Полезные ископаемые в различных генетических типах четвертичных отложений
Наиболее молодым в истории развития Земли является четвертичный (антропогеновый) период. Коренные породы Русской равнины, Западно-Сибирской и Туранской низменностей, а также ряда других районов страны в этот период покрылись толщей четвертичных отложений: мореными глинами суглинками, водно-ледниковыми песками, грубообломочными породами, лессами и лессовидными суглинками, торфом и пр.
Для четвертичных осадочных пород характерны следующие особенности:
- • небольшая мощность пород по сравнению с отложениями более древних геологических систем;
- • относительно малая связность пород, обусловленная незначительным сроком их существования, вследствие чего не успели проявиться в должной мере процессы литификации;
- • большая подвижность пород, что связано с непосредственным воздействием на них денудационных агентов (смывание, растворение, перенос, отложение, переотложения и пр.).
Главные генетические типы четвертичных осадочных пород
Элювиальные отложения (элювий^) — продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте их образования (фото 2.25 и 2.26). В зависимости от характера материнских пород и типа выветривания элювий может иметь различный механический состав и мощность. Для него характерен постепенный переход от землистого материала верхних слоев, через крупнообломочный к исходной коренной породе. Расположен элювий на вершинах водоразделов, где смыв выражен очень слабо или отсутствует.
Свойства почв, сформировавшихся на элювии, также очень разнообразны (от кислых до щелочных, от малоплодородных до высокоплодородных) и зависят от состава и свойств элювиальных отложений и условий их формирования.
Пролювиальные отложения (пролювий) образовались в результате переноса и отложения продуктов выветривания у подножий склонов временными горными реками и обладающими большой силой потоками. Эти отложения характеризуются плохой отсортированностью, включают обломки разного размера и разной степени окатанности. У подножий гор они образуют конусы выноса и часто сочетаются с делювиальными отложениями, образуя делювиально-пролювиальные отложения.
Фото 2.25. Антрацит
_ Фото 2.2Б. Моренный опесчанен- ный суглинок (Московская область)
Ледниковые (гляциальные), или моренные, отложения — продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледником. Ледником называют естественное скопление кристаллического льда, имеющего значительные размеры. Обладая пластическими свойствами, ледник движется под действием силы тяжести. Движение его возможно при толщине льда 15—20 м, когда масса превышает силу трения. Скорость движения горных ледников составляет 1—7 м в сутки, а материковых — до 20 м и более.
Обширная территория России в ледниковую эпоху подвергалась материковому оледенению в связи с похолоданиями климата. Ледниковые эпохи неоднократно сменялись межледниковыми, которые характеризовались отступлением ледников, а талые воды вызывали морские регрессии. В эпоху максимального оледенения европейский ледниковый щит достигал более двух километров толщины, покрывал площадь 5,5 млн км2, продвигаясь с севера на юг. Граница оледенения опускалась южнее Брянска, Киева.
Моренные отложения (фото 2.27—2.29) представляют собой несортированный грубообломочный материал, состоящий из глины, суглинков, супесей, песков красно-бурого или серого цвета с включениями гальки, камней разного размера, валунов. Они характеризуются отсутствием слоистости. Моренные отложения широко распространены в качестве почвообразующих в таежно-лесной зоне и на севере лесостепной в европейской части России. По химическому составу ледниковые отложения разделяются на алюмосиликатные моренные и карбонатные моренные суглинки. На алюмосиликатной морене формируются подзолистые и дерново-подзолистые почвы с низким естественным плодородием, с кислой реакцией среды, с большим количеством камней и валунов в верхних слоях и на поверхности. На карбонатной морене, в связи с наличием оснований кальция и магния, формируются более плодородные почвы с менее кислой и нейтральной реакцией среды.
Флювиогляциальные (водноледниковые)отложения (фото 2.30) временных водотоков и замкнутых водоемов, образовавшихся при таянии ледника, соответственно происхождению и положению по отношению к леднику, подразделяются на две группы:
- • приледниковые, залегающие позади конечноморенных гряд (озы, камы, друмлины), сложены песчано-гравийно-галечниковым материалом; ленточные глины — отложения приледниковых озер, в которых чередуются прослойки песка и глины;
- • внеледниковые отложения образованы потоками вод, вытекающими из-под ледников, и расположены впереди каменно-моренных гряд. Их называют зандрами. Зандровые равнины сложены песчаными и супесчаными отложениями, слоистыми осадками с включениями гравия, гальки. К равнинам такого типа относятся Мещерская низменность, Полесье.
Фото 2.27. Мореный суглинок (Московская область)
Фото 2.28. Карбонатная морена (Эстония)
Фото. 2.29. Флювиогляциальный песок (Московская область)
_Фото 2.30. Ленточная глина,
оглеенная (Ленинградская область)
Покровные суглинки относятся к внеледниковым отложениям и рассматриваются как отложения мелководных приледниковых разливов талых вод. Они перекрывают морену сверху слоем 3—5 м, откуда и получили название. Покровные суглинки (фото 2.31) имеют желто-бурую окраску, хорошо отсортированы, не содержат камней и валунов. В их составе преобладают фракции крупной пыли (0,05—0,01 мм) и ила (
Почвы на покровных суглинках, особенно легко- и среднесуглинистые разновидности, обладают более высоким плодородием по сравнению с такими же почвами на моренных отложениях.
Делювиальные отложения (делювий) — тип отложений, возникающих в результате накопления смытых со склонов рыхлых продуктов выветривания временными водотоками (фото 2.32). Залегают в виде шлейфов, выклинивающихся вверх по склону. Они имеют хорошо выраженную дифференциацию вдоль склона. У подножья крутых склонов откладываются более крупные грубообломочные наносы, ниже — более отсортированные и тонкозернистые отложения.
Фото 2.31. Делювий покровного суглинка оглеенный (Московская область)
Фото 2.32. Покровный суглинок (Московская область)
Состав делювия определяется составом пород, которыми сложены горы и водоразделы. Он может включать обломки массивно-кристаллических пород, пески и состоять из суглинистого и глинистого материала, например переотложенного лесса, моренных суглинков. Как правило, делювиальные отложения имеют небольшую мощность до 2—5 м и залегают в виде пологих шлейфов.
Озерные отложения представляют собой донные отложения озер. Они сложены наиболее тонкими частицами мелкозема — глинами и илами с хорошо выраженной слоистостью (ленточные глины — фото 2.33), отражающей сезонные и многолетние процессы ихформи- рования. Илы с высоким содержанием органических веществ (15—20%) называются сапропелем (фото 2.34), который используется как ценное органическое удобрение, обогащенное элементами питания для растений. По мере обмеления и зарастания озер образуются болота, которые постепенно превращаются в мощные торфяники. Озерные болотные отложения часто имеют повышенное содержание извести и железа, а в сухих и жарких областях обогащены водорастворимыми солями, гипсом, карбонатами кальция. Большое распространение озерные отложения имеют в северо-западных областях европейской части России, в Прикаспийской низменности, в Западной Сибири.
Лессы и лессовидные суглинки имеют различное, окончательно неустановленное происхождение. Считается, что они могут быть водноледникового, древнеаллювиального, эолового, делювиально-пролювиального происхождения с последующим преобразованием в условиях аридного климата. Эти суглинки характеризуются палевой окраской, повышенным содержанием пылеватых и илистых фракций, рыхлым сложением, высокой пористостью, высоким содержанием карбонатов кальция, а на юге — гипса и водорастворимых солей. Они распространены на больших площадях в лесостепной, степной и сухостепной зонах на Русской равнине, равнинах Сибири, в Предкавказье. На них образовались высокоплодородные серые лесные почвы, черноземы, каштановые почвы, сероземы Средней Азии.
Фото 2.33. Озерный ил (Якутия)
Фото 2.34. Глубокий разрез 5-й метр, I ярус лесса (Киевская область, Украина)
I Фото 2.35. Лесс крупнопылеватый (Черниговская область,
Украина)
Фото 2.36. Древнеаллювиальные отложения (пойма р. Оки, Московская область)
Аллювиальные отложения (аллювий) образовались в результате переноса и отложения продуктов выветривания речными водами. Реками переносятся вещества, поступающие в них с поверхностным стоком. Кроме того, вода в реках совершает большую эрозионную работу. Размыв и масса транспортируемого материала резко возрастает с увеличением скорости течения, которая зависит от уклона местности. При снижении скорости движения воды в период паводков в пойме, в дельтах рек, в старицах происходит отложение и накопление транспортируемого материала — аккумуляция. Различают русловый аллювий, содержащий более крупные гравелистые и песчаные материалы; отложения стариц представлены супесями, суглинками, илами с примесью органических веществ. Пойменные отложения прирусловой части, где скорость воды наиболее высокая, имеют более крупнозернистый состав (песчаный и супесчаный) с хорошо выраженной слоистостью, связанной с изменением скорости движения воды в разные годы и в разные периоды паводков. Центральная пойма сложена более тонким суглинистым материалом, поскольку скорость воды здесь невысокая.
Различают древнеаллювиальные отложения (фото 2.37 и 2.38), ими сложены речные террасы, и современные — в поймах рек. Последние продолжают формироваться и в настоящее время. Аллювий, как правило, обогащен элементами питания для растений, поэтому почвы на аллювиальных отложениях обладают повышенным плодородием.
Фото 2.38. Элювий известняков (Архангельская область)
Фото 2.37. Древнеаллювиальные отложения (Днепропетровская область, Украина)
Морские отложения — донные отложения морей. При отступлении морей (трансгрессии) они остаются в качестве почвообразующих пород. Значительное распространение имеют в Прикаспийской низменности, в Приазовье, на побережьях северных морей. Морские отложения часто содержат водорастворимые соли, биогенные известняки, ракушечники, мел. На таких породах, особенно в южных областях, часто формируются засоленные почвы. Они также обусловливают повышенную степень минерализации грунтовых вод.
Эоловые отложения образовались в результате деятельности ветра. Эол, по древнегреческой мифологии, — бог ветра. Разрушительная деятельность ветра слагается из корразии и дефляции.
Корразия — обтачивание, шлифование скал и выступов горных пород под действием ударов песчинок, переносимых ветром. Дефляция — сдувание и перенос ветром мелких частиц почв и горных пород. Оба эти процесса часто объединяют понятием ветровой эрозии. К эоловым отложениям относят пески дюн, барханов, барханных гряд. Они образуются преимущественно при перевевании аллювиальных, морских, флювиогляциальных, озерных песков. Характерная особенность эоловых песков — подвижность, рыхлое сложение, хорошая сортировка, отшлифованная округленность песчинок, высокая водопроницаемость. Почвы, формирующиеся на песках, обладают слабой водоудерживающей способностью и низким плодородием. Распространены в пустынях Средней Азии и на побережье Балтийского моря.
Двучленные (фото 2.39 и 2.40) и многочленные почвообразующие породы выделяются в тех случаях, когда в пределах почвенной толщи происходит смена пород. Наиболее часто встречаются в таежно-лесной зоне, например покровные суглинки, подстилаемые мореной или флювиогляциальными песками.
Фото 2.39. Элювий опоки и глинистых сланцев (Азербайджан)
Фото 2.40. Красноземная кора выветривания основных изверженных пород (Грузия)
Большая пестрота литологического состава и сложное строение покрова четвертичных отложений, часто и резко изменяющего свои мощность, состав и внутреннюю структуру, очень сильно осложняют проведение фациального анализа, без применения которого трудно, а часто невозможно, решить не только генетические, но и стратиграфические задачи. Этот анализ успешно осуществляется только на базе учения о генетических типах континентальных отложений, играющего особенно важную роль в приложении к четвертичной геологии.
Под генетическим типом понимают комплексы осадков, образующих тесные парагенезы, причинно обусловленные деятельностью ведущего агента аккумуляции: речные аллювиальные отложения, или аллювий, накопление продуктов склонового смыва, или делювий, и т.д.
Каждому генетическому типу свойственна особая форма залегания отложений, пространственная и генетическая связь с определенными формами и элементами рельефа и стадиями их развития, а также специфическими закономерностями латеральной и вертикальной фациально-литологической изменчивости. Только выделение таких генетических типов позволяет разобраться в сложном строении покрова Q континентальных отложений, выявить пространственные и стратиграфические взаимоотношения слагающих его геологических тел, обеспечивая надежную методику расчленения и корреляции разрезов отложений и их картирование.
Несмотря на то, что выделение генетических типов отложений является важным приемом фациального и формационного анализа континентальных осадков любого возраста, широкое его использование остается характерной чертой именно Q геологии.
Континентальный осадочный комплекс включает два резко различающихся класса образований: коры выветривания (КВ) и собственно осадочные породы.
минеральные массы, составляющие КВ, нельзя назвать осадками в прямом смысле, поскольку при их формировании отложение осадков в его обычной форме не происходит. Именно этим КВ отличаются от континентальных отложений, образующих второй класс –собственно осадочные породы, возникающие путем переотложения продуктов разрушения горных пород. Но КВ генетически настолько тесно связаны с комплексом континентальных отложений, что вполне логично и закономерно включение их в общую генетическую классификацию континентальных отложений в качестве первого из выделяемых в ней генетических рядов (табл.).
I. Коры выветривания
КВ – это топографически не смещенные накопления продуктов гипергенного преобразования горных пород.
Входящие в него образования объединяются общим термином элювий, а составляемый ими генетический ряд называется элювиальным. более или менее однородным элювием сложены только слабо развитые маломощные коры выветривания. Для мощных и полных разрезов КВ характерна вертикальная зональность. Различают термофракционный, криогенныйи хемоморфный элювий.
Термофракционный элювий связан с температурным выветриванием в аридных и семиаридных зонах.
Криогенный элювий связан с морозным выветриванием в обстановке полярного и нивального климата. Они характеризуются грубообломочным составом (преимущественно щебень, дресва, глыбовые отложения с незначительной примесью песчано-алевритового материала) и небольшой (1-3 м) мощностью.
Хемоморфный элювий образуется при химическом выветривании в условиях влажного теплого климата(сиаллитный элювий) и представлен глинистыми образованиями мощностью в несколько десятков метров, сложенными каолинитом и другими глинистыми минералами. В условиях влажного жаркого климата формируется аллитный элювий, представленный в основном гидроксидами алюминия и железа.
На молодых рыхлых породах практически нет полно развитых химических КВ. Маломощные элювиальные образования иногда фиксируют геологически кратковременные перерывы в осадконакоплении, но представлены они почти исключительно погребенными палеопочвами.
Следующая группа отложений элювиального ряда – почвы – особая генетическая группа элювиального ряда, представляющая собой поверхностную часть кор выветривания,развивающуюся во взаимодействии с растительным покровом.
Почвы образуются в результате сложного процесса почвообразования, составной частью которого является органическое выветривание. почва является сложной геобиологической системой.Для почв характерны обилие органического вещества в верхней части, вертикальная зональность, разнообразие состава в зависимости от климата, состава материнской породы и геоморфологических условий, а также небольшая мощность, обычно 1-2 м. подразделяются на две подгруппы: автоморфные (зональные) и гидроморфные (интразональные).
автоморфные – наиболее широко развиты и формируются в условиях, когда положение уровня грунтовых вод располагается глубже нижней границы почвы. При этом происходит аэрация почв, вертикальное просачивание в них атмосферных осадков.
гидроморфные – приурочены к различным понижениям. Главное значение в их формировании имеет высокое приповерхностное положение уровня подземных грунтовых вод. Поэтому почва постоянно или большую часть времени насыщена водой, затрудняется поступление кислорода, что вызывает восстановительные условия среды. Продукты выветривания не удаляются из почвы, а окисные соединения железа переходят в закисные.
iI. Субаэрально-фитогенный ряд континентальных отложений (группа автохтонных торфяников)
К отложениям субаэрально-фитогенного ряда относятсяавтохтонные торфяники, которые являются аккумулятивным образованием. возникают из остатков растительности, которая накапливается на месте их произрастания. являются источниками дешевого энергетического топлива. Среди них выделяются два типа торфяников.
Низинные торфяники формируются в пониженных участках рельефа. Они также подразделяются на два типа.
Первый – это торфяники, образующиеся при зарастании водоемов озерного типа. Как правило, они лежат на пачке озерных отложений, представленных сапропелевыми илами, или гиттиями (гиттия – иловая грязь), чистыми или с примесью глины или песка. В строении торфяников выделяются слои торфа, соответствующие последовательным стадиям зарастания водоема и превращения его в болото (снизу вверх: камышевый торф, тростниковый, осоковый, осоково-глиновый или гипновый, состоящий из остатков зеленых мхов).
Второй тип образуется при заболачивании суходолов и речных пойм, которые обильно увлажняются водами поверхностного стока. Торфообразование при этом протекает в обстановке заболоченных лесов (ольшанники, березняки и т.п.), травянистых и гипново-травянистых болот. Соответственно и в строении торфяной залежи участвуют лесные торфа, которые состоят преимущественно из остатков древесной растительности, травяные и гипновые торфа. Характерна примесь песчаных или глинистых частиц, принесенных текучими водами.
Верховые торфяники развиваются на водораздельных пространствах, преимущественно в зоне тайги и лесотундры. Условия их формирования часто связаны с наличием водоупорных подпочвенных горизонтов, что способствует значительному переувлажнению, местному застаиванию дождевых и снеговых осадков. Главными торфообразователями являются белые сфагновые мхи. Сфагновые торфа лишены минеральных частиц. Иногда они подстилаются низинными торфами, которые ложатся на озерные гиттии, лежащие на глинистых и песчаных озерных отложениях. Такие сложные погребенные автохтонные торфяники распространены шире, чем верховые и слагаются сильно уплотненными торфами сокращенной мощности. необходимо их детальное послойное изучение, что очень важно для разработки климатостратиграфии Q системы. торф обладает консервирующим свойством сохранять пыльцу, споры и макроостатки растительности, по которым подробно восстанавливается история смены растительно-климатической обстановки во времени. По современным торфяникам построена дробная климатостратиграфическая шкала голоцена (Нейштадт, 1957).