Глава 9. Основы методики линеаментного анализа

В основных чертах методика линеаментного анализа любых исходных картографических или дистанционных материалов заключается:

а) в в и з у а л и з а ц и и линеаментов и их систем, т.е. в визуальном (ручном) и (или) автоматизированном (машинном) или комплексном (смешанном, интерактивном, человеко-машинном) д е ш и ф р и р о в а н и и ( поиске, выделении, трассировании) по различным картографическим (физико-географическим, топографическим, геологическим, геофизическим и прочим картам и схемам) и дистанционным (АФС, КС, КФК) материалам линейных гетерогенных образований земной коры и литосферы в целом – л и н е а м е н т о в;

б) в пространственной к о р р е л я ц и и выделенных линеаментов и их систем с комплексом геолого-геофизических, геохимических и прочих материалов;

в) в и н т е р п р е т а ц и и генезиса, эволюции и современного состояния, т.е. степени современной тектонической активности (или возможной активизации ) как отдельных линеаментов, так и их сообществ – зон, систем и полей.

9.1. Визуализация линеаментов и их систем

В настоящее время в рамках методики поиска, выявления ( или в и з у а л и з а ц и и) и изучения линеаментов и их систем достаточно хорошо развиты 4 группы способов:

1.Эвристические или феноменографические, т.е. качественные или описательные, которые можно разделить на прямые и косвенные.

2.Статистические, базирующиеся на различных количественных критериях линеаментов и их систем.

3.Компьютерные (инструментальные ), в основе которых лежат автоматизированные (или машинные) технологии.

4.Комплексные, т.е. смешанные или интерактивные: человеко-машинные, существенно повышающие объективность поиска, достоверность выделения и всесторонность (объёмность) изучения линеаментов и их систем.

1.Э в р и с т и ч е с к и е (качественные или описательные) способы выявления (визуализации) линеаментов и их систем базируются на особенностях и закономерностях «зрительного восприятия» субъектом восприятия, т.е. оператором-исследователем или оператором-дешифровщиком, объекта восприятия, т.е. объекта поиска, выявления и изучения, в данном случае – линеаментов и их систем.

Динамика же зрительного восприятия основана на с о з е р ц а н и и, т.е. как трактуют созерцание современные философские школы, на непосредственном зрительном восприятии предметов сущего мира или вообще на непосредственном внутреннем процессе образования форм, «в которых выступает все вещественное и имеющее смысл».

Разумеется, само созерцание мотивируется целями исследования, которые в данном случае заключаются в поиске и выявлении прямолинейных образований – линеаментов, выделяющихся из среды наблюдения, благодаря природным индикаторам и с помощью тех или иных дешифровочных признаков.

Исходя из имеющихся современных теоретических разработок процесса зрительного восприятия (В.А.Барабанщиков,1990), выделяется четыре основные стадии развития перцептивной системы, т.е. системы восприятия (от лат. «percepcio» – представление, восприятие):

1.Зарождение образа. 2.Его формирование. 3.Функционирование. 4.Преобразование.

При этом, применительно именно к линеаментному анализу, важно помнить, что: «Взаимодействие субъекта и объекта восприятия имеет не только горизонтальное, но и вертикальное (иерархическое) строение и развертывается на нескольких уровнях одновременно. В зависимости от масштаба перцептивной системы можно выделить... три уровня ее организации: микро-, макро- и мега» (Барабанщиков,1990,с.42).

К эвристической версии линеаментного анализа может быть адаптировано и другое положение теории зрительного восприятия: «Источником активности (т.е. мотивации – А.П., О.А.) индивида как субъекта восприятия является его потребность в информации об окружающей среде... эта информация дается индивиду в чувственной форме и необходима для ориентации и регуляции его взаимодействия со средой» (там же, с.55), что может быть истолковано как насущная потребность исследователя в познании структуры той или иной среды, в данном случае – в познании структуры земной коры и связанных с ней объектов, процессов и явлений.

Следует учитывать, что в процессе визуализации линеаментов, равно как и любых других объектов, выделяется 5 зон зрительного поля: центральное, ближняя периферия, средняя периферия, дальняя периферия и экстремальная периферия.

Ц е н т р а л ь н о е поле (плюс-минус 2,5 градуса) характеризуется максимально высоким обнаружением, опознанием, идентификацией и классификацией объектов дешифрирования, в данном случае – линеаментов.

Б л и ж н я я периферия (от плюс-минус2,5 до 15 градусов) обладает сравнительно высоким обнаружением, опознанием, идентификацией и классификацией объектов – линеаментов.

С р е д н я я периферия (от плюс-минус 15 до 25 градусов), в пределах которой возможности опознания и идентификации объектов – линеаментов –ограничены, а их классификация затруднена.

Д а л ь н я я периферия (от плюс-минус 25 до 35 градусов), характеризующаяся более-менее хорошим обнаружением, но плохой степенью опознания, идентификации и классификации.

Э к с т р е м а л ь н а я периферия (свыше плюс-минус 35 градусов), в рамках которой остаётся способность только к обнаружению линеаментов и их систем.

П р я м ы е версии данного способа связаны с поиском, опознанием, выявлением, опознанием и трассированием линеаментов и их систем по прямым же дешифровочным признакам.

К о с в е н н ы е версии связаны с поиском, выявлением, опознанием и трассированием линеаментов по данным о размещении неких площадей и масс земной коры, имеющих разные параметры, например:

– состав и плотность горных пород (литологические параметры),

– степень однородности или, напротив, дискретности и раздробленности; преобладающие простирания (структурные параметры),

– доминирующая кинематика, приоритет дизъюнктивных дислокаций или пликативных деформаций (тектонические параметры),

– интенсивность, дискретность, ориентировка геофизических аномалий ( геофизические параметры),

– степень обводнённости, состав и глубина залегания подземных вод (гидрогеологические параметры),

– рисунок эрозионной сети, характер заболоченности, распределение растительности (ландшафтные параметры), и т.д.

Качественные версии линеаментного анализа, несмотря на высокую степень субъективности, обладают значительной информативностью, т.к. повторяемость выявленных линеаментов у разных операторов достигает 30%, а совпадение максимумов их плотности и того больше – до 70%.

Эти способы визуализации линеаментов практически застрахованы от появления дезинформации в виде псевдолинеаментов, т.е. а р т е ф а к т о в, связанных с проявлением на исходных дистанционных материалах в виде линеаментов каких-либо прямолинейных образований техногенного происхождения: – железных и прочих дорог, путе- и нефтегазопроводов, лесных просек, линий электропередач и т.д. и т.п.

Влияние же субъективного фактора может быть значительно снижено за счет дешифрирования одного и того же исходного материала разными независимыми операторами или, при отсутствии такой возможности, за счёт дешифрирования одним и тем же оператором разных материалов на один тот же регион, например, топокарты плюс КС, КС плюс геологической карты и т.д.

2.В основе с т а т и с т и ч е с к и х способов визуализации линеаментов и их систем лежат различные количественные критерии, в первую очередь, три независимые величны: плотность, ориентировка (простирание) и средняя длина.

Необходимое условие применения данной группы способов – достаточно большое число (количество) линеаментов.

Наиболее популярен и развит статситический анализ упорядоченности (распределения) линеаментов: с помощью этого способа удается достаточно надежно выделить доминирующие и угнетенные, т.е. слабее проявленнее, простирания линеаментов.

Исследования Н.В.Короновского и Б.И.Дмитриевой (1989) показали, что наиболее полная картина распределения линеаментов получается при изучении именно упорядоченности, но «... не в целом по всем линеаментам, а по группам линеаментов, объединенных... общим признаком», например, длиной: для Терско-Каспийского прогиба было установлено, что короткие линеаменты имеют преимущественно СВ-е, а более длинные - СЗ-е простирание.

3.Основная цель к о м п ь ю т е р н ы х (инструментальных) или машинных (автоматизированных) версий линеаментного анализа – максимальное снижение (до полного исключения из конечного результат) субъективного фактора.

Базируются данные версии на так называемом к о н т р а с т н о-а н а л о г о в о м подходе (КАП), использующем в виде дешифровочных признаков линеаментов малейшие контрасты фототона и разницу фоторисунка исходных изображений – АФС и КС, и реализующемся путем сравнения яркостей двух соседних самых малых элементов изображения, так называемых п и к с е л о в, разделенных третьим.

Результирующие материалы получаются в виде роз-диаграмм (рис. ), гистограмм (рис. ), карт роз-диаграмм (рис. ), схем удельной длины линеаментов (рис. ) и др.

Рис.

Рис.

Рис.

Рис.

Технология компьютерного дешифрирования АФС и КС или компьютерной версии линеаментного анализа разработана в программах LESSA (Россия), RIWERLIN (Германия) и других.

Необходимо отметить важные позитивные моменты компьютерных версий ЛАЗК:

– возможность изменения сети линеаментов (с помощью изменения порога значимости) по желанию оператора и в связи с основными целями исследования;

– возможность получения повторяемых и воспроизводимых результатов;

– возможность к э ш и р о в а н и я, т.е. сохранения данных, полученных через систему Internet.

4. К о м п л е к с н ы е способы линеаментного анализа используют разномасштабные и разнородные материалы: разносезонные снимки, снимки в разных спектральных диапазонах, сочетание (комплексирование) дистанционных материалов с топографическими, геологическими и прочими. Например, в АО «Аэрогеология» создан специальный комплекс «ПРОГНОЗ», в основе которого – схема комплексной обработки КС и топокарт.

Важной особенностью комплексных методов линеаментного анализа является возможность и н т е р а к т и в н о г о, т.е. диалогового – человеко-машинного – режима обработки исходных материалов дешифрирования.

Одной из перспективных технологий комплексных способов визуализации линеаментов и их систем может считаться так называемая т е л е с к о п и ч е с к а я схема линеаментного анализа – ТеСЛА, которая заключается:

1.В последовательном дешифрировании разномасштабных исходных дистанционных и картографических материалов.

2.В пространственной (по-масштабной) корреляции полученных результатов с комплексом имеющихся геолого-геофизических и прочих данных.

3.В составлении разномасштабных (от мелкомасштабных до крупномасштабных) схем и карт линеаментного содержания: например, линеаментной тектоники, линеаментной делимости, линеаментной геодинамики, линеаментной активности и прочих,

в ц е н т р е которых постоянно располагается территория исследуемого региона, например, Крымский полуостров или Московский мегаполис; участка – Чашниковская впадина или очаговая зона Ашхабадского землетрясения; и даже конкретного – т о ч е ч н о г о – объекта, например, Смоленская АЭС (рис. ) и т.д.

Рис.

Как показал многолетний опыт использования ТеСЛА при решении самых разных геологических, геоэкологических и прочих задач, эта схема:

1.Значительно с н и ж а е т с у б ъ е к т и в н о с т ь в ходе исследований и повышает объективность, а значит и достоверность результатов исследований.

2.Практически и с к л ю ч а ет возможность пропуска информации о структуре и эволюции линеаментного поля в целом и составляющих его частей в частности.

3.Позволяет достаточно уверенно выявить:

а) д о м и н и р у ю щ и е, т.е. основные,

б)у г н е т ё н н ы е (второстепенные),

в) м е р ц а ю щ и е линеаменты и их системы,

и выделить среди них а к т и в и з и р о в а н н ы е на новейшем и современном этапах развития земной коры.

4.Значительно с о к р а щ а е т в р е м я и п л о щ а д ь полевых исследований и объемы дорогостоящих и н е э к о л о г и ч н ы х р а б о т, например, буровых, геофизических и прочих.

5.Помогает целенаправленно и обоснованно с к о н ц е н т р и р о в а т ь более детальные , специальные, в том числе и названные выше дорогостоящие и неэкологичные и с с л е д о в а н и я , на ограниченных площадях.

6.В н о с и т существенный в к л а д в изучение процесса структурирования земной коры, поскольку базируется на пяти основных п р и н ц и п а х а р г у м е н т а ц и и (по А.А.Ивину,1997):

– п р о с т о т ы, требующего, по И.Ньютону, «не излишествовать» в причинах при объяснении явлений;

– п р и в ы ч н о с т и (консерватизма), рекомендующего избегать неоправданных новаций и стараться объяснять новые явления с помощью известных законов,

– к р а с о т ы, согласно которому грамотные исследования должны отличаться ясностью, стройностью и элегантностью,

– л о г и ч н о с т и,

– у н и в е р с а л ь н о с т и, предполагающего проверку полученных положений или результатов на приложимость к более широкому классу явлений.

Следует отметить, что ни один из способов визуализации линеаментов в отдельности, равно как и в комплексе, не гарантирует отсутствия каких-либо сбоев ни в технологии, ни в полученных результатах, так как нет универсального способа проверки ни того, ни другого.

9.2. Корреляция линеаментов и ихз систем с комплексом геолого-геофизических, геохимических, геоэкологических и прочих материалов

Пространственная коореляции (равно как и интерпретации линеаментов и их систем) определяется (или достигается) с помощью ф и л ь т р а ц и и полученных материалов линеаментного содержания через весь имеющийся комплекс данных, в связи с чем необходимо постоянное накопление и обновление разномасштабных региональных материалов – геологических, геоморфологических, геофизических, геохимических, геоэкологических и прочих.

В процессе корреляции достигаются две цели: с одной стороны, с помощью корреляции идёт проверка достоверности выделенных линеаментов и / или их систем, с другой – готовится база для дальнейшей их интерпретации.

Разумеется, самым привычным и, казалось бы, самым доказательным способом проверки достоверности выделенных линеаментов и их систем может считаться п о л е в а я – натурная – заверка их на местности.

Действительно, возможность прямой корреляции выделенных линеаментов и их систем с наблюдаемыми на местности линейными элементами географической среды и геологической структуры (см. рис. ), резко повышает достоверность полученных результатов дешифрирования, но как только потребуется корреляция с линейными образованиями глубинных срезов земной коры и литосферы, так её результаты сразу же обрастут предположениями и неопределенностью, снижая таким образом уровень значимости и того и другого, а также усложняя процесс интерпретации, который будет рассмотрен ниже.

9.3.Интерпретация линеаментов и их систем

Процесс интерпретации линеаментов и их систем неотделим ни от процесса визуализации, ни от процесса корреляции (проверки или заверки).

В связи с этим и способы интерпретации линеаментов и их систем – эвристический, статистический, компьютерный и комплексный – адекватны способам их визуализации.

Естественно, что в виде объектов интерпретации могут выступать как отдельные линеаменты, так и их совокупности: зоны, системы и даже поля.

В процессе интерпретации используются в основном три подхода:

1.С р а в н и т е л ь н ы й, основанный на прямом и непосредственном пространственном сопоставлении выделенных линеаментов и их систем с элементами (параметрами) географической среды, геологической структуры и геофизических полей.

2.С т а т и с т и ч е с к и й, предполагающий геологическую интерпретацию различных параметров линеаментных систем и полей: простирание, шаг, прерывание и т.д.

3.Собственно г е о л о г и ч е с к и й, направленный на выяснение причин, порождающих образование и развитие линеаментов и их систем.

Иерархическа (ранговая) соподчиненность линеаментов и их систем предопределяет особенности их геологической или геодинамической интерпретации:

– л о к а л ь н ы е линеаменты могут рассматриваться как ландшафтное отражение («линеаментный снимок») структуры поля напряжений верхней части земной коры;

– р е г и о н а л ь н ы е линеаменты и их зоны – как отражение линейных деформаций приповерхностных горизонтов земной коры – осадочного чехла, кровли кристаллического фундамента;

– г л о б а л ь н ы е линеаменты и их системы – как отражение зон глубинных неоднородностей или глубинных концентраций напряжений, фиксируемых на поверхности Мохоровичича и ниже.

Как в случае с визуализацией, следует подчеркнуть, что ни один из подходов интерпретации не гарантирует однозначного и бесспорного результата, так как в виде линеаменто и их сообществ на разномасштабных МДЗ отражаются самые разные – по форме, масштабам, глубине заложения и генезису – геологические объекты, длина которых значительно превышает ширину: валы и флексуры, разрывы и зоны трещиноватости, литологические контакты и прочие, выраженные, как правило, в л а т е н т н о й , т.е. скрытой, форме.

В любом случае надо представлять, что и н т е р п р е т а ц и я линеаментов и их сообществ представляет собой качественный п р о ц е с с о т о ж д е с т в л е н и я (идентификации) визуализированных на МДЗ линейных образований с исходными (инициальными) нарушениями земной коры и литосферы.

Д о с т о в е р н о с т ь результатов линеаментного анализа, т.е. визуализации, коореляции и интерпретации линеаментов и их систем определяется (или достигается) с помощью ф и л ь т р а ц и и полученных материалов линеаментного содержания через весь имеющийся комплекс данных, в связи с чем необходимо постоянное накопление и обновление разномасштабных региональных материалов – геологических, геоморфологических, геофизических, геохимических и прочих.

Дискуссионность результатов интерпретации связана с тем, что объективный образ объекта дешифрирования, т.е. линеамента, на исходных МДЗ – АФС и КС, а также на различных картографических материалах часто видоизменяется в зависимости от:

а) масштаба исследования;

б) простоты или сложности структуры самого объекта или структуры обрамления (рамы);

в) степени переработки того или иного региона, т.е. с ц е н ы дешифрирования, эндо-, экзо- или техногенными процессами;

г) особенностей географической среды, благоприятствующей или, напротив, препятствующей ландшафтной открытости и региона, в целом, и объекта дешифрирования, в частности.

Тем не менее, по мнению специалистов (А.М.Боровиков,1983): «Следует объяснить всем...., ... если на КС выделен, при соблюдении всех необходимых условий, четкий аномальный элемент ландшафта в качестве геоиндикационного, то этот элемент сам по себе д о с т о в е р е н и о б ъ е к т и в е н, притом не менее, чем ось геофизической аномалии, геологическая граница в обнажении или раздел Мохо.

Другое дело – может ли этот достоверный элемент получить конкретное геологическое истолкование, какое и насколько достоверное?»

В о п р о с ы для п о в т о р е н и я

Какие основные способы визуализации линеаментов и их систем разработаны в настоящее время?

Как вы понимаете «созерцание» – применительно к методике линеаментного анализа?

Какие зоны зрительного поля наиболее благоприятны для обнаружения, опознавания, идентификации и классификации линеаментов и их систем?

Какими способами можно снизить субъективный фактор линеаментного анализа?

В чем суть комплексной версии линеаментного анализа?

Каковы достоинства ТеСЛА?

Каким способом достигается максимальная достоверность результатов линеаментного анализа?

Т р е н и н г

Подберите различные исходные материалы на какой-нибудь, хорошо вам известный регион. Желательно, чтобы материалы – карты, снимки и прочие – были бы одного или близкого масштаба. Отдешифрируйте по данным материалам линеаменты и их системы. Сопоставьте полученные схемы и «прикиньте» процент совпадений или сходимости. Исходя из накопленного опыта, этот процент не должен быть меньше 30.

Если это так, вы неплохо усвоили методику линеаментного анализа, если число совпадений превышает 50, из вас может получиться профессиональный линеаментолог.

Л и т е р а т у р а

Барабанщиков В.А. Динамика зрительного восприятия. – М.:1990, Наука, 240с.

Ивин А.А. Основы теории аргументации.– М.: ВЛАДОС,1997, 352с.

Кац Я.Г., Полетаев А.И., Румянцева Э.Ф. Основы линеаментной тектоники.– М.:Недра,1986, 144с.