальными областями распространения в северной половине сектора (севернее г. Липецка). Наибольшим распространением данных почв отличается восточный сектор (правобережье р. Воронеж), особенно его южная часть (южнее впадения р. Матыра), где они занимают практически все водораздельное пространство. Почвы сильной и очень сильной степени деградации отмечены локальными участками лишь на вершинах главных водоразделов в восточном секторе области. Основная масса приходится на южную часть сектора (Усманский, Добринский, Грязинский районы), приурочены к зонам распространения циркумментов. Единичные локальные зоны отмечены в Добровском и Чаплыгинском районах.

Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по классам противорадоновой защиты. Большая часть территории области относится к первому классу противорадоновой защиты. Территории, отнесенные ко второму классу, отмечаются в виде единичных локальных зон в западном секторе области: южнее с. Волово, севернее с. Тербуны, юго-восточнее г. Елец, северо-западнее г. Данков. В среднем секторе области отмечается две зоны: южнее г. Лев Толстой, а так же в центре области, на границе Доброского и Лебедянского районов. Наибольшее распространения эти зоны имеют на юго-востоке области. (Грязинский, Усманский и Добринский районы). Территории третьего класса противорадоновой защиты отмечены в виде локальных зон на главных водоразделах юго-востока области (Усманский, Грязинский и Добринский районы). Здесь в районе наибольшей плотности развития циркумментов плотность радонового потока 220-240 мБк/м2*с.

Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по загрязнению подземных вод железом. Зона благоприятного состояния (содержание железа в водах менее 1 ПДК) занимает большую часть территории Липецкой области. Зоны условно благоприятного состояния (1-10 ПДК) отмечены на юго-западе области (Воловской и Тербуновский районы), а так же занимают практически весь восточный сектор. Зоны неблагоприятного состояния (10-15 ПДК) отмечены на севере (район г. Чаплыгин), в районе г. Липецка (левобережье р. Воронеж), а так же на юго-востоке области (водораздел рек Усмань и Байгора). Небольшая зона отмечена на юго-западе области, севернее с. Волово. Зоны весьма неблагоприятного стояния (более 15 ПДК) отмечены в районе г. Липецка (правобережье р. Воронеж) а так же на водоразделе рек Усмань и Байгора.

Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по загрязнению подземных вод марганцем. Зона благоприятного состояния (содержание железа в водах менее 1 ПДК) занимает большую часть территории Липецкой области. Зоны условно благоприятного состояния (1-10 ПДК) отмечаются в виде локальных участков в западном секторе, на севере, в районе городов Чаплыгин и Лев Толстой, а так же в восточном секторе области (Добровский район, район г. Липецка, Усманский и Добринский районы). Зоны неблагоприятного и весьма неблагоприятного состояния отмечаются в районе г. Липецка, а так же в Добровском районе.

Карта эколого-геологического районирования Липецкой области по плотности распространения циркумментов. В западном секторе области циркумменты практически отсутствуют за исключением лишь небольшого участка у юго-западной границы области. Центральный сектор области отличается наличием довольно обширной зоны условно благоприятного состояния (плотность распространения циркумментов 10-30%), на севере сектора занимающей практически все пространство водораздела между реками Дон и Воронеж. В пределах данной зоны отмечаются локальные участки неблагоприятной обстановки (плотность распространения циркумментов 3050%). Наибольшей плотность распространения циркумментов отличается восточный сектор области. В Чаплыгинском и Добровском районах отмечаются локальные участки зон условно благоприятного и неблагоприятного состояния. Зона условно благоприятного состояния занимает практически все территорию юго-востока области в междуречье р. Воронеж и р. Матыра. Зоны неблагоприятного и весьма неблагоприятного состояния в юго-восточном секторе приурочены к главным водоразделам на территории Усманского, Добринского и Грязинского районов.

Карта эколого-геологического районирования Липецкой области построена нами путем мультипликативного наложения тематических слоев, отражающих особенности распространения циркумментов и сопровождающих их проявлений (рис. 8). Максимальное проявление развития районов неблагоприятной и весьма неблагоприятной ситуации вьивлено в восточной и юго-западной частях области. Это обусловлено комплексом анализируемых параметров.

Пространственно площади оценочных категорий коррелируются с плотностью развития циркумментов. Субмеридиональная зональность пространственной структуры циркумментов (секторность) находит отражение в экологических категориях: деградации почвенного покрова, радоновой опасности, загрязнения подземных вод железом и марганцем.

Все перечисленные виды неблагоприятной экологической ситуации в Липецкой области вызваны новейшей тектонической активизацией глубинных разломов в зоне сопряжения ОДВ и СРП и отражают ступенчатый характер переходов между этими неотектоническими структурами. В пределах восточного сектора наиболее неблагоприятная экологическая ситуация, вызванная природными факторами, сложилась на трех участках: 1) в юго-восточных

районах (Грязинский, Усманский, Добринский); 2) между г. Липецком и районным центром с. Доброе; 3) на северо-востоке в Чаплыгинском районе.

Условные обозначения:

Эколого-геологические районы, выделенные по уровню комфортности:

Благоприятные ^_гидросеть

Условно благоприятные |<р . | Население пункты Неблагоприятные Весьма неблагоприятные Рис. 8. Карта эколого-геологического районирования Липецкой области

Эколого-геологическое районирование территории Липецкой области позволяет выделить четыре категории районов, на уровни экологической

комфортности которых указывают циркумменты, как индикаторы повышенной динамической активности природных факторов.

1. Благоприятные;

2. Условно благоприятные;

3. Неблагоприятные;

4. Весьма неблагоприятные.

Отнесение отдельных участков к тому или иному типу районов проводится согласно разработанной методике эколого-геологического районирования.

На основании полученных результатов предлагаются рекомендации по дальнейшему освоению территории Липецкой области. Так в пределах районов благоприятной эколого-геологической ситуации возможны любые варианты и сценарии ее практически-хозяйственного освоения. Условно благоприятные районы предполагают ограничения по строительству опасных и особо опасных объектов. Возможны все виды другого строительства и сельскохозяйственного производства. Районы неблагоприятной эколого-геологической ситуации характеризуются режимом ограничения по строительству жилых и промышленных объектов. Их можно использовать как пастбищные угодья и для сенокосов. Особое внимание следует обратить на эти участки при проектировании экологически опасных объектов, строительство которых может значительно усугубить общую неблагоприятную экологическую ситуацию. Районы с весьма неблагоприятной эколого-геологической ситуацией целесообразно использовать для лесохозяйственных целей, размещения особо охраняемых природных территорий и т.п.

Заключение

Все задачи научных исследований по теме диссертации решены с полнотой, достаточной для достижения поставленной цели - разработке методологических основ циркумментно-морфологического анализа применительно к проведению эколого-геологического районирования территории.

1. Проанализирован и обобщен опыт предшествующих исследований по вопросам объекта и предмета исследований. Выбранная тематика и результаты исследований актуальны и имеют то практическое значение, что вскрывают причины и факторы образования просадочных форм рельефа на Русской равнине, их роль в формировании природных аномалий.

2. Научная новизна результатов работы заключается в обоснованном выделении в ряду кольцевых структур особой их разновидности низшего ранга -циркумментов как форм рельефа, созданных экзогенными процессами, но инициированных современным тектоногенезом. Выявлен и охарактеризован ряд факторов, сочетание которых благоприятствует развитию циркумментов.

3. Установлено, что все типы циркумментов развиваются на сопряжении крупных геологических структур, испытывающих в настоящее время дифференцированные движения. Циркумменты образуют системы определенной конфигурации (ансамбли) в зависимости от типа морфоструктур, с которыми они генетически связаны: линеаменты, валы, купола, впадины. Развитие

циркумментов хорошо увязывается с картографическими материалами, отражающими геологическое строение территории на разных структурных этажах.

4. Циркумменты как явление, обусловленное процессами деструкции земной коры, обозначаются повышенным радоновым потоком, местами очень интенсивным. Они представляют собой особую геохимическую систему с двумя подсистемами, в которых идут противоположные процессы: из почв и грунтов интенсивно выщелачиваются металлы, а накопление их происходит в грунтовых и подземных водах, где образуются контрастные и обширные аномалии железа и марганца.

5. На основе выявленных закономерностей пространственного развития циркумментов, установленных связей с геологическим строением, динамикой геологических структур и отражением в ландшафте, разработан новый метод циркумментно-морфологического анализа земной поверхности, который открывает возможности для широкого его применения в практике эколого-геологических исследований.

6. Разработана методика эколого-геологического районирования территорий активного развития циркумментов, которая апробирована на примере Липецкой области. Выделено три сектора с различной плотностью развития циркумментов, которые пространственно совмещаются с геоструктурными блоками первого порядка. В пределах последних выделяются участки повышенной плотности циркумментов, отвечающих структурно-тектоническим узлам (пересечение глубинных разломов, насыщенность интрузиями). Проведена комплексная оценка их экологического состояния. Представлены прогнозные • мероприятия по дальнейшему практически-хозяйственному освоению территории области.

Публикации по теме диссертационной работы

По материалам диссертации опубликованы следующие работы: Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Ильяш Д.В. Влияние геолого-стру1стурного фактора на качество карбонатного сырья (на примере Ситовского месторождения флюсовых известняков Липецкой области) / Д.В. Ильяш // Вести. Воронеж. Гос. ун-та. Сер.:Геология. - Воронеж, 2011. - №1. - С. 145-154.

2. Ильяш Д.В. О роли неотектонического и геоморфологического факторов возникновения гидрогеохимических аномалий железа и марганца (на примере Липецкой области) /Д.В. Ильяш, В.В. Ильяш // Вести. Воронеж. Гос. ун-та. Сер.: Геология. - Воронеж, 2012. - №1. - С. 209-219.

3. Косинова И.И. Литологический фактор, как одна из причин неравномерности развития циркументов на территории Воронежской антеклизы / И.И. Косинова, В.В. Ильяш, Д.В. Ильяш // Вестн. Воронеж. Гос. ун-та. Сер.: Геология. - Воронеж, 2013. -№1. - С. 214-218.

Прочие публикации:

4. Ильяш Д.В. Особенности формирования эколого-гидрогеохимических аномалий железа и марганца в р-не г. Воронеж / Д.В. Ильяш // Мат-лы научной сессии Воронеж, гос. университета. Секция экологической геологии. - Воронеж, 2011.-Вып. 4.-С. 39-42.

5. Ильяш Д.В. Донные отложения Воронежского водохранилища, как источник всторичного загрязнения поверхностных и подземных вод / Д.В. Ильяш // Мат-лы научной сессии Воронеж, гос. университета. Секция экологической геологии. -Воронеж, 2012. - Вып. 4. - С. 54-57.

6. Ильяш Д.В. Геохимия и гидрогеохимия железа и марганца в просадочных циркументах Липецкой и Воронежской областей / Д.В. Ильяш // Мат-лы второго молод, инновац. проекта «Школа экологических перспектив»,- Воронеж, 2013. -С. 108-110.

7. Ильяш Д.В. Загрязнение .железом и марганцем подземных вод бассейна р. Воронеж: кто виноват, природа или липецкие металлурги? / Д.В. Ильяш // Мат-лы XXIII молод, науч.-практ конф., посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца. - Карельский научный центр РАН Институт геологии. -Петрозаводск, 2012. - С. 69-72.

8. Косинова И.И. Морфо-геодинамический метод оценки экологического состояния территорий / И.И. Косинова, Д.В. Ильяш // Материалы научной конференции «Ломоносовские чтения». Секция «Геология», подсекция «Инженерная и экологическая геология» , МГУ. -М., 2013. С. 52-54.

9. Ильяш Д.В. Отрицательные морфоструктуры центрального типа как индикаторы экологически опасных территорий /Д.В. Ильяш, В.В. Ильяш, И.И. Косинова// Мат-лы 2-й Всерос. науч.-практ. конф. «Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологи и геоэкологии Урала и Сопредельных территорий», 9-12 декабря 2013 г. - Екатеринбург, 2013. - С. 131-133.

10. Ильяш Д.В. К вопросу о генезисе просадочных западин на территории Воронежской и Липецкой областей / Д.В. Ильяш// Мат-лы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. «Экологическая геология: теория. Практика и региональные проблемы». - Воронеж, 2013. - С. 34-36.

Подписано в печать 24 апреля, 2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ

Издательство В ГУ 394036, г. Воронеж, Университетская пл., 1 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники изд-ва ВГУ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Ильяш, Дмитрий Валерьевич, Екатеринбург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

0420145893*1

ильяш

ДМИТРИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ЦИРКУМЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

специальность 25.00.36 «Геоэкология» (Науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор Косинова И.И.

Воронеж-2014

ХУ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................ 3

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ................................ 9

1.1 Структуры центрального типа и представления об их генезисе......................... 9

1.2 Мезо- и миниформы центрального типа на территории Воронежской

антеклизы............................................................................................. 16

1.3 Особенности геологического строения и геоморфологии в зоне сопряжения

Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия...................................... 18

ГЛАВА 2. МОРФОГЕНЕЗ ЦИРКУММЕНТОВ.................................................. 30

2.1 Место циркумментов в иерархии форм рельефа........................................ 30

2.2 Структуры центрального типа (СЦТ).......................................................... 34

2.3 Общая характеристика циркумментов..................................................... 40

2.4 Циркумменты второго и третьего типов.................................................. 53

2.5 Циркумменты четвертого типа......................................................................... 54

2.6 Модели образования циркумментов и их систем........................................ 57

ГЛАВА 3. ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ............................................................................................ 64

3.1 Циркумментно - морфологический анализ, как метод изучения эколого-геодинамических явлений........................................................................ 66

3.2 Связь циркумментов с геологическими структурами и активными тектоническими зонами........................................................................... 74

3.3 Прямые признаки современной геодинамической активности на участках развития циркумментов.................................................................................... 97

3.4 Циркумментно - морфологический анализ, как метод выявления эколого-геохимических аномалий.......................................................................... 115

3.5 Циркумменты, как индикаторы месторождений полезных

ископаемых.......................................................................................... 118

3.6 Методика районировании территорий на основе основе метода ЦМА............. 120

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЛИПЕЦКОЙ

ОБЛАСТИ НА ОСНОВЕ ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА............................................................................................ 127

4.1 Региональные особенности распространения циркумментов, как отражение геодинамической активности территории.................................................... 129

4.2 Районы наибольшего эколого-геологического напряжения.......................... 140

4.3 Эколого-геологическое районирование Липецкой области........................... 145

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................... 169

СПИСОК ИСПОЛЬЗЛВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................................ 171

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Карта морфоструктур, выделенных на основе циркументно-морфологического анализа (территория Липецкой и Воронежской областей). Масштаб 1:500 000

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Современные дистанционные методы изучения земной поверхности дают возможность значительно ускорить и вместе с тем увеличить достоверность геологического изучения как открытых, так и закрытых территорий. Они широко используются при морфологическом анализе, который особенно эффективен для выявления линеаментов и кольцевых структур. Однако, как показал обзор опубликованных данных, среди последних у геологов вызывают интерес лишь достаточно крупные объекты, которые сами по себе являются элементами геолого-структурного каркаса территорий. Нами предлагается новый вариант морфологического анализа, который назван циркумментно-морфологическим. Под циркумментами предлагается понимать замкнутые изометричной формы депрессии инфильтрационно-суффозионной просадочной природы с размерностью ранга микро- и мезоформ рельефа. Приводятся доказательства того, что они являются особым типом форм, которые образуются благодаря экзогенным процессам, но при инициации эндогенными силами на поднятиях разного ранга. Данный метод дает возможность более точного трассирования неотектонических структур, участков проявления активных новейших движений, что может значительно увеличить эффективность и объективность глубинного геологического картирования, а также и эколого-геологических исследований.

Отмечено, что в ряде случаев участки распространения циркумментов пытаются использовать под промышленную и даже жилую застройку. Местами делаются попытки их осушения с дальнейшей распашкой под технические и зерновые культуры, однако практика показывает, что урожайность на них не покрывает затрат. В данной работе на конкретных примерах показано, что делать это не только нецелесообразно, а порой просто опасно для здоровья. Эти структуры представляют собой особого рода геодинамические и геохимические

системы, которые являются проводниками глубинной энергии и вещества, и сами могут генерировать негативные явления. Площади их развития сопровождаются усилением экзогенных геодинамических процессов, химической деградацией почвенного покрова, загрязнением подземных водоносных горизонтов тяжелыми металлами, солевыми компонентами, повышенной эманацией радона.

В этой связи данная работа решает две научные задачи теоретического и прикладного плана.

Задача теоретического плана - это углубление знаний в области понимания синергетических взаимоотношений между процессами внутренней геодинамики и л андшафто образующими процессами, соотношением геологических структур и рельефа.

Задача прикладного плана - разработка результативного, доступного и относительно недорогого экспресс-метода инженерно-экологических изысканий, базирующегося на анализе закономерностей пространственного развития циркумментов как индикаторов площадей повышенной активности геодинамических и сопутствующих процессов.

Объект исследования - инфильтрационно-суффозионные просадочные микроструктуры центрального типа {циркумменты), распространенные в зоне сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия.

Предмет исследований - комплекс закономерностей формирования пространственной структуры систем просадочных депрессий в рельефе как индикаторов активных неотектонических структур и связанных с ними эколого-геологических аномалий.

Цель работы - разработка методологической основы повышения эффективности инженерно-экологических изысканий при проектировании объектов строительства и в первую очередь опасных и особо опасных.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

1. Определить идентификационные и дешифровочные признаки объектов исследования (циркумментов).

2. Выявить факторы, способствующие развитию циркумментов путем анализа ландшафтных подсистем территории сопряжения ОДВ и СРП: рельефа, гидросети, литологии, почвенно-растительного покрова, особенностей геологического строения.

3. Обосновать методологические основы циркумментно-морфологического анализа.

4. Разработать алгоритм применения циркумментно-морфологического анализа.

5. Провести мелкомасштабное эколого-геологическое районирование территории Липецкой области на основе циркумментно-морфологического анализа.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Обосновано выделение в ряду кольцевых структур особого их типа низшего ранга - циркумментов как депрессионных микроформ рельефа, созданных экзогенными процессами, но инициированных тектоногенезом. Выявлены закономерности распространения циркумментов в связи с особенностями геоморфологического и геологического строения зоны сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия. Установлены признаки, указывающие на связь циркумментов с активизированными геологическими структурами.

2. Предложены и обоснованы модели образования и развития разных типов циркумментов.

3. Выявлена пространственная и генетическая связь контрастных гидрохимических и литогеохимических аномалий железа и марганца, радоновых аномалий с участками развития циркумментов.

4. Разработана методика циркумментно-морфологического анализа применительно к задачам эколого-геологического районирования.

Практическая значимость

1. Разработанный метод ЦМА может быть применим на проектной стадии глубинного геологического картирования и поисковых работ, при интерпретации геофизических данных и трассировании линеаментов. Это позволит повысить объективность и эффективность геологоразведочных работ.

2. Метод может использоваться для решения оценочных и прогнозных задач инженерно-экологических изысканий при выборе приоритетных площадок на разных стадиях проектирования и строительства.

Фактический материал. Исходными материалами для решения поставленных задач явились результаты натурных, картографических и аналитических исследований, проведенных автором в период с 2007 по 2013 гг., систематизированных в период обучения в аспирантуре с 2011 по 2013гг. Научно-исследовательское направление было выбрано автором в 2005 г., работа выполнялась в период с 2005 по 2013 гг.

Для разработки модели морфогенеза циркумментов привлекались картографические материалы, составленные разными авторами в разные годы, в том числе: карты геоморфологические, четвертичных отложений, дочетвертичных отложений, геологические карты докембрия, неотектонические карты, геофизические карты (магнитного, гравитационного поля, сейсмоактивности). Использованы фондовые данные по геохимии подземных вод в количестве 3500 анализов; физико-механических свойства грунтов (310 анализов). Получены аналитические данные собственного пробоотбора по почвенным и грунтовым водам в количестве 260 проб; 5) выполнены замеры объемной активности радона в грунтах (456 пунктов наблюдений, из них 36 по профилям циркумментов); 6) изучен зерновой и минеральный состав литологических проб (70). Проведены комплексные (морфометрические, литологические, ботанические, геохимические) обследования 430

циркумментов на территории Воронежской и Липецкой областей с детальным изучением ландшафтно-геологических особенностей их развития на ключевых участках.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ (в том числе 3 в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ).

Апробация результатов исследований по теме диссертации. По результатам исследований автором работы делались доклады: на научных сессиях Воронежского государственного университета (секция экологической геологии) в 2011-2012 гг. XXIII молодежной научной школе-конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца (Петрозаводск, 2012); второй молодежной научной конференции «Школа экологических перспектив» (Воронеж, ВГУ, 2013); научной конференции «Ломоносовские чтения» (секция геология, подсекция инженерная и экологическая геология, Москва, МГУ, 2013); на Третьей Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (г. Воронеж, ноябрь 2013 г.), на Второй Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы гидрогеологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий (Екатеринбург, 9-12 декабря 2013 г.).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых литературных источников (164 наименования), содержит 109 рисунков, 11 таблиц, 1 графическое приложение.

Положения, выносимые на защиту:

1. Генезис и закономерности распространения циркумментов, как особого типа кольцевых структур низшего ранга, развивающихся под действием экзогенных, но инициированных эндогенными процессами. Циркумменты распространены на дневной поверхности, в зоне сочленения крупных блоков земной коры, где возникают как центры дислокаций в очаговых разуплотнениях над растущими поднятиями. Для их развития наиболее благоприятны территории аллювиальных равнин.

2. Методика циркумментно-морфологического анализа, представляющая собой ряд технологических операций получения и обработки информации о пространственном развитии циркумментов, как индикаторов современных тектонических движений и связанных с ними эколого-геологических процессов и явлений.

3. Эколого-геологическое районирование территории сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия. Выделяется три сектора развития ансамблей циркумментов. В их пределах обозначается ряд участков наиболее напряженного динамического состояния, представляющих площади неблагоприятной эколого-геологической обстановки.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, профессору Ирине Ивановне Косиновой за неизменную поддержку, высококвалифицированные консультации и доброжелательное отношение на всех этапах работы. Искреннюю признательность автор выражает проф. О.В. Базарскому, проф. В.М. Ненахову, проф. А.И. Трегубу, доц. А.А Валяльщикову, доц. К.Ю. Силкину, всему коллективу кафедры экологической геологии Воронежского госуниверситета; сотрудникам факультета геологии и геофизики Уральского государственного горного университета: проф. О.Н. Грязнову, проф. О.М. Гуман, проф. А.Б. Макарову за консультации, помощь при сборе фактического материала и замечания, которые способствовали выполнению данной работы.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ 1.1 Структуры центрального типа и представления об их генезисе

Структуры центрального типа (СЦТ) обнаруживаются на всех уровнях организации материи, в том числе и в литосфере, где могут иметь разное происхождение при самом широком разбросе размеров [101-103; 106].

Впервые морфоструктуры центрального типа (более широко используется термин "кольцевые структуры") были описаны при изучении кайнозойских вулканов на островах Шотландии геологами Е. Бейли (1909), X. Ричи (1928), Г. Тиррелем (1931) и др. В 40-е годы внимание ученых привлекли округлые образования в структуре щитов, сложенных древними метаморфическими и интрузивными породами. П. Эскола в 1949 году первым начал изучать подобные структуры на Балтийском щите. Впоследствии такие структуры, связанные с процессом гранитизации, были выявлены почти на всех щитах. Долгое время они относились к редко встречающимся образованиям.

Вопросам генезиса СЦТ значительное внимание уделялось со стороны советских геологов, начало которым положено в работах В.И.Попова, который с 1938 года развивал теорию ядерного формирования земной коры. На территории Центрального Казахстана им было обнаружено множество крупных ядер, тесно связанных между собой. Им были заложены основы теории развития структур центрального типа с возможной трансформацией вертикальных движений в горизонтальные [90]. Значительно расширилось обнаружение СЦТ с началом запуска орбитальных аппаратов. Практически все специалисты по геологическому дешифрированию наряду с линейными структурами разломной природы стали выделять на космических снимках и кольцевые формы. В 60-е годы в западных горных областях США Э. Уиссер обнаружил отчетливо выраженные куполовидные структуры, подчеркнутые рисунком гидросети.

Таким образом, к середине прошлого столетия были заложены представления о существенной роли кольцевых структур в земной коре, выявлены различные типы концентрических образований и отмечена существенная их роль в размещении месторождений полезных ископаемых.

Чаще всего кольцевые структуры выделялись в магматических комплексах пород - лакколиты, купола, кальдеры и другие. Одним из первых подробно рассмотрел механизм их образования A.B. Авдеев [2]. Им выделено три этапа в развитии кольцевых структур: докембрийский, протерозойско-неогеновый и современный. Он один из первых провел сравнение земных и лунных кольцевых форм. Е.В. Свешниковой [102] подчеркивается, что для лунных кольцевых структур характерна большая динамичность центрального ядра. Это принципиально отличает такие структуры от крупных кольцевых образований земной коры. Г.З. Попова впервые подала идею о глубинном происхождении кольцевых структур. Большое значение в образовании кольцевых структур она придает магматическим процессам, неразрывно связанным с динамикой верхней мантии. Она полагает, что СЦТ появляются на ранних этапах формирования базальтовой земной коры [91].

Установление повсеместного развития на земной поверхности кольцевых образований привело многих исследователей к выводу о глобальности процессов их возникновения и огромной роли в формировании стру