Применение литолого-минералогических методов для палеоландшафтных реконструкций степной зоны Южного Урала

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Вестник Челябинского государственного университета. 2010. № 8 (189).
Экология. Природопользование. Вып. 4. С. 24−28.
Л. М. Маркова, А. И. Левит
применение литолого-минералогических методов для палеоландшафтных реконструкций степной зоны
ЮЖНОГО УРАЛА
Приведены результаты литолого-минералогических исследований рыхлых пород степной зоны Зауралья. Исходным материалом послужили рыхлые отложения Амурского участка (юг Челябинской области, Урало-Тобольский водораздел). На основе полученных данных установлены этапы релье-фообразования рассматриваемой территории с момента закладки современной речной сети.
Ключевые слова: палеоландшафты, аллювий, литолого-минеральный состав, неотектоника, этапы рельефообразования.
Рельеф территории является одним из важнейших компонентов ландшафта, базисом, влияющим на перераспределение стока и величину поглощённой солнечной радиации, от степени расчленённости которого зависят растительные ассоциации и почвенные комплексы на данной территории. Для проведения ландшафтных исследований необходим анализ эволюции рельефа с выделением участков, сформированных под влиянием тех или иных процессов рельефообразования.
Работы по исследованию динамики рельефа базируются на детальном изучении покровных отложений: специфике аллювиального и склонового осадконакопления и связанными с ними геолого-палеоэкологическими событиями [1- 3]. Литолого-минералогический анализ рыхлых пород может быть использован для выделения этапов осадконакопления отложений, морфологически сходных между собой, но отличающихся набором минералов-акцессориев- а также установления источников сноса материала, свидетельствующих о местонахождении древнего русла, о размыве тех или иных структурных элементов речной долины.
Изучением минерального состава четвертичных отложений Южного Урала занимался ряд исследователей [4- 6]. В. А. Лидер попытался расчленить осадки, лишённые палеонтологических остатков, основываясь на подсчёте среднего содержания минералов в плиоценовых и плейстоценовых отложениях. Автором было доказано, что в лёгкой фракции плиоценовых осадков по сравнению с плейстоценовыми больше устойчивых к химическому выветриванию компонентов (кварца и обломков кремнистых пород) и меньше содержание неустойчивых (калиевых полевых шпатов, кислых и средних плагиоклазов).
В. В. Стефановский попытался обобщить данные 249 литолого-минералогических анализов. Но попытка не увенчалась успехом, поскольку разброс содержания минералов в лёгкой и тяжёлой фракциях настолько велик даже для одновозрастных стратогенов, что не удалось выявить чётких вариаций минеральных ассоциаций в зависимости от генезиса и возраста континентальных образований. Однако автором был сделан вывод о том, что литолого-минералогические методы результативны для диагностики условий осадконакопления отдельных отрезков речных долин [6].
Целью данной работы является выявление возможности и результативности применения литолого-минералогических методов для исследования динамики речных долин и палеоланд-шафтных реконструкций.
материалы и методы. Материалом для данного исследования послужили рыхлые отложения Амурского участка, на котором в 20 062 008 г. производилась разведка цинкового месторождения. Участок находится в 8 км к югу от заповедника «Аркаим» и представляет собой холмистую равнину с абсолютными отметками 340−390 м. Основная часть месторождения находится в пределах террасового комплекса р. Утяганки- здесь сеть скважин сгущается, расстояние между ними составляет 100−150 м.
В результате работ были задокументированы рыхлые отложения 134 скважин Амурского участка. Было произведено полное опробование скважин опорных разрезов (линия 20 и 24) — отобраны пробы песчаных отложений для проведения литолого-минералогического анализа.
Для наиболее точной диагностики пород и выявления особенностей осадконакопления был проведён гранулометрический анализ образцов песчаных пород методом мокрого просеивания [2].
После этого фракции различной размерности были изучены под бинокуляром и выбрана наиболее перспективная для литологических исследований фракция (класс крупности 0,5−0,25).
Затем была выделена магнитная фракция, содержание и состав минералов в которой определялись методом подсчёта зёрен [Там же]. Диагностика минералов производилась визуальными методами, а также с помощью их физических свойств (твёрдость, магнитность). Результаты сопоставлялись с имеющимися исследованиями минерального состава рыхлых отложений, проведённых на территории музея-заповедника «Аркаим» [7].
Результаты работ. Амурский участок находится в пределах Зауральского пенеплена — возвышенной равнины, характеризующейся сильной изношенностью рельефа и широким распространением химических кор выветривания, покрывающих почти сплошным чехлом водораздельные пространства [5]. На участке мезозойские химические коры выветривания занимают водораздельное пространство в северо-восточной части территории. Остальная территория в той или иной степени испытывала влияние поверхностных вод и неотектонических процессов и подверглась значительному изменению в пли-оцен-четвертичный период.
Об активности неотектонических процессов свидетельствует широкое развитие неравновесных участков долины реки: пологий равнинный левый берег реки и холмистый правый. Эрозионно-денудационные процессы на правобережье привели к интенсивному ов-рагообразованию, которое, несомненно, усиливается значительной пастбищной нагрузкой на территорию. Четвертичные отложения на правобережье развиты ограниченно, только в логах и депрессиях, и представлены делювиальными и пролювиальными глинами и суглинками, мощность которых составляет в среднем 1,5−2,0 м. На левом берегу процесс образования рельефа за четвертичный период протекал менее интенсивно, поэтому мощность делювиальных суглинков у подножия склонов достигает 17 м. Аллювиальные отложения формируют аккумулятивную террасу левобережья р. Утяганки, перекрытую делювиальным плащом. Большая часть террасы была вскрыта скважинами разведочного бурения, что позволило полностью охарактеризовать её строение и эволюцию.
Анализируемые пробы песков отобраны из разных частей опорных разрезов и обозначены в таблице номерами скважин, пробуренных на участке. Они представлены песками глинизированными и глинистыми с содержанием тон-коалевритово-глинистой фракции в пределах от 12,1 до 30,6% по массе, а также глинисто-песчаными отложениями. Пески плохо сортированы, с преобладанием крупнозернистой фракции, что позволяет отнести их к русловому аллювию. Галечно-щебнистого материала очень мало, в пределах от 0 до 4,1%. Плохая сорти-рованность отложений, значительное содержание глинистой фракции и небольшое количество гальки и гравия свидетельствуют о низкой энергетике и слабой расчленённости рельефа территории.
Литолого-минеральный состав отложений в разных скважинах имеет определённое сходство (таблица). Среди породообразующих минералов в большинстве случаев преобладает кварц, представленный тремя генерациями: полупрозрачным серым, матовым белым и горным хрусталём. Доля полевого шпата невелика и находится в пределах 6%. В составе лёгкой фракции также присутствуют обломки полнокристаллических пород зеленовато-серого цвета, представляющие собой сростки кварца с плагиоклазом и слюдой. Обломки слюдистых и углистых сланцев встречаются единично.
В составе тяжёлой фракции, по данным шлихового анализа, доминирует магнетит, эпидот, бурожелезняковые образования, роговая обманка. Остальные минералы — гранат, цоизит, циркон, сфен — присутствуют в незначительных количествах. Отдельные горизонты обогащены сульфидами (пиритом, халькопиритом, сфалеритом), которые составляют значительную часть тяжёлой фракции (см. таблицу).
Литолого-минеральный состав аллювия характеризует источник сноса материала. Набор минералов-акцессориев, состав обломков свидетельствуют о том, что исходным материалом для формирования осадков послужили интрузивные породы Суундукского массива и сопровождающие его мелкие сателлиты, жилы, дайки. Состав исходных пород близок к среднему (гранодиори-ты и кварцевые диориты).
На основе литолого-минералогического анализа песков Амурского участка можно выделить по крайней мере два различных по генезису и возрасту горизонта.
Минеральный состав аллювиальных отложений Амурского участка (фракция 0,5−0,25)
№ скважины / глубина отбора, м
Минералы 79 / 15,1−16,1 76 / 15,5−17,5 79 / 11−12,4 61 / 11,7 107 / 8,5 64 / 6−7 108 / 5−6
Лёгкая фракция 94,1 98,1 97,4 97,5 95,2 98,2 97,6
Кварц 23,7 58,3 88,6 92,0 84,3 87,4 92,1
Полевые шпаты 5,2 1,9 6,7 2,7 6,6 6,7 4,5
Слюды (мусковит, биотит, серицит) — - 0,4 — 1,9 ед. 0,7
Обломки полнокристаллических пород 64,3 37,9 0,3 2,8 2,4 4,1 0,3
Обломки сланцев 0,9 ед. 0,9 — - - -
Карбонатные стяжения — - 0,5 — - - -
Минералы тяжёлой фракции 5,9 1,9 2,6 2,5 4,8 1,8 2,4
Ильменит + магнетит 22,2 33,5 46,0 22,3 11,6 32,5 35,3
Бурожелезняковые образования 17,3 10,9 33,5 51,7 39,4 0,1 21,4
Обыкновенная роговая обманка 4,9 33,1 4,6 0,1 3,4 10,3 7,4
Сфен — 0,1 1,4 12,3 0,3 10,6 1,2
Эпидот 22,1 0,2 12,5 13,4 41,7 4,1 8,1
Цоизит 2,6 0,1 2,0 0,1 3,3 0,1 4,6
Гранат — - - 0,1 0,2 2,4 1,2
Железо-марганцевые конкреции — - - - - 39,9 20,8
Пирит 30,9 22,0 — - 0,1 — -
Сульфиды (халькопирит, галенит) ед. 0,1 — - - - -
Циркон — - - - - ед. -
Первый горизонт залегает на размытой мезозойской поверхности выравнивания и в разрезе находится ниже тёмно-серых озёрных глин, являющихся в данном случае маркирующим горизонтом. Он представлен разнозернистыми, слабосортированными полимиктовыми песками с небольшим содержанием глинистого материала. В составе горизонта можно выделить две фра-ции: грубо-крупнозернистых глинистых песков в центральной части и крупно-среднезернистых песков в западной части разреза (рисунок). В составе лёгкой фракции преобладают неокатанные и слабоокатанные обломки кварца и полнокристаллических пород. Тяжёлая фракция характеризуется наличием значительного количества минералов сульфидной группы (пирит, халькопирит, сфалерит), часто в сростках с другими минералами (кварц, полевой шпат). Присутствие в составе отложений большого количества обломков палеозойских пород свидетельствует о частичном размыве щебнистой коры выветривания и интенсивном врезании русла. В то же время в зоне воздействия регрессивной водной эрозии находилась относительно небольшая территория- рельеф был слабо освоен речной сетью.
Описываемый русловый аллювий перекрывается аллювиально-озёрными тёмно-серыми и серыми песчаными глинами, характеризующимися разной степенью гумусированности и различным содержанием обломочного материала. Данный горизонт прослеживается практически во всех западных скважинах, вскрывающих террасовый комплекс, на одинаковой абсолютной высоте — 333−337 м. Контуры озёрных котловин, несмотря на то, что они перекрыты делювием, довольно хорошо читаются в рельефе. Очевидно, что период развития эрозионной сети водотока и выработки русла сменился периодом озёрной аккумуляции. Причины этого явления не до конца ясны. Существует мнение, что возникновение подобного рода озёрно-проточных бассейнов обычно для малых рек Южного Урала. Ю. А. Лаврушин доказал пространственно-сопряжённую связь под-прудных бассейнов с конусами выноса, перегораживающими долины малых рек [3]. Смена речного режима озёрным может быть связана с выработкой локального базиса эрозии и тектонической стабильностью территории на тот период. Это мнение частично подтверждает-
Стадии формирования рельефа территории
ся процессами заполнения озёрной депрессии делювиальными осадками (красноцветными песчанистыми глинами с крупными карбонатными стяжениями и железисто-марганцевыми конкрециями).
Второй песчаный горизонт перекрывает тёмно-серые глины и представляет собой буровато-коричневые глинизированные пески кварцевого состава. По данным литолого-минералоги-ческого анализа, обломочный материал отложений представлен кварцем, доля полевого шпата не превышает 6,7% от общей массы. Зрелость песчаного материала свидетельствует о формировании аллювия в результате размыва и пере-отложения более древних (возможно, плиоценовых) осадков. Об этом говорит и минеральный состав тяжёлой фракции. В средней части разрезов (образец 79 / 11−12,4, 61 / 11,7, 107 / 8,5 — см. таблицу) минералы тяжёлой фракции интенсивно выветрелые, частично утратившие физические свойства (твёрдость, цвет, магнитность).
Также наблюдается значительное количество вторичных минералов группы лимонита, бурого и буровато-коричневого цвета, часто округлых, с глянцевой поверхностью. Зрелые осадки с сильно выветрелыми акцессорными и вторичными минералами свидетельствуют об интенсивном расчленении рельефа территории, примыкающей к долине реки, и размыве глинистых отложений, сформировавшихся
ранее в результате процессов химического выветривания.
В верхней части песчаного горизонта в составе акцессорных минералов присутствуют же-лезо-марганцевые конкреции округлой формы, идентичные новообразованиям в красноцветных песчанистых глинах. Их содержание достигает 39,9% от общей массы тяжёлой фракции. Наличие подобного рода конкреций свидетельствует о процессах внутритеррасовой аккумуляции: размыве и переотложении осадков более раннего аллювио-делювиального комплекса.
Таким образом, проведённая работа доказывает, что литолого-минералогические методы могут существенно дополнить и облегчить проведение работ по исследованию динамики рельефа за определённый геологический и исторический период. Перспективным является изучение вторичных минералов — индикаторов климатической или ландшафтной обстановки.
Однако данные исследования требуют приборной базы высокого уровня для более детальной диагностики минералов.
С момента закладки речной сети в плиоцен-четвертичный период территория водосбора р. Утяганки претерпела существенные изменения. На первом этапе после перестройки речной сети произошло интенсивное врезание русла, размыву подверглись глинистые осадки, а затем щебнистая кора выветривания палеозойских
пород- но зона воздействия водной эрозии была относительно небольшой. Снос материала происходил с востока, со стороны Суундукского гранитного массива. Рельеф был слабо освоен речной сетью, территория оставалась тектонически стабильной. Затем речной режим сменился озёрным, при котором река в среднем течении распадается на серию проточных водоёмов. Неоднородность озёрных осадков свидетельствует о периодическом привносе обломочного материала в периоды половодья. Спуск озёр речкой может быть связан с усилением тектонической активности. Активизация эрозионной деятельности в верховьях реки привела к интенсивному расчленению территории водосбора и аккумуляции песчаного аллювия в среднем течении реки, частично были размыты более ранние аллювио-делювиальные и озёрные осадки.
Река Утяганка является одной из малых рек степного Зауралья. Этапы развития долиннопойменного комплекса реки и её водосбора, скорее всего, имеют сходные черты с развитием рельефа долин других рек Южного Урала: такие процессы мезомасштабного и крупномасштабного характера, как усиление тектонической активности территории, глобальное изменение климата, оказали влияние на всю территорию региона. При палеоландшафтных исследованиях важно отделить общие процессы от локальных, характерных для той или иной местности. Для этого необходимы более развёрнутые работы, сопровождающиеся тщательным анализом рельефа территории и изучением покровных от-
ложений. В этом плане Амурский участок может быть модельной территорией, отправной точкой для дальнейших исследований.
Список литературы
1. Башенина, Н. В. Происхождение рельефа Южного Урала / Н. В. Башенина. М.: ОГИЗ, 1948. 232 с.
2. Гриффитс, Дж. Научные методы исследования осадочных пород: пер. с англ. / Дж. Гриффитс. М.: Мир, 1971. 424 с.
3. Лаврушин, Ю. А. Основные геолого-палео-экологические события конца позднего плейстоцена и голоцена на восточном склоне Южного Урала / Ю. А. Лаврушин, Е. А. Спиридонова // Природные системы Южного Урала: сб. науч. тр. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. С. 66−103.
4. Лидер, В. А. Четвертичные отложения Урала / В. А. Лидер. М.: Недра, 1976. 144 с.
5. Сигов, А. П. Комплексное геолого-геомор-фологическое картирование Урала с целью поисков гипергенных полезных ископаемых: метод. рук. / А. П. Сигов, В. С. Шуб, Л. А. Гузовский, В. А. Сигов, В. М. Якушев. Саратов: Изд-во Са-рат. ун-та, 1968. 252 с.
6. Стефановский, В. В. Плиоцен и квартер восточного склона Урала и Зауралья / В. В. Стефанов-ский. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2006. 223 с.
7. Юминов, А. М. Строение и минералогия рыхлых отложений музея-заповедника «Аркаим» / А. М. Юминов, С. П. Масленникова // Природные системы Южного Урала: сб. науч. тр. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. С. 37−58.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой