Отложения временных потоков (пролювий)

Понятие о пролювии (лат. proluo — промывать) было I введено в науку А. П. Павловым (1903). Так он называл отложения, выносимые на равнину временно изливающимися из горных долин потоками. Впервые он их выделил, занимаясь изучением лёсса в Закаспийском крае, в предгорьях Копет-Дага. То обстоятельство, что Павлов уделял в своих исследованиях особенно большое внимание именно вопросу о лёссе, привело некоторых исследователей к мнению, что Павлов понимал под пролювием только тонкозернистые продукты выноса из гор временными потоками. Это не верно. Внимательное изучение работ Павлова показывает, что он относил к пролювию весь комплекс предгорных выносов временными потоками — от самых грубых до самых тонких.
После Павлова многие исследователи занимались изучением пролювиальных отложений и в настоящее время им посвящена обширная литература. Для геолога они важны тем, что широко распространены не только на современной поверхности земли, но занимают видное место и в древних континентальных толщах.

Селевые потоки. Особенно интенсивно пролювий накапливается при катастрофических, так называемых селевых, потоках в горных странах.
В селевых потоках твердого материала содержится в 2—5 раз больше, чем воды; в некоторых потоках количество камней составляло 57—67% (по весу), мелкозернистых фракций 23—27%, а воды только 10—16%. Селевые потоки обладают большой вяз-костью и не растекаются даже на широких участках долины: они движутся прямолинейно, с большой скоростью и сравнительно узкой полосой.

Селевые потоки выбрасывают на равнину в сотни раз больше продуктов разрушения горных пород, чем обычные ливневые или весенние паводки, которые постепенно теряют в своем русле еще в пределах горной долины влекомые ими камни.
Согласно классификации, предложенной М. С. Гагошидзе (1959), следует различать собственно «селевые потоки» с содержанием твердого материала в них порядка 60—90%, «селевые паводки», содержащие 20—30% твердого материала, и обычные «горные паводки», содержащие 3—10% твердого материала в воде.
Большей частью на равнину выходят селевые паводки с содержанием твердого материала в воде до 20—30% (по весу). Такие паводки обладают свойствами турбулентного потока, стремятся обойти встречные препятствия и отлагают более или менее сортированный по крупности материал. В отложениях этих потоков, следовательно, могут встречаться как несортированные продукты собственно селевых потоков, так и относительно сортированные осадки селевых паводков.
Пролювиальные отложения. Современные пролювиальные отложения часто имеют характерное геоморфологическое выражение. Они образуют конус выноса. Временные потоки, выходя из гор на равнину или встречая на своем пути в горах значительное расширение долины, быстро теряют живую силу и сгружают весь переносимый ими материал; формируется конус выноса.

Отложения конуса выноса обладают рядом характерных особенностей. Так как временные потоки несут громадное количество взвешенного в воде ила и песка, плотность селевой массы весьма значительная. Это обусловливает большую потерю в весе переносимых крупных обломков. Этим и объясняется возможность быстрого переноса временными потоками таких обломков, какие не в состоянии быстро переносить даже мощная горная река. Обломки величиной до 1 м3 и больше выносятся временными потоками на равнину иногда на расстояние нескольких километров от начала конуса выноса. Вследствие быстрого переноса сохраняется первоначальная форма обломков и сортировка по крупности наблюдается лишь самая грубая. Поэтому отделение песчаных фракций от глинистых происходит очень редко и пролювиальные чистые пески почти не встречаются. Наоборот, весьма обычно смешение всех фракций. Однако некоторая сортировка в пределах конуса выноса все же происходит и поэтому самый крупнообломочный материал преимущественно отлагается в горной долине около выхода на равнину, а дальше, к периферии конуса, накапливаются все более тонкие осадки. Это приводит к определенной зональности в строении конусов выноса.
Слоистость в пролювиальных отложениях обычно отсутствует, иногда встречается грубая линзовидная слоистость — неправильные линзы более грубого или, наоборот, более тонкого материала. И только в тонкозернистых (например, в лёссе) разностях пролювия наблюдается иногда   слоистость, а также   горизонты погребенных почв.
Петрографический  состав пролювия  большей  частью  полимиктовый. Это связано с короткими путями переноса.
Для его отложений характерен своеобразный гидрогеологический режим. Заключается он в том, что речка или ручей, постоянно текущий в пределах горной части долины, при выходе на поверхность конуса выноса быстро просачивается в водопроницаемые грубообломочные накопления. Вода спускается до первых водоупорных слоев и дальше движется в виде потока грунтовых вод к внешнему краю конуса выноса. У края конуса выноса грунтовый поток встречает более тонкозернистые, менее водопроницаемые отложения. Мощность отложений к периферий конуса становится все меньше. Это затрудняет движение подземного потока и приводит к тому, что грунтовые воды конуса выноса выклиниваются, т. е. выходят на поверхность и дают многочисленные родники. Так как рельеф по окраинам конусов выноса обычно равнинный, родники вызывают заболачивание, а при плохом поверхностном стоке могут вызвать и засоление почвы и даже развитие солончаков. В последнем случае образуется так называемая такырно-солонцовая зона.
Мощность пролювиальных отложений составляет часто большую величину (сотни и тысячи метров). Объясняется это тем, что накопление пролювия происходит обычно в условиях благоприятных, с одной стороны, для выноса большого количества об-ломочных продуктов (размыв поднимающихся гор), а с другой стороны, для устойчивого накопления этих продуктов (опускание предгорной равнины).
Таким образом, пролювий представляет весьма сложный комплекс отложений. В нем наряду с несортированными грубо-обломочными накоплениями в местах выхода потоков из гор встречаются тонкозернистые лёссовые образования, торфяные залежи и прослои солончаков. Так, несортированные грубые накопления могут напоминать отложения морены, с которыми их иногда и смешивают.

Для правильного распознавания пролювия в ископаемом состоянии необходимо выявление и исследование всего парагенеза слагающих его накоплений.
Геологическое распространение пролювия. Пролювиальные отложения широко распространены среди древних континентальных толщ.
Каждый раз, когда поднимались горные цепи, на предгорных равнинах накапливались мощные толщи продуктов размыва этих гор. Такие накопления известны под общим названием «моласс». В них принимают участие и отложения пролювиального-генезиса.
Известен пролювий с докембрийских времен.
С несомненными пролювиальными толщами мы встречаемся там, где отложены продукты размыва каледонских горных цепей..
После поднятия герцинских горных цепей мощные пролювиальные толщи накопились у подножия этих гор (на Урале, в Тянь-Шане и т. д.). Так, в межгорных впадинах триасового возраста на восточном склоне Урала и в Аппалачской складчатой системе Северной Америки накопились тысячеметровые толщи, в которых участвуют и пролювиальные отложения, а также парагенетически связанные с ними угольные пласты, имеющие иногда, как на Урале, очень большую мощность.
С горными цепями альпийского возраста связаны мощные собственно молассовые обломочные накопления, очень разнообразные по генезису; среди них есть и пролювиальные.
Полезные ископаемые в пролювиальных отложениях. Пролювиальные отложения, несмотря на их широкое распространение как на современной поверхности Земли, так и в ископаемом состоянии, относительно бедны полезными ископаемыми. Объясняется это тем, что в пролювии мы имеем дело по существу с начальными членами ряда осадочной дифференциации, когда основная масса полезных компонентов еще не отделилась (не дифференцировалась) от заключающих их материнских пород. К тому же и механизм накопления пролювия таков, что не способствует дифференциации. Тем не менее в пролювии иногда присутствуют полезные залежи. Это в первую очередь разнообразные строительные камни, бутовое и балластное сырье, некоторые месторождения углей. Иногда в пролювии локализуются россыпные   месторождения   (Treskinsky,   1933). 
(АЛЛЮВИЙ) Речные, или аллювиальные, отложения (лат. alluvio — намыв) широко распространены как на современной поверхности суши, так и в континентальных толщах геологического прошлого. С ними связаны многие полезные ископаемые.
Продукты выветривания и размыва материнских пород реки переносят в трех формах: относительно крупный материал — волочением по дну, более мелкие частицы — в виде взвеси (мути) и, наконец, самые тонкие — в виде коллоидных и истинных растворов. Количественное соотношение между этими тремя формами называется «формулой стока». В ней на первом месте стоит влекомый по дну материал, на втором — взвеси и на третьем — растворенные продукты. Для современных рек мира эта формула имеет вид: 0,35:3,5: 1. Это означает, что если принять количество растворенных веществ за единицу, то взвешенных частиц переносится в 3,5 раза больше, чем растворенных, а влекомого по дну материала в 10 раз меньше, чем взвешенных веществ.

Конкретный вид формулы стока для отдельных рек может сильно отклоняться от ее среднего выражения. Зависит это от климата и гидродинамического режима реки.
Аллювиальные отложения обычно приурочены к долинам. Только в областях тектонических опусканий, как, например, в северной части Западно-Сибирской низменности, аллювиальные отложения занимают огромные почти плоские пространства, образуя так называемые аллювиальные равнины. По их поверхности блуждают многочисленные реки, не имея ясно выраженных долин.
Отложения аллювиального комплекса и механизм их образования. В речном генетическом типе различают три главных вида отложений: русловые, пойменные и старичные. Иногда получают большое значение торфяники.   Последние   генетически   отличны от собственно аллювиальных отложений, но так тесно связаны со всем аллювиальным комплексом, что их целесообразно рассмотреть совместно.

Русловые осадки даже в пределах одного русла и на небольшом расстоянии могут значительно изменяться. Е. В. Шанцер выделяет в русловых отложениях несколько видов: перлювий, пристрежневую часть, прирусловую отмель и осадки пере-катов. Остановимся на них более подробно.
Перлювий— это скопление относительно крупного материала у вогнутого подмываемого берега. Термин перлювий предложен В. В. Ламакиным. Если река протекает в области развития морен, то ее отложения оказываются состоящими из скопления валунов, хотя река и может быть равнинной и обладать спокойным течением. Вообще к отложениям описанного типа принадлежат скопления переотложенных продуктов размыва ложа и бортов русла.
Пристрежневые осадки тяготеют еще к вогнутой части излучины и состоят из относительно грубозернистого материала. Это песок с гравием и гальками, залегающий в разрезе быстро выклинивающимися линзами и сменяющийся более мелким и равнозернистым песком. В реках, не размывающих грубого материала, эти осадки могут быть довольно мелкозернистыми и однородными, но во всяком случае они наравне с перлювием оказываются наиболее крупным осадком из всего аллювиального комплекса.
Осадки прирусловой отмели характеризуются значительно большей мелкозернистостью и однородностью строения. Для них особенно типична косая слоистость речного типа, описанная ниже.
Осадки на перекатах в зависимости от уровня воды в реке и скорости течения могут быть то более крупными, близкими по составу к пристрежневым, то более тонкими, приближающимися к осадкам прирусловой отмели.
Мощность русловых осадков определяется глубинами данной реки и может достигать у больших рек 20—25 м (без участия тектонического опускания).
Пойменные отложения еще более разнообразны, чем русловые. Здесь выделяются осадки прирусловых валов, которые образуются при паводке. Вода, выступая из русла, затопляет пойму, теряя при этом часть силы и сгружая несомый материал тут же рядом с руслом. Естественно, что в первую очередь осаждаются наиболее крупные частицы, поэтому береговые валы часто сложены более крупнозернистым материалом, чем тот, который выносится на пойму.
В вертикальном разрезе пойменные осадки обладают значительной пестротой при общем преобладании тонкозернистых (алевритовых и алеврито-глинистых) осадков. Чистые глины на основной части поймы обычно не отлагаются. Слоистость пойменного комплекса тонкая, косая, горизонтальная, волнистая.
Мощность пойменных отложений определяется в каждом данном случае высотой подъема воды в половодье; эта величина может достигать у больших рек 10—15 м.
Старичные отложения занимают обычно небольшие площади, но сильно отличаются от собственно пойменного комплекса. Старицы получают пополнение минеральным материалом в половодье. После спада воды в старицах идет медленное оседание внесенного в них материала, в том числе и самого тонкого.
Общее строение аллювиальных отложений в вертикальном разрезе очень характерно. Оно впервые было разъяснено Н. И. Николаевым (1947). Прежде всего для русловых осадков свойственно залегание на подстилающих породах с размывом и постепенный переход (снизу вверх) во все более мелкозернистые отложения ): сначала идет русловой комплекс, выше располагается пойменный комплекс, который может включать слои сапропеля или торфяники (в древних толщах — угольные пласты). Еще выше на размытой поверхности лежит новая русловая пачка. Получается то, что принято называть циклическим строением.

Как известно, речное русло не остается все время на одном месте, а перемещается в сторону размываемого берега. Этот процесс называется «боковой планацией русла». При этом наибольшие глубины располагаются около подмываемого берега, а в противоположную сторону глубина постепенно уменьшается вплоть до уреза воды, где располагается намываемая коса ). Соответственно такому профилю расположатся и осадки на дне: самые грубые — у подмываемого берега, а самые мелкие — на намываемой косе. При постоянно идущей боковой планации русла происходит перекрывание грубозернистого материала все более мелким, так как живая сила  потока  в  данной точке будет постепенно ослабевать вследствие смещения стре-жени к коренному берегу и связанного с этим уменьшения глубин. В результате в вертикальном разрезе русловых отложений будет наблюдаться закономерная смена более грубых отложений внизу более тонкозернистыми вверху.
Наиболее характерным осадком речных русел являются различные пески. Они очень разнообразны и вообще не обладают высокой степенью сортировки. В тех случаях, когда река размывает древние песчаные породы, зерна которых уже испытали дифференциацию по крупности, в речном осадке зерна будут хорошо сортированными. Вообще состав материнских пород имеет большое значение для формы и размера зерен песков, образующихся в речных условиях.
В горных реках уменьшение крупности аллювия вниз по течению происходит гораздо отчетливее, чем у равнинных рек.
Слоистость аллювия. Аллювиальные отложения обладают разнообразной слоистостью, но наиболее характерна для них однонаправленная косая слоистость. Происхождение ее связано с образованием в русле песчаных гряд («песчаных волн»). В миниатюре сходные формы известны под названием «знаков ряби». Они возникают на песчаном дне. Песчаные волны образуются при течении воды в одном направлении, поэтому они асимметричны (в отличие от симметричных знаков ряби, возникающих при волнении). На мелком месте нередко можно видеть, как они формируются и перемещаются вниз по течению.
Кроме косой слоистости, в речном комплексе осадков наблюдается и горизонтальная слоистость. Она особенно характерна для отложений стариц и для тех участков поймы, где осадки накапливаются в относительно спокойных условиях. Однако и в пределах русла иногда создаются условия для образования горизонтально-слоистых отложений.
Нередко в руслах и на пойме образуется волнистая и линзовидная слоистость. Поэтому использование слоистости для генетического истолкования древних отложений должно производиться осторожно и с обязательным использованием других ге-нетических признаков. Только такой анализ может решить вопрос об их принадлежности к аллювиальному комплексу.
Влияние рельефа и климата на аллювий. Рельеф оказывает большое влияние на характер аллювиальных отложений. Различают три основных вида аллювия: 1) равнинный, 2) горный и 3) балочный. Из них наибольшее распространение на современной поверхности Земли, а также и самое большое геологическое значение имеет аллювий равнинных рек, который характеризуется наиболее полным развитием всех входящих в него отложений — русловых, пойменных, старичных. В нем при благоприятных климатических и тектонических условиях широко представлены торфяники.

Аллювий горных рек характеризуется неполным развитием. В нем господствуют русловые фации, иногда замещаемые селевыми накоплениями. Естественно, что механический состав горного аллювия преимущественно грубообломочный. Но этот материал в пределах горной страны устойчиво накопиться не может: каждый новый паводок будет передвигать его вниз по долине, пока, наконец, эти осадки не достигнут предгорной (или межгорной) равнины, где и образуют мощную толщу предгорных отложений. Между горным и равнинным аллювием существуют постепенные переходы.
Третий тип аллювиальных осадков — балочный аллювий образуется в обстановке, ближе всего напоминающей, по мнению Е. В. Шанцера, условия формирования пойменного аллювия. Это преимущественно тонкозернистые осадки алеврито-глинистого состава, то более глинистые, то более алевритовые, с тонкой косой или горизонтальной слоистостью, формирующиеся главным образом весной, когда плоское дно балок заливается слоем талых вод или покрывается сетью прихотливо дробящихся и вновь сливающихся мелких струй.
Климат оказывает существенное влияние на характер аллювиальных отложений. Он определяет полноводность рек и сезонные изменения их режима. Климат воздействует на характер аллювия и косвенно, через органический мир, в особенности через растительность, влияющую на процессы денудации и на поступление осадочного материала в реки. Осадки рек засушливого климата отличаются повышенной карбонатностью.
Геологическое распространение аллювия. Аллювиальные отложения широко распространены в разрезах древних континентальных толщ. Особенно подробно они изучены в некоторых угольных бассейнах и месторождениях.
В нижнекаменноугольных отложениях Подмосковного бассейна Р. М. Пистрак, В. С Яблоков и др. давно уже выявили линзы песков, имеющих характерную рукавообразную форму и местами замещающих угольные пласты. В этих песках обнаружена косая слоистость аллювиального типа, обрывки обугленных растительных тканей.
В угленосной толще среднекаменноугольного возраста Донецкого бассейна также выяснена большая роль аллювиальных отложений. Выявлены они во всех продуктивных свитах, подвергавшихся достаточно детальному генетическому изучению, причем обычно аллювиальные отложения приурочены к основаниям циклов.

В ряде районов СССР и за рубежом, особенно в штатах Оклахома и Канзас в США, известны рукавообразные залежи нефти. В ряде случаев они представляют песчаные осадки речных русел, пропитанные нефтью. В СССР такие отложения впервые были обнаружены И. М. Губкиным в майкопской свите на Северном Кавказе. Один из рукавов прослежен на расстоянии 8 км при ширине от 200 м до 1 км и мощности выполняющих его песков до 50 м.
Полезные ископаемые в аллювиальных отложениях. С аллювиальным комплексом связаны разнообразные и ценные полезные ископаемые. Во-первых, это россыпные месторождения.

С аллювиальными отложениями связаны месторождения горючих ископаемых. Угольные залежи и горючие сланцы находятся в них в первичном залегании. Нефть и горючие газы большей частью располагаются в аллювиальных осадках во вторичном залегании.
Некоторые рудные месторождения также связаны с аллювиальными отложениями: месторождения бокситов, железных, марганцевых и медных руд.
С аллювием связаны месторождения огнеупорных глин, стекольных песков и разнообразные строительные материалы. В частности, галечники современных и древних горных рек часто являются ценным полезным ископаемым.