УДК 551.248.2 (477.75)

PACS: 91.55. Bc continental neotectonics

ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОПОДОБИЯ СИСТЕМЫ ВОДОТОКОВ КЕРЧЕНСКОГО ПОЛУОСТРОВА И ИХ СОПОСТАВЛЕНИЕ С РЕЗУЛЬТАТАМИ СТРУКТУРНО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия

2 Государственный университет «Дубна», г. Дубна, Россия

* e-mail: zakharov@geol.msu.ru

https://doi.org/10.21455/GPB2019.1-5

Цитирование: Захаров В.С., Симонов Д.А., Брянцева Г.В., Косевич Н.И. Характеристики самоподобия системы водотоков Керченского полуострова и их сопоставление с результатами структурно-геоморфологического анализа // Геофизические процессы и биосфера. 2019. Т. 18, № 1. С. 50–60. https://doi.org/10.21455/GPB2019.1-5

Аннотация. Проведено сопоставление результатов фрактального анализа восстановленной по цифровой модели рельефа гидросети и структурно-геоморфологического анализа рельефа для Керченского полуострова. По результатам структурно-геоморфологического анализа выделены три сектора, имеющие различное геоморфологическое выражение, и приуроченные к ним поднятия и впадины. При этом новейший структурный план не совпадает со структурным планом, развивавшимся до позднего плиоцена. По результатам структурно-геоморфологического анализа выделяются неотектонические структуры нескольких порядков. Выявлена связь величины фрактальной размерности D гидросети с направлением движений: поднятиям соответствуют бо́льшие, а опусканиям – меньшие значения. Это связано с тем, что в зонах неотектонических поднятий идет активная перестройка дренажной системы, формирование новых русел и долин, ветвление потоков. Усложнение характера речной сети проявляется в бóльших значениях фрактальной размерности D, которая является количественной мерой сложности объектов. При этом повышенные значения поля D коррелируют с достаточно крупными структурами первого порядка. Выявлена также подверженность результатов фрактального анализа масштабному эффекту и чувствительность к точности и масштабу данных, что необходимо учитывать при дальнейших исследованиях. Показана перспективность применения фрактального подхода для количественного анализа рисунка гидросети при исследовании новейших тектонических структур.

Ключевые слова: гидросеть, фрактальный анализ, структурная геоморфология, неотектоника, Керченский полуостров, самоподобие, цифровая модель рельефа.

Литература

Геология СССР. Т. 8. Крым. Ч. I. Геологическое описание / Ред. М.В. Муратов. М.: Недра, 1969. 576 с.

Грязевые вулканы Керченско-Таманской области: Атлас / Е.Ф. Шнюков, Ю.В. Соболевский, Г.И. Гнатенко, П.И. Науменко, В.А. Кутний. Киев: Наук. думка, 1986. 152 с.

Захаров В.С. Анализ характеристик самоподобия сейсмичности и систем активных разломов Евразии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2011. № 6. С. 10–17.

Калуш Ю.А., Логинов В.М., Чупикова С.А. Использование технологий ГИС при анализе фрактальных характеристик речной сети Тувы // Геоинформатика. 2005. № 4. С. 31–40.

Корчуганова Н.И., Костенко Н.П., Межеловский Н.Н. Неотектонические методы поисков полезных ископаемых. М., 2001. 212 с. (МПР РФ геокарт. МГГА).

Макарова Н.В., Макаров В.И. Четвертичная тектоническая зональность Керченского полуострова // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1994. № 4. С. 20–33.

Мельник М.А., Поздняков А.В. Фрактальный анализ эрозионного расчлененного рельефа: Методологические подходы // Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301. С. 201–205.

Мельник М.А., Поздняков А.В. Фракталы в эрозионном расчленении поверхности и автоколебания в динамике геоморфосистем // Геоморфология. 2008. № 3. С. 86–95.

Муратов М.В. Краткий очерк геологического строение Крымского полуострова. М.: Госгеолтехиздат, 1960. 207 с.

Сидорчук А.Ю. Фрактальная геометрия речных сетей // Геоморфология. 2014. № 1. С. 3–14.

Федер Е. Фракталы. М.: Мир, 1991. 260 с.

Чупикова С.А. Фрактальные методы выявления скрытой регулярности в эрозионном расчленении поверхности (на примере анализа Саяно-Тувинского нагорья, Республика Тува): Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Томск, 2010. 16 c.

Dombradi E., Timar G., Bada G., Cloetingh S., Horvath F. Fractal dimension estimations of drainage network in the Carpathian–Pannonian system // Global and Planet. Change. 2007. V. 58. P. 197–213.

Jenson S.K., Domingue J.O. Extracting topographic structure from digital elevation data for geographic information system analysis // Photogram. Eng. and Remote Sensing. 1988. V. 54, N 11. P. 1593–1600.

Pelletier J.D. Self-organization and scaling relationships of evolving river networks // J. of Geophys. Res. 1999. V. 104. B4. P. 7359–7375.

Turcotte D.L. Fractals and chaos in geology and geophysics. 2nd ed. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1997. 398 p.

Сведения об авторах

ЗАХАРОВ Владимир Сергеевич – доктор геолого-минералогических наук, доцент, профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1; профессор, Государственный университет «Дубна». 141982, Московская обл., г. Дубна, ул. Университетская, д. 19. Тел.: +7 (495) 939-25-51. E-mail: zakharov@geol.msu.ru

СИМОНОВ Дмитрий Андреевич – кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1. Тел.: +7 (495) 939-25-51. E-mail: dsim_0@mail.ru

БРЯНЦЕВА Галина Владимировна – кандидат геолого-минералогических наук, доцент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1; доцент, Государственный университет «Дубна». 141982, Московская обл., г. Дубна, ул. Университетская, д. 19. Тел.: +7 (495) 939-20-81. E-mail: bryan.bryan@yandex.ru

КОСЕВИЧ Наталья Игоревна – кандидат географических наук, ассистент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1. Тел.: +7 (495) 939-25-51. E-mail: nkosevich@gmail.com

SELF-SIMILARITY PARAMETERS OF THE KERCH PENINSULA WATER STREAMS SYSTEM AND THEIR COMPARISON WITH THE RESULTS OF STRUCTURAL AND GEOMORPHOLOGICAL ANALYSIS

1 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

2 State University «Dubna», Dubna, Moscow Region, Russia

* e-mail: zakharov@geol.msu.ru

Abstract. A fractal analysis of the hydrological network relief constructed using a digital model was carried out within the bounds Kerch Peninsula using different ranges of scales. As a result, local variations in the fractal dimension ranging from one to 1.53 were revealed. Structural-geomorphological analysis of this territory allowed identifing the newest structures of different orders. Comparison of the results of structural-geomorphological and fractal analyzes showed correlation between them. For larger (about 10 km) averaging windows, the relationship, determined by other authors, between the value of the hydrological network fractal dimension and the direction of movements is confirmed: higher values of D correspond to the uplifts, and smaller ones correspond to the depressions. This correlation is due to the fact that within the zones of neotectonic uplifts active rebuilding the drainage system, formation of new channels and valleys, and branching of the streams take place. Our essay also revealed that fractal analysis is subjected to the effect of scale. For averaging windows of a smaller (less than 10 km) size a correlation with structures of a smaller scale is revealed. If the scale of the analyzed hydrological network does not change, the minima of the fractal-dimensional field correspond to the uplifts, and the maxima – to the valleys. This is a scale-effect of the data, which must be taken into account in the further method development. On general, the study showed the prospects of the fractal approach application for the quantitative analysis of the hydrological network pattern during investigation of the latest movements.

Keywords: hydrological network, self-similarity, fractal analysis, structural geomorphology, neotectonics, Kerch Peninsula, digital relief model.

About the author

ZAKHAROV Vladimir S. – Dr. Sci. (Geol. and Min.), associate professor, professor, Lomonosov Moscow State University University. Moscow, Russia; professor, State University «Dubna». Dubna, Moscow Region, Russia. Tel.: +7 (495) 939-25-51. E-mail: zakharov@geol.msu.ru

SIMONOV Dmitry A. – Cand. Sci. (Geol. and Min.), senior researcher, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 939-25-51. E-mail: dsim_0@mail.ru

BRYANTSEVA Galina V. – Cand. Sci. (Geol. and Min.), docent, associate professor of Dynamic Geology, geological faculty, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia; associate professor, State University «Dubna». Dubna, Moscow Region, Russia. Tel.: +7 (495) 939-20-81. E-mail: bryan.bryan@yandex.ru

KOSEVICH Natalia I. – Cand. Sci. (Geogr.), assistant, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 939-25-51. E-mail: nkosevich@gmail.com

Cite this article as: Zakharov V.S., Simonov D.A., Bryantseva G.V., Kosevich N.I. Self-similarity parameters of the Kerch Peninsula water streams system and their comparison with the results of structural and geomorphological analysis, Geofizicheskie Protsessy i Biosfera (Geophysical Processes and Biosphere), 2019, vol. 18, no. 1, pp. 50–60 (in Russian). https://doi.org/10.21455/gpb2019.1-5

English version: Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2019, vol. 55, iss. 7. ISSN: 0001-4338 (Print), 1555-628X (Online). URL: https://link.springer.com/journal/volumesAndIssues/11485