CC BY
31
-Ф-
-Ф-
УДК 911.2:551.2
ЛАНДШАФТЫ СОЛЯНЫХ КУПОЛОВ США: МОРФОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Б01: 10.24411/1728-323Х-2018-12033
В. П. Петрищев, ведущий научный сотрудник Отдела степеведения и природопользования, Институт степи УрО РАН, [email protected]
В статье рассматриваются проблемы формирования ландшафтных комплексов под воздействием соляной тектоники, которые остаются слабо изученным направлением физической географии и ландшафтове-дения. Солянокупольные ландшафты США отличаются разнообразием как природные объекты, расположенные в различных географических условиях. Среди них как солянокупольные «острова» побережья Мексиканского залива, отдельные холмы и впадины солянокупольного происхождения Восточного Техаса, так и солянокупольные мор-фоструктуры каньонов в Юте. В целом разнообразие зонально-климатических и геодинамических условий демонстрирует различные особенности формирования регионального солянокупольного ландшаф-тогенеза для Галф-Коста, возвышенностей Северо-Восточного Техаса и каньонов бассейна Парадокс. В качестве ведущих показателей для формирования региональных моделей выступали показатели сложности и разнообразия ландшафтной структуры, определяемые с помощью коэффициентов энтропии, а также ведущие показатели трансформации структуры ландшафта под воздействием растущего, а затем растворяющегося соляного купола: глубина залегания соляного ядра, глубина залегания кепрока, состав и мощность надсолевых и кепроковых отложений, характер карстовых процессов (их активность и степень иниции-рованности вследствие техногенных причин). В статье отмечается преобладание морфоструктур прямого типа у активных соляных диа-пиров побережья Галф Коста, обращенных и полуобращенных для Восточно-Техасского, Северо-Луизианского бассейнов и бассейна Пра-докс. Данное обстоятельство позволяет оценить место образующихся при этом геосистем среди этапов солянокупольного ландшафтогенеза.
The article deals with the problems of the formation of landscape complexes under the influence of salt tectonics, which remains a poorly studied direction of physical geography and landscape studies. Salt-dome landscapes of the USA are distinguished by their diversity as natural objects located in different geographical conditions. Among them are the salt-dome islands on the coast of the Gulf of Mexico, separate hills and valleys of the salt-dome origin of East Texas, and the salt-dome morphostructures of the canyons in Utah. In general, the diversity of zonal-climatic and geodynamic conditions demonstrates various features of the formation of regional salt-domed landscape genesis for Gal-Kost, the elevations of Northeast Texas and the canyons of the Paradox Basin. The leading indicators for the formation of regional models were indicators of the complexity and diversity of the landscape structure, determined by the entropy coefficients, as well as the leading indicators of landscape structure transformation under the influence of the growing and then dissolving salt dome: the depth of the salt core, the depth of the keprok, composition and the power of over-salt and keprok deposits, the nature of karst processes (their activity and the degree of initiation due to technogenic reasons). The article notes the prevalence of direct morphostructures in active salt diapirs of the Gulf Coast, reversed and semi-converted for the East Texas, North-Louisian basins and the Pradox basin. This circumstance makes it possible to estimate the place of geosystems formed in this process among the stages of salt-dome landscape genesis.
Ключевые слова: ландшафт, соляная тектоника (галокинез), соляное ядро, кепрок, карст, разнообразие, сложность.
Keywords: landscape, salt tectonics (halokinesis), salt core, keprok, karst, variety, complexity.
Постановка проблемы. Вместе с этим работы, освещающие воздействие соляных поднятий на отдельные компоненты ландшафта, довольно многочисленны, но охватывают преимущественно отдельные регионы. В США геолого-геоморфологические факторы проявления соляных структур на поверхности связаны с работами в США — Техасского университета — М. Джексона, С. Сени, Э. Коллинза, [1—3], Нью-Йоркского университета — У. Аутина [4, 5], советских геологов [6].
Одной из особенностей развития соляноку-польных геосистем является взаимосвязь как с ростом и последующим выщелачиванием соляного ядра, так и с формированием надсолевых отложений. Соотношение между активностью соляного купола и скоростью денудации надсоле-вых пород (обусловленной в том числе широтной зональностью) приводит к формированию разнообразных ландшафтных систем, связанных генетически с соляным тектогенезом. В целом солянокупольные геосистемы, достигшие кульминационной стадии развития, имеют сложную ландшафтную структуру, обусловленную вскрытием разнообразных по физико-химическим свойствам геологических пород, грядово-холмис-тым рельефом, смещением речных долин, развитием карста, сопровождаемым формированием озер, выходами подземных вод, а также разнообразной антропогенной деятельностью.
Материалы и методы. Объектом исследования являются солянокупольные ландшафты Преду-ральского, Примексиканского и Восточно-Техас -ского бассейнов. Для анализа степени ландшафтного разнообразия солянокупольных ландшафтов подготовлены серия ландшафтных карт для 6 ландшафтов соляных структур — Примексиканского (Галф-Кост), 2 — Восточно-Техасского и 1 — Северо-Луизианского.
Задача расчета коэффициентов сложности и разнообразия ландшафтного рисунка заключалась в сравнении изменения воздействия соляных структур различных типов на ландшафтную структуру геосистем в ранге урочища. В связи с этим были выбраны небольшие по площади солянокупольные поднятия (от 2,1 до 15,4 км2).
-Ф-
-Ф-
у = —1,2556л:3 + 16,654л:2 - 63,274л: + 100,99 Я2 = 0,8338
I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1
60
50
1>
8 40
I 30
I
I ю
о
М 20
♦ я про
< •
< / /
У = С ,5 59 9х 3 - 7,! )5 81 г2 + 35 ,8 22 х- -6 ,4 75 3
Д2 =0,6391 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ч 1 1 1 '1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0
Рис. 1. Зависимость между ландшафтным разнообразием (индекс Маргалефа) и глубиной залегания гипсового кепрока
для солянокупольных ландшафтов Восточного Техаса. (Цифрами обозначены солянокупольные поднятия: 1. — Стен, 2. — Гранд Салин, 3. — Брукс, 4. — Батлер, 5. — Уайтхаус, 6. — Маунт Сильвен, 7. — Ист-Тейлор)
Рис. 2. Зависимость между ландшафтным разнообразием (индекс Маргалефа) и глубиной залегания соляного ядра для солянокупольных ландшафтов Восточного Техаса. (Цифрами обозначены солянокупольные поднятия: 1. — Гранд Салин, 2. — Брукс, 3. — Стен, 4. — Батлер, 5. — Уайтхаус, 6. — Маунт Сильвен, 7. — Ист-Тейлор)
Предварительной основой для таких расчетов являлось составление ландшафтных карт ключевых участков, характеризующих разнотипные тектонические структуры, в одном масштабе (1:24 000 — для Техаса и Луизианы) и с единой системой условных обозначений. При составлении ландшафтных схем использовались топографические карты и почвенные карты департамента сельского хозяйства Службы сохранения природных ресурсов США. Для подсчета площадей использовались возможности ГИС МарИо. Для повышения эффективности оценки устойчивости проводилось сопоставление различных индексов, характеризующих хорологическое, типологическое и энтропийное разнообразие ландшафтной структуры [7].
Результаты и их обсуждение. Данные о влиянии солянокупольных процессов на ландшафтное разнообразие, формируемых ими геосистем, позволяют определить значимость каждого из коэффициентов для сравнительной оценки стадий солянокупольного ландшафтогенеза. Размеры солянокупольного поднятия являются одним из факторов, влияющих на ландшафтное разнообразие. Малые по размерам тектонические структуры (в том числе связанные со вторичными процессами — штоки) демонстрируют большее разнообразие природных компонентов — горных пород и рельефа, природных вод, почв, растительности. Важным фактором, обусловливающим повышение л андшафтного разнообразия, являются глубина залегания соляного ядра и гипсового кепрока, которые обусловливают активность карстовых процессов. Корреляционное сопоставление индексов, характеризующих степень ландшафтного разнообразия солянокупольных геосистем и глубин залегания кепрока и соляного ядра, свидетельствует о региональных различиях соля-нокупольного ландшафтогенеза в Восточно-Техасском и Примексиканском бассейнах. Следует
отметить, что корреляционные индексы между характеристиками ландшафтного разнообразия и уровнем залегания соляного ядра имеют тот же знак, но выше по значению, по сравнению с аналогичными показателями для кепрока. Таким образом, близкое залегание соляного ядра имеет более высокую ландшафтообразуюшую значимость по сравнению с сульфатными породами кепрока.
В Восточном Техасе коэффициент ландшафтного разнообразия Маргалефа имеет устойчивую связь с глубиной залегания соляного ядра и над-солевых гипсовых горизонтов. В Приуралье чем ближе к поверхности залегание эвапоритов, тем выше значение коэффициента ландшафтного разнообразия (корреляция (—) 0,58 — для кепрока и (—) 0,65 — для соляного ядра), тем контрастнее солянокупольный ландшафт проявляется в общей региональной л андшафтной структуре. Таким образом, роль соляного ядра в ландшафтоге-незе существенно выше по сравнению с кепроко-выми образованиями. Данный тезис подтверждается рисунками.
Анализ корреляции геотектонических планов солянокупольных поднятий и морфологической структуры солянокупольных ландшафтов может быть произведен только с учетом региональных особенностей формирования природных комплексов (рис. 1 и 2). В качестве подтверждения указанного уточнения служит сопоставление солянокупольных ландшафтов Восточно-Техасского и Примексиканского бассейнов. Если для первых характерны большее ландшафтное разнообразие и сложность ландшафтного рисунка, то для вторых — большее геометрическое сходство между структурными изолиниями глубины залегания соленосной толщи и контурами морфологических элементов солянокупольного ландшафта. Большее разнообразие и сложность горизонтальной морфоструктуры солянокупольных ландшафтов Восточно-Техасского бассейна обуслов-
-Ф-
-Ф-
лено их развитием в условиях эрозионно-денуда-ционной равнины.
Ведущим фактором локальной дифференциации структуры солянокупольных геосистем является глубина залегания кепрока и соляного ядра (штока) (таблица). Как показывает сопоставление солянокупольных ландшафтов Восточно-Техасского бассейна, отмечается достаточно простая закономерность ландшафтного выражения соляной тектоники — чем ближе к поверхности эвапори-товые отложения, тем точнее контуры элементов геосистем повторяют контуры солянокупольного поднятия. При этом проявление контуров солянокупольных поднятий в л андшафтной структуре претерпевает несколько этапов.
На первом этапе, когда глубина залегания соляного ядра составляет более 300 м, влияние соляного поднятия на морфоструктуру геосистем прослеживается лишь по косвенным признакам (Ист Тейлор). Как правило, в структуре таких солянокупольных ландшафтов прослеживается влияние различных нетектонических факторов ландшафтной дифференциации — либо резкая асимметричность между водораздельной холмистой возвышенностью и приречной террасой (купол Хайнесвилль), либо участком эрозионного плато (купол Бетел), либо приречными грядами и зигзагообразной долиной (купол Богги Крик), либо сложнорасчлененной возвышенностью, разрезаемой небольшим водотоком (купол Бруши Крик). В целом влияние соляного тектогенеза прослеживается лишь в изменении конфигурации речных долин и эрозионных врезов, как наиболее чувствительных элементов морфолологической структуры солянокупольных геосистем. Следующий этап характеризуется глубиной залегания соляного штока 100—300 м. В пределах соляного штока располагается в основном гидрографический узел сходящихся эрозионных врезов (впадение нескольких оврагов или балок в более крупный водоток, или соединение русел нескольких однопорядковых оврагов и балок). При этом контур соляного штока в основном смещен по отношению к гидрографическому узлу (купола Ист Тейлор, Буллард), либо смещен по отношению к более крупному водотоку (купол Маунт Сильвен).
На последнем этапе, когда глубина залегания соляного ядра не превышает 100 м, отчетливо прослеживается внутриландшафтная дифференциация, заключающаяся в четком обособлении центральной и периферийной частей геосистемы. Центральная составляющая («ядро») представлена одним или несколькими контурами. При этом контуры, прилегающие к периферийной части геосистемы, приобретают субкольцевое расположение соответственно геотектоническому плану,
а внутренние — в основном изометричные и неориентированные. Периферийная часть состоит из множества контуров, часть из которых ориентирована радиально-концентрически (в основном фации овражно-эрозионной сети, реже фации структурно-денудационных гряд), а часть — кулисно-кольцеобразно (большая часть денудационных гряд).
Следует отметить, что достаточно четко определяемые границы центральной части соляноку-польного ландшафта не всегда полностью соответствуют структурной изолинии глубины залегания соляного штока — 100 м. В большинстве случаев размеры центральной части геосистемы превышают контур, описываемой изолинией — 100 м (купола Стен, Батлер), а в некоторых случаях (купола Гранд Салин, Брукс) — контур соляного штока немногим шире центральной депрессии.
Анализ коэффициентов сложности и разнообразия ландшафтной морфоструктуры солянокупольных ландшафтов Восточно-Техасского бассейна, а также их сопоставление с данными глубины залегания соляного ядра и кепрока позволяют утверждать, что прямой связи между уровнем залегания соляного ядра и кепрока и уровнем ландшафтного разнообразия нет. Для оценки была использована ранговая корреляция, существенно упростившая процесс анализа. При этом полученные коэффициенты, характеризующие
Структурно-тектонические параметры соляных куполов США
Соляной купол Бассейн Площадь купола, км2 Глубина залегания
Кепро-ка, м Соляного ядра, м
Барберс Хиллс Галф-Кост (Техас) 7,3 105 305
Бель Иль Галф-Кост (Луизиана) 3,6 30 10
Богги Крик Восточно-Техасский 17,2 — 560
Даймонд Маунд Галф-Кост (Техас) 5,4 0 115
Гранд Салин Восточно-Техасский 5,4 50 65
Хиг Айленд Галф-Кост (Техас) 4,4 45 370
Хокли Маунд Галф-Кост (Техас) 8,5 20 300
Уикс Айленд Галф-Кост (Луизиана) 7,9 0 15
Винфилд Северо-Луизианский 1,1 0 105
"Ф
-Ф-
степень сложности и разнообразия морфологической структуры солянокупольных л андшафтов, были переведены в ранги, которые в дальнейшем усреднены и вновь проранжированы.
Одним из индикаторов достаточно высокой активности формирования ландшафтов в зонах роста соляных структур являются карстовые процессы, которые частично инициируются серьез -ным техногенным воздействием добычи углеводородов и подземной добычи каменной соли. Анализ топографических карт за период 1963—2015 гг. показал, что техногенная активизация карстовых процессов на поверхности затронула как минимум 2 структуры в Техасе — Саратога и Дайзетта (7 мая 2008 г.), и 2 — в Луизиане — купол Джеф-ферсон Айленд и озеро Пеньер (21 ноября 1980 г.), а также купол Наполеонвилль (3 августа 2012 г.). Естественное проявление карстовых процессов, очевидно, не столь значительное в настоящее время. Однако поверхность солянокупольных «островов» и островных «гор» Луизианы и Техаса изрезана различными по размеру карстовыми озерами. Большое количество осадков (1000—1500 мм в год) способствует активизации аккумуляции, дефлюкции и плоскостного смыва, нивелировке склонов, при этом нужно отметить антропогенную камуфляцию эрозионных и карстовых процессов.
Известна и другая точка зрения. Она заключается в том, что достаточно частые для территории США карстовые провалы в областях развития солянокупольных бассейнов (Дайзетта, 2008) в основном объясняются (например, для купола Дайзетта [8]) не деформациями техногенного генезиса (вследствие добычи нефти на периферии соляных структур, а естественным ростом соляного купола выщелачиванием эвапоритов и кепро-ка. Вместе с этим другие случаи (Джефферсон Айленд, 1981; Наполеонвилль, 2012) указываются американскими геологами именно как техно-генно обусловленные случаи карстовых провалов, вызванных воздействием бурения скважин и шахтной добычи.
Одним из важных индикаторов процессов формирования ландшафтов в пределах соляных структур являются отложения так называемой «гипсовой шляпы», или кепрока. В настоящее время известно, что важным фактором формирования кепроковых отложений является взаимодействие динамики климатических условий с геохимическими особенностями эвапоритовой толщи. Каменная соль эвапоритовой толщи Примексиканского бассейна имеет содержания №С1, близкие к 99 %. Вследствие этого размеры кепроков относительно небольшие. Размеры соляного купола, выходившего на поверхность,
также оказывают прямое влияние на размеры и мощность кепрока. Наиболее ярким примером в пределах Прикаспийского бассейна является Ин-дерское карстовое поле — наиболее крупное по площади проявление карста в пределах одной соляной структуры. Отсутствие кепрока скорее говорит о том, что соляная структура никогда не выходила к поверхности, чем наличие большого количества осадков, вдавливающих галитовое ядро купола вниз от зоны воздействия экзогенных процессов.
На основе изучения на куполе Дамон Маунт олигоценовых рифовых отложений и залегающих глубже карбонатного кепрока был изучен способ образования кепроковых отложений в результате взаимодействия между ангидритом и гипсом, с одной стороны, и углеводородами из периферийных отложений [9]. Для соляных куполов побережья Мексиканского залива такие нефтяные коллекторы достаточно часты, что определяет активную добычу углеводородов по периферии соляных куполов (Хай Айленд, Уикс Айленд и других).
В работах К. Тэлбота время активного роста куполов Восточного Техаса отнесено к рубежу мелового периода и палеогена, в связи с чем наиболее яркие представители солянокупольного ландшафтогенеза в данном регионе представляют собой обращенные и полуобращенные формы. В пределах Галф-Коста рост соляных структур отмечался в более позднее время. Например, в пределах возвышенности Дамон Маунт вскрыты деформированные слои коралловых известняков олигоценового возраста. Скорость роста данного купола с позднего плейстоцена оценивается в 0,3 м за 1000 лет [10].
Выводы. Зафиксированные отличия ландшафтной структуры, связанные с различным проявления процессов соляного тектогенеза в пределах природных комплексов, можно рассматривать как один из критериев типологии солянокуполь-ных ландшафтов. Исследование ландшафтного рисунка солянокупольных ландшафтов позволяет сделать ряд выводов: 1) сложность ландшафтного рисунка увеличивается при вовлечении в качестве ландшафтообразующего фактора процессов подъема соляного ядра и размыва эвапо-ритовых отложений; 2) как следствие — обращенные и полуобращенные морфоструктуры соляных поднятий способствуют неоднородности ландшафтного комплекса.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 17-05-00514а «Ландшафтно-геоморфологические "феномены " соляной тектоники: морфология, динамика и проблемы рационального природопользования»).
-Ф-
-Ф-
Библиографический список
1. Collins E. W. Surfical evidence of tectonic activity and erosion rates, Palestine, Keechi, and Oakwood salt domes, East Texas. // Geological Circular 82-3. Bureau of Economic Geology. — Austin, Texas, 1982. — 40 p.
2. Seni S. J., Jackson M. P. A. Evolution of salt structures East Texas diaper province. // AAPG Bulletin Part 2: Patterns and rates of halokinesise. — 1983. — V. 67. — P. 1245—1274.
3. Jackson M. P. A., Seni S. J. Atlas of salt domes in the East Texas basin. — Austin, Texas: The University of Texas, 1984. — 102 p.
4. Autin W. J., McCulloh R. P. Quaternary geology of the Weeks and Cote Blanche islands salt domes. // Gulf Coast Association of Geological Societies Transactions. — 1995. — V. XLV. — P. 39—46.
5. Autin W. J. Landscape evolution of the Five Islands of south Lousiana: scientific policy and salt dome utilization and management. // Geomorphology. — 2002. — V. 47. — P. 227—244.
6. Косыгин Ю. А. Соляная тектоника платформенных областей. — М.; Л.: Гостоптехиздат, 1950. — 248 с.
7. Викторов А. С. Рисунок ландшафта. — М.: Мысль, 1986. — 179 с.
8. Paine J., Collins E., Wilson C., Buckley S. Preliminary investigations of subsidence, collapse, and potential for continued growth of the Daisetta sinkhole, Liberty county. — Texas. The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology. — 2009. 16 p.
9. Kyle J. R., Posey H. H. Halokinesis, cap rock development, and salt dome mineral resources. / Evaporites, Petroleum and Mineral Resources. Edited by J. L. Melvin. С. 5. — Elsevier, 1991. — P. 413—477.
10. Collins E. W., Geology of Damon Mound Salt Dome, Texas: Evidence of Oligocene to Post-Pleistocene Episodic Diapir Growth: The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology Geological Circular 88-1. — 1988. — 24 p.
LANDSCAPES OF SALT DOMES IN THE USA: MORPHOSTRUCTURAL ANALYSIS AND GEOECOLOGICAL ASSESSMENT OF NATURE MANAGEMENT
V. P. Petrishchev, Leading Researcher, Department of Steppe and Nature Management, Institute of the steppe UB RAS, [email protected]
References
1. Collins E. W. Surfical evidence of tectonic activity and erosion rates, Palestine, Keechi, and Oakwood salt domes, East Texas // Geological Circular 82-3. Bureau of Economic Geology. Austin, Texas, 1982. 40 p.
2. Seni S. J., Jackson M. P. A. Evolution of salt structures East Texas diaper province // AAPG Bulletin Part 2: Patterns and rates of halokinesise. 1983. V. 67. P. 1245—1274.
3. Jackson M. P. A., Seni S. J. Atlas of salt domes in the East Texas basin. Austin, Texas: The University of Texas, 1984. 102 p.
4. Autin W. J., McCulloh R. P. Quaternary geology of the Weeks and Cote Blanche islands salt domes // Gulf Coast Association of Geological Societies Transactions. 1995. V. XLV. P. 39—46.
5. Autin W. J. Landscape evolution of the Five Islands of the South Lousiana: scientific policy and salt dome utilization and management // Geomorphology. 2002. V. 47. P. 227—244.
6. Kosygin Yu. A. Salt tectonics platform areas. M.; L.: Gostoptekhizdat, 1950. 248 p.
7. Viktorov A. S. Picture of the landscape. Moscow: Thought, 1986. 179 p.
8. Paine J., Collins E., Wilson C., Buckley S., Daisetta sinkhole, Liberty county. Texas. The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology. 2009. 16 p.
9. Kyle J. R., Posey H. H. Halokinesis, cap rock development, and salt dome mineral resources / Evaporites, Petroleum and Mineral Resources. Edited by J. L. Melvin. C. 5. Elsevier, 1991. P. 413—477.
10. Collins E. W., Geology of Damon Mound Salt Dome, Texas: Evidence of Oligocene to Post-Pleistocene Episodic Diapir Growth: The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology Geological Circular 88-1. 1988. 24 p.
