Отражение тектонических структур Онежского грабена в ландшафтах Северодвинской низменности

При комплексных ландшафтных исследованиях на равнинах рельеф и особенности гидросети рассматриваются в контексте геоморфологических факторов, при этом происходит недооценка роли тектонических структур (в том числе древнего заложения) и неотектонических движений. Сложность выделения участков, которые могут отражать глубинное строение в геоморфологических структурах, связана прежде всего с низкой сейсмической активностью юго-восточной части Онежского грабена, отсутствием активизированных разломов, большой мощностью осадочного чехла, а также низменными ландшафтами без значительных перепадов рельефа. В то же время данные тектонические структуры не настолько пассивны, как это принято считать, на что указывает, например, миграция очагов землетрясений с Балтийского щита на север Русской плиты вдоль древних разломов северо-западного простирания [2].

В настоящей работе сделана попытка выявить сопряженность современных компонентов ландшафтов Северодвинской низменности с тектоническими структурами на основе морфометрических характеристик, линейных форм различных ориентировок и геометрии рисунка гидрографической сети и рельефа.

РАЙОН, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Район исследований. Рассматриваемая территория (рис. 1) расположена в юго-восточной части Онежского грабена на севере Русской плиты и характеризуется типичным двухъярусным строением, которое включает докембрийский кристаллический фундамент и чехол осадочных (PZ-KZ) комплексов [6]. Глубина залегания фундамента колеблется от 2 до 9 км. В современном рельефе преобладают озерно-аллювиальные и ледниково-озерные равнины, осложненные конечно-моренными грядами с высотами над уровнем моря 20-50 м. В центральной части района © Бурлаков П. С., 2011

обособляется Моржегорский карстовый район. Здесь отмечено интенсивное развитие форм поверхностного карста: задернованный карст, провальные воронки, карстовые лога, карстовые цирки, провалы.

Рис. 1. Схема района исследований: 1 - граница Онежского грабена; 2 - тектонические разломы более низкого ранга;

3 - уступ Двинско-Мезенской возвышенности;

4 - Моржегорский карстовый район;

5 - ключевые участки исследований (К - Кирокса,

Ю - Юмата, М - Моржовка, У - Усолка, В - Ваеньга)

Материал и методика исследований. Для анализа геолого-геоморфологической обстановки использовались следующие материалы: топокарты масштаба 1:100 000, тектоническая карта Белого моря и прилегающих территорий (М 1:1 500 000) [5], карта генетических типов рельефа (автор Т. Ю. Затульская) [3].

В морфометрическом анализе использовались оцифрованные векторные слои элементов гидросети и рельефа с государственных топографических карт масштаба 1:100 000.

Параметры рельефа оценивали с помощью цифровой модели рельефа (ЦМР), построенной по векторным картам горизонталей (высота сечений рельефа - 10 м), отметок высот и урезов воды. Для построения ЦМР использовался метод интерполяции Natural Neighbor, реализованный в модуле Vertical Mapper 3.1.1. ГИС-пакета MapInfo 8.5. Расчет среднего наклона поверхности (градусы) выполнен с помощью функции Slope в модуле Vertical Mapper 3.1.1.

В качестве характеристик рельефа, отражающих связь с тектоническими структурами, были выбраны изменение высот рельефа, ориентация линейных форм рельефа и элементов гидросети. Согласно [4], существенными признаками тектонических структур следует считать изменение высоты на 1/10 от средней высоты местности, смену ориентации линейных элементов ландшафта на 30° и более в равнинных условиях.

На ключевых участках гидросети проведены расчеты среднего уклона водотоков. В случае недостаточного количества отметок урезов воды использовались значения горизонталей в точках пересечения ими русла. Средний уклон водотоков (в промилле) вычислялся по формуле (1):

I = (H n -H 0 )/L = ! H/L ,            (1)

где H n - отметка высоты уреза воды в начальном пункте, м; H 0 - отметка высоты уреза воды в конечном пункте, м; L - длина водотока между этими пунктами, км.

Данные гидрографические характеристики вкупе с ориентацией линейных форм и высотами местности являются одними из наиболее информативных геоморфологических признаков разломов и разрывных нарушений, отражающих структуры древнего заложения, а также неотек-тонический режим [1], [4].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рельеф. Геоморфологическими признаками тектонических структур Онежского грабена могут служить уступ Двинско-Мезенской возвышенности в юго-восточной части, маркирующий и наследующий направление грабена, а также вытянутый участок на левом берегу р. Северная Двина северо-западного простирания, маркирующий высотную ступень 30 м в нижнем течении бассейнов рек Моржовка и Усолка (рис. 2). На данных участках разломные структуры также маркируют резкое изменение глубины залегания фундамента от 8-9 до 2-3 км.

В условиях Северодвинской низменности слаборасчлененный рельеф с преобладанием плоских поверхностей приводит к формированию крупных по площади ландшафтных контуров. Эта монотонность нарушается на склоновых и приречных ландшафтных комплексах, где отмечается большее количество ландшафтных единиц при сравнительно малой их площади. Наибольшим разнообразием ландшафтных единиц низшего ранга (фаций и урочищ) отличают- ся территории с размахом высот рельефа от 20 м и более и как следствие - с высокими значениями угла наклона поверхности, а также зоны контакта геоморфологических структур и районы с близким залеганием либо выходом на земную поверхность карстующихся пород.

Рис. 2. Трехмерная модель рельефа Северодвинской низменности и прилегающих территорий (1 - Двинско-Мезенская возвышенность, 2 - холмистоморенная гряда северо-западного простирания, 3 - Онего-Двинская возвышенность): 1 - граница Онежского грабена, 2 - стрелками показаны уступы

Северодвинская низменность характеризуется очень слабым наклоном поверхности, значения не превышают 0,5-0,8°. Наибольшие значения угла наклона поверхности (1,5-2,9°) отмечены для локальных участков, расположенных в бассейнах нижнего течения рек Моржовка, Усолка, Ваеньга, Юмата, Чача и приуроченных к тектоническим структурам Онежского грабена (рис. 3). Высокие значения уклона поверхности в бассейне р. Кирокса связаны с развитием здесь карстовых процессов.

Рис. 3. Фрагмент модели распределения углов наклона поверхности: стрелками выделены участки с наибольшими значениями этого параметра. 1 - Двинско-Мезенская возвышенность; 2 - холмисто-моренная гряда

Гидрографическая сеть. Для низменных ландшафтов Среднего Подвинья характерны низкие значения среднего уклона водотоков, в среднем

0,1 промилле (10 см на 1 км). Аномально высокие значения среднего уклона водотоков отмечены для участков нижнего течения рек Моржовка (с притоками Березовка и Ракусора), Усолка, Кирокса, Ваеньга, а также для притоков р. Шень-га, берущих начало на Двинско-Мезенской возвышенности (см. таблицу).

Средние значения уклона рек Северодвинской низменности

Ключевые участки Северодвинской низменности	Реки	Среднее значение уклона реки, см/км
Равнинные ландшафты	Моржовка, Усолка, Пянда, Юмата Кирокса (верхнее течение)	10
Равнинные ландшафты, в местах пересечения долин рек тектоническими структурами Онежского грабена	Моржовка Усолка Ваеньга	41,2
Карстовые ландшафты	Кирокса (нижнее и среднее течение)	47,5

Высокие значения уклона (в среднем 0,41 промилле, или 41 см на 1 км) характерны для локальных участков, сопряженных с направлением разломов Онежского грабена и территории Моржегорского карстового района (47,5 см на 1 км) (рис. 4).

Для нижнего течения рек Ваеньга, Моржовка, Усолка и Юмата характерна смена общего направления течения реки в виде коленчатых пе- реломов в местах пересечения этих долин тектоническими структурами северо-западного простирания (рис. 4). Ярким примером может служить излучина в нижнем течении р. Ваеньга, контур которой повторяет юго-восточную оконечность Онежского грабена. Для рассмотренных ключевых участков характерна общность рисунка гидросети: в местах пересечения разломных структур долины главной реки наблю -дается впадение нескольких притоков второго порядка, а также резкое изменение направления течения водотоков в среднем на 70-90°.

Подобный гидрографический рисунок характерен для морфоструктурных узлов в центральной части Русской равнины [4]. Для данных участков создаются благоприятные условия для разгрузки вод на бортах долин и в руслах рек. Так, в нижнем течении рек Моржовка, Усолка и Пянда отмечены выходы соленых вод с минерализацией 25 г/л.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты морфоструктурного анализа тер -ритории Северодвинской низменности позволяют говорить о повышенной интенсивности склоновых и эрозионных процессов в зонах геодина-мического влияния тектонических структур и в районах распространения карста. Данные факты подтверждают наличие системной связи между глубинными и поверхностными компонентами геосфер.

Рис. 4. Схема сопоставления материалов. Ключевые участки - Юмата, Усолка, Моржовка и Ваеньга:

1 - участки с высокими значениями уклона водотоков; 2 - участки с резким изменением общего направления течения;

3 - направление течения рек; 4 - выходы минерализованных вод; 5 - граница Онежского грабена;

6 - рифейские разломы более низкого ранга