Инженерно-геологическая характеристика отложений приливного берега - ватта - рассматривается как результат осадконакопления в своеобразных земноводных условиях, постседиментационных преобразований отложений и неотектонических движений, сопровождающих эти процессы. Приливной берег разделен на элементы мезо- и микрорельефа. Выделены два типа ваттовых берегов по преобладающему процессу аккумуляции или абразии. Физико-механические свойства грунтов характеризуются по разрезу. Обнаружено двуслойное строение глинистых отложений по прочностным характеристикам, связанное с особенностями субаэрального и субаквального диагенеза осадков генетических разновидностей.

На приливных, ваттовых, берегах формируется своеобразный разрез рыхлых отложений, чьи инженерно-геологические характеристики вырабатываются в субаэральных и земноводных условиях, в парагенетической связи с фациями мелководного шельфа и лагунно-бухтовых берегов. С позиции генетического грунтоведения мы выделяем три группы факторов формирования этой инженерно-геологической системы: осадконакопления в определенной фациальной обстановке, постседиментационные (постгенетические) преобразования осадка в грунт и тектоническую обстановку, в которой идут эти процессы.

Ваттовые осадки накапливаются под влиянием приливно-отливных точений в полосе между низким уровнем моря - границей сизигийного отлива - и границей максимального, сизигийного, прилива. Вся полоса называется полосой осушки. Она делится также линией низкого, квадратурного прилива. Выше нее преобладают субаэральные условия, ниже - земноводные [Леонтьев и др., 1975].

С линией сизигийного прилива совпадает нижняя граница марша - части приливного берега за пределами воздействия приливно-отливных течений. В тыловой части марш ограничен низкой террасой - польдером, сложенным, как и марш, более древними ваттовыми отложениями.

По периферии ваттовый берег обрамляется субаквальными отложениями подводного склона, лагун и бухт. Как правило, они подстилают ваттовые, составляя их «подложку», играющую существенную роль в формировании инженерно-геологического разреза. Выделяются два вида ваттовых берегов: аккумулятивный и абразионно-аккумулятивный. На первом идет устойчивое накопление осадков за счет приливно-отливных течений в соответствии с фациальной обстановкой. На втором под влиянием неотектонического поднятия вблизи поверхности оказываются слои «подложки», частично размываемые, перекрываемые маломощными ваттовыми осадками, в то время как большая часть этих субаквальных отложений подвергается субаэральным диагенетическим изменениям.

При всем различии направленности процессов формирования грунтов на обоих видах ваттовых берегов в пределах осушки выделяются одни и те же компоненты ландшафта:

1. Значительную часть осушки занимают слабовыпуклые поверхности, сложенные песчаным и супесчаным материалом. Они первыми освобождаются в отлив и глубоко промерзают в зимнее время. На них идет активное осадконакопление при относительно высоких скоростях отлива.

2. Их антиподами являются слабовогнутые ложбины, где кроме аккумуляции преимущественно пылевато-глинистых частиц сохраняется разжиженное состояние грунтов (ложбины аккумуляции и разжижения).

3. Литоральные ванны - постоянно обводненные застойные мелководья размером от 1-2 до десятков метров, глубиной 0,2-0,4 м. С морем они соединяются каналами стока.

4. Каналы стока - постоянные, иногда временные водотоки шириной до 0,5 м, аккумулирующие песчаный материал, а на берегах абразионно-аккумулятивного типа размывающие глинистую подложку.

5. Мелкие мочажины-ловушки, не связанные с морем и литоральными ваннами, как правило, обрамленные каменными кольцами.

6. Глинистые пятна-медальоны, приподнятые над осушкой, и связанные с ними каменные кольца, «мостовые», развалы валунов.

Таким образом, эволюция ватта может идти такими путями: 1) заполнение ложбины на месте лагуны с последующими диагенетическими изменениями собственно ваттовых отложений; 2) подъем лагунно-бухтовых осадков, переживших ранние стадии субаквального диагенеза до уровня приливной равнины с последующим преобразованием их в субаквальных и земноводных условиях. Конечные стадии и условия на поверхности в обоих случаях сходные, но состав и начальное состояние грунтов отличаются, что приводит к различию их физико-механических характеристик.

На рис. 1 представлены типичные зависимости, отражающие изменения гранулометрического состава ваттовых отложений, для которого характерен широкий разброс значений диаметра частиц - от гравийных до глинистых. По содержанию последних, как и по числу пластичности (6-14), большая часть грунтов относится к пылеватым супесям. При движении от тылового марша к морю закономерная изменчивость отсутствует. Искажения вносят плохо отсортированные песчаные фракции. Их количество нередко превышает 20%. Как видно из рис. 1, не выявлено присутствие обильного гравия и щебня. Все это свидетельствует об участии в осадконакоплении, кроме приливно-отливных течений, ледового разноса, криогенного пучения и, вероятно, литоральной биоты. Заметное огрубление осадка, его иссушение и уплотнение отмечаются в пограничной полосе между осушкой и маршем (пляжем).

На ваттах абразионно-аккумулятивного типа, где основу разреза составляет «подложка» субаквального происхождения, картина сложнее. Лагунно-бухтовые отложения представлены обычно суглинками, в которых до 50% глинистой фракции. Перекрывающие их ваттовые супеси мощностью до 0,5 м по гранулометрическому составу практически не отличаются от описанных ранее. Исключения составляют осадки литоральных ванн и каналов стока. Содержание глинистой и тонкой пылеватой фракций в них заметно выше, чем на всех остальных элементах мезорельефа ватта. Это естественно - в ваннах преобладают застойные условия осадконакопления при постоянном обводнении. Однако у истоков каналов, на периферии литоральных ванн количество песчаной фракции заметно возрастает. Здесь осадконакопление определяется заметными скоростями течения в отлив. Кривая на рис. 1, относящаяся к истоку канала, характеризует супесчаный состав донного осадка. Но в русле каналов он меняется до песчаного. На берегах абразионно-аккумулятивного типа каналы, эродируя глинистую подложку, образуют еще и микротерраски, сложенные сулинками с супесчаным наилком.

Указанные особенности фациальной обстановки на ватте приводят к частому линзовидному переслаиванию супесчаных, песчаных, реже суглинистых отложений с неровными контактами, без выраженной слоистости. Последняя встречается лишь в нижней части ваттовых отложений, накапливавшихся в обмелевших лагунах. По физическим свойствам - влажности и плотности - ваттовые отложения более однородны по простиранию, Даже при переходе от приподнятых участков зоны максимального прилива к ложбинам разжижения физические характеристики заметно меняются лишь в верхних 10-25 см. Ниже отмечается заметная уплотненность, особенно на эрозионно-аккумулятивных ваттах по сравнению с аккумулятивными. На рис. 2 представлены гистограммы распределения плотности ваттовых отложений на берегах обоих типов. Видно, что на абразионно-аккумулятивных берегах процессы диагенетического уплотнения зашли гораздо дальше, чем на аккумулятивных. В последнем случае наблюдается одновременно накопление и уплотнение осадков, к тому же более опесчаненных, в то время как «подложка» подверглась и диагенетическому уплотнению в субаквальных условиях, и субаэральному диагенезу при выходе на поверхность. Левый малый пик аккумулятивной кривой отражает небольшое число проб, отобранных либо из современных маломощных осадков, либо из верхних горизонтов «подложки», разжиженных в ложбинах и литоральных ваннах. В целом же отложения абразионно-аккумулятивного берега имеют плотность 1,8-2,1 г/см³, а аккумулятивных - 1,5-1,8 г/см³.

На этих же участках было проведено определение прочностных свойств грунтов с помощью крыльчатого зонда. На глубине 0,9-1,2 м было обнаружено резкое уменьшение общего сопротивления сдвигу (рис. 3), а также падение плотности и увеличение влажности грунтов, что противоречит ожидаемому эффекту диагенетического уплотнения, при котором вода должна отжиматься тем активнее, чем выше бытовое давление и продолжительнее процессы диа- и катагенеза. Для объяснения данного явления рассмотрим основные экзогеодинамические процессы, воздействующие на отложения приливного берега.

Чередование приливов и отливов приводит к периодическому обводнению и осушению, особенно приподнятых участков. Как показали наблюдения, вода с поверхности даже на дне литоральных ванн проникает на глубину не более 0,2 м, и, следовательно, в основной массе ваттовых отложений преобладает уплотнение осадка. Этот процесс усугубляется сезонным промерзанием, достигающим глубины 1,2 м (учитывая мощность припайного льда).

Зимнее промерзание идет сверху, оттаивание - сверху и снизу. Сопровождающие их физико-химические процессы достаточно изучены [Ершов, 1990; Конищев, 1981]. Это, во-первых, дезинтеграция песчаных частиц и коагуляция тонких пылеватых и глинистых, результатом чего является обогащение породы пылеватой фракцией, что, в свою очередь, стимулирует миграцию связанной воды в направлении теплового потока. В слое сезонного промерзания образуются два горизонта - иссушения внизу и переувлажнения в самых верхних 0,1-0,3 м. Необратимая криогенная коагуляция, в свою очередь, приводит к уплотнению грунта и увеличению его сцепления на уровне агрегатов. Известно также, что возникновение агрегатов размером до 0,1 мм усиливается при многократном промерзании-оттаивании осадков, насыщенных хлористыми солями натрия и кальция. Все эти условия выдерживаются в верхних горизонтах ваттовых отложений. Кроме того, промерзание грунтов, содержащих морскую воду, приводит к выпадению солей и построению дополнительных кристаллизационных связей. Этот процесс, как и коагуляция, обратим лишь частично. По мере многократного промерзания-оттаивания кристаллизационные связи накапливаются, а прочность грунта возрастает. То же происходит и в процессе миграции влаги к фронту промерзания: содержащиеся в ней соли задерживаются или оттесняются в зону иссушения.

Наконец, запаздывание промерзания на переувлажненных или обводненных участках за счет теплоты фазовых переходов вызывает образование полузамкнутых объемов талой породы с рыхлосвязанной и свободной водой. Последняя при замерзании создает мощное криогенное давление, приводящее к миграции твердого вещества (минеральной части) и отжатию воды. Это - криотурбации, сопровождающиеся выпучиванием грунтовых масс на поверхность, появлением каменных колец и глинистых пятен-медальонов, а также уплотняющие грунт с силой, соизмеримой с силой криогенного давления. Выдавливание воды в направлении наименьшего сопротивления дополнительно обезвоживает и уплотняет грунт. Вероятно, криогенная инъекция воды идет и из нижних горизонтов сезонно-мерзлого слоя в нижележащие слои «подложки».

В зимнее время верхний слой отложений приливного берега подвержен и компрессионному воздействию ледяного припая, перегруженного валунным материалом [Чувардинский, 1966]. Следами этого процесса на поверхности являются «каменные мостовые», особенно в верхней приливной зоне. Валунная пригрузка в сочетании с давлением льдов во время осеннего торошения уплотняет грунты и отжимает скопившуюся в них влагу. Таким образом, обезвоживанию подвергаются и верхние 0,3 м.

Лагунно-бухтовые отложения, подстилающие ваттовые начиная с глубины 1,2 м, как показано выше, оказались в пределах приливной равнины после того, как миновали первые стадии субаквального диагенеза. В них осталось большое количество поровой воды, защемленной в грунтовых ячеях, а их плотность незначительно увеличилась по сравнению с плотностью донных илов. Процессы субаэрального диагенеза, в том числе промерзания-оттаивания, их не затронули. Возможно, в процессе промерзания сверху в них была отжата часть свободной воды. Этим можно объяснить сравнительную переувлажненность и недоуплотненность грунтов, залегающих на глубине более 1 м, с соответствующим снижением их сопротивления сдвигу (см. рис. 3).

Таким образом, ваттовый берег представляет собой самостоятельную и своеобразную инженерно-геологическую систему, парагенетически связанную с комплексом лагунно-бухтовых отложений, а в его разрезе присутствуют продукты их гипергенной переработки. Физико-механические свойства ваттовых отложений формируются в субаэральной и земноводной обстановках и определяются основными группами факторов: 1) седиментацией в конкретной фациальной ситуации, когда накапливаются линзовидно переслаивающиеся песчано-глинистые отложения, чей гранулометрический состав определяется, кроме ландшафта, составом отложений «обрамления» и «подложки»; 2) постседиментационными, диагенетическими изменениями свойств осадка; 3) неотектоническим режимом, в котором происходят все эти процессы. От последнего фактора зависит тип разреза ваттового берега.

На обследуемом участке выделяется два типа приливных берегов: абразионно-аккумулятивный и аккумулятивный. Они различаются по генезису, направленности гипергенных преобразований осадков и их физико-механическим свойствам.

Одной из главных особенностей ватта по инженерно-геологическим параметрам является его двухъярусное строение с заметным уменьшением прочностных характеристик у подошвы слоя сезонного промерзания. Оно отражает ведущую роль процессов субаэрального диагенеза в переработке отложений приливного берега.

Литература

1. Леонтьев O.K., Никифоров Л.Г., Сафьянов Г.А. Геоморфология морских берегов. М., 1975.

2. Ершов Э.Д. Общая геокриология. М., 1990.

3. Конищев В.Н. Формирование состава дисперсных пород в криолитосфере. Новосибирск, 1981.

4. Чувардинский В.Г. О роли припайных льдов в формировании валунных отложений на примере Кандалакшского залива Белого моря // Геология кайнозоя Севера Европейской части СССР / Под ред. А.И.Попова, В.Ф. Енокян. М., 1966.

Summary

The composition and physical properties of the tidal flat deposits depend on the facial conditions, postsedimentic changes and the tectonic: regime of examined territory. The tidal shores are subdivided into two types and their morphology and hydrology are described here. The influence of subaerial and subaqueous diagenesis on the physic-mechanical properties of the seastrand grounds are also analyzed.

Ссылка на статью: 

Зайончек В.Г., Ошарина Ю.В., Усов В.А. Ватт как инженерно-геологическая система // Вестник СПбГУ. Сер. 7. Геология. География. 1999. Вып. 1. С. 77-80.