Четвертичных отложений. Расчленение четвертичных отложений на возрастные категории по литологии может быть сделано на основе изучения различных показателей

ЛИТОЛОГО-СТРАТИГРАФИЧЕСКИИ МЕТОД РАСЧЛЕНЕНИЯ

Расчленение четвертичных отложений на возрастные категории по литологии может быть сделано на основе изучения различных показателей:

1) фаций и свит;

2) гранулометрии (крупности) отложений;

3) петрографического состава крупных обломков (валунов, галек, гравия);

4) минерального состава песков (валового абсолютного содержания тяжелых минералов, относительного содержания отдельных минералов тяжелой фракции и, наконец, содержания легких минералов);

5) химического состава отложений (например, химического состава тяжелой фракции);

6) цвета отложений;

7) плотности отложений и т.п.

Рассмотрим возможности этих показателей для расчленения аллювия и моренных отложений.

1) ВОЗРАСТНОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ АЛЛЮВИЯ НА ОСНОВЕ ЕГО ФАЦИЙ И

СВИТ

Расчленение аллювия на возрастные группы по анализу фаций и свит наиболее эффективно при изучении настилаемого аллювия. В этом случае аллювиальные отложения построены по типу морских, т.е. древние отложения перекрыты более молодыми. Древние отложения гипсометрически залегают ниже молодых. Аллювиальные свиты (толщи) представляют собой закономерно построенные комплексы, у которых в основании разреза находятся крупнообломочные (например, галечники фации русла), в середине - среднеобломочные (например, пески фации прирусловой отмели), а вверху - мелкообломочные отложения (например, глины фации поймы и стариц). Задача по расчленению на возрастные толщи сводится к тому, чтобы проследить однородные фации по профилю и тем самым достичь обособления одной аллювиальной свиты от другой.

Сложность расчленения нередко возрастает от того, что толщи аллювия приходится изучать не по обнажениям, а по данным бурения. Кроме того, более древние аллювиальные свиты при формировании на них молодых свит оказались частично или полностью размытыми. В результате на некоторых участках профиля сохранились только нижние части разреза аллювия (например, остались галечники и отсутствуют пески и глины). Расчленение ведут от известного к неизвестному. При этом изучают вначале полные разрезы аллювия, в которых есть все три фации (глины, пески и галечники) и затем по профилю прослеживают границы каждой фации и каждой аллювиальной толщи в целом в сторону их выклинивания. При наиболее простой ситуации глины фации поймы одной аллювиальной свиты выше по разрезу перекрываются галечниками фации русла другой (более молодой) аллювиальной свиты. Сложнее расчленять, когда глины размыты. В результате при сложной геологической обстановке две аллювиальные свиты могут соприкасаться своими русловыми фациями (в данном случае фации прирусловой отмели, поймы и стариц были размыты и выпали из разреза). Такой сложный переход от одной фации к другой можно попытаться расшифровать с помощью данных о косой слоистости русловых фаций. Нормально в каждой русловой фации аллювия равнинной реки имеем:

1) вверху разреза (верхний горизонт) - тонкую косоволнистую слоистость ряби течения;

2) в середине, т.е. ниже по разрезу (средний горизонт) правильную диагональную слоистость с прослоями заиления;

3) внизу разреза (нижний горизонт) - крупно линзовидную неправильную косую слоистость.

Переход (контакт) от одной аллювиальной свиты к другой может быть разный. Наиболее простой случай тот, когда первый косослоистый горизонт выше по разрезу сменяется третьим косослоистым горизонтом. В таком разрезе граница между аллювиальными свитами проходит по контакту первого и третьего косослоистых горизонтов. При более сложной обстановке, когда второй горизонт перекрывается третьим горизонтом расчленить аллювиальные свиты еще возможно. Граница между свитами в этом случае проходит по контакту этих горизонтов. В случае соприкосновения третьего горизонта одной свиты с третьим горизонтом другой свиты расчленить свиты по характеру косой слоистости невозможно.

Конечным итогом работ является построение геологического профиля, на котором выделяются клиновидные по форме аллювиальные свиты. Самая нижняя аллювиальная свита является наиболее древней, а самая верхняя - наиболее молодой. Границы между свитами проходят в подошве грубообломочных отложений (галечников).

2) ВОЗРАСТНОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ АЛЛЮВИЯ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ЕГО

КРУПНОСТИ (ГРАНУЛОМЕТРИИ)

Гранулометрический состав аллювиальных отложений в ряде случаев закономерно изменяется по стратиграфическому разрезу. Эту зависимость можно использовать при расчленении аллювия на возрастные толщи.

Так, на Каме, Дону, Волге в ряде других пунктов установлено довольно закономерное увеличение крупности аллювия от молодых к древним отложениям. Обратная картина известна для аллювия некоторых рек Западного склона Урала, Нижней Камы, Мархи, Печерской Пижмы, Нерчи (Забайкалье) и др.

Предпосылками неравномерного распределения аллювия по стратиграфическому разрезу могут быть:

1) региональные и локальные неотектонические движения, под влиянием которых во времени меняются уклоны рек, а следовательно, и крупность речных отложений (усиление региональных или локальных положительных движений земной коры приводит к обогащению аллювия грубообломочным материалом).

2) процессы выветривания, способные разрушать обломки неустойчивых пород (при прочих равных условиях отложения наиболее древних террас окажутся более мелкозернистыми, потому что в них часть крупных обломков разрушилась и аллювий в целом стал более мелким. В итоге общая крупность аллювия уменьшилась, произошло измельчение аллювия).

3) обогащение современного аллювия крупными обломками за счет перлювия. Это происходит в результате перемыва более древних аллювиальных отложений, из которых мелкие частицы вымыты (вынесены), а крупные остались и вошли в состав более молодого аллювия.

4) последовательная смена питающих провинций во времени (вначале, например, размывались грубообломочные отложения и шли на формирование аллювия, а затем -мелкообломочные и шли на построение молодых свит (или происходило все наоборот). В результате состав аллювия в разновозрастных толщах будет изменяться закономерно: крупность его будет уменьшаться (первый случай) или увеличиваться (второй случай).

5) неодинаковая степень истирания древних и современных осадков (большая у современных и меньшая у древних). В результате молодые отложения будут более мелкозернистыми, поскольку они формируются за счет перемыва более древних аллювиальных отложений неоднократно истертых.

Как видим, причины закономерного изменения крупности аллювия разные и направленность этих процессов от древних отложений к молодым тоже неодинакова. При этом процессы выветривания и образования перлювия приводит к увеличению крупности молодого аллювия, а истирание увеличивает крупность древнего. Питающие провинции и неотектоника могут увеличивать либо молодой, либо древний аллювии; это зависит от особенностей неотектоники и питающих провинций данного района.

3) ВОЗРАСТНОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ АЛЛЮВИЯ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ПЕТРОГРАФИЧЕСКОГО СОСТАВА ЕГО КРУПНЫХ ОБЛОМКОВ

В ряде случаев петрографический состав крупных обломков в связи с возрастом отложений изменяется достаточно закономерно. Это можно использовать с целью обособления аллювия одного возраста от аллювия другого возраста.

Так, в молодом аллювии Камы сравнительно часто встречаются крупные обломки из основных пород (габбро-диабазов). Среди древнего аллювия их нет. В то же время древний аллювий относительно часто содержит обломки эффузивов и гранитоидов; в молодом же аллювии гранитоидов и эффузивов нет или значительно меньше.

В долине р.Чусовой состав крупных обломков древнего аллювия существенно отличается от состава молодого аллювия. В молодом аллювии часто встречаются обломки из неустойчивых пород. В древнем аллювии р.Чусовой они представлены обломками устойчивых пород (кварцитами, кварцевыми песчаниками и кварцем).

Для расчленения может быть использовано как качественное, так и количественное различие состава крупных обломков аллювия.

4) ВОЗРАСТНОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ АЛЛЮВИЯ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ И ЛЕГКИХ МИНЕРАЛОВ РЕЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Минеральные ассоциации в древнем и молодом аллювии могут быть разными. Это нередко используют для расчленения аллювия по возрасту. Теоретически древний аллювий чаще обогащен кварцем, а молодой - полевыми шпатами. Однако из данного правила могут быть и исключения.

Тяжелые минералы в этом отношении изучены наиболее полно. При этом установлено распределение: а) абсолютных количеств (валового содержания) всех тяжелых минералов и б)относительных содержаний отдельных минералов. Рассмотрим каждый из этих вопросов в отдельности.

а) расчленение отложений по абсолютному (валовому) содержанию тяжелых минералов

Абсолютное (валовое) содержание тяжелых минералов изменяется довольно закономерно в горных и горно-равнинных условиях (в эрозионно-аккумулятивных террасах). Наибольшие содержания тяжелых минералов (в килограммах на кубометр породы) установлены среди молодого аллювия (в низких террасах). Древний аллювий (речные отложения высоких террас) содержит этих минералов меньше. Такое неравномерное, но закономерное распределение тяжелых минералов по разновозрастным эрозионно-аккумулятивным террасам может происходить по разным причинам. Рассмотрим три наиболее важные причины.

1) Формирование перлювия тяжелых минералов в горных и горно-равнинных условиях приводит к концентрации (увеличению количества) тяжелых минералов среди молодого аллювия. В этом случае тяжелые минералы при перемыве из аллювия древних (высоких) террас просаживаются в аллювий молодых (низких) террас. (Перлювий - отложения, промытые и оставшиеся на месте, т.е. часть вещества при промыве исчезла).

2) Процессы выветривания в горных и горно-равнинных условиях сильнее отразились на тяжелых минералах древнего аллювия и меньше на тяжелых минералах молодого аллювия. В результате часть тяжелых минералов в древнем аллювии разрушилась. Потому общее количество их в каждом кубометре древнего аллювия оказалось меньше, чем в молодом.

3) Изменение состава пород питающих провинций во времени в горных и горно-равнинных районах также может приводить к увеличению количества тяжелых минералов в молодом аллювии. Как известно, накануне неоген-четвертичного отрезка времени движения земной коры были относительно слабыми. В это время господствовали поверхности выветривания с развитыми на них корами выветривания. В корах выветривания было сравнительно мало тяжелых минералов; они были представлены наиболее устойчивыми минералами.

Неогеновый и древнечетвертичный аллювий формировался под сильным воздействием кор выветривания. Поэтому данный аллювий содержит мало тяжелых минералов. Более молодые речные отложения на эрозионно-аккумулятивных террасах создавались за счет размыва пород, которые подстилают коры выветривания. Такими подстилающими образованиями в горах и горно-равнинных условиях (т.е. в районах формирования эрозионно-аккумулятивных террас) часто являются изверженные породы. Магматические породы при размыве речным потоком дают в аллювий много неустойчивых минералов (амфиболов, пироксенов, слюд). В результате в единице объема количество тяжелых минералов среди молодого аллювия возрастает по сравнению с древним аллювием.

Таким образом, три различных процесса (они связаны с перлювием, выветриванием и сменой питающих провинций по разрезу) в горных и горно-равнинных условиях приводят к одному и тому же результату. Все они способствуют увеличению количеств тяжелых минералов в молодом аллювии эрозионно-аккумулятивных террас. Это отмечено в аллювии Косьвы, Мархи, Бии, Чусовой, Печерской Пижмы и др.

На равнинах формируются обычно аккумулятивные террасы (наложенные и прислоненные), поэтому здесь два из рассмотренных трех процессов по существу участия не принимают. Такими пассивными процессами оказываются: а) формирование перлювия и б) смена питающих провинций. Здесь также слабее идут и процессы выветривания (толщи аллювия нередко обводнены, что уравновешивает выветривание в разновозрастных террасах). Таким образом, на равнинах закономерное изменение содержания тяжелых минералов от древних террас к молодым установить обычно не удается. Поэтому данный метод применим для расчленения прежде всего эрозионно-аккумулятивных террас в горных и горноравнинных условиях.

б)Расчленения по относительным содержащим тяжелых минералов.

Относительное содержание отдельных минералов тяжелой фракции аллювия в горном и горно-равнинном аллювии эрозионно-аккумулятивных террас также изменяется довольно закономерно. При этом устойчивые к процессам выветривания минералы накапливаются среди древнего аллювия высоких террас. Неустойчивые минералы преобладают в молодом аллювии низких террас. Неустойчивыми минералами являются амфиболы, пироксены и др. устойчивыми минералами оказываются ильменит, рутил, циркон, монацит, хромит и др.

В данном случае для расчленения эрозионно-аккумулятивных террас используют не только относительные содержания минералов (изменение процентных содержаний от одной террасы к другой). В ряде случаев более показательным оказывается учет коэффициента устойчивости (КУ). Этот коэффициент характеризует отношение количеств минералов устойчивых к минералам неустойчивым. Для древнего аллювия высоких террас коэффициент устойчивости больше, чем для аллювия молодых (низких) эрознонно-аккумулятивных террас.

Причинами неравномерного, но закономерного распределения отдельных тяжелых минералов по стратиграфическому разрезу являются: а) процессы выветривания и б) смена питающих провинций во времени по мере врезания реки в коренные породы, которые перекрыты корами выветривания. Формирование перлювия тяжелых минералов в этом случае приводит к обратной закономерности (к обогащению молодого аллювия устойчивыми минералами. Однако роль его при расчетах на относительные содержания затушевываются результатами проявления других процессов.

На равнинах, где господствуют аккумулятивные террасы, неравномерное и закономерное распределение отдельных минералов по стратиграфическому разрезу аллювия установить обычно не удается.

5) ВОЗРАСТНОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ АЛЛЮВИЯ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЯЖЕЛЫХ МИНЕРАЛОВ РЕЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

По стратиграфическому разрезу изменяется относительное содержание тяжелых минералов. Следствием изменения минералогии является изменение химического состава тяжелой фракции по стратиграфическому разрезу аллювия в эрозионно-аккумулятивных террасах. При этом в молодом аллювии преобладают кальций, магний, калий, натрий, алюминий и кремний. Среди древнего аллювия в тяжелой фракции велики содержания хрома, титана, железа и циркония. Количество этих компонентов может быть определено спектральным методом или расчетным путем после изучения количественных содержаний тяжелых минералов. Спектральный метод позволяет быстро получать результаты и потому применение его для расчленения таким образом наиболее рационально.