Учебно-методическое пособие для практических занятий по курсу «Геология четвертичных отложений»

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ И ФАЦИИ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Учебно-методическое пособие для практических занятий по курсу «Геология четвертичных отложений»

Казань 2009

Печатается по решению кафедры региональной геологии и полезных ископаемых

Казанского государственного университета

Протокол №6 от 15 апреля 2009г.

Составитель:

И.П. Зинатуллина

Генетические типы и фации четвертичных отложений. Учебно-методическое пособие для практических занятий.- Казань. Казанский государственный университет 2009.- стр.

В пособии для практических занятий по курсу «Генетические типы и фации четвертичных отложений» дана краткая характеристика особенностей формирования осадочных образований в четвертичный период. Рассматриваются основные факторы (рельеф, климат, неотектоника), влияющие на формирование различных типов отложений, слагающих крупные аккумулятивные формы рельефа.

Пособие рассчитано на студентов факультета географии и экологической геологии Казанского государственного университета.

Казанский государственный университет 2009.

Отложения образовавшиеся в течении четвертичного периода, выделяются в четвертичную систему. Они широко распространены на всех континентах земного шара и на дне морей и океанов. Четвертичные отложения формируют аккумулятивный рельеф и являются основанием для строительства. Доступность четвертичных отложений, слагающих современные аккумулятивные формы рельефа, и высокая сохранность их первичных особенностей позволяют выяснить среду их осадконакопления, определять процессы, ведущие к формированию их характерных черт. Для четвертичного времени с большой полнотой решаются вопросы седиментогенеза, экологии, эволюции органического мира, вулканических и тектонических процессов, глобальных климатических изменений, рельефообразования.

Основа генетической классификации четвертичных отложений в России создана А. П. Павловым. По А.П. Павлову, генетический тип-это отложения, сформировавшиеся в результате деятельности определенных геологических агентов: воды, ветра, льда и др.

Генетические типы могут, в свою очередь, состоять из менее крупных образований-фаций. Фации, в свою очередь, подразделяются еще на более дробные генетические подразделения-микрофации или субфации. Чаще всего фации входят в состав крупных генетически однородных аккумулятивных образований.

Таблица 1

Классификация генетических типов четвертичных отложений.

Химическое выветривание протекает в основном при положительных температур, действии кислорода и углекислого газа. На ранней стадии выветривания происходит механическое разрушение пород, которое наиболее активно протекает в условиях континентального, а также жаркого, но сухого климата.

При длительном воздействии химического выветривания формируется мощный элювий или кора выветривания с вертикальной зональностью. В корах выветривания полного профиля выделяются 4 зоны (рис.1)

Рис. 1. Принципиальная схема строения коры выветривания. 1 - коренные породы; 2 - зона дезинтеграции; 3 - зона выщелачивания; 4 - зона глинистых минералов; 5 - зона оксидов и гидрооксидов; 6 - почва

Во влажных субтропиках и тропиках формируются мощные глубоко преобразованные глинистые коры выветривания полного профиля, имеющие ярко-красный или оранжевый цвет. Слагающий их элювий в основном состоит из глинистых минералов группы каолина, а гидроокислы железа представлены гетитом и гидрогетитом. Эти коры называются «латериты» с ними связаны месторождения бокситов.

Криогенный элювий обязан своему происхождению морозному выветриванию в обстановке полярного и нивального климата. Морозное выветривание выражается в дроблении горных пород под влиянием расклинивающего действия замерзающей в трещинах воды, увеличивающей свой объем при переходе в лед. В рыхлых мерзлых породах в условиях постоянной мерзлоты образуются глубокие ледяные клинья, для образования которых необходимы длительные отрицательные температуры поверхностного слоя грунта и маломощный снеговой покров. В условиях близкого залегания к поверхности многолетней мерзлоты образуется сезонно-талый слой, в котором идут специфические процессы: периодическое образование ледяных прожилков и вкраплений, разрывающих рыхлый грунт, мерзлотное пучение и сортировка, приводящая к вымораживанию грубообломочного материала к поверхности. Под воздействием мерзлотных процессов криогенный элювий приобретает зональное строение (рис.2).

Рис. 2. Схема строения криогенного элювия. 1 - верхняя зона (бронирующий слой); 2 - вторая зона, представленная смесью дресвы и щебня с мелкоземистым материалов; 3 - третья зона грубых обломков с малым содержанием мелкозема; 4 - нижняя зона начального разрушения коренных пород; 5 - коренные породы

Почвы подразделяются на два главных типа- автоморфные и гидроморфные.

Автоморфные почвы образуются там, где зеркало грунтовых вод и зона их капиллярного поднятия располагаются глубже зоны почвообразования. В этом случае атмосферные осадки просачиваются через почву, вынося из нее продукты выветривания и органического разложения вниз. В профиле таких почв выделяются два основных горизонта (рис. 3).

Рис. 3. Типичный профиль черноземной почвы. А - элювиальный горизонт (А0- слой перегноя, А1 - интенсивно гумусированный подгоризонт, А2 - слабо гумусированный горизонт); В – иллювиальный горизонт: В1 - сильно обизвевсткованный горизонт (белоглазка); В2 - слабоизвестковый горизонт; С- слабо измененная

Гидроморфные почвы образуются там, где грунтовые воды залегают близко к поверхности и почвообразование большую часть года протекает в зоне их капиллярного поднятия. Почва почти постоянно насыщена водой. Органическое вещество разлагается при недостатке кислорода, что приводит к установлению восстановительной среды.

Погребенные и ископаемые почвы. Это мертвые почвы, выпавшие из сферы биологического круговорота вещества и потерявшие всю современную, или живую, почвенную микрофауну и фауну.

Низинные развиваются в понижениях рельефа. Одни образуются при зарастании озерных водоемов, другие при заболачивании речных пойм, низких террас.

Верховые образуются в болотах на водораздельных пространствах, преимущественно в лесотундровой или лесной зоне, в условиях застаивания атмосферных вод или верховодки.

Сфагновые торфяники верхового типа могут возникать и в понижениях рельефа в завершающую стадию развития низинных болот.

Выделяются пять генетических типов.

1. Обвальный тип, характерен для горных районов. Наиболее крупные массы обвалов встречаются в условиях глубоко расчлененного рельефа. Они залегают у подножий тектонических уступов, с которых сорвались, наиболее грандиозными бывают так называемые сейсмообвалы, вызванные сильными землетрясениями. Для обвальных образований характерна несортированность слагающего материала. В нем беспорядочно смешаны обломки пород самого различного состава и размера- от громадных глыб до мелкого щебня и дресвы (рис.4).

Рис. 4. Схематический разрез обвальных отложений

2. Осыпной тип. Это обломочный материал, отделяющийся от скальных горных пород склона в результате физического выветривания и скатывающийся под действием силы тяжести к основанию склона. Осыпные процессы не носят катастрофического характера. Осыпи являются характерным элементом горного ландшафта, особенно высокогорных аридных зон, где продукты выветривания не закрепляются растительностью. Основными условиями образования осыпей являются крутые склоны со скальными выходами пород и сухой резко континентальный или морозный климат. Здесь происходит образование и накопление продуктов выветривания в виде глыб и щебня. Свежие и молодые осыпи-обычно рыхлые, они подвижны. Чем древнее осыпь, тем более плотным является его сложение (рис.5).

Рис.5. Схема строения осыпей различного типа: А- рыхлый; Б - плотный; В - сложный Крестом обозначены коренные породы склона, треугольниками - крупнообломочная масса, вертикальными штрихами - мелкозем

3. Оползневой тип. Образуется при соскальзывании крупных блоков и разрушенных масс пород по возникающим в массиве склона поверхностям скольжения. Основными условиями возникновения оползней являются наличие достаточно крутых склонов (обычно не менее 25^о ) и увлажнение определенной части пород и области склона.

Различают два типа оползней-блоковые и поточные. Образование блоковых оползней заключается в соскальзывании крупных блоков пород, сохраняющих при этом в той или иной мере свое внутреннее строение. В рельефе хорошо выражены: стенка отрыва, оползневая масса, присклоновое или тыловое понижение-западина (рис.6).

Рис. 6. Схема оползневых образований 1 - песчано-галечные отложения; 2 - пески и песчаники; 3 - глины; 4 - заболоченность (а); родники (б)

Поточные оползни развиваются преимущественно на глинистых легко оглинивающихся при выветривании горных породах. При развитии поточных оползней сорвавшийся блок распадается, превращаясь в насыщенную водой обломочную массу. Эта масса движется вниз по склону уже в виде потока по законам пластического или вязкого течения.

4. Солифлюкционный тип. Образуются в процессе солифлюкции, или вязкопластичного течения, переувлажненного поверхностного слоя грунта вниз по склону под воздействием силы тяжести. Легче всего текут песчано-глинистые грунты. На поверхности склона течение грунта выражается в образовании чешуеобразных или языкообразных в плане натечных ступенек микрорельефа. Эти ступеньки называются солифлюкционными террасами (рис. 7). Солифлюкционные отложения как на склонах, так и у их подножий, разнообразны по своему составу: от глин и суглинков до щебня и валунов, в зависимости от слагающих склон горных пород. Характерно отсутствие сортировки обломочного материала по крупности. В них широко распространены текстуры течения и смятия (рис. 8).

Рис. 7. Солифлюкционные террасы. ДС - деятельный слой; МС - мерзлый слой	Рис. 8. Солифлюкционные текстуры течения (в разрезе)

5. Делювиальный тип. Формируются на пологих склонах и у их подножия в результате плоскостного смыва обломочного материала. Активность склонового смыва зависит от количества стекающей воды, проявляется там, где нет растительного покрова. Делювиальные отложения в рельефе образуют полого наклонные вогнутые шлейфы, покрывающие нижние части склонов. В нем всегда преобладают суглинки и супеси, в равнинных условиях обогащены песком мелким и гравием, в горах - дресвой и щебнем (рис.9). В полных типичных разрезах в строении делювия выделяются три фации: присклоновая, срединная и периферическая или низовая.

6. Смешанные типы отложений.

1. Солифлюкционные-осыпные отложения формируются при простом механическом скатывании обломочного материала и существенно в процессе солифлюкции (рис. 10).

2. Солифлюкционно-делювиальные отложения образуются при совместном действии процессов солифлюкции и плоскостного смыва, что часто наблюдается на пологих склонах в субнивальной зоне.

3.Гравитационно-делювиальные отложения покрывают склоны гор средней крутизны (до 30-40^о) во внеледниковых зонах. Осыпание под действием силы тяжести сопровождается плоскостным смывом.

Рис. 9. Схемы строения делювиальных покровов у подножий пологих (А) и крутых (Б) склонов. а - в - фации делювия: а - присклоновая, б - срединная, в - периферическая, 1 - песок, 2 - щебень, галька, 3 - супесь, 4 - суглинок, 5 - коренные породы
Рис.10. Реликтовые солифлюкационно- осыпные отложения (А) с характерными формами выветривания “Земляных столбов”(В) (по А.И.Ицкову)

Аллювиальный тип образуется в результате непрерывного взаимодействия водного потока с руслом: врезанием или эрозией и аккумуляцией русло управляет потоком, и поток управляет руслом. Русло испытывает деформации трех типов: вертикальная-в результате глубинной эрозии, горизонтальная-воздействие боковой эрозии, продольная-движение наносов приводит к образованию в русле неровностей-перекатов, отмелей.

Влекомые наносы образовывают перемещающиеся аккумулятивные гряды (рис.11).

Рис. 11. Движение аллювиальных гряд на р. Брахмапутра (по В.Колеману)

В зависимости от гидрологического режима рек, обусловленного климатом, тектоникой и рельефом земной поверхности, аллювий делится: на аллювий равнинных рек и горных рек.

В долинах рек выделяются динамические фазы аллювиальной аккумуляции.

Инстративный или выстилающий аллювий характерен для стадий преимущественного врезания реки, глубинной эрозии, характерной для участков, испытывающих тектонические поднятия.

Субстративный или подстилающий аллювий формируется в стадию расширения долины, когда заканчивается глубинная эрозия и начинает преобладать боковая, вследствие подъема берегов меандрирующим руслом дно долины расширяется.
Констративный или настилаемый аллювий формируется на стадии заполнения долин обломочным материалом в условиях его обильного поступления, чаще всего на участках тектонических опусканий или подпруживания.

Перстративный или перестилаемый аллювий формируется в хорошо разработанных, зрелых долинах с выположенными продольными профилями на заключительных этапах аккумулятивных стадий или на участках, где устанавливается равновесие между несущей способностью реки и количеством поступающего в нее обломочного материала.

1.Аллювий равнинных рек. В нем выделяются три фации: русловая, пойменная и старичная.

Русловой аллювий формируется в высокоэнергетической обстановке речных русел из влекомых наносов и слагается наиболее грубым обломочным материалом – от грубых песков до крупных галек.

В меандрирующих руслах имеются три основные гидродинамические обстановки накопления аллювия (рис12). В соответствии с этим выделяются три субфации: стрежневая или плесовая, перекатная, прирусловой отмели (побочная).

Рис. 12. Обстановки накопления аллювия в меандрирующих руслах

Пойменный аллювий формируется в низкоэнергетических обстановках паводковых разливов за счет осаждения частиц, взвешанных наносов из воды, периодически затапливающей низкую часть долины - речную пойму (рис.13). Выделяются три субфации: прирусловая, центральная и притеррасная.

Рис. 13. Схема формирования перстративного аллювия (по Е.В. Шанцеру). А - русло (А1 - прирусловая отмель); В - пойма (В1 - прирусловый вал); Н - уровень полых вод; h - уровень межи; М - нормальная мощность аллювия, 1 - зона намывания влекомых наносов поперечными циркуляционными токами (цифры в кружках (1-7) - последовательно образующиеся слои руслового аллювия); 11 - зона осаждения взвешенных наносов.

Старичный аллювий образуется чаще всего на пойме в отмерших участках речных русел, превращенных в замкнутые водоемы. Выделяются три субфации: проточная, озерная и болотная.

В геоморфологическом отношении долины высокогорных рек подразделяются на четыре части: троговую (ледниковую), горную, предгорную и подгорно-равнинную (рис.14).

Рис. 14. Типы строения горного аллювия в различных геоморфологических зонах

В извилистых руслах на излучинах в горном аллювии так же, как и в равнинном, четко обособляются две фациальные обстановки, обусловленные особенностями гидродинамического режима: плес у вогнутого берега с наибольшими глубинами русла, а также наиболее грубыми влекомыми наносами (валуны, галька), и прирусловая отмель (побочень) у выпуклого берега, где размыв сменяется уже аккумуляцией наносов, по крупности во много раз меньших в сравнении с наносами, перемещаемыми у вогнутого берега.

В формировании отложений субфации прирусловой отмели принимают участие как продольные, так и поперечные течения, играющие решающую роль при распределении наносов на поворотах русла. Головные (т.е. расположенные вверх по течению) части отмели в большинстве случаев слагаются наиболее грубым обломочным материалом, приносимым продольными течениями. Вниз по излучине зона максимальных продольных скоростей смещается к вогнутому берегу, и прирусловая отмель формируется, главным образом, на счет накопления наносов, перемещаемым поперечными циркуляционными течениями от вогнутого берега (рис.15).

			Рис. 15. Строение прирусловой отмели горной реки 1 - галечники разных размеров; 2 - глыбы; 3 - пески грубозернистые; 4 - пески мелкозернистые; 5 - направление течения воды; 6 - коренные породы

Рис. 16. Разрез позднеплейсто-ценовой террасы р. Кочкору с. Актал (сев. Тянь-Шань

В зависимости от гидродинамических условий формирования в аллювии разветвленных русел можно выделить основные фации: 1) субфации основных, или главных русел, представленная наиболее крупным валунно-галечниковым материалом, сходным по составу и строению с субфацией однорукавных русел; 2) субфация второстепенных проток, подразделяющихся на продольные, диагональные и поперечные, в которых отлагается более мелкий обломочный материал, по сравнению с главным руслом; 3) субфация отмерших, отшнурованных проток, превращающихся в межень в озерца и лужи, где может отстаивать самый тонкий мелкоземистый материал; 4) субфация кос и островков с характерной для них сортировкой обломочного материала с убывающей крупностью от головных частей к хвостовым и от главных проток в сторону второстепенных. Отмеченные субфации руслового горного аллювия хорошо выделяются в современных русловых отложениях, в а также отчетливо прослеживаются и в разрезах древнего аллювия, слагающего речные террасы (рис. 16).
Пойменная фация. В горных долинах встречаются обычно небольшие участки пойм различных типов, покрытых травяной или древесно-кустарниковой растительностью, на которых формируется маломощный пойменный аллювий. В зависимости от характера речных долин выделяются различные по генезису поймы: скелетные, побочные и проточно-островные.

Фации подпруживания и природных экранов. В пределах горной и предгорной областей распространены препятствия или перемычки. По происхождению перемычки делятся на три группы: 1) обусловленные геологическим строением (литологические и структурные, образовавшиеся вследствие развития складчатых или разрывных структур), 2) экзогенные, сформированные вследствие быстрой аккумуляции в долине четвертичных отложений другого генезиса (обвальных, гляциальных, пролювиальных, селевых и др.), 3) вулканогенные (лавовые потоки). Перемычки могут полностью перегородить долину (плотинные), или сузить ее (суживающие), или вызвать только изменение направления потока (струенаправляющие). Перед перемычками формируются отложения фации подпруживания. Здесь образуются две фациальные обстановки. Двигающиеся преимущественно крупнообломочные донные наносы, попадая сюда, начинают интенсивно откладываться, формируя пестрые по фракционному составу отложения субфации зоны выклинивания подпора, образующие в рельефе русла формы в виде гряды или небольшие подводные дельты (рис. 17). Вторая, собственно подпрудная, фациальная обстановка образуется между зоной выклинивания подпора и перемычкой. Здесь течение резко замедляется, часто становится круговым, вследствие чего осаждаются мелкие взвешенные фракции наносов, песчаные или алевритовые. Они формируют подпрудную субфацию. По мере увеличения поступления взвешенных наносов через перемычку непосредственно за ней в воронках размыва накапливаются наклонно-слоистые мелкозернистые, главным образом, песчаные отложения фации природных экранов.

Рис. 17. Схема строения горного аллювия у перегораживающих перемычек

Рис. 18 Разрез поймы р. Зеравшан у г. Пенджикент Фации: а - русловая; б - низкой поймы; в - поймен-ных русел; г - высокой поймы. Литологический состав: 1 - галечники; 2 - пески; 3 - супеси и суглинки; 4 - характер слоистости

Рис. 19. Поперечный разрез долины р. Зеравшан в районе Айни (Юго-Западный Тянь-Шань). 1- песчано-галечные отложения перстративного аллювия; 2 - буровато-серые галечники и конгломераты констративного горизонта аллювия; 3 - желто-бурые валунные галечники и конгломераты инстративного горизонта аллювия; 4 - высыпки серых галечников; 5 - перстративнвый аллювий; 6 - констративный аллювий; 7 - тальвеговый аллювий; 8 - суглинки со щебнем и гравием; 9 - супеси ; 10 - коренные отложения нижнего силура; 11 - разрывные нарушения, установленные (а) и предполагаемые (б); 12 - предполагаемые контуры погребных частей долин; 13 - высота над руслом Зеравшана (в м); 14 - уровень Зеравшан