Геологическая деятельность рек

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

0

Курсовая работа

Геологическая деятельность рек

Введение

Атмосферные осадки, выпадая на дневную поверхность, распределяются различным образом. Часть из них просачивается в глубину и идет на пополнение запасов подземных вод, часть возвращается обратно в атмосферу в результате испарения, часть же стекает по поверхности. В комплексе экзодинамических процессов на суше работа поверхностных текучих вод охватывает наибольшие площади. Особенно велика роль рек. «Реки, - говорил академик А.П. Павлов, - часто называют водными артериями, сравнивая их с артериями человеческого тела, несущие питание и омовение всем органам человека».

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод зависит от массы воды и скорости ее движения, скорость же зависит от уклона. Чем больше масса воды и скорость ее течения, тем больше совершаемая работа. Она складывается из: 1) смыва, 2) размыва (эрозии), 3) перемещения продуктов смыва и эрозии (транспортировка), и 4) отложения перемещенных продуктов (аккумуляция). Все эти показатели не остаются неизменными, а изменяются по сезонам года и в многолетнем разрезе. Изменение этих данных представляет собой режим реки.

Я выбрала эту тему, так как для меня она является наиболее интересной.

1. Общие сведения о геологической деятельности рек

1.1 Геологическая деятельность рек

Мощные водные потоки рек, расчленяющие огромные пространства суши, производят значительную эрозионную, переносную и аккумулятивную деятельность. Это наиболее динамические системы, преобразующие рельеф. Интенсивность работы рек определяется их живой силой, т.е. кинетической энергией, равной mv²/2, где m - масса воды; v - скорость течения. Последняя зависит от уклона продольного профиля. Под уклоном понимается величина перепада высот, деленная на расстояние по горизонтали, на котором наблюдается этот перепад. На интенсивности процессов в речных долинах сказывается турбулентный характер течения, когда молекулы воды движутся беспорядочно или по перекрещивающимся траекториям, наблюдаются различные завихрения, вызывающие перемешивание всей массы воды от дна до ее поверхности. Наибольшие скорости наблюдаются в приповерхностной части потока на стрежне, меньше у берегов и в придонной части, где поток испытывает трение о породы, слагающие русло. Вдоль реки скорость течения также меняется, что связано с наличием перекатов и плёсов, нарушающих равномерность уклона. В зависимости от характера и интенсивности питания изменяются режим рек, количество и уровень воды, а также скорость ее течения. В соответствии с изменением уровня воды в реке говорят о высоком горизонте, соответствующем половодью, и низком меженном горизонте, или межени, наступающей после спада половодья. Помимо этого, в реках наблюдаются периодические паводки, соответствующие кратковременному повышению уровня воды от затяжных дождей.

Речная эрозия. Выделяют два типа эрозии:

1) донная, или глубинная, направленная на врезание речного потока в глубину;

2) боковая, ведущая к подмыву берегов и в целом к расширению долины.

Соотношение донной и боковой эрозии изменяется на разных стадиях развития долины реки. В начальных стадиях развития реки преобладает донная эрозия, которая стремится выработать профиль равновесия применительно к базису эрозии - уровню бассейна, куда она впадает. Базис эрозии определяет развитие всей речной системы - главной реки с ее притоками разных порядков. Первоначальный профиль, на котором закладывается река, обычно характеризуется различными неровностями, созданными до образования долины. Такие неровности могут быть обусловлены различными факторами: наличием выходов в русле реки неоднородных по устойчивости горных пород (литологический фактор); озера на пути движения реки (климатический фактор); структурные формы - различные складки, разрывы, их сочетание (тектонический фактор) и другие формы. В процессе регрессивной эрозии река, углубляя свое русло, стремится преодолеть различные неровности, которые со временем сглаживаются, и постепенно вырабатывается более плавная (вогнутая) кривая, или профиль равновесия реки. Считается, что этот выровненный профиль соответствует на каждом отрезке долины динамическому равновесию при данных гидрологических условиях и постоянном базисе эрозии.

Анализ развития речных долин, как в равнинных, так и в горных областях показывает, что в выработке профиля равновесия реки играют большую роль не только главный базис эрозии, но и местные, или локальные, базисы, к которым относятся различные уступы, или пороги. На месте порога, или уступа, возникают водопады, которые размывают дно уступа, а с другой стороны подмывают его основание вследствие возникающих водоворотов. В результате уступ разрушается и отступает (рис. 1.1). Так, например, суммарное отступание известного Ниагарского водопада, низвергающегося с высоты около 50 м, с 1875 г. составило около 12 км, что соответствует приблизительно скорости отступания около 1,0-1,2 м/год. Такой уступ с водопадом является локальным (местным) базисом эрозии.

Часть реки, расположенная выше уступа, будет развиваться регрессивно применительно к нему, а ниже расположенная часть реки - к главному базису эрозии. Только после уничтожения уступа развитие профиля долины будет контролироваться главным базисом эрозии. Такими же местными базисами могут быть озера, расположенные в депрессиях первичного рельефа. До тех пор, пока это озеро не будет спущено или заполнено осадками, верхняя часть реки будет развиваться применительно к озеру. Таким образом, продольный профиль реки превращается в единый только по мере выравнивания кривой продольных уклонов местных базисов эрозии.

По мере выработки продольного профиля, приближающегося к стадии динамического равновесия, закономерно изменяется и форма поперечного профиля долины. На ранних стадиях ее развития, при значительном преобладании глубинной эрозии реки вырабатываются крутостенные узкие долины, дно которых почти целиком занято руслом потока. Поперечный профиль долины представляет или каньон с почти вертикальными, иногда ступенчатыми склонами и ступенчатым продольным профилем дна, или имеет V-образную форму (по сходству с латинской буквой v) с покатыми склонами. Эта первая стадия развития реки называется стадией морфологической молодости. Такие формы особенно хорошо выражены в пределах молодых горных сооружений (Альпы, Кавказ и др.) и высоких плоскогорий, где глубина речных долин достигает сотен метров, а местами 1 - 2 км.

Боковая эрозия. По мере выработки профиля равновесия и уменьшения уклонов русла донная эрозия постепенно ослабевает и все больше начинает сказываться боковая эрозия, направленная на подмыв берегов и расширение долины. Это особенно проявляется в периоды половодий, когда скорость и степень турбулентности движения потока резко увеличиваются, особенно в стрежневой части, что вызывает поперечную циркуляцию. Возникающие вихревые движения воды в придонном слое способствуют активному размыву дна в стрежневой части русла, и часть донных наносов выносится к берегу. Накопление наносов приводит к искажению формы поперечного сечения русла, нарушается прямолинейность потока, в результате чего стрежень потока смещается к одному из берегов. Начинается усиленный подмыв одного берега и накопление наносов на другом, что вызывает образование изгиба реки. Такие первичные изгибы, постепенно развиваясь, превращаются в излучины, играющие большую роль в формировании речных долин.

Перенос. Реки переносят большое количество обломочного материала различной размерности - от тонких илистых частиц и песка до крупных обломков. Перенос его осуществляется волочением (перекатыванием) по дну наиболее крупных обломков и во взвешенном состоянии песчаных, алевритовых и более тонких частиц. Переносимые обломочные материалы еще больше усиливают глубинную эрозию. Они являются как бы эрозионными инструментами, которые дробят, разрушают, шлифуют горные породы, слагающие дно русла, но и сами измельчаются, истираются с образованием песка, гравия, гальки. Влекомые по дну и взвешенные переносимые материалы называют твердым стоком рек. Помимо обломочного материала реки переносят и растворенные минеральные соединения. Часть этих веществ возникает в результате растворяющей деятельности речных вод, другая часть попадает в реки вместе с подземными водами. В речных водах гумидных областей преобладают карбонаты Са и Mg, на долю которых приходится около 60% ионного стока (О.А. Алекин). В небольших количествах встречаются соединения Fe и Мn, чаще образующие коллоидные растворы. В речных водах аридных областей помимо карбонатов заметную роль играют хлориды и сульфаты. Соотношение влекомых, взвешенных и растворенных веществ различно в горных и равнинных реках. В первых из них наблюдается резкое преобладание взвешенных частиц при близких количествах растворенных веществ и влекомых наносов, представленных преимущественно галечниками, иногда с крупными валунами. В равнинных реках преобладают растворенные вещества, на втором месте взвеси и сравнительно малое число влекомых, представленных преимущественно песками с примесью гравия.

Аккумуляция. Наряду с эрозией и переносом различного материала происходит и его аккумуляция (отложение). На первых стадиях развития реки, когда преобладают процессы эрозии, возникающие местами отложения оказываются неустойчивыми и при увеличении скорости течения во время половодий они вновь захватываются потоком и перемещаются вниз по течению. Но по мере выработки профиля равновесия и расширения долин образуются постоянные отложения, называемые аллювиальными, или аллювием (лат. «аллювио» - нанос, намыв).

1.2 Строение пойм и фациальный состав аллювия

Под фацией понимается горная порода (или осадок) определенного состава, отражающая условия ее накопления. В аллювиальных отложениях пойм равнинных рек четко выделяются три фации: 1) русловая; 2) пойменная и 3) старичная. Русловая фация формируется в процессе нарастания и расширения прирусловых отмелей при миграции русла в сторону подмываемого берега и представлена песками различного гранулометрического состава, в основании песками с гравием и галькой. Пойменная фация формируется в периоды половодий, когда на поверхность поймы выпадает преимущественно взвешенный тонкий материал. Поэтому пойменный аллювий представлен преимущественно супесчано-суглинистым материалом. Старичный аллювий образуется в отшнурованных излучинах, превращенных в озера, где накапливаются супеси, суглинки, местами глины, богатые органическим веществом, а при заболачивании - болотные отложения. Старичные отложения могут в последующем перекрываться пойменными.

В пойме реки различаются: 1) прирусловой вал, примыкающий к главному руслу; 2) центральная пойма, расположенная за прирусловым валом, в пределах которой нередко выделяются два уровня: низкая пойма, заливаемая ежегодно талыми водами, и высокая, заливаемая в самые обильные паводки; 3) притеррасная пойма, самая пониженная тыловая часть поймы, примыкающая к берегу или надпойменной террасе. Стадию развития реки с формированием поймы называют морфологической зрелостью.

Аллювиальные отложения пойм горных рек существенно отличаются от равнинных. Вследствие значительных скоростей движения горных рек песчаные и глинистые частицы почти не оседают на дно, а переносятся к устьевым частям. Непосредственно же в долине реки откладывается более грубый материал - гравий, галечники с отдельными валунами. Эта русловая фация почти целиком слагает пойму горной долины. Пойменная же фация слабо выражена и развита не повсеместно, главным образом она встречается на расширенных участках долины, где представлена грубыми песками и супесями и часто находится в смеси с пролювиальными отложениями конусов выноса и коллювиальными образованиями. Для горных рек выделяют еще фацию подпруживания, формирующуюся перед различными перемычками, перегораживающими горные долины, где создаются спокойные условия для осаждения влекомых и мелких взвешенных наносов. Мощности горного аллювия изменяются от первых десятков метров местами до 40-50 м и более.

Суммарная мощность аллювия обычно 20-30 м, она примерно соответствует разнице абсолютных высот наиболее глубоких плесов и высоких паводков. Такой тип аллювия с нормальной мощностью назван В.В. Ломакиным перстративным или перестилаемым. Такая мощность аллювия формируется в условиях, близких к динамическому равновесию. Помимо указанного, выделен так называемый конспиративный или настилаемый аллювий, характеризующийся большей мощностью и многократным чередованием в разрезе русловых, пойменных и старичных фаций, т.е. происходит как бы наложение друг на друга пачек перстративного аллювия. Формирование такого мощного аллювия возможно или при тектоническом опускании, или вследствие периодической перегрузки реки наносами, вызываемой наряду с тектоническими движениями особенностями климата и режима стока.

Так шаг за шагом подмываемый берег становится обрывистым и постоянно отступает, увеличивая крутизну изгиба, а на другом берегу происходит постепенное наращивание прирусловой отмели (рис. 1.2, Б). Постепенное смещение подмываемых вогнутых берегов и наращивание русловых отмелей у выпуклых берегов приводит, в конце концов, к образованию крупных излучин, называемых также меандрами (по названию р. Меандр в Малой Азии). В результате последовательного развития речной долины происходят значительное расширение площади русловых аллювиальных отложений и образование низкого намываемого берега, который начинает заливаться только в половодье.

Такой низкий участок долины, сложенный аллювием, представляет пойму реки - часть долины, возвышающуюся над руслом, называемую также пойменной, луговой или заливной террасой. Поперечный профиль долины приобретает плоскодонную, или ящикообразную форму. Излучины, развиваясь, приобретают значительную кривизну, образуют серию петель, разделенных узкими перешейками (рис. 1.3, А). Местами происходит прорыв такого перешейка, и река на таких участках спрямляет свое русло (рис. 1.3, Б). Осадки, накапливающиеся рядом с главным спрямленным руслом у концов покинутой излучины, заполняют оба ее конца, и она превращается в замкнутое озеро.

Такие озера постепенно заполняются осадками, приносимыми в половодья, зарастают, могут превратиться в болота или в сухие понижения. Отшнурованные от русла реки излучины называют старицами. Образование стариц и спрямление русел неоднократно проявлялось особенно на широких поймах равнинных рек, где наблюдаются остатки разных по времени отшнурованных русел на различных стадиях их развития и отмирания. Следует отметить также, что излучины развиваются не только в сторону берегов, но и вниз по течению. В результате выступы, сложенные коренными породами, постепенно срезаются, и образуется широкая пойменная терраса со сложным рельефом.

1.3 Цикловые эрозионные врезы и надпойменные речные террасы

Геологическими и геоморфологическими исследованиями установлено, что в каждой долине горных и равнинных рек наблюдается серия надпойменных террас, возвышающихся над поймой и отделенных друг от друга уступами. Такие надпойменные террасы, формировавшиеся в различные этапы плиоцен - четвертичного времени, придают речной долине наиболее сложный ступенчатый террасированный поперечный профиль. В пределах равнинных рек обычно наблюдается до 3-5 надпойменных террас, в горных районах - до 8-10 и более. У каждой террасы различают следующие элементы (рис. 1.4): террасовидную площадку, уступ, или склон, бровку террасы и тыловой шов, где терраса сочленяется со следующей более высокой террасой или с коренным склоном, в который врезана долина.

Об эрозионном цикле в первом приближении можно судить по глубине эрозионного вреза от поверхности той или иной террасы до цоколя последующей более низкой террасы (Н₃, Н₂ и т.д.). Региональные цикловые террасы неоднородны по условиям развития и строения. Среди них различают следующие типы: 1) эрозионные, или скульптурные (террасы размыва); 2) эрозионно-аккумулятивные, или цокольные и 3) аккумулятивные. Эрозионные террасы встречаются главным образом в молодых горных сооружениях, где имеют место импульсы нарастания и спада тектонических движений, с которыми связаны изменения уклонов продольного профиля реки, вызывающих глубинную эрозию, а в конце цикла и боковую. В этих террасах почти вся террасовидная площадка и уступ до нижерасположенной площадки слагаются коренными породами и лишь местами на их поверхности встречаются отдельные маломощные галечники (рис. 1.4, А).

Аккумулятивные террасы характеризуются тем, что их площадки и уступы полностью сложены аллювиальными отложениями. Среди них по строению и соотношению разновозрастных аллювиальных комплексов выделяют наложенные и вложенные (рис. 1.4, Б). Аккумулятивные террасы имеют широкое распространение в пределах низменных платформенных равнин, а также в межгорных и предгорных впадинах (областях прогибания), где в ряде мест отмечаются значительные мощности аллювия. Эрозионно-аккумулятивные, или цокольные, террасы характеризуются тем, что в них нижняя часть уступа (цоколь) сложена коренными породами, а верхняя часть уступа - аллювиальными отложениями. Эрозионно-аккумулятивные надпойменные террасы приурочены чаще к переходным зонам от поднятий к погружениям, но встречаются местами и в пределах равнин (рис. 1.4, В).

Наличие надпойменных террас свидетельствует о том, что река протекала когда-то на более высоких уровнях, которые в последующем были прорезаны в результате периодического усиления глубинной эрозии. Образование террас связано с понижением базиса эрозии, тектоническими движениями и изменениями климата. Наибольшее значение имеет тектонический фактор. При поднятии суши в верховьях речного бассейна или опускании базиса эрозии изменяются уклоны реки и, следовательно, увеличивается ее живая сила, резко возрастает глубинная эрозия. В результате на месте плоскодонных долин вырабатываются вначале врезы V-образного типа, на новом уровне формируется профиль равновесия реки и затем новая пойма. Прежняя пойма остается в виде террасы, возвышающейся над новой поймой. При многократных понижениях базиса эрозии или поднятиях суши на склонах долин рек образуется система надпойменных террас. По взаимным превышениям террас, продольному профилю долины можно судить о том, как они развивались. При поднятии верховьев относительная высота террас постепенно уменьшается к низовьям, при опускании базиса эрозии, наоборот, относительная высота снижается к верховьям. Счет надпойменных террас производится снизу вверх. Самая нижняя I надпойменная терраса (самая молодая), следующая выше расположенная II надпойменная терраса и т.д. Самая высокая терраса - самая древняя.

Следует отметить, что речные потоки чутко реагируют на изменение скорости и направленности тектонических движений во времени и пространстве. Вследствие этого в пределах одной и той же реки можно наблюдать участки морфологически зрелой долины с хорошо выраженной поймой и участки, где пойма отсутствует, а река глубоко врезается в растущее на ее пути тектоническое поднятие. При этом интенсивность глубинной эрозии соизмерима со скоростью поднятия. Такие участки долины называются антецедентными. Влияние неоднородности локальных тектонических движений сказывается в строении надпойменных террас и изменении их высоты. При пересечении локального тектонического поднятия относительная высота террасы и ее цоколь повышаются, мощность аллювия значительно уменьшается, а его состав становится преимущественно грубозернистым в сравнении с составом аккумулятивных террас, расположенных выше и ниже поднятия. Такие локальные повышения террас нередко отражают унаследованное развитие от более глубоких древних структур. Вследствие этого анализу речных террас и долин рек уделяется большое внимание при поисках нефтегазоносных структур.

1.4 Устьевые части рек

На формирование устьевых частей рек влияют многочисленные факторы: 1) расход воды в реке и его изменения во времени; 2) количество и состав переносимого рекой обломочного материала; 3) вдольбереговые морские течения; 4) приливы и отливы; 5) тектонические движения. В зависимости от соотношения указанных факторов формируются различные типы устьевых частей. Среди них наиболее типичны дельты и эстуарии. Дельта фактически представляет собой конус выноса обломочного материала, приносимого рекой. Когда река достигает моря, скорость течения падает. В результате этого большое количество материала, как влекомого по дну, так и находящегося во взвешенном состоянии, оседает. Таким путем образуется широкий наземный конус выноса с вершиной, обращенной к реке, и наклонным в сторону моря основанием. Часть принесенного материала выпадает в море, образуя подводную дельту, или авандельту. При относительно небольшой глубине моря русло реки быстро загромождается наносами и уже не может пропустить через себя все количество поступающей речной воды. В результате возникают прорывы берегов, и образование дополнительных русел, называемых рукавами или протоками, которые разбивают дельту на отдельные острова. Отдельные протоки постепенно отчленяются, мелеют, превращаются в озера. В ходе развития часть из них постепенно заполняется озерными осадками, часть зарастает и превращается в болота.

При каждом половодье дельта реки меняет форму; расширяется, повышается и удлиняется в сторону моря. В результате образуются обширные аллювиально-дельтовые равнины со сложным рельефом и строением. Примером такой дельты является дельта Волги (рис. 1.5).

Отложения аллювиально-дельтовых равнин представляют собой комплекс континентальных и морских отложений, сложно чередующихся, характеризующихся быстрой сменой фаций в горизонтальном и вертикальном направлениях, частым выклиниванием, иногда линзовидной формой. Среди них выделяются следующие генетические типы: 1) аллювиальные (русловые и пойменные) отложения, представленные в равнинных реках песками и глинами, в горных - более грубым материалом; 2) озерные - преимущественно суглинистые отложения, богатые органическим веществом; 3) болотные - торфяники; 4) эоловые, возникающие в результате перевевания русловых отложений; 5) морские, образующиеся на суше при нагонных морских волнах, а в авандельте (и в пределах предустьевого взморья) помимо обломочного материала в результате коагуляции (лат. «коагуляцио» - свертывание) местами выпадают приносимые реками коллоидные вещества (Fe, Mn, A1 и др.). В устьях рек часто выпадают и органические коллоиды. Описанный тип развития и строения многорукавных дельт достаточно широко распространен во многих реках, и мощность дельтовых отложений в них близка к суммарной мощности аллювия в реке.

Существенно отличается от описанных дельта р. Миссисипи. Это так называемая лопастная дельта. Она подходит к морю в виде глубоких (2 - 3) русел - лопастей, похожих на раскрытые пальцы (так называемая «птичья лапа»), которые выдвигаются в Мексиканский залив с различной скоростью. Уникальность этой дельты в том, что лопасти ее расстилаются по всему широкому шельфу и выносимый рекой терригенный материал поступает прямо на континентальный склон. Это происходит в условиях прогибания земной коры со скоростью 1-4 см/год. Для дельты р. Миссисипи характерны большая мощность отложений (около 1000 м) и сложность строения. Дельты имеются у таких крупных рек, как Ганг с Брахмапутрой, Хуанхэ, Янцзы, Нил, Рейн, Лена, Волга и др.

Эстуарии (лат. «эстуариум» - берег, заливаемый приливом) - воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Притчард определяет эстуарий как полузакрытый прибрежный водоем, который свободно сообщается с океаном. Необходимыми условиями для развития эстуариев являются: наличие приливов и отливов; вдольбереговые течения; прогибание земной коры, превышающее скорость накопления осадков. Во время больших приливов морские воды далеко проникают в эстуарий, происходит турбулентное перемешивание двух водных масс - соленой морской и пресной речной, образующих во время отлива мощный поток, который выносит в море обломочный материал, принесенный рекой, где он подхватывается береговыми течениями. Только в определенных условиях часть тонкой взвеси осаждается в эстуарии. Дж.П. Кеннет отмечает также, что более тонкая глинистая взвесь при смешивании пресных вод с солеными флокулируется, т.е. частицы слипаются в агрегаты под действием электролита (морской воды). С увеличением размеров скорость осаждения этих агрегатов возрастает, и они выпадают в осадок. Эстуарии хорошо выражены у рек Сены, Эльбы, Темзы и других, в формировании которых решающую роль играют приливно-отливные и вдольбереговые течения. Вместе с тем имеются крупные эстуароподобные заливы в устьях рек Сибири - Енисее и Оби. Они образовались в результате прогибания местности и затопления морем низовьев рек. Это подтверждается наблюдениями в Карском море, на дне которого устье р. Енисея прослеживается до изобаты 100 м. С эстуариями по форме сходны лиманы (греч. «лимнэ» - бухта, залив) - расширенные устья рек, затопленные водами бесприливных морей (Черное и др.). Их образование также связано с прогибанием земной коры в устьевых частях рек. Примерами являются лиманы Днепра, Буга и др.

1.5 Теоретическое и практическое значение деятельности рек

Рис. 1.6. Схематический разрез аллювиальной долинной россыпи (по П.М. Татаринову)

Изучение деятельности рек имеет большое теоретическое значение. Состав аллювия и соотношение его фаций, количество древних надпойменных террас и изменение их высот вдоль долины реки дают возможность понять историю новейшего развития района, характер новейших тектонических движений, климатических особенностей и т.п. Относительное превышение надпойменных террас одной над другой и над дном долины, глубина врезания на разных стадиях развития реки позволяют судить о размахе движений земной коры. Да и само заложение речных долин бывает предопределено особенностями глубинного тектонического строения территории. Они часто приурочены к ослабленным зонам (разломам, прогибам). Следует подчеркнуть также то, что реки являются главными поставщиками осадочного материала в Мировой океан.

С эрозионной и аккумулятивной деятельностью рек связано формирование особого типа месторождений ценнейших полезных ископаемых, называемых аллювиальными россыпными месторождениями. Если размыву рек подвергаются коренные месторождения или горные породы, содержащие тяжелые и химически стойкие минералы в рассеянном состоянии, то они переносятся на то или иное расстояние и откладываются вместе с другими аллювиальными отложениями. В процессе переноса и переотложения продукты размыва сортируются по плотности. Более легкие минералы истираются и выносятся реками. В россыпях же концентрируются минералы с высокой плотностью. По данным П.М. Татаринова, наиболее тяжелые минералы выпадают ранее, а менее тяжелые переносятся дальше. В первую очередь выпадают золото и платина, затем такие минералы, как вольфрамит, касситерит, магнетит, рутил, гранат, алмаз. Эти тяжелые и устойчивые минералы и образуют аллювиальные россыпи - промышленные скопления полезных ископаемых.

Россыпи в пойме и в речных террасах часто выражены в виде полосовидных залежей нижней части разреза аллювия. Схематический разрез аллювиальной долинной россыпи представлен на рис. 1.6, где снизу вверх залегают: 1) коренные породы, называемые «плотиком»; 2) элювиальный слой, перемытый и залегающий на месте образования (пески); 3) аллювиальные отложения галечников, иногда включающие валуны; 4) аллювиальные глины и песок («торфа»); 5) коллювиальные и пролювиальные илы и глины, иногда со щебнем, местами со щебнистыми прослоями; 6) почвенно-растительный слой. Тяжелые минералы содержатся преимущественно в плотике, в его элювии и в галечниках. Они вместе образуют так называемый «пласт» россыпи. Иногда наблюдаются сложные россыпи, содержащие два или несколько горизонтов металлоносных отложений, расположенных на различных уровнях. Особенно большое практическое значение имеют россыпные месторождения драгоценных металлов - золота и платины. В настоящее время около 25% мировой добычи золота производится из россыпей. Но помимо россыпных месторождений, связанных с современными долинами рек, в ряде мест обнаружены ископаемые россыпи, формировавшиеся в различные этапы геологического времени, когда существовали континентальные условия и развивались речные системы. Эти россыпи отличаются от более молодых залеганием на большей глубине в толще других пород и сцементированностью. Они обычно представлены конгломератами. Классическим примером таких ископаемых россыпей являются золотоносные конгломераты Витватерсранда в Ю. Африке, где среднее содержание золота достигает 8 г/т и ивестны его большие суммарные запасы.

С древними дельтами местами также связаны важные полезные ископаемые. Так, угленосные свиты Подмосковного угольного бассейна представляют, скорей всего, именно аллювиально-дельтовые озерно-болотные отложения раннекаменноугольного возраста. Об этом свидетельствует строение угленосной свиты: линзовидный характер залегания пород и частые внутрифациальные размывы. По-видимому, и в формировании Канско-Ачинского угольного бассейна также играли существенную роль аллювиально-дельтовые озерные и болотные отложения. Глубокие преобразования аллювиально-дельтовых отложений, богатых органикой, при повышенных температурах и давлениях могут привести к образованию нефти и газа. Так, например, в строении плиоценовой продуктивной толщи Апшеронского полуострова, к которой приурочены газовые и нефтяные месторождения, также участвуют древние дельтовые отложения.

1.6 Полезные ископаемые, связанные с деятельностью рек

С отложениями речного аллювия связано формирование особого типа месторождений полезных ископаемых, называемых россыпными месторождениями, или россыпями. Реки, протекая по различным горным породам, размывают их, вымывая содержащиеся в них включения рудных минералов. В процессе движения речных вод и переноса продуктов размыва происходит их сортировка по удельному весу. Более легкие частицы переносятся водой дальше, тогда как тяжелые оседают и продолжают более медленное движение волочением по дну. Если на пути движения реки встречаются углубления, трещины и смещения твердых коренных пород, литологически или тектонически обусловленные (изменение Поперечного сечения долины), скорость течения потока изменяется, и частицы тяжелых минералов оседают и задерживаются в неровностях рельефа. Характерные важнейшие минералы россыпных месторождений - золото, платина, алмазы, касситерит (оловянный камень) и др.

Россыпные месторождения наблюдаются как в основании современных аллювиальных отложений русла и поймы, так и в основании аллювия древних надпойменных террас. Аллювиальные россыпи встречаются и в геологических разрезах в ископаемом состоянии (золото и платиноносные конгломераты и др.).

С древними аллювиально-дельтовыми отложениями связаны многие буроугольные месторождения. Плиоценовая продуктивная толща Апшеронского полуострова, к которой приурочены главные нефтяные и газовые месторождения Азербайджана, представляет древнюю дельту и авандельту палео - Волги, впадавшей тогда в южный Каспий (В.П. Батурин). Дельтовые отложения служат вместилищем залежей нефти и газа и во многих других районах

Аллювиальные и аллювиально-дельтовые равнины имеют большое значение и для сельского хозяйства. Почвы пойм, надпойменных террас и дельт рек отличаются в большинстве случаев высоким плодородием. Особенно это относится к поймам и дельтам - периодически затопляемым водой во время половодий, что сопровождается обогащением почв новыми питательными веществами. Это обновление и обводнение местности способствуют высокой биологической продуктивности, которая в свою очередь влияет на формирование высокоплодородных почв.

Аллювиальные галечники и пески широко используются при строительстве дорог и других сооружений. [1]

2. Изучение речных долин, как индикатор новейших тектонических движений

Изучение речных долин, в частности речных террас, продольного профиля рек, соотношения долин и тектонических структур, а так же рисунка речной сети в целом - ориентировки долин, изгибов рек и прочее, и, наконец, эволюция речной сети, в особенности явлений речных перехватов, дает весьма ценный материал для суждения о новейших движениях земной коры во внутренних частях материков. Объясняется это тем, что речные водотоки необычайно чувствительны даже к очень небольшим, но длительно проявляющимся изменениям уклона дневной поверхности. Как показал недавно К.И. Геренчук, уже само заложение речных долин определяется тектоническими условиями. Каждый овраг, и балка представляют собой потенциальные речные долины, но из множества оврагов и балок, развивающихся под действием стекающих атмосферных вод, только те достигают стадии речной долины, которые быстрее получат подземное питание. В такие благоприятные условия попадают овраги и балки, приуроченные к синклинальным структурам, разрывам, флексурам, по которым происходит разгрузка подземных вод.

В дальнейшем своем развитии речные долины приспосабливаются к активным тектоническим структурам. Антиклинальные структуры, которые растут быстрее, чем река успевает углубить свое русло, отклоняют течение реки и вызывают изгибы речного русла. Такие изгибы установлены, в частности, для нижнего течения Волги, ниже Волгограда, для левых притоков Днепра в пределах Днепровско-Донецкой впадины, для нижнего течения Енисея между Дудинкой и Усть-Енисейским портом; в первых двух случаях причиной изгибов служат особенно быстро растущие соляные купола. Иногда текущие параллельно реки как бы раздвигаются разрастающимися поднятиями; в частности, такая картина установлена в дельтах Терека и Сулака, где отдельные протоки обтекают растущие поднятия (рис. 2.1). В других случаях наблюдается согласованный изгиб нескольких параллельно текущих рек, огибающих погружающуюся антиклиналь.

При особенно быстром росте антиклинальных поднятий, что наблюдается чаще всего уже в геосинклинальных областях, в их передовых и межгорных прогибах, река оказывается вынужденной покинуть свою прежнюю долину и разработать новую в обход возникшего поднятия. Такие висячие, или покинутые, долины известны в ряде районов Кавказа: Ханкальская долина к юго-востоку от Грозного, прежде принадлежавшая р. Аргуну, Ачалукская долина в западной части Сунженского хребта, выработанная в свое время р. Фиагдоном, верхняя часть долины р. Девебатанчая в Куринской впадине и др.

В других случаях, когда река оказывается в состоянии преодолеть подъем растущей складки, последовательно углубляя русло, долина сохраняет свое прежнее положение, но эрозионный врез постепенно возрастает. Так образуются антецедентные долины, представляющие собой прорывы реки через молодые (более молодые, чем сама река) антиклинальные возвышенности. Как следует из сказанного, условием образования антецедентных долин является превышение эродирующей способности реки над тектоническим поднятием, что возможно либо при значительной мощности водного потока и большой величине уклона русла, либо три слабо выраженном росте антиклинального поднятия.

Примеры антецедентных долин особенно многочисленны: в молодых горных странах, в частности на Кавказе: Эльхотовский прорыв р. Терека через Малокэбардинский хребет, Джульфинское ущелье р. Аракса, Хадумское ущелье р. Сулака и др. Пожалуй, наиболее эффектным и убедительным примером могут служить «Падарские ворота» р. Гердыманчая в Куринской впадине. Эта река у своего выхода в Кура - Араксинскую низменность образует наземную дельту, разделяясь на семь рукавов, и каждым из этих рукавов прорезает Карамарьянский увал, представляющий собой очень молодую, сложенную нижнечетвертичными слоями антиклиналь. Эта возвышенность заканчивается немного восточнее наиболее восточного из рукавов Гердыманчая, сливаясь с ровной поверхностью низменности; она затухает и на западе. Несмотря на такие соотношения, хорошо видные на рис. 2.2, Гердыманчай не стал огибать Карамарьянский увал, а в связи со значительной эродирующей способностью (это типичная горная река с силевым режимом) успел врезаться в это поднятие всеми рукавами, сохранившими свое прежнее направление.

Характерным признаком антецедентных долин служат также врезанные меандры. Выше уже отмечалось, что на участках долин, испытывающих поднятие, обычно наблюдается спрямление меандр, т.е. уменьшение извилистости русла, в то время как свободно развивающиеся меандры свойственны погружающимся участкам. Однако если переход от погружений к поднятиям происходит быстро, боковая эрозия сменяется глубинной, и происходит закрепление и врезание меандр. Типичные врезанные меандры можно видеть в Джульфинском ущелье Аракса, в долине Маны - правого притока Енисея, прорезающего молодое поднятие Восточного Саяна и во многих других местах.

Тектонические движения, испытываемые местностью, по которой протекает река, находят свое отражение и в форме продольного и поперечного профиля речной долины. Разбирая проявления современных движений, мы уже указывали, что увеличение уклона русла обычно связано с участками поднятий и вообще повышенных скоростей движений. Ступенчатость профиля, как это выяснено на примере Эльбы, Нарына, Сефидруда может свидетельствовать о пересечении рекой активных разрывов, если только она (как и увеличение уклона вообще) не объясняется изменением состава коренных пород или расхода воды в связи с впадением притоков. Вогнутый тип кривой продольного профиля характерен для рек, истоки которых находятся в области поднятия, а низовья - в области опускания (Кура, Риони, Терек, Кума и др.). Прямолинейный, точнее слабо вогнутый профиль свойствен рекам тектонически спокойных, платформенных областей, в частности Русской равнины. Выпуклый профиль характеризует реки, протекающие в областях сводовых и сводово-глыбовых поднятий, градиент которых возрастает к периферии; таковы реки Фенноскандии, р. Сефидруд в Северном Иране и др. (С.А. Трескинский).

В случае структурной разнородности территорий, по которой протекает река, продольный профиль имеет сложную форму. Таким сложным профилем обладает, например, Днепр; от истоков до Киева профиль Днепра является прямолинейным, а между Киевом и Запорожьем принимает выпуклую форму, что объясняется пересечением продолжающего воздыматься Украинского щита.

Неравномерное поднятие берегов реки служит основной причиной асимметрии речных долин. Согласно известному закону Бэра, реки, протекающие в северном полушарии, отклоняются вправо вследствие вращения Земли вокруг своей оси (в южном полушарии они отклоняются в противоположную сторону). Однако тектонический фактор способен преодолеть действие силы Кориолиса и вызвать смещение реки в противоположном направлении. Это можно видеть снова на примере Днепра в среднем течении, где его отодвигает к востоку разрастающееся поднятие Украинского щита. Другие причины асимметрии долин (неодинаковая мощность снегового покрова на разных берегах, моноклинальное залегание пластов различной твердости в продольных долинах) имеют меньшее значение по сравнению с тектоническим фактором. Как правило, реки как бы сползают в направлении наименьшего поднятия или относительного погружения, в частности вниз по крыльям антиклинальных структур и сводовых поднятий.

С другой стороны, как указывает В.П. Философов (а до него» отмечали А.П. Павлов и В.Г. Бондарчук), во многих случаях наблюдается обратное явление - подмыв реками антиклинальных поднятий. В качестве примера приводятся, в частности, долины Чагана, Иртека, Самары, Урала, Илека в пределах Оренбургской области. Если сползание рек со сводов растущих антиклиналей - явление вполне понятное, то обратную картину объяснить труднее. В.П. Философов высказал предположение, что подмыв антиклинальных берегов связан с тем, что к антиклиналям обычно приурочены положительные аномалии силы тяжести; поэтому антиклинали как бы притягивают к себе реки.

В действительности, очевидно, имеет место интерференция двух факторов, действующих в противоположном направлении - роста антиклинального поднятия, способствующего смещению русла реки в сторону смежной синклинали и горизонтального градиента силы тяжести, вызывающего смещение реки в сторону оси антиклинали. Реальное перемещение зависит от соотношения этих двух факторов; последнее же может изменяться во времени даже для одной реки - в фазы усиления роста поднятия река смещается в направлении синклинали, в фазы затухания роста поднятия она подмывает свой «антиклинальный» берег. Таким образом можно, например, объяснить двойственное поведение Волги у Куйбышева: с одной стороны, Самарская лука, несомненно, возникла в результате роста Жигулевского поднятия, оттеснившего Волгу к востоку, но, с другой стороны, Волга активно подмывает свой жигулевский берег. Это же относится и к Енисею и к ряду других рек.

Следует учитывать, кроме того, что далеко не всегда к антиклинальным поднятиям бывают приурочены локальные максимумы силы: тяжести; соляные купола, например, характеризуются гравитационными минимумами. Возможно, что именно поэтому, а не только благодаря высокой скорости роста этих куполов они столь часто вызывают образование речных излучин.

Дифференциальные тектонические движения являются главной причиной таких речных перехватов. Основная причина перехватов заключается в различной эродирующей способности рек, а эта последняя зависит, прежде всего, от различия в уклоне их русел. Уклон же рек обусловливается размахом тектонических движений, определяемым размером погружений той тектонической впадины, к которой приурочен базис эрозии реки или по которой она протекает, поскольку водораздел является общим для обеих соперничающих рек. Большое значение имеет также градиент движений, зависящий от амплитуды этих движений, с одной стороны, и от расстояния между осью тектонического поднятия, к которому приурочен водораздел, и осью прогиба, с которым связан базис эрозии, - с другой. Таким образом, даже при одинаковой интенсивности погружения двух смежных прогибов реки, приуроченные к тому прогибу, который обладает более коротким склоном, будут обладать большей эродирующей способностью.

Все остальные различия - в степени водности рек, зависящие от величины бассейна и количества атмосферных осадков, в степени устойчивости пород, по которым протекают эти реки, играют совершенно второстепенную роль и могут лишь несколько замедлить или ускорить течение основного, тектонически обусловленного процесса. Как правильно отметил К.И. Геренчук: «Речные системы устойчивы в той степени, в какой устойчивы структуры, и перестройка структурного плана вызывает перестройку речной сети». Следует лишь добавить, что перестройка речной сети может запаздывать по сравнению со структурной перестройкой, а иногда реки сохраняют свое первоначальное положение (антецедентные долины). Если структура развивалась унаследовано или если новейшие и особенно современные движения проявились и проявляются достаточно интенсивно, рисунок речной сети отчетливо передает региональную, а в деталях локальную структуру области.

Наиболее характерными являются радиальный, центростремительный и перистый типы речной сети (по В.А. Троицкому). Радиальный, т.е. расходящийся от одного центра, тип в крупном масштабе наблюдается на сводовых поднятиях, таких, например, как Байкало-Патомское нагорье или Горный Алтай (И.В. Корешков). В мелком масштабе он характерен для растущих в современную эпоху локальных куполовидных или брахиантиклинальных поднятий, нередко покрытых сетью расходящихся оврагов, по периферии складок вливающихся в огибающие эти складки ручьи или речки.

Центростремительный тип речной сети, наоборот, свойствен тектоническим впадинам, например впадине Конго в Африке. Перистый тип наблюдается в пределах межгорных и передовых прогибов; главная речная артерия при этом следует вдоль оси такого прогиба (р. Зеравшан в Южном Тянь-Шане и др.).

Наряду с перечисленными выше признаками дифференциальных тектонических движений, устанавливаемыми по рисунку речной сети, важные данные доставляет изучение речных террас. Метод изучения речных террас является одним из основных методов исследования проявления новейших движений в глубине суши. Образование речных террас, подобно образованию террас морских побережий, связано в основном с изменением отметок суши относительно уровня моря, т.е. с общими колебательными движениями. Относительное понижение базиса эрозии, связанное с воздыманием суши или понижением уровня моря, влечет за собой возобновление глубинного вреза в связи с необходимостью выработки нового профиля равновесия. Прежние русло и пойма образуют теперь террасу, возвышающуюся над новым, более низким руслом. Движения противоположного знака, приводящие к относительному повышению базиса эрозии, имеют своим следствием смену глубинной эрозии боковой и накопление аллювия с повышением ложа реки. Новое понижение базиса эрозии в связи с возобновлением подъема суши сопровождается новым врезанием реки. В случае, если долины, отвечающие более высоким террасам, более широки, следует предполагать возрастание темпов поднятия. При очень интенсивном поднятии река будет быстро углублять свое русло, не успевая его расширить; в этих условиях террасы вовсе не образуются.

Следует иметь в виду, что речные террасы могут возникать и при крупных климатических изменениях - при смене дождливых периодов засушливыми, или межледниковых эпох ледниковыми, когда реки в значительной мере освобождаются от взвешенного материала и получают способность усиленно эродировать. Продольный профиль реки и состав аллювия также заметно зависят от климатических условий. Однако, как мы увидим далее, региональные климатические изменения тесно связаны с тектоническими движениями.

При общем сводообразном поднятии горной страны относительное расположение террас характеризуется возрастанием их отметок над руслом и превышений друг над другом вверх по течению, где, таким образом, террасы повышаются и расходятся. Наоборот, вниз по течению террасы понижаются и сближаются; некоторые из них обнаруживают тенденцию к слиянию; сначала одни, а затем другие террасы уходят ниже уровня русла. Наиболее низкие и, следовательно, наиболее молодые террасы могут сближаться и выклиниваться также вверх по течению, сливаясь с поймой, вследствие того, что углубление долины, вызванное понижением базиса эрозии, еще не дошло до верховьев реки. У выхода реки на прибрежную равнину речные террасы смыкаются с морскими. Если берег находится в состоянии опускания, речные террасы могут уходить ниже уровня моря и перекрываться морскими террасами. Напротив, если берег поднимается, может иметь место наложение аллювиально-дельтовых отложений на морские террасы.

Если река пересекает зоны, испытывающие дифференциальные движения друг относительно друга, долина ее распадается на отдельные участки, отличающиеся разным строением и развитием террас. В пределах участков, испытывающих наиболее интенсивное поднятие, река течет в глубоком ущелье и нередко вовсе лишена террас; если они и сохраняются, то в виде отдельных и узких клочков на большой высоте над рекой и являются преимущественно эрозионными, реже цокольными (рис. 2.3); русло реки не меандрирует или заключено во врезанные меандры. На участках, отличающихся менее интенсивным поднятием террасы, хорошо развиты, многочисленны, обладают значительной шириной, по своему строению являются цокольными или аккумулятивными, залегают на умеренной высоте над руслом. Участки, испытывающие погружение, характеризуются очень широкой поймой с многочисленными меандрами и старицами и слабым развитием, а иногда даже отсутствием террас, а также переуглубленностью русла и резким возрастанием мощности аллювия. Так, коренное ложе р. Терека выше Дарьяльского ущелья опускается на 400 м по сравнению с его положением в этом ущелье, приуроченном к крупному поднятию; соответственно возрастает мощность аллювия (Е.Е. Милановский).

На участках поднятий во многих случаях наблюдается не только увеличение разности высот отдельных террас, но и появление между основными террасами дополнительных террасовых поверхностей. Объясняется это тем, что в связи с увеличением масштаба поднятий создается возможность самостоятельного проявления даже второстепенных фаз расширения и фаз врезания долины; иначе говоря, происходит как бы расщепление террас, при меньшем размере поднятия сливающихся в одну террасу. С этим же обстоятельством связано общее увеличение числа террас в горных областях по сравнению с равнинными платформенными. На Кавказе число верхнеплиоценово - четвертичных террас достигает 15-20, в то время как на реках Русской равнины оно не превышает 4-5.

Различия в строении долин и речных террас наглядно проявляются на поперечных реках, пересекающих склоны крупных сводовых или сводово-глыбовых горных поднятий. Примером могут служить: раки, стекающие с Алайского хребта в Ферганскую впадину - реки Исфара, Шахимардан и др.; р. Кура, в своем верхнем течении пересекающая Ахалцихскую депрессию, а затем, в Боржомском ущелье, Триалетский антиклинорий; р. Риони, последовательно прорезающая Сванетский антиклинорий, Рача-Лечхумскую депрессию и Окрибское поднятие и многие другие. В целом изменение высотных отметок как речных, так и морских террас представляет результат интерференции, т.е. алгебраического суммирования общих, планетарных колебаний, проявляющихся в изменении положения уровня моря и, следовательно, базиса эрозии и местных движений - региональных (волновых) и локальных (складчатых). Общая колебательная компонента в наиболее чистом виде, опять-таки, как и в случае морских террас, устанавливается на тектонически наиболее спокойных территориях и в зонах перехода от областей поднятия к областям опускания - в частности, у выхода рек из гор на прибрежную равнину, как на это указал Л.И. Маруашвили. [2]