19.01.2021

Речная модель осадочных обстановок


По ряду причин процессы и отложения современных рек изучены весьма детально. Многие густонаселенные участки расположены на главнейших речных системах, таких как Ганг, Инд, Нил и Миссисипи. Следовательно, изучение здесь речных процессов и отложений связано с расселением людей, сельским хозяйством, орошением, потреблением воды, коммуникациями и загрязнением окружающей среды.

а) Речные процессы и современный аллювий

Изучение современных речных отложений показало, что они могут быть разделены на ряд субфаций. Каждая из субфаций характеризуется своей геометрией, типом осадков, биотой, типом и ориентировкой осадочных текстур. Можно видеть и в настоящее время, что каждая субфация образуется в различных физиографических субобстановках аллювиальной системы. В табл. XXX дана классификация речных субобстановок осадконакопления.

Нa фиг. 99 показаны соотношения между этими субобстановками. Теперь рассмотрим субфации каждой субобстановки и объясним их происхождение с позиции речных процессов.

Берег реки, по существу, не является стабильным из-за воздействия эродирующей силы потока, что особенно хорошо видно там, где реки текут по собственным осадкам. Это непостоянство проявляется и в неожиданных перемещениях русел с места на место, и в постепенной боковой эрозии стенок русла. Здесь необходимо остановиться на некоторых деталях. В определенных условиях реке присуще свойство меандрировать по пойме. Поскольку река течет по извилистому руслу, скорость потока во внешней части излучин будет увеличиваться, а во внутренней — уменьшаться. Это приводит к эрозии внешней стороны берега с образованием почти вертикального обрыва. Во внутренней части излучины (меандры) уменьшение скорости потока влечет за собой накопление осадка и формирование отлогого бара. На косах главных рек присутствуют подводные дюны, которые мигрируют вниз по течению вдоль изгиба реки, отлагая косослоистые пески. В ложе реки близ центра русла поперечный профиль остается примерно постоянным. Вместе с остаточным гравием из внутриформационных и внеформационных обломков могут присутствовать абрадированные кости, зубы, раковины и принесенная водой затонувшая древесина. Поскольку процесс меандрирования непрерывен, русло смещается в боковых направлениях, отлагая определенную по размерам зерен и текстурам последовательную толщу осадков. В основании этой последовательности фиксируется размытая внутриформационная эрозионная поверхность, косо срезающая старый аллювий или коренные породы. Выше залегает остаточный конгломерат. Это может быть либо тонкий слой толщиной в один обломок, либо грубослоистая или косослоистая толща мощностью в десятки метров и более. Выше эта последовательность перекрывается косослоистыми песками баров.

В некоторых исследованиях современных и древних отложении кос отмечается уменьшение по вертикали размеров зерен и высоты серий. Это отражает постепенное латеральное уменьшение скорости потока от его ложа к косам и к внутренней части излучины. Уменьшение размеров зерен по вертикали не будет иметь места, если источник обломочного материала не содержит зерен, резко различающихся по размеру.

Расход воды в речном русле редко остается постоянным. Уменьшение его вызывает понижение уровня воды в пределах главного русла. Река начинает течь, минуя разветвленную сеть баров, которые были отложены в период полной воды. Увеличение расхода воды, наоборот, вызывает повышение уровня реки вплоть до выхода из берегов. После переката скорость реки уменьшается, следовательно, здесь будет наблюдаться уменьшение размеров зерен с увеличением расстояния от порога. В результате возникают насыпные валы, которые становятся все выше и выше по обеим сторонам русла. Они отделяют русло от низко расположенной, заливаемой в паводок части долины, по обеим сторонам аллювиальной равнины.

Отложения пойм, затопляемых в паводок, представлены обычно тонкозернистыми песками, глинами и алевритами. Они имеют тонкослоистую, тонко-косослоистую текстуры, характерны трещины усыхания. Пойменные отложения часто включают следы роющих организмов, пронизаны корнями растений, и при соответствующей обводненности на их месте могут возникнуть торфообразующие болота и марши. Ассоциация осадков намывных валов, поймы и болот относится к так называемым паводковым отложениям, в отличие от русловых отложений. Следует упомянуть еще один тип паводковых отложений, называемый «отложениями косой расселины». При повышении уровня воды выше береговой отметки река прорезает сквозь намывные валы русла, называемые расселинами; в тех местах, где расселины выходят в пойму, образуются валы тонкозернистого песка и других тонкозернистых отложений. Эти отложения аналогичны по происхождению (хотя они значительно меньше по масштабам) отложениям дельтовых лопастей.

Возвращаясь к процессам осадконакопления в руслах, следует обратиться к классификации, приведенной в табл. XXX, соответственно которой русла делятся на активные п отмершие. Только что описанные осадочные процессы в русле могут внезапно прекратиться при смене или отчуждении русла. Это может произойти несколькими путями. В почти замкнутой излучине река может в конце концов размыть перешеек и будет течь по более короткому пути. Направление русла может измениться и тогда, когда река поднимает сама себя путем создания намывного вала, поднимающегося над поймой. В намывном вале может образоваться настолько широкая и глубокая промоина, что даже если вода спадет до обычного уровня, то река все равно потечет через нее, а не по старому приподнятому ложу. Такого рода изменения направления русла часто происходят в результате катастрофических наводнений.

Эти два типа изменения направления речного русла характерны для меандрирующих речных систем.

В слабо извилистой системе разветвленного русла отмирание русла происходит, наоборот, при увеличении речных баров до тех пор, пока они не преграждают путь потоку, и он сменяет русло. Поочередно головная эрозия промоин в мягком материале приводит к перехвату прежнего активного русла.

Как в меандрирующих, так и в разветвленных речных системах эти процессы вызывают резкие спады активной русловой седиментации до полного ее прекращения. В некоторых случаях нижний участок отмершего русла входит в главное русло. Co временем, однако, оно может полностью изолироваться и превратиться в старинное озеро, находящееся в пределах поймы вдали от главного русла. Отложения отмерших русел сходны с осадками поймы. Они характеризуются тонкой слоистостью, тонкой косой слоистостью, трещинами усыхания, наличием ходов организмов в тонких песках, алевритах и глинах, которые местами пронизаны корнями растений и переслаиваются с торфами. Однако по морфологии отложения отмерших русел отличаются от осадков паводковых площадей, а кроме того, они книзу резко переходят в базальный гравий ложа русла, а не сменяются постепенно косослоистыми песками речных кос.

Приведенный обзор процессов и продуктов современного речного осадконакопления базируется на многочисленных публикациях. Особенно важные исследования были выполнены Е.В. Шанцером, Сандборгом, Леопольдом и др. и Алленом.

Условия отложения в современных реках весьма разнообразны. Можно выделить непрерывный ряд отложений от предгорных фангломератов, отложений разветвленных рек и меандрирующих русел и до дельтовых отложений (фиг. 100). Ниже будут описаны меандрирующие и разветвленные речные системы и соответствующие им аллювиальные осадки.

б) Аллювий разветвленных рек

Разветвленные русловые системы характеризуются постоянно смещающимися слабо извилистыми соединяющимися потоками. Современные примеры таких систем встречаются на аллювиальных конусах выноса в районах с полуаридным или аридным климатом вдоль фронтов горных цепей, вдоль краев ледяных покровов и выступов ледников. Они отличаются относительно высокими градиентами и большей грубозернистостью осадков, чем меандрирующие системы. Расход воды колеблется сезонно и эфемерно в ледниковых и горных областях и еще более спорадически — в пустынном климате. При грубозернистости материала и неустойчивом течении разветвленные русла обычно перегружены осадочным материалом. Непрерывное формирование речных кос вызывает постоянную миграцию тальвегов, пока они не сливаются с другими протоками. Следовательно, аллювиальные равнины с сетью разветвленных русел представляют собой систему потоков с неясно выраженной поймой. Осаждение тонкозернистого взвешенного в воде материала здесь может происходить только в редких отмерших руслах, либо в углублениях основных русел при спаде воды. Соответственно аллювий систем разветвленных рек состоит из остаточного гравия и косослоистых песков баров и речных ветвящихся кос. Тонкослоистые, тонкокосослоистые, с трещинами усыхания пески и алевриты редки и залегают в виде небольших тел, выполняющих отмершие русла (фиг. 101).

Аллювиальные отложения на фронтах горных цепей, ледников и разветвленных русел рассмотрены соответственно Дугласом, Растом и Вилльямсом.

в) Аллювий меандрирующих рек

С увеличением расстояния от истоков градиент реки падает, уменьшается размер зерен, сокращается число русел и возрастает их извилистость. Аллювиальные равнины с системой разветвленных русел, следовательно, могут сменяться вниз по течению широкими поймами, пересекаемыми меандрирующими реками. В результате в аллювии появляются фации активных русел, отмерших русел и пойм. Следовательно, количество илов и глин возрастает, а гравия и песка становится меньше по сравнению с отложениями системы разветвленных русел. В современном аллювии меандрирующих рек гравий и песок составляют менее 10 %. Другое отличие системы разветвленных русел от меандрирующих рек состоит в образовании случайных последовательностей субфаций по вертикали из-за миграции русел. В меандрирующих реках более спокойная боковая миграция русел дает правильную последовательность с уменьшением зерен осадка кверху и соответствующим набором осадочных текстур.

г) Цикличность речных отложений

При изучении осадков древних речных фаций оказывается, что циклы с уменьшающимися кверху размерами зерен повторяются в разрезах большой мощности. Классические примеры таких циклов известны в девонских древних красных песчаниках на восточной окраине Аппалачей, в Южном Уэльсе, на Шпицбергене. Средняя мощность циклов варьирует от 1—2 до 20 м.

Генезис толщ с уменьшающимися размерами зерен кверху по разрезу условно принят для модели осадконакопления в системе латерально мигрирующего русла. Причины повторения циклов являются предметом споров.

В четвертичном аллювии р. Миссисипи четыре цикла с уменьшающимися кверху размерами зерен сопоставляются с эвстатическими колебаниями уровня моря в течение ледникового периода. Имеются также веские основания считать, что случайные понижения уровня бассейна, ограниченного системой активных разломов, могут вызвать повторную сортировку осадков поймы, соответственно вызывая накопление мощных циклотем с уменьшающимися размерами частиц вверх по разрезу. Циклические климатические изменения, особенно в количестве осадков, могут приводить к изменению величины стока. Это в свою очередь обусловит периодические колебания в поступлении осадков, в которых снова будет отмечаться уменьшение размера зерен вверх по разрезу.

Бирбауэр полагает, однако, что причиной повторения аллювиальных циклов не обязательно являются такие внешние процессы. Причина может быть просто в возвратно-поступательной миграции русла реки по пойме в сочетании с постепенным изостатическим повышением ложа бассейна из-за увеличения массы осадочной толщи. Индивидуальные циклотемы должны были бы распространяться на весь бассейн, если бы они были обусловлены внешними тектоническими факторами (аллоциклические, по Бирбауэру). И, наоборот, циклотемы, обусловленные боковой миграцией русел, прерываемой их отмиранием на фоне постепенного опускания (автоциклические, по Бирбауэру), могут иметь только локальное распространение.

Интересно отметить, что немногие имеющиеся данные по изучению мелкомасштабных фациальных изменений в древнем аллювии указывают на несопоставимость разрезов, расположенных на расстоянии всего нескольких сотен метров. В формации Мориссон в Колорадо вдоль далеко простирающегося палеоклифа также в любой точке отмечаются повторяющиеся циклы с уменьшением размеров зерен кверху, но они чрезвычайно ограничены по масштабам (фиг. 102).

Древние осадочные фации в сравнении с современным аллювием широко распространены во времени и пространстве. Классическими примерами фаций, принадлежащих к системам разветвленных русел, являются отложения Торридонской группы (докембрий) на северо-западе Шотландии и кембро-ордовикские песчаники Сахары и Аравийского полуострова.

Фации, принадлежащие меандрирующим речным системам, имеются в девонских отложениях вдоль атлантического побережья Северной Америки.





Яндекс.Метрика