CC BY
53
www.volsu.ru
DOI: http://dx.doi.org/10.15688/jvolsu11.2016.2.6
УДК 551.4.01 ББК 26.8
ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ НА ПРАВОБЕРЕЖЬЕ ВОЛГОГРАДСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА 1
Денис Анатольевич Солодовников
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии и картографии, Волгоградский государственный университет [email protected]
просп. Университетский, 100, 400062 г. Волгоград, Российская Федерация
Наталья Михайловна Хаванская
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии и картографии, Волгоградский государственный университет havanskayanm@mail. т
просп. Университетский, 100, 400062 г. Волгоград, Российская Федерация
Вера Николаевна Бодрова
^ Старший преподаватель кафедры географии и картографии, сЗ Волгоградский государственный университет
® просп. Университетский, 100, 400062 г. Волгоград, Российская Федерация
Николай Владимирович Вишняков
Старший преподаватель кафедры географии и картографии, Волгоградский государственный университет nivishnyakov@yandex. т
просп. Университетский, 100, 400062 г. Волгоград, Российская Федерация
Аннотация. В статье представлены результаты анализа геоморфологических индикаторов современных тектонических движений на правобережье Волгоградского водохранилища в зоне Александровского грабена. Геологическое строение района исследования осложнено серией разломов, которые проявляются в рельефе в виде эрозионных систем, морфологический и морфоструктурный анализ которых лежит в основе данного исследования. На основе цифровой модели рельефа авторами были составлены гипсометрическая модель, модель уклонов поверхности, гидрологическая модель порядков водотоков. Выявлено, что эрозионная сеть относится к дендритовому типу, а в ее структуре преобладают водотоки первого порядка (58 %). Развитие эрозионных форм относительно центральной части грабена происходит неравномерно, наибольшая интенсивность отмечается в северной части, что говорит о блоковом поднятии. Таким образом, геопространственный анализ и статистическая обработка составленных моделей позволили сделать вывод о тектонической активности в районе исследования.
Ключевые слова: цифровая модель рельефа, современные тектонические движения, разломы, грабен, морфометрический метод, морфографический метод, гидрологическое моделирование, эрозионная сеть, порядок водотоков.
В неоген-четвертичное время в связи с опусканием Прикаспийской синеклизы и поднятием Воронежской антеклизы, Приволжская моноклиналь была осложнена серией разломов. В Волгоградской области к ним относятся Александровско-Камышинские дислокации [1]. Проведенные ранее исследования [11; 12] и последующий мониторинг этих разломов позволили выявить направленность и интенсивность современных тектонических движений. Модельным объектом изучения является район Александровского грабена, в котором вертикальное смещение горных пород (в среднем на 200-250 м) представлено наиболее ярко [1; 7; 11; 12]. В комплексной методике исследования наряду с геодезическими работами и анализом данных дистанционного зондирования применялся геоморфологический метод. В его рамках нами был осуществлен морфометрический и мор-фографический анализ эрозионных форм рельефа, теоретические основы которого подробно описаны в научной литературе [4; 13; 14; 15; 16].
Материальной основой геоморфологического анализа района исследования послужила цифровая модель рельефа (ЦМР), созданная по данным радарной топографической съемки Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), проведенной в феврале 2000 г. с борта шаттла многоразового использования «Индевор» [20]. Разработчики ЦМР - Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) и Национальная Геопространственная Спецслужба (NGA). ЦМР, построенные на основе данных радарной съемки, нашли широкое применение в дистанционных методах изучения рельефа. Как в зарубежной [17; 18; 19; 20], так и в отечественной науке [3; 6; 8] развиваются и совершенствуются методы и приемы автоматизированного морфометрического анализа рельефа. Для большей точности результатов нами была использована ЦМР SRTM 1 Arc-Second Global с разрешением в 1 угловую
секунду. В ходе геоинформационного моделирования она была обработана в программной среде ArcGis 10.3 с помощью модуля пространственного анализа Spatial Analyst. Последовательно были созданы следующие модели Александровского грабена: гипсометрическая, включающая основные данные о рельефе, модель уклонов поверхности, модель эрозионной сети, а также построены продольный и поперечный гипсометрический профиль.
Район исследования занимает площадь около 17 км2, он ограничен с севера Сувод-ской балкой, имеющей в плане сложный ден-дритовый рисунок, с юга - балкой Суводс-кий Яр, с востока склоном Приволжской возвышенности, а с запада отделяется от Волгоградского водохранилища невысокой грядой с двумя вершинами, называемыми Два Царя (рис. 1).
Условные обозначения I 11раннцарайона Шкала высот, м
131,4 В 69,7 8
(• С'уводская
0 0,5 I 2 км
1_1_I_I_I_I_I_I_I
Рис. 1. Цифровая модель рельефа Александровского грабена (по данным SRTM 1 Arc-Second Global)
Александровский грабен четко выражен в рельефе. Самая низменная часть ограничена горизонталями в 50 и 30 м, днище в форме полуцирка наклонено в сторону Волги. Самые высокие отметки соответствуют склону Приволжской возвышенности и в выделенном районе достигают 110-130 м. Минимальные высоты, равные 8-10 м, соответствуют устьевой части днищ балок. Вершины гряды Два Царя поднимаются над грабеном до 63-66 м (рис. 2). С помощью инструмента 3 D Analyst были построены продольный и поперечный профиль грабена (рис. 3 а, б).
Дно грабена плоское с уклоном 0°-1°, постепенно переходит в пологий склон, уклон которого по направлению к Приволжской возвышенности постепенно возрастает до 3°-4,5° и на высотах 110 м достигает плоского (0°-1,5°) водораздельного пространства (рис. 4). При-сетевые склоны балок также обладают небольшой крутизной 1,3°-4,5°. В средней и приустьевой частях Суводской балки вблизи водосборной линии уклон увеличивается с 7° до 16°. Наибольшая крутизна (17°-27°) характерна для восточных склонов гряды Два Царя, открывающихся к Волгоградскому водохранилищу.
Условные обозначения | | Граница района 9 Суводская Изолинии --Пинии стока
0 0,5 1 2 км
1_I_I_I_I_I_I_I_I
Рис. 2. Гипсометрическая карта. А-В, С-0 -линии профилей Примечание. Составлено авторами.
Расстояние, м
а
CL
1 о ао ! ц >, и 1С ]
Александровский
грабен
-1-1-1-1-I-
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 Расстояние, м
б
Рис. 3. Гипсометрический профиль района исследования:
а - поперечный; б - продольный (линии профиля обозначены на рис. 2)
Примечание. Составлено авторами.
0 0.5 1 2 о»
1_I_I_I_I_I_I_I_I
Условные обозначения
Граница района Уклон
I—I .1—10-1Л
€> Суводская ЕИ М-2,7 — Линии стока ЯН 2,8 - 4,5 Ш 4<6 - 6.9 Ш1 - 'О-4 ш 10.5- I <¡.8 ■I 16.9-27,7
Рис. 4. Модель уклонов поверхности Примечание. Составлено авторами.
Морфографический анализ эрозионной сети широко используется при изучении тектонических движений [13], он включает в себя анализ планового рисунка гидросети, направления стока и порядка водотоков. При восходящих тектонических движениях наблюдается быстрый переход эрозионных форм от ложбин, оврагов, долин к рекам. Нередки случаи, когда долинная сеть начинается с оврагов, минуя стадию ложбин. Рисунок овражно-балоч-ной сети имеет радиальный (центробежный) тип, в структуре преобладают водотоки низких порядков.
В районах тектонических опусканий нарастание порядка эрозионной сети происходит медленно, ложбины стока могут переходить в балки. Рисунок гидросети имеет радиальный (центробежный) тип.
Моделирование эрозионной сети было осуществлено в ArcGis 10.3 с помощью последовательной обработки ЦМР функциями модуля пространственного анализ: Spatial Analyst > Гидрология (Hydrology). Отбор водотоков проводился по величине значения суммарного стока >100,1. Подробное описание этапов гидрологического моделирования можно найти в работах А.Н. Власовой [2], А.Ю. Кащавцевой [5], А.Н. Павловой [9], А.В. Погорелова и Ж.А. Думита [10]. Исходя из поставленных условий отбора водотоков длина эрозионной сети, окаймляющей грабен, составила 42 123,603 м, средняя густота горизонтального расчленения - 2 445,77 м/км2. В автоматическом режиме с помощью функции Spatial Analyst > Порядок водотоков (Stream Order) в составе эрозионной сети были выделены водотоки пяти порядков (рис. 5). Отметим соотношение водотоков разных порядков. На водотоки первого порядка приходится 58 % (24 749,015 м), второго порядка - 31 % (13 016,3 м), третьего порядка - 3 % (969,83 м), четвертого -7,1 % (3 015,9 м), пятого - 0,9% (372,15 м). Из приведенных данных очевидным становится резкое преобладание водотоков низкого порядка.
В пределах выделенного района Александровского грабена расположены водосборные бассейны двух балок - Суводской и Су-водский Яр. Проведенные ранее исследования позволяют выделить Суводскую балку по
показателю густоты эрозионной расчлененности, равной 5,65 км/км2, что в 2,3 раза превышает средний показатель (см. выше). Красноречив также плановый рисунок овражно-балочной сети. Суводская балка имеет денд-ритовый тип, несимметричный относительно главного тальвега балки. Северный (левый склон) больше изрезан эрозионными формами, чем южный (правый). Такая же асимметрия, но в зеркальном отображении характерна и для балки Суводский Яр, здесь наиболее изрезан правый (южный) склон. Тем не менее следует отметить, что резкое преобладание эрозионных форм наблюдается в северной части района.
Условные обозначения | | Граница района # Суводская
Водотоки 1-го порядка
---Водотоки 2-го порядка
-Водотоки 3-го порядка
-Водотоки 4-го порядка
Водотоки 5-го порядкка
0 0,5 1 2 км .........
Рис. 5. Эрозионная сеть
Таким образом, при проведении исследования получены следующие результаты:
1. В структуре эрозионной сети преобладают водотоки низких порядков, на водотоки первого порядка приходится 58 %.
2. Наибольшая густота эрозионной расчлененности характерна для Суводской балки и составляет 5,65 км/км2, в то время как средний показатель равен 2,44 км/км2.
3. Развитие эрозионных форм интенсивнее происходит в северной части грабена.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о тектонической активности в районе Александровского грабена. Северный склон Суводской балки и южный склон балки Суводский Яр испытывают неравномерное поднятие. Большая глубина эрозионного вреза в Суводской балке свидетельствует о том, что северный участок поднимается быстрее. Противоположные склоны балок стабильны или же медленно опускаются, как и сам грабен.
ПРИМЕЧАНИЕ
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №№ 16-45-340801 р_а).
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Брылев, В. А. Особо охраняемые природные территории / В. А. Брылев, В. А. Сагалаев. -Волгоград : Перемена, 2000. - 260 с.
2. Власова, А. Н. Применение ГИС-техноло-гий при выделении позиционно-динамической структуры бассейновых территорий (на примере Крыма) / А. Н. Власова. - Электрон. текстовые дан. -Режим доступа: http://geopolitika.crimea.edu/arhiv/ 2012/tom8-v1-2/006vlasova.pdf. (дата обращения: 20.03.2016). - Загл. с экрана.
3. Гарцман, Б. И. Анализ геоморфологических условий формирования первичных водотоков на основе ЦМР / Б. И. Гарцман. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: http:// mybiblioteka.su/1-112480.html. (дата обращения: 20.03.2016). - Загл. с экрана.
4. География овражной эрозии / под ред. Е. Ф. Зорина. - М. : Изд-во МГУ 2006. - 324 с.
5. Кащавцева, А. Ю. Моделирование речных бассейнов средствами ArcGIS 9.3 / А. Ю. Кащавцева, В. Д. Шипулин // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия «География». - 2011. -Т. 24 (63). - С. 85-92.
6. Мальцев, К. А. Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан средствами ГИС-техно-логий : дис. ... канд. геогр. наук : 25.00.36, 25.00.25 / Мальцев Кирилл Александрович. - Казань, 2006. - 235 с.
7. Моников, С. Н. Александровский грабен / С. Н. Моников // Общество и проблемы охраны природы. - Волгоград, 1994. - С. 99-102.
8. Нетребин, П. Б. Морфометрический анализ рельефа Большого Кавказа : автореф. дис. ... канд. геогр. наук / Нетребин Петр Борисович. - Краснодар, 2012. - 19 с.
9. Павлова, А. Н. Геоинформационное моделирование речного бассейна по данным спутниковой съемки SRTM (на примере бассейна р. Терешки) / А. Н. Павлова // Известия Саратовского государственного университета. - 2009. -Т. 9.- С. 39-44.
10. Погорелов, А. В. Морфометрия рельефа реки Кубани: некоторые результаты цифрового моделировании / А. В. Погорелов, Ж. А. Думит. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: http: //www.academia.edu/9398067/ (дата обращения: 20.03.2016). - Загл. с экрана.
11. Солодовников, Д. А. Геологическое строение и современные тектонические движения в районе Александровского грабена / Д. А. Солодовников, О. В. Филиппов // Проблемы комплексного исследования Волгоградского водохранилища : сб. науч. ст. -Волгоград : Волгогр. науч. изд-во, 2009. - С. 71-83.
12. Солодовников, Д. А. Комплексный подход к исследованию тектонических движений на берегах крупных водохранилищ / Д. А. Солодовников, О. В. Филиппов, Д. В. Золотарев // Проблемы комплексного исследования Волгоградского водохранилища : сб. науч. ст. - Волгоград : Волгогр. науч. изд-во, 2009. - С. 98-103.
13. Философов, В. П. Краткое руководство по морфометрическому методу поисков тектонических структур / В. П. Философов. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1960. - 96 с.
14. Encyclopedia of Geomorphology / ed. by A. S. Goudie. - L. : Taylor & Francis e-Library, 2006. -1202 p.
15. Harvey, A. Introducing Geomorphology: A Guide to Landforms and Processes / А. Harvey. -L. : Dunedin Academic Press, 2012. - 136 p.
16. Hurget, R. J. Fundamentals of geomorphology / R. J. Hurget. - Edinburgh : Taylor & Francis e-Library, 2007. - 483 p.
17. Martz, L. W. Automated Extracion of Drainage Network and Watershed Data from Digital Elevation Models / L. W. Martz, J. Garbrecht // Water Resources Bulletin, American Water Resources Association. -1993. - №> 29 (6). - Р. 901.
18. Vieux, B. E. Distributed Hydrologic Modeling Using GIS / B. E. Vieux. - Dordrecht (NL) (Kluwer Academic Publishers), 2001.
19. Wood, J. The geomorphological characterisatin of digital elevation models: PhD Thesis / J. Wood. -Department of Geography, University of Leicester, UK, 1996.
20. Zyl, J. van. The shuttle radar topography mission (SRTM): A breakthrough in remotesensing of
topography / J. van. Zyl // ACTA ASTRONAUTICA. -2001. - Vol. 48, no. 5-12. - P. 559-565.
REFERENCES
1. Brylev V.A., Sagalaev V.A. Osobo okhranyaemye prirodnye territorii [Specially Protected Natural Territories]. Volgograd, Peremena Publ., 2000. 260 p.
2. Vlasova A.N. Primenenie GIS-tekhnologiy pri vydelenii pozitsionno-dinamicheskoy struktury basseynovykh territoriy (na primere Kryma) [GIS-Technologies Application in Investigation of Position-Dynamic Structure of River Basins (on the example of Crimean Basins)]. Available at: http:// geopolitika.crimea.edu/arhiv/2012/tom8-v1-2/ 006vlasova.pdf. (accessed March 20, 2016).
3. Gartsman B.I. Analizgeomorfologicheskikh usloviy formirovaniya pervichnykh vodotokov na osnove TsMR [The Analysis of Geomorphological Conditions of Forming Primary Water-Currents on the Basis of GDEM]. Available at: http:// mybiblioteka.su/ 1-112480.html. (accessed March 20, 2016).
4. Zorina E.F., ed. Geografiya ovrazhnoy erozii [Geography of Gully Erosion]. Moscow, Izd-vo MGU, 2006. 324 p.
5. Kashchavtseva A.Yu., Shipulin V.D. Modelirovanie rechnykh basseynov sredstvami ArcGIS 9.3 [Modeling of River Basins by Means of ArcGIS 9.3]. Uchenye zapiski Tavricheskogo natsionalnogo universiteta imeni V.I. Vernadskogo. Seriya "Geografiya ", 2011, vol. 24 (63), pp. 85-92.
6. Maltsev K.A. Morfometricheskiy analiz relyefa Respubliki Tatarstansredstvami GIS-tekhnologiy: dis.... kand. geogr. nauk [Morphometrical Analysis of a Relief of Republic of Tatarstan by Means of GIS-Technologies. Cand. geogr. sci. diss.]. Kazan, 2006. 235 p.
7. Monikov S.N. Aleksandrovskiy graben [Aleksandrovsky Graben]. Obshchestvo i problemy okhrany prirody [Society and Problems of Wildlife Management]. Volgograd, 1994, pp. 99-102.
8. Netrebin P.B. Morfometricheskiy analiz relyefa Bolshogo Kavkaza: avtoref. dis. ... kand. geogr. nauk [Morphometrical Analysis of Big Caucasus Relief. Cand. geogr. sci. abs. diss.]. Krasnodar, 2012. 19 p.
9. Pavlova A.N. Geoinformatsionnoe modelirovanie rechnogo basseyna po dannym sputnikovoy syemki SRTM (na primere basseyna r. Tereshki) [Geomodeling of River Basin of the Space Data SRTM (on the Example of Tereshka River)]. Izvestiya Saratovskogo gosudarstvennogo universiteta, 2009, vol. 9, pp. 39-44.
10. Pogorelov A.V., Dumit Zh.A. Morfometriya relyefa reki Kubani: nekotorye rezultaty tsifrovogo modelirovanii [Morphometry of the Kuban River Relief: Some Results of Digital Modelling]. Available at: http://www.academia.edu/9398067/ (accessed March 20, 2016).
11. Solodovnikov D.A., Filippov O.V. Geologi-cheskoe stroenie i sovremennye tektonicheskie dvizheniya v rayone Aleksandrovskogo grabena [Geological Structure and Neotectonic Displacements in Aleksandrovsky Graben's Area]. Problemy kompleksnogo issledovaniya Volgogradskogo vodokhranilishcha: sb. nauch. st. [Problems of Complex Research of the Volgograd Water Reservoir. Collected Scientific Articles]. Volgograd, Volgogradskoe nauchnoe izd-vo, 2009, pp. 71-83.
12. Solodovnikov D.A., Filippov O.V, Zolotarev D.V Kompleksnyy podkhod k issledovaniyu tektonicheskikh dvizheniy na beregakh krupnykh vodokhranilishch [The Complex Approach to Research of Neotectonic Displacements on Coast of Large Water Reservoirs]. Problemy kompleksnogo issledovaniya Volgo-gradskogo vodokhranilishcha: sb. nauch. st. [Problems of Complex Research of the Volgograd Water Reservoir. Collected Scientific Articles]. Volgograd, Volgogradskoe nauchnoe izd-vo, 2009, pp. 98-103.
13. Filosofov V.P. Kratkoe rukovodstvo po morfometricheskomu metodu poiskov tektonicheskikh struktur [Brief Management to a Morphometrical Method of Search for Tectonic Structures]. Saratov, SGU Publ, 1960. 96 p.
14. Goudie A.S., ed. Encyclopedia of Geomorphology. London, Taylor & Francis e-Library, 2006. 1202 p.
15. Harvey A. Introducing Geomorphology: A Guide to Landforms and Processes. Dunedin Academic Press, 2012. 136 p.
16. Hurget R. J. Fundamentals of geomorphology. Edinburgh, Taylor & Francis e-Library, 2007. 483 p.
17. Martz L.W., Garbrecht J. Automated Extracion of Drainage Network and Watershed Data from Digital Elevation Models. Water Resources Bulletin, American Water Resources Association, 1993, no. 29 (6), p. 901.
18. Vieux B.E. DistributedHydrologicModeling Using GIS. Dordrecht (NL) (Kluwer Academic Publishers), 2001.
19. Wood J. The geomorphological characterisatin of digital elevation models. PhD Thesis. Department of Geography, University of Leicester, UK, 1996.
20. Zyl J. van. The shuttle radar topography mission (SRTM): A breakthrough in remotesensing of topography. ACTA ASTRONAUTICA, 2001, vol. 48, no. 5-12, pp. 559-565.
GEOMORPHOLOGICAL METHODS OF STUDYING RECENT TECTONIC MOVEMENTS OF A RIGHT BANK OF THE VOLGOGRAD WATER RESERVOIR
Denis Anatolyevich Solodovnikov
Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor, Department of Geography and Cartography,
Volgograd State University
Prosp. Universitetsky, 100, 400062 Volgograd, Russian Federation
Natalya Mikhaylovna Khavanskaya
Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor, Department of Geography and Cartography,
Volgograd State University
Prosp. Universitetsky, 100, 400062 Volgograd, Russian Federation
Vera Nikolaevna Bodrova
Assistant Professor, Department of Geography and Cartography,
Volgograd State University
Prosp. Universitetsky, 100, 400062 Volgograd, Russian Federation
Nikolay Vladimirovich Vishnyakov
Assistant Professor, Department of Geography and Cartography, Volgograd State University nivishnyakov@yandex. ru
Prosp. Universitetsky, 100, 400062 Volgograd, Russian Federation
Abstract. This article is devoted to analysis of geomorphological indicators of the recent tectonic movements in Aleksandrovskij graben's area, there is on a right bank of the Volgograd water reservoir. The geological structure of region is complicated by a set of faults which are shown in a relief as erosive systems. These systems have been analysed by morphometrical and morphographical methods which provides the foundation for the given research. On the basis of digital elevation model, authors had been made hypsometric model, model of surface slopes, hydrological model of stream orders. It is revealed, that the erosive system refers to dendritic type, and stream of the first order (58 %) prevails in its structure. Development of erosive forms concerning the central part of graben, occurs non-uniformly, the greatest intensity is marked in northern part that testifies to a raising of the block. Thus, the geospatial analysis and statistical processing of the models have allowed to come to the conclusion about neotectonics displacements in Aleksandrovsky graben area.
Key words: digital model of relief, modern tectonic movements, faults, graben, morphometrical method, morphographical method, hydrological modeling, erosive network, stream order.
