Организация и выполнение геоморфологических исследований

Комплексная цель модуля — познакомить с основными этапами геоморфологических исследований, задачами, решаемыми в каждый этап, основными методами и приемами полевых геоморфологических исследований.

Целью геоморфологических исследований является всестороннее изучение рельефа: его морфографии, морфометрии, происхождения, возраста, истории развития, физико-географических и геологических факторов рельефообразования, направленности развития и современной динамики рельефообразующих процессов.

Полный цикл геоморфологических исследований включает в себя три этапа: подготовительный полевой и камеральный.

В течение подготовительного этапа производится изучение Белореченского полигона по данным предшествующих исследований:

• 1) литературных источников,
• 2) научно-технических отчетов,
• 3) специальных картографических материалов (геологических, геоморфологических и других тематических карт);
• 4) топографических карт;
• 5) материалов аэрофотосъемок;
• 6) космических снимков.

На основе обобщения полученных данных составляется предварительная геоморфологическая карта и намечается программа полевых исследований.

Полевой этап является главной составной частью экспедиционных исследований. В течение этого этапа собирается следующий фактический материал:

• 1) сведения о рельефе и четвертичных отложениях, наносимые на карту при помощи специально разработанной легенды;
• 2) описания рельефа и рыхлых отложений в полевых дневниках;
• 3) нивелировочные, теодолитные журналы, каталоги образцов и другие рукописные документы;
• 4) зарисовки форм рельефа, профилей; фотоснимки;
• 5) образцы горных пород.

Территория изучается по заранее намеченной и уточняющейсяв поле — сети маршрутов. Сеть маршрутов строится по следующим способам (или их сочетаниям):

• 1) поперечных пересечений;
• 2) продольных маршрутов;
• 3) совмещающий оба первых,
• 4) звездных или радиальных маршрутов,
• 5) ключевых участков,
• 6) прослеживания геоморфологических границ,
• 7) полуинструментального или инструментального профилирования.

При способе поперечных пересечений район исследований покрывается сетью более или менее параллельных друг другу маршрутов, пересекающих основные геоморфологические элементы (долины, водоразделы и др.) вкрест простирания. Способ этот дает возможность пересечь во многих местах геоморфологические границы между различными элементами речных долин и водоразделов и нанести их на карту.

Способ продольных маршрутов состоит в том, что они прокладываются вдоль простирания основных геоморфологических элементов, например по долинам рек, водоразделам. Этот способ позволяет детально изучить геоморфологическое строение водоразделов, речных долин и его изменение в продольном направлении.

Способы звездных или радиальных маршрутов и ключевых участков применяют обычно в слабо изученных труднодоступных районах.

Способ прослеживания геоморфологических границ пригоден для крупномасштабных съемок и дает наиболее точные материалы. В этом случае исследователь систематически прослеживает и наносит на карту границы между различными элементами рельефа.

Способ полуинструментального или инструментального профилирования также применяют при крупномасштабных геоморфологических исследованиях, например отдельных оползневых тел, террас.

Геоморфологические исследования тесно связаны с изучением геологического строения различных элементов рельефа и особенно рыхлых отложений. Поэтому они обычно сопровождаются горными работами. Это расчистки естественных обнажений, закопушки и реже канавы и шурфы.

Базисные маршруты. Для них необходимо выбрать наиболее важные направления со сложным геоморфологическим и геологическим строением. Их цель — ознакомить студентов с методикой полевой работы, освоить предварительно разработанную геоморфологическую легенду, внедрить общую систему описания точек наблюдений (рельефа и горных пород), добиться освоения правильной методики взятия образцов для различных анализов, ознакомить с методикой и техникой специальных исследований (шлихового и металлометрического опробования, радиометрии и т. д.). Убедившись, что практиканты в достаточной степени владеет методикой и техникой полевых исследований, можно поручать самостоятельные маршруты, принимая материалы ежедневно по завершении каждого маршрута.

Для проведения маршрутов группа разбивается на несколько бригад. Одиночные маршруты в соответствии с действующими правилами по технике безопасности категорически запрещаются.

В маршрутах точки наблюдений выбираются в наиболее характерных местах (например, на вершинах возвышенностей, у бровок или тыловых закраин террас, в месте смены одной террасы другой, на других геоморфологических границах, у обнажений и т. д.). Положение точек наблюдений точно определяется; они наносятся на топографическую карту или аэрофотоснимки и каждой из них присваивается порядковый номер. Для того чтобы избежать повторений в нумерации определяются порядковые номера точек наблюдений.

Густота точек наблюдений по маршрутам и вообще в пределах исследуемой территории распределяется, как правило, неравномерно. В участках сложного геоморфологического строения сеть точек наблюдений сгущается, а в районах простого строения разрежается.

К точкам наблюдений привязываются описания рельефа, физико-географических условий и процессов, геологических разрезов, места взятия образцов, проб, находок ископаемых животных и растений, зарисовки, фотоснимки и все другие наблюдения.

Наблюдения описываются в полевом дневнике. На первой странице дневника указываются название учреждения, номер бригады, фамилия, имя, отчество наблюдателя, номера дневника и описанных в нем точек наблюдений, даты начала и конца наблюдений, а также адрес, по которому дневник должен быть доставлен в случае его утери.

Описание следует вести сжатым, ясным, четким и точным языком, не допуская ничего лишнего. Можно применять сокращения. Последние должны быть оговорены в начале полевого дневника. В начале описания ставится дата. Затем указываются название маршрута и его цель. После этого следует описание наблюдений, привязанное к точкам наблюдений.

Запись начинается с указания порядкового номера точки наблюдения и местонахождения, например, т. н. 301 — устье р. Правой Ледниковой. Она делается простым карандашом или шариковой ручкой на правой стороне каждого листа. Другая сторона предназначается для зарисовок и дополнительных замечаний, которые могут возникнуть после того, как сделана основная запись. Текст сопровождается зарисовками рельефа и обнажений.

Примерная схема изучения и описания рельефа в какой-либо точке наблюдения такова:

• 1) характеристика морфографических особенностей рельефа;
• 2) морфометрические данные (абсолютные и относительные высоты, длина, ширина, углы наклона и др.);
• 3) соотношения различных элементов рельефа друг с другом;
• 4) связь тех или иных элементов рельефа с различными генетическими типами рыхлых отложений;
• 5) изучение рыхлых отложений и отложений, коррелятных рельефу;
• 6) соотношение рельефа и его отдельных элементов с геологическими структурами, древними коренными породами, их литолого-петрографическим составом;
• 7) характеристика современных физико-географических условий рельефообразования и современных рельефообразующих процессов.

При геоморфологических исследованиях наблюдения над рельефом ведутся непрерывно. Поэтому записи в полевых книжках должны содержать описание рельефа не только в точках наблюдений, но и между ними. Элементы рельефа наносятся на полевые карты в маршруте, на точках наблюдений.

Одновременно ведутся наблюдения над геологическим строением. Они должны быть подчинены решению основных вопросов геоморфологических исследований — влияние геологических факторов на особенности рельефа, генезис и возраст, основные этапы развития, реконструкция палеогеографических условий формирования рельефа, характеристика рельефообразующих процессов и др.

Одной из главных задач полевых геоморфологических исследований является выяснение генезиса рельефа. С этой целью производится тщательное изучение и описание естественных обнажений, вскрывающих строение изучаемых форм рельефа. При этом осуществляется точная плановая и высотная привязка разрезов и их положения по отношению к изучаемой форме рельефа.

В естественных обнажениях или искусственных выработках описывается его характер, размеры и ориентировка. Затем сверху вниз характеризуют каждый пласт, горизонт, слой, линзу. Вначале указывают порядковый номер описываемого горизонта, название породы (определяемой визуально), цвет (однородность или неоднородность, пятнистость, пестроцветность и т. д.). Дают предварительную характеристику гранулометрического, минералогического и петрографического состава и некоторых физических свойств (степень пористости, пластичности и т. д.). Описывают характер слоистости, степень сортировки материала, влажность, вторичные изменения, степень выветрелости и др. Изучают контакты описываемого пласта с вышеи нижележащими пластами, размывы и перерывы. Описывают включения, конкреции, остатки древесины, моллюсков, млекопитающих, остатки древней материальной культуры человека, изучают закономерности их распределения в породе, степень обилия. Тщательно изучают следы нарушений, вызванных неотектоникой (в том числе гравитационными движениями), гляциодислокации, криотурбаций и т. д., приуроченность их к определенным частям разреза.

Описание рельефа и обнажений сопровождается зарисовками, характерных форм рельефа и обнажений, их фотографированием, составлением схематических геолого-геоморфологических профилей. Рисунки привязываются к точкам наблюдений и в дневниках на них даются ссылки. Они должны быть ориентированы по странам света. Ориентировка передней стенки указывается стрелкой с обозначением азимута.

Применение топографо-геодезических инструментов необходимо при составлении детальных геолого-геоморфологических профилей речных террас, оползней, продольных и поперечных разрезов эрозионных форм и т. д.

Геоморфологическое профилирование является одним из основных методов полевых геоморфологических исследований.

В зависимости от содержания, назначения и способов графического оформления профили рельефа можно разделить на несколько типов: простейшие топографические профили, профили-разрезы элементов рельефа, поперечные и продольные профили речных террас, совмещенные профили, геолого-геоморфологические профили.

Простейшие топографические профили отражают морфографические и морфометрические особенности рельефа (рис. 1). Они вычерчиваются в полевом дневнике по маршруту наблюдений. Это могут быть профили оврагов, балок, речных долин, водоразделов, отдельных холмов, гряд. На них передают все характерные детали рельефа — уступы склонов, террасы, асимметрию речных долин.

Рис. 1 Топографические профиль с выделением террас и других уровней рельефа (Сафронов, 1979)

Профили-разрезы отдельных форм рельефа (рис. 2) также вычерчиваются по маршруту, но с использованием разрезов обнажений. Полевые схематические или инструментально построенные профили-разрезы передают морфологию и особенности строения склонов, речных и морских террас, позволяют выявить соотношение террас разных уровней, в том числе погребенных под склоновыми отложениями.

Рис. 2 Профили-разрезы, показывающие строение и соотношение речных террас. Долина р. Кубани в районе г. Черкесска (Сафронов, 1979)

Поперечные и продольные профили речных террас служат исходным фактическим материалом для разработки вопросов, связанных с историей развития рельефа, определением амплитуды и направленности новейших тектонических движений изучаемого района. Профилирование сопровождается изучением их разрезов и является главнейшим элементом геоморфологических исследований.

При поперечном профилировании описывают характерные морфологические особенности каждого элемента террасы — уступа, площадки, тылового шва, определяют ширину и относительную высоту террасы, изучают разрезы аллювиальных отложений по естественным обнажениям или горным выработкам. Поперечное профилирование производят по нескольким пересечениям. Для каждого отдельно взятого участка речной долины в обобщенном виде составляется сводный поперечный профиль террас (рис. 3) путем проектирования на склон одного из типичных пересечений недостающих террас.

Рис. 3 Сводный поперечный профиль террас р. Уруп в районе ст. Отрадной (Сафронов, 1979)

Анализ поперечных профилей, изучение террас между профилями позволяют увязать террасы в определенные продольные уровни, закономерно прослеживающиеся вдоль рек. При построении продольных профилей (спектров) речных террас выделяют цикловые (главные), внутрицикловые и локальные террасы.

Геолого-геоморфологические профили с большой наглядностью раскрывают соотношение рельефа и геологических структур. Итоговые геолого-геоморфологические профили состаляются в камеральный этап на основании частных полевых профилей. Они могут быть построены также по топографическим и геологическим картам и откорректированы в процессе полевых исследований. Геолого-геоморфологические профили являются необходимым дополнением к геоморфологическим картам.

Полевые наблюдения не всегда оказываются достаточными для суждения о генезисе и особенно о возрасте описываемых форм рельефа. Поэтому при изучении обнажений производится отбор образцов на различные виды анализов, результаты которых используются при составлении окончательного варианта геоморфологической карты и написании отчета.

Особенно тщательно должны собираться остатки древесины, моллюсков, млекопитающих, древней культуры первобытного человека. В зависимости от решения тех или иных палеогеографических вопросов целесообразно проводить:

• 1) полевой гранулометрический анализ (при помощи набора сит),
• 2) исследовать различные фракции галечникового материала (количественное и процентное содержание галек определенных фракций или классов, их петрографический состав),
• 3) изучать ориентировку галек и ледниковых валунов, определять карбонатность пород и т. д.

Геоморфологические исследования могут сопровождаться шлиховым, металлометрическим и радиометрическим опробованием рыхлых отложений. Задачей этих исследований является выявление перспектив района в отношении возможного содержания полезных ископаемых в рыхлых отложениях.

Шлиховая съемка — наиболее простой и надежный метод поисков россыпей. Качественное и количественное изучение минералов тяжелой и легкой фракций шлихов, их изменений позволяет решать важные вопросы палеогеографии — выявление областей питания, восстановление климатических условий во время образования осадков и в последующие эпохи.

Шлиховому опробованию подвергаются отложения всех генетических типов. Наибольшее внимание обращается на аллювий, как современный, так и древний. Он опробуется в тех местах, где наиболее вероятна концентрация тяжелых минералов (в верхних по течению частях кос и островов, в приплотиковых частях аллювия, в нижних частях галечниковых пластов и прослоев и т. д.).

Как правило, промывку нужно останавливать на стадии серого шлиха, но ни в коем случае не черного, так как при этом может быть смыт ильменит и другие, относительно более легкие полезные минералы. Это правило особенно строго следует соблюдать при шлиховом опробовании продуктов перемыва кор выветривания.

Взятые шлихи документируют в шлиховом журнале, а места их взятия наносят на полевую шлиховую карту.

Процесс геоморфологических исследований включает систематическую полевую камеральную обработку собранных материалов. Полевые камеральные работы проводят в маршрутах ежедневно, на базе — после завершения маршрута и в специально выделенные дни. Ежедневная камеральная обработка в маршруте сводится к приведению в порядок записей, сделанных за день, обобщению их в виде выводов и заключений по морфологии, генезису и возрасту рельефа, приведению в порядок графических документов (рабочих карт, зарисовок, профилей, колонок и др.), дополнительной упаковке образцов (если в этом есть необходимость). Заключительные маршруты посвящают выяснению нерешенных вопросов и освещению тех участков района, которые по каким-либо причинам остались недостаточно изученными.

Результаты геоморфологических исследований фиксируются в следующих полевых материалах, которые в дальнейшем подвергаются камеральной обработке:

• 1) полевая геоморфологическая карта;
• 2) полевая карта четвертичных отложений;
• 3) карта фактического материала;
• 4) сводная схема стратиграфии рыхлых отложений;
• 5) геолого-геоморфологические профили, полевые зарисовки рельефа и обнажений горных пород;
• 6) полевые дневники;
• 7) каталоги образцов;
• 8) фотоснимки и каталоги фотоснимков;
• 9) научно-техническая документация горных выработок
• 10) коллекция образцов горных пород по всему стратиграфическому разрезу рыхлых отложений;
• 11) серии образцов, предназначенных для анализов;
• 12) полевой информационный отчет.

В течение камерального этапа производится обработка всего собранного фактического материала, его систематизация и обобщение. Одновременно проводятся различные аналитические работы (пыльцевой, минералогический, петрографический и другие виды анализов) образцов, отобранных в поле. Производится окончательное дешифрирование аэрофотоматериалов, составляются графические и иллюстративные материалы, прилагаемые к отчету. Камеральная обработка завершается составлением геоморфологической карты и текста отчета о выполненных работах.

Тесты рубежного контроля.

• 1. Главной целью полевых геоморфологических исследований является изучение:
• 1) морфографии и морфометрии рельефа;
• 2) происхождения, возраста и истории развития рельефа,
• 3) факторов рельефообразования,
• 4) все ответы правильные.
• 2. Главным этапом проведения геоморфологических исследований является?
• 1) камеральный;
• 2) полевой;
• 3) подготовительный;
• 4) предполевой.
• 3. Найдите ошибку в перечне материалов, которые необходимо собрать и проанализировать в подготовительный этап исследований?
• 1) литературные источники,
• 2) научно-технические отчеты,
• 3) полевые профили;
• 4) картографический материал.
• 4. Назовите основные способы проектирования сети маршрутов:
• 1) маршруты продольных и поперечных пересечений;
• 2) ключевых участков;
• 3) прослеживания геоморфологических границ;
• 4) полуинструментального или инструментального профилирования.
• 5. Какими параметрами определяется густота точек наблюдений ?
• 1) сложностью геологического строения и рельефа;
• 2) расположением населенных пунктов;
• 3) сетью автомобильных дорог;
• 4) наличием труднодоступных районов.

Проектное задание 1.

• 1. Составить картотеку литературных источников и научно-технических отчетов, произвести выкопировки из основных трудов.
• 2. Собрать имеющийся картографический материал по Белореченскому полигону (топографических, геологических, геоморфологических, ландшафтных, почвенных, полезных ископаемых других),

Проектное задание 2.

Тема: Составить предварительную геоморфологическую карту на основе дешифрирования аэрофотоматериалов и космических снимков (прилож.

Цели задания:

• 1) Освоить методы дешифрирования аэрофотоматериалов и космических снимков.
• 2) Выбрать и освоить легенду геоморфологической карты.
• 3) Получить навыки составления геоморфологических карт.