| ||
| ||
Процессы диагенеза рыхлых осадочных пород и, в частности, конвективная неустойчивость грунтов, имеют универсальный характер. Красноречивым подтверждением этого служит развитие диагенетических структур в аллювиальных, в том числе современных, отложениях в бассейне нижнего течения р. Омолоя - области весьма сурового климата и повсеместного распространения вечной мерзлоты. Для автора этот факт явился большой и одновременно приятной неожиданностью.
Клиновидные структуры были обнаружены нами в пойменных осадках одного из
небольших ручьев правобережья р. Омолоя, именно руч. Маркой-Юрэгэ
(приток 2-го порядка). Ручей на большем своем протяжении прорезает
мерзлые песчано-алевритовые осадки озерно-аллювиальной равнины
средне-верхнечетвертичного возраста, абсолютная высота которой
колеблется от 80 до
Пойма представляет собой ровную или слабоволнистую поверхность высотой
над урезом 1,5-
Примыкающая к руслу полностью лишенная растительности прирусловая отмель
высотой до 1,2-
Низкая пойма занимает промежуточное положение. Она обладает ровной
поверхностью 1,5-
Строение низкой поймы обнаруживается в подмываемом рекой уступе. Сверху
залегает слой отложения пойменной фации мощностью 0,2-
Русловые отложения представлены довольно сложным переслаиванием по
вертикали и замещением в горизонтальном направлении слоев песка
различной зернистости и гравийно-галечных прослоев. Последние
сосредоточены преимущественно в верхней части русловой фации. В нижней
части, в основном песчаной, встречаются линзы старичных отложений -
сизовато-серых неясно слоистых суглинков и супесей с линзами
растительных остатков. Слоистость русловых осадков весьма разнообразная:
горизонтальная, косая, перистая, волнистая.
На поверхности низкой поймы развит своеобразный полигональный
микрорельеф, представленный полигонами неправильных очертаний, как
травило, пяти- и шестиугольной формы. Диаметр их колеблется от 5 до Данный полигональный рельеф развит не повсеместно. На отдельных участках среди поля сплошного распространения и закономерно в сторону пониженных прирусловых уровней канавки как бы сходят на нет - быстро выполаживаются и исчезают. Строение межполигональных борозд автор изучал в разрезе подмываемого ручьем и полностью оттаявшего пойменного уступа.
Первая грунтовая жила, соответствующая очень слабовыраженной в рельефе
поймы борозде шириной
Первоначально напрашивающееся предположение о морозобойно-трещинном
происхождении данной формы должно быть оставлено в свете таких фактов,
как отсутствие каких-либо следов растрескивания грунта в зоне жилы, о
чем наглядно свидетельствует приведенный рисунок, малая глубина
структуры по вертикали (мерзлотные клинья, как правило, имеют глубину не
менее Генезис структуры может быть удовлетворительно объяснен только при признании ведущей роли диагенетических (конвективных) процессов. Наиболее вероятно предположение, что в слое отложений пойменной фации, испытывающих ежегодное затопление и, следовательно, сильное увлажнение в период паводка, возникла конвективная неустойчивость. Более тяжелые по объемному весу прослои супеси вместе с подстилающим ее светлым песком верхней половины слоя начали проседать в нижний, менее плотный пылеватый песок. Именно медленным пластичным проседанием можно объяснить плавное согласное отогнутие слоев вниз, приуроченность нарушений к границам раздела пород, явно компенсационный характер деформаций вмещающих пород в нижней части структуры и закономерное поведение границы пойменных и русловых отложений ниже основания грунтовой жилы как следствие действовавшего сверху давления. Появление понижения на поверхности поймы в виде борозды - очевидное следствие проседания слоев. Форма структуры - конвективное краевое проседание - соответствует соотношению вязкости взаимодействующих слоев согласно теории конвективной неустойчивости: у верхнего слоя она больше, чем у нижнего.
Возникновению плотностной инверсии способствовало совпадение верхней
границы сезонной мерзлоты, в первую наиболее влажную половину сезона
располагающуюся в данных условиях на глубине 0,4- Вязкость современных пойменных отложений, тем более в обводненном состоянии, весьма невелика. В данном случае отложения принадлежат к деятельному слою высокополярного региона, грунты в пределах которого в силу обедненности почвенных растворов электролитами, общей подавленности химического выветривания и ряда других специфических зональных особенностей климата отличаются, как известно, особой подвижностью. Поэтому время образования развитых конвективных структур вполне соизмеримо со временем активного накопления пойменного аллювия. Очень интересны структуры, обнаруженные в разрезе пойменных осадков в зоне соседней полигональной канавки (рис. 3). В отличие от предыдущей грунтовой жилы данные формы совершенно не связаны с бороздкой на поверхности поймы, располагающейся вправо от них, и представляют собой чисто внутрипластовые нарушения в толще пойменных отложений. Признаки, свойственные структуре рис. 2, в частности, приуроченность нарушений четко к границам раздела различных слоев, ясно выражены и в данном случае, и это в сочетании с фактом отсутствия следов морозобойного растрескивания (см. рис. 3) и другими признаками позволяет рассматривать данные нарушения также конвективными. Как видно из рис. 3, нарушения представлены кармановидным заходом слоя светлого тонко-мелкозернистого песка в слой темно-серого илистого пылеватого песка и располагающейся несколько ниже и влево от него четко выраженной грунтовой жилой, пересекающей почти всю видимую толщу пойменных отложений и последовательно выполненную материалом из верхних и вмещающих слоев. «Карман» по своему строению и положению в разрезе близко напоминает структуру рис. 2. Отличием служит то, что он не связан с канавкой на поверхности поймы, и проседание верхнего светлого песка в нижний темный выражено гораздо заметнее. «Карман» имеет коробчатую форму и в самом своем основании даже испытывает расширение, как бы подтекая под окружающую породу. Это особенно хорошо выражено в его левой части, от которой отходит наклонный «канал», связывающий «карман» с грунтовой жилой как бы в единую систему. Внутри «кармана», особенно в его левой части, первичная слоистость песков сильно нарушена. Это видно, в частности, по зигзагообразному прослою темного пылеватого песка. В левую часть «кармана» проникает клинышек темного песка из вышележащего слоя, основание которого ориентировано в том же направлении, что и темный зигзагообразный прослой, а именно вдоль стенок «канала». В вершине клинышек асимметричен: правое крыло, расположенное над центром «кармана», опущено по сравнению с левым. В правом верхнем углу «кармана», прилегающем к зоне проседания верхнего темного песка, наблюдается проникновение светлого песка неправильной формы из «кармана» вверх.
В верхней части пойменного разреза, выше «кармана», слои плавно
опускаются по направлению к канавке, под самым центром которой,
выраженным в разрезе зоной разрыхления и повышенной гумусированности (
Грунтовая жила начинается с горизонта, на котором оканчивается
вышеописанный «карман», именно с границы отложений пойменной и русловой
фаций аллювия. В самом верху она выражена согласным прогибом вниз слоев
верхней части русловой фации, в данном месте представленной чередованием
светлого мелко-среднезернистого песка с тонкими гравийно-галечными и
пылевато-песчаными горизонтами. Ниже жила выполнена гравием и мелким
галечником, а еще ниже вертикально-линзовидно-слоистым
мелко-крупнозернистым песком. В этой части жила испытывает максимальное
расширение - до Контакты структуры с вмещающей породой в общем четкие. От вершины жилы до уровня, соответствующего ее максимальному расширению (примерно приходящемуся на нижний конец почвенного ножа), вдоль контактов наблюдаются небольшие загибы слойков вниз. Ниже реакция вмещающих пород никак не проявляется, однако вдоль границ жилы здесь хорошо выражена каемка ожелезнения, иногда отходящая непосредственно от контактов жилы и проходящая уже параллельно им во вмещающей породе. Кое-где заметны нитевидные прерывистые полосы минерального материала (песка), также следующие вдоль контактов.
Интересен нижний, конец структуры, целиком приходящийся на серии
косослоистого песка различной зернистости. Жила выражена здесь лишь
полосой желто-бурой прокраски вмещающих пород без существенного
нарушения их слоистости. По бортам полосы окраска более интенсивна, чем
в ее центре, и местами ожелезнение от них как бы затекает по
горизонтальным слоям во вмещающую породу. Некоторые горизонтальные
слойки внутри «жилы», особенно вверху, несколько смещены и изогнуты
полукругом с выпуклостью, направленной в сторону, противоположную
движению. Это также подтверждает более интенсивное движение растворов
вдоль бортов «жилы». Книзу интенсивность окраски очень постепенно сходит
на нет. Подобные образования описаны Н.С. Даниловой [1963]
в аллювиальных отложениях р. Вилюй. Общая глубина грунтовой жилы,
включая полосу ожелезнения, составляет Взаиморасположение и особенности строения двух описанных грунтовых образований позволяют предположить, что вначале они развивались как конвективные структуры, непосредственно не связанные друг с другом, хотя, вероятно, одновременно: одна форма в пойменных отложениях, другая - в русловых. В верхней структуре светлый песок «б», достигнув в процессе проседания в слой иловатого песка «в» кровли горизонта галечника «г1», образовал кармановидную форму с сильно нарушенной внутри нее слоистостью. Вероятно, уже в этой стадии «карман» мог частично приобрести асимметричную форму, связанную с усиленным внедрением материала в его нижнем левом углу, что обусловлено фациальным замещением справа налево плотного галечника «г1» более податливыми слоями «г». Отвершек кармана приурочен к контакту фаций и ориентирован согласно падению кровли пласта галечника («г1»). Форма, впоследствии развившаяся в крупную грунтовую жилу, также заложилась в зоне контакта слоев («г» и «г1») и возможно, что известную роль в ее возникновении сыграл некоторый горизонтальный сдвиг по наклонной поверхности пласта галечника, усиленный давлением со стороны вышележащего кармана (в зоне «канала»).
К этому моменту, вероятно, и относится возникновение связи «кармана» с
нижним проседанием через «канал». Усиление оттока грунта из «кармана»
вызвало соответствующую ориентировку слоев в левой части «кармана» (в
частности, зигзагообразного слоя) и в целом пассивное затягивание
небольшого клинышка из вышележащего слоя темного илистого песка («а»).
Разжиженное состояние грунта в «кармане» способствовало проседанию в
него материала из слоя «а» вправо от клинышка, что в свою очередь
привело к компенсационному выжиманию светлого песка «б» вверх в правый
угол «кармана». Развитие левой крупной структуры началось с небольшого проседания в серии слоев «г», что вызвало сдвиг и внедрение вниз галечника «д», в свою очередь вытеснившего вниз песок слоя «е» и т.д. Возможно, что проседание материала в каждый новый слой ввиду малой прочности грунтов предварялось его растрескиванием, благоприятствующим последующему внедрению материала. Это объясняет общую прямолинейность контуров жилы, хотя в ее средней части и намечается некоторое расширение. Особенно сходна с трещиной часть жилы на уровне горизонта «л».
Качественно иное происхождение у основания грунтовой жилы, приходящегося
на слой «м». Рыхлые пески подвергаются лишь прокраске железистыми
растворами, фильтрующимися сверху (об этом свидетельствует кайма
ожелезнения вокруг находящейся выше песчаной части жилы) и создающими
как бы псевдожилу. Поступление грунта сверху здесь отсутствует. Однако
повышенная концентрация растворов (в верхней части данного отрезка
структуры) способна существенно затушевать первичную текстуру породы, а
также вызвать небольшие нарушения слоистости. Вероятно, этот процесс в
какой-то мере предваряет внедрение минерального материала. Отток грунта из верхних слоев в нижние в процессе развития деформаций привел к отседанию блока породы и образованию на поверхности поймы трещины, закономерно смещенной вправо относительно центра системы нарушений. Впоследствии трещина превратилась в борозду, хорошо выраженную в рельефе поверхности. Таким образом, данные грунтовые проседания имеют как бы косвенное выражение в рельефе.
В отличие от предыдущей жилы (см. рис. 2) крупная левая форма
значительно превышает обычную глубину деятельного слоя в пределах низкой
поймы. Но она полностью соответствует деятельному слою в зоне уступа на
данном участке (средняя глубина слоя протаивания - 1,8- Морфологически сходные структуры были обнаружены и в зоне следующей полигональной канавки (рис. 4). Последовательность возникновения форм представляется автору в следующем виде. Деформации возникли на границе слоев пойменного темного пылеватого песка («а») и верхнего слоя русловых осадков - тонко-мелкозернистого песка с прослоями гравия («б»), с одной стороны, и темного пылеватого песка («в») и замещающего его по простиранию пылевато-тонкозернистого песка («в1») - с другой. Развитие нарушений именно в данном месте не было случайным: влево и вправо от структур эти слои подстилаются довольно мощным слоем гравия и гальки («г»), тогда как между ними он резко утоняется («г1»). Первоначально правое проседание развивалось быстрее левого, однако по мере углубления оно быстро пришло в соприкосновение с нижележащим слоем гравия и гальки («г») и, не будучи в состоянии преодолеть прочность этого горизонта, стало сползать влево по его наклонной поверхности, одновременно вытесняя в этом же направлении прослои пылевато-тонкозернистого песка («в1»). Поскольку левое проседание находилось еще в начальной стадии развития и возможности для оттока грунта вниз не существовало, вытеснение породы «в1» правым проседанием и движение ее влево над кровлей галечника «г1» привело к возникновению вверху (в слое «а») компенсационного давления и оттока материала в противоположном направлении - вправо. Результатом этого было дальнейшее запрокидывание правой структуры вправо и возникновение деформаций сжатия по ее правому борту. В этой зоне (вправо от почвенного ножа) слои оказались разорванными и поставленными на голову.
Со временем левое проседание получило возможность проникнуть на большую
глубину за счет приведения в движение нижележащих слоев и постепенно
развилось в крупную жилу, достигающую Морфологически грунтовая жила состоит из трех различных частей (рис. 4). Верхняя, наиболее широкая, ее часть, имеющая вид воронки и представляющая собой область, откуда поступал грунт, построена в целом по принципу шва смыкания боковых слоев. Однако слои оказались затянутыми в полость структуры весьма неодинаково, что объясняется различиями в их свойствах (наиболее глубоко проникли прослои тяжелых и весьма маловязких гравия и галечника) и отмеченным выше влиянием правого проседания. Средняя часть структуры (приблизительно на уровне темного прослоя пылевато-тонкозернистого песка «е») представляет собой узкую горловину, образованную прорывом галечно-гравийного прослоя, опередившего при внедрении другие слои. В нижней части жилы происходит накопление материала. Она оформляется как область, где внедряющийся грунт подвергает «освоению» вмещающие осадки, перемешиваясь с ними и «растворяя» их косую и горизонтальную слоистость. О таком «освоении» отчетливо свидетельствуют боковые контакты этой части жилы. С одной стороны, это большое число мельчайших прихотливых потеков и линзочек внедрившегося материала вдоль контактов, с другой - полуизолированные кусочки вмещающих пород с горизонтальной слоистостью, глубоко вдающихся в жилу. Именно с «освоением» поступающим сверху материалом вмещающих пород и особенностями их гранулометрического состава (рыхлые неуплотненные пески различной зернистости) связано отсутствие заметных деформаций слоев вдоль контактов структуры. Все эти элементы имеются и у предыдущей жилы (см. рис. 3), но здесь они выражены наиболее четко. Обращают на себя внимание прерывистые нитевидные полосы, отходящие от основания жилы и образованные тем же, что и в жиле, чистым мелко-среднезернистым песком. Полосы пересекают не только нижнюю часть слоя супеси («и»), но продолжаются, постепенно делаясь все менее выраженными, в слой рыхлого средне-крупнозернистого песка («к»). Расстояние между ними точно соответствует ширине самой структуры, и полосы как бы намечают контуры последующего развития проседания. Это зачатки своеобразных трещиноподобных диагенетических форм, с которыми очень часто приходится встречаться в рыхлых осадках как перигляциальной Европы, так и областей современного сурового климата. В отличие от предыдущей структуры грунтовая жила не имеет ни каймы ожелезнения вокруг ее аккумулятивной песчаной части, ни железистой прокраски («псевдожилы») в нижележащих песках. По всей вероятности, это связано с удаленностью данной структуры от борозды на поверхности поймы, служащей исходным пунктом скопления и фильтрации почвенных растворов, проникающих в нижележащие горизонты. Следует отметить, что образование канавки на поверхности поймы и в этом случае вызвано явлением отседания в верхнем слое пойменных супесей и песков под влиянием перетекания материала из верхних слоев в нижние, при котором обе формы оказались связанными в единую систему. Трещина на поверхности приурочена точно к зоне приповерхностных компенсационных деформаций сжатия и имеет параллельное с ней простирание. Преобразованию трещины отседания в крутосклонную борозду (помечена почвенным ножом) способствовали эрозионные и суффозионные процессы. Борозда оказалась еще более смещенной вправо по отношению к вызвавшим ее нарушениям, чем в предыдущем случае. Причина того, что структуры проседания (рис. 3 и 4) не находят прямого отражения в рельефе поверхности низкой поймы, помимо отмеченных выше конкретных особенностей строения разреза, заключается в повышенной вязкости верхнего слоя темно-серых заиленных пылеватых супесей и песков. Этот слой реагировал на отдельных участках как единое целое в виде блока породы на перемещения в нижележащих горизонтах. Связности этих осадков, возрастающей снизу вверх, кроме специфики механического состава сильно способствовало обилие остатков, в том числе корней, травянистой и кустарничковой растительности, ежегодно поселявшейся и ежегодно отмиравшей и погребаемой новыми слоями пойменного наилка, а также растительность на современной поверхности поймы.
Таким образом, описанные клиновидные структуры, связанные с
полигональным микрорельефом, принадлежат к диагенетическим
(конвективным) образованиям, развивающимся в деятельном слое. Жилы
возникают в толще рыхлых осадков вследствие литологических различий
между слоями, предопределяющими важнейшие особенности их морфологии, в
частности глубину. В благоприятных условиях структуры могут фиксировать
полную мощность деятельного слоя и, следовательно, быть определенным
палеогеографическим индикатором. Подобные образования наблюдались
автором и в пойменных отложениях других водотоков района исследований.
Небольшой клин был обнаружен нами также в разрезе песчаной прирусловой
отмели высотой всего
Аналогичные описанным грунтовые структуры развиты на первой и второй
надпойменных террасах соответственно 4-4,5 и 6-
Строение грунтовой жилы в разрезе полигональной канавки на второй
надпойменной террасе (см. рис. 6) в целом однотипно с предыдущими. Она
также асимметрична. В ее верхней широкой части наибольшее пространство
занимают слои, внедрившиеся слева (темный тонкозернистый глинистый
песок). Внедрение вызвало компенсационное валообразное выжимание слоев
вверх влево от жилы, сопровождаемое проседанием вниз всего этого блока
породы, а также сколы и сбросы в нижележащих слоях на оси внедрения. В
правой части структуры проникновение материала сверху было ограничено
давлением левого внедрения. Слои вмещающей породы здесь деформированы
слабо - равномерно отогнуты книзу только у самой жилы. Небольшой клин
вверху, непосредственно под канавкой, возник в значительной мере как
пассивная реакция верхних слоев на перемещение материала в нижних: его
основание затянуто в полость жилы вдоль ее правого борта. Важно
отметить, что несоответствие между большим размером деформаций и их
весьма слабой выраженностью на поверхности террасы свидетельствует о
том, что движение в грунтах относится к периоду осадконакопления (то же
и для жилы рис. 5). Ниже жила продолжается полосой равной ширины, четко
отграниченной от вмещающих пород плоскостями сколов и сбросов. На
глубине около Особенности морфологии грунтовых жил в разрезах первой и второй надпойменных террас, имеющих много общих черт со структурами современной низкой поймы, позволяют рассматривать их как изначально грунтовые конвективные (диагенетические) образования. Это означает, что жилы сформировались в деятельном слое. При подобном предположении возникают следующие варианты: 1) структуры формируются сейчас в зоне глубоко протаивающего краевого уступа; 2) они формировались ранее в зоне уступа или на участках аномально глубокого летнего протаивания; 3) жилы образовывались при других климатических условиях, т.е. значительно большей глубине деятельного слоя. Первый и второй варианты больше подходят к структуре на первой террасе, второй и третий - к структуре на второй террасе. Все три предположения являются в принципе вероятными, и их проверка упирается в получение дополнительных данных. Чрезвычайно важный вопрос, далеко выходящий за рамки данного региона и имеющий принципиальное значение, - исследование зоны переходов полигональных изначально грунтовых образований, свойственных песчаным и галечным аллювиальным фациям, к полигональным ледяным жилам в одновозрастных тонкодисперсных породах. Для этой цели требуется постановка специальных исследований.
В заключение хочется отметить, что достаточно широкое развитие
диагенетических (конвективных) процессов в таких неблагоприятных для
этого условиях, как скованные вечной мерзлотой приморские равнины
северо-востока Евразии, наглядно демонстрирует их универсальность и
ведущее значение в формировании текстурных особенностей рыхлых осадочных
пород самого различного состава, возраста и происхождения.
ЛИТЕРАТУРА Артюшков Е.В. Образование конвективных деформаций в слабо литифицированных осадочных породах. «Изв. АН СССР», сер. геол., 1965, № 12. Виноградов Б.В. Полигональная комплексность почв и растительности в ландшафтах сухой степи Северного Казахстана. «Изв. АН СССР», сер. геогр., 1959, № 1. Данилова Н.С. Первично-грунтовые жилы в четвертичных отложениях р. Вилюя. Сб. «Мерзлые четвертичные отложения Якутии». М. Изд-во АН СССР, 1963. Катасонов Е.М. Криогенные текстуры, ледяные и земляные жилы как генетические признаки многолетнемерзлых четвертичных отложений. Сб. «Вопр. криологии при изуч. четвертичных отложений». М., Изд-во АН СССР, 1962. Катасонова Е.Г. Современные многолетнемерзлые отложения и их более древние аналоги в северо-восточной части Лено-Вилюйского междуречья. Сб. «Условия и особенности развития мерзлых толщ в Сибири и на Северо-Востоке». М., Изд-во АН СССР, 1963. Костяев А.Г. О признаках различия мерзлотных и конвективных (диагенетических) структур в четвертичных отложениях. Сб. «Подземный лед», вып. 2. Изд-во МГУ, 1965. Костяев А.Г. О некоторых общих вопросах развития конвективных структур в четвертичных отложениях. Сб. «Геология кайнозоя севера европейской части СССР». Изд-во МГУ, 1966.
Лазаренко А.А. Литология аллювия
равнинных рек гумидной зоны (на примере Днепра, Десны и Оки). «Тр. Ин-та
геол. АН СССР», вып.
Лаврушин Ю.А. Типы четвертичного
аллювия нижнего Енисея. «Тр. Ин-та геол. АН СССР», вып. Попов А.И. О псевдомерзлотных образованиях. «Вестник Моск. ун-та», сер. геогр., 1962, № 3. Романовский Н.Н., Боярский О.Г. Полигонально-жильные льды и грунтовые жилы в северо-восточной части Витимо-Патомского нагорья. Сб. «Мерзлотные исследования», вып. 6. Изд-во МГУ, 1966. Федорович Б.А. Мерзлотные образования в степях и пустынях Евразии. «Вопр. стратиграфии и палеогеографии четвертичного периода (антропогена)». «Тр. Комис. по изуч. четвертичн. периода АН СССР», 1962, т. 19.
Kindle
E.M.
Deformation
of
unconsolidated
beds
in
McKee E.
Some types of bedding in the
Stewart H.B.
Contorted sediments in modern coastal lagoon explained by laboratory
experiments. «Bull. Am. Ass. Petrol. Geol.», vol. 40, No. 2, 1956.
Svensson H.
Ice-wedge in fossil tundra polygons on the Varanger peninsula. «Sven.
Georg. Arsb.».
Svensson H.
Note on a type of patterned ground on the Varanger peninsula,
Thorarinsson S.
Additional notes on patterned ground in
|
Ссылка на статью: Костяев А.Г. Диагенетические клиновидные формы в современных аллювиальных отложениях бассейна Нижнего Омолоя. Проблемы криолитологии, 1969, выпуск 1, с. 63-79.
|