Речные террасы и методы их изучения (стр. 2 )

1) прерывистое распространение;

2) непостоянство относительных высот разных террасовых массивов;

3) малая мощность аллювия (меньше нормальной);

4) постепенный или не очень резкий переход к ниже - или вышележащим уровням;

5) сходство по морфологии и геологическому строению с ниже-и вышележащими уровнями;

6) малая ширина;

7) наклон по­верхности цоколя в сторону русла;

8) недоразвитость пойменной и старичной фаций аллювия.

Для того чтобы понять механизм образования террас врезывания, следует помнить, что в определенные, более позд­ние стадии эрозионного цикла река не только смещается в сто­роны, формируя излучины, но одновременно и углубляет еще свое русло. В то же время вся система излучин смещается вниз по течению. В результате верши­на какой-либо излучины, прибли­жаясь к определенному участку борта долины, срезывает его на уровне русла и продолжает смещаться далее вниз по долине, в данном же месте река отходит от склона к противоположному борту (рис

Рис. 5. Схема образования террас врезывания (Шульц, 1940)

Подходящая к тому же борту и в пределах того же поперечного профиля вершина сле­дующей выше по течению излучины касается этого борта уже на более низком уровне, за счет произошедшего за этот промежуток времени углубления русла: образуется вторая, более низкая «терраса врезывания». В результате на склонах долины образуется ряд террас на разных высотных уровнях, относящихся к одному эрозионному циклу.

Внутрицикловые террасы аккумуляции соответствуют проме­жуточным уровням при формировании аккумулятивных цикло­вых террас. Эти террасы не всегда выра­жены в рельефе, так как по мере образования новых уровней они подвергаются размыву. Поэтому их выделение оказы­вается затруднительным. Они отчетливо бывают выражены там, где реки в процессе бокового блуждания и аккумуляции подрезают коренные борта и вырабатывают в них террасовые ступени.

Внутрицикловые террасы (террасы аккумуля­ции) характеризуются признаками:

1) прерывистым рас­пространением,

2) непостоянством относительной высоты;

3) на­клонной поверхностью;

4) невыдержанностью в разрезе и раз­личной высотой горизонтов руслового, пойменного и линз старичного аллювия.

Локальные террасы возни­кают под воздействием (локальных) эндогенных или экзогенных факторов: тектонических нарушений продольного профиля реки, подпружинивания реки лавовыми потоками, выходами более прочных пород, крупными обвалами, конечными моренами, конусами выноса боковых при­токов.

Локальные террасы опознают по следующим признакам:

1) небольшой протяженности вдоль реки;

2) изменчивости морфометрических показателей (высоты, ширины);

3) изменчивости мощности и фациального состава аллювия;

4) принадлежности к разным динамическим категориям (эрозионным или аккумуля­тивным террасам) в зависимости от причины.

К локальным террасам следует отнести: 1) террасы подпруживания и 2) террасы, свя­занные с уступами продольного профиля реки.

Террасы подпруживания образуются в резуль­тате перегораживания долины оползнем, массой горного обвала, излившимся в долину лавовым потоком или конечноморенной грядой ледника. Выше плотины создается усиленное накопление аллювия, прослеживающееся на некоторое расстояние вверх по реке. Пропиливая плотину, река образует выше нее террасу, быстро выклинивающуюся вверх по течению.

Террасы, связанные с уступами или из­ломами продольного профиля реки, обус­ловлены геологическим строением ее бассейна, именно, выходом в русле реки полосы стойкой породы, образующей на протя­жении некоторого времени местный базис эрозии. Постепенно пропиливая твердый порог, река образует выше него ряд локаль­ных террас, быстро выклинивающихся вверх по реке. Частным случаем образования террас этого типа являются террасы, возни­кающие на перехваченной реке выше места недавнего перехвата в результате регрессивной передачи врезания от уступа перехвата.

Причины образования террас

Причин, ведущих к образованию террас, много.

1. Изменения водоносности потока:

а) река и ее притоки путем перехвата могут с одной стороны, увеличивать площадь водосборного бассейна и тем самым увеличивать водоносность; с другой стороны, перехваченная ре­ка становится менее водоносной;

б) изменениями климата в сторону большего увлажнения или в сторону большей сухости.

Увлажнение климата ведет к увеличению суммарных рас­ходов реки, возрастанию ее живой силы и усилению эрозионной способности. Река врезается в глубину, стремясь придать продольному профилю более пологий уклон, чем тот, который был выработан в более сухой предшествующий период. Наоборот, при иссушении климата и уменьшении водоносности реки, про­дольные уклоны оказываются слишком пологими, не соответствующими уменьшившейся живой силе реки. Река начинает уси­ленно аккумулировать, частично заполняя свою долину аллюви­ем вплоть до достижения нового, более крутого продольного профиля.

Аккумуляция протекает трансгрессивно, распростра­няясь постепенно от истоков к устью, причем точка максимальной глубины врезания смещается вниз по течению, дальше от истока (Маккавеев и др., 1955).

Помимо непосредственного влияния изменений климата на условия стока, эти изменения могли сказываться на деятельно­сти рек и косвенным путем, определяя интенсивность процес­сов выветривания и количество поступавшего в реки и транспор­тируемого ими обломочного материала.

Периоды оледе­нений были периодами усиленного поступления в реки продук­тов выветривания, и реки, не будучи в состоянии справиться с этой массой, отлагали ее в своих долинах. В периоды менее обильного приноса обломочного материала, в межледниковое и послеледниковое время, реки получали вновь способность эродировать и врезали в свои наносы новые долины. Климат в приледниковых областях должен был быть холодным и сухим. При низкой температуре растительный покров был скудным, химическое выветривание было слабее физического, активно протекало морозное выветривание. Результатом всех этих процессов являлось сильная перегрузка обломочным материалом. Таким образом, каждому периоду оледенения должна соответствовать климатически обусловленная аллювиальная терраса (Зёргель, 1921).

2. Изменение положения базиса эрозии.

При понижении уровня бассейна, в который впадала река и в низовьях отлагала материал, она начинает врезаться в собственные отложения и вырабатывать новый профиль равновесия, соответствующий новому положению базиса эрозии. Врез от устья будет распространяться вверх по течению реки до того места, где прежний уклон продольного профиля настолько значителен, что увеличение его вызванное регрессивной эрозией, практически не будет сказываться на эрозионной способности реки. В конечном счете, на месте прежней поймы образуется терраса, относительная высота которой убывает вверх по реке.

Река при понижении базиса эрозии будет врезаться лишь в том случае, если ее уклон в нижнем те­чении меньше уклона освобождающегося из-под воды дна прием­ного бассейна. В противном случае понижение базиса эрозии при­ведет к интенсивной аккумуляции несомого рекой материала вслед­ствие удлинения русла и уменьшения уклона продольного профиля.

3. Изменения характера тектонических движений.

Тектоническое поднятие в бассейне реки, приводит к увеличению уклонов, и, следовательно, к усилению эрозионной способности реки. Река начинает углублять свою долину, ее прежняя пойма постепенно превращается в над­пойменную террасу. Относительная высота ее имеет максимум в среднем тече­нии реки. Если низовье реки остается стабильным или опускается, а на остальной части бассейна, испытывающей подня­тие, река врезается, то образуются ножницы террас: террасы как бы ныряют под более молодые аккумулятивные толщи (рис.6).

Рис. 6. Ножницы террас в низовьях реки.

1, 2, 3 – соответствующие уровни погребенных и непогребенных террас

Описанные процессы могут повторяться или накладываться друг на друга, поэтому количество террас в долинах разных рек и в разных частях долины одной и той же реки может быть раз­личным. Изучение строения террас, их количества, изменения вы­соты одной и той же террасы вдоль долины реки позволяет выяснить причины их возникновения, и следовательно, восстановить историю развития территории по которой протекает река.

В горных странах наблюдаются деформации земной коры в виде складок – антиклинальных и синклинальных, пересекающих долины рек. В синклинальных прогибах будут накапливаться толщи аллювия, значительно превосходящие мощностью нормальную мощность пойменного аллювия. В то же самое время поднимающиеся антиклинали, если поднятие происходит не очень быстро, постепенно, по мере, их воздымания, пропиливаются рекой в виде сквозных узких ущелий, река при этом может сохранять свой продольный про­филь, определяемый положением нижнего базиса эрозии. Тер­расы, существовавшие в долине до начала образования этих складок, подвергаются при этом деформации: они образуют антиклинальные и синклинальные изгибы, причем в местах синклинальных прогибов они сильно снижаются и могут даже быть погребенными под толщами молодого аллювия. Относитель­ная высота этих древних террас над современным уровнем реки является наибольшей в местах, соответствующих сводам анти­клиналей и постепенно уменьшается отсюда вверх и вниз по реке. Иногда в то же время наиболее низкие и молодые террасы, сфор­мировавшиеся уже после образования складок, обнаруживают нормальное, приблизительно параллельное реке простирание.

Иногда речные террасы оказываются деформированными на­рушениями и дизъюнктивного характера. Дифференциальные тектонические движения мо­гут отражаться в строении террас речной долины не только в участке своего проявления, ной выше по течению, являясь мест­ными базисами эрозии. Преодолевая их, река может приобрести различное количество террас в отдельных участках долины.

Поверхность террасы представляет остаток широкого аллювиального днища долины, большая часть которого была уничтожена рекой при врезании в него новой молодой до­лины. При наличии серии террас, может возникнуть вопрос, по­чему каждая новая долина оказывается более узкой, чем ее предшественница, так как она не захватывает всей ширины ее пойменного днища.

Ряд авторов полага­ют, что река, по мере углубления ее долины, должна затрачи­вать значительную часть своей энергии на перенос все время воз­растающего количества рыхлого материала, поступающего со становящихся выше и длиннее склонов; благодаря этому замед­ляется ее боковая эрозия. Следует, однако, отметить, что суже­ние вновь возникающей в каждый последующий эрозионный цикл долины отнюдь не является, по-видимому, правилом. В тех случаях, когда новая долина оказывалась одинаковой ши­рины или шире предшествующей, дно последней уничтожалось без всякого остатка и никакой новой террасы не возникало. На­против, последняя оформлялась в том случае, когда молодая долина была уже аллювиального днища старой. Возможен, наконец, и такой случай, когда новая долина, отнюдь не более узкая, чем предыдущая, закладывается не по осевой линии дна прежней долины, а ближе к одному из ее краев; тогда остатки противоположного края аллювиальной равнины могут сохра­ниться в виде поверхности террасы," развитой лишь по одну сто­рону реки, долина же оказывается расширенной до нормаль­ных размеров за счет размыва противолежащего террасе корен­ного склона. Такие случаи являются весьма обычными в связи со свойственной многим рекам тенденцией сме­щаться все время в сторону одного из склонов по закону Бэра – Бабинэ.

Модуль 3. ИЗУЧЕНИЕ НАДПОЙМЕННЫХ ТЕРРАС

Комплексная цель модуля – познакомить с основными методами изучения речных террас.

3.1. Поперечное профилирование террас

При поперечном профилировании характеризуют морфоло­гию каждого элемента. Определяют ширину, относительную и абсолютную высоту террасы. Следует различать общую ширину террасы и ширину террасовой ступени. Общую ширину надпой­менной террасы, как и поймы, измеряют между тыловыми шва­ми террасовой площадки с вышерасположенными уступами или коренными склонами. Эту величину можно найти в тех местах, где террасовые ступени наблюдаются по обе стороны реки. Если же террасовые ступени сохранились только с одной стороны, то измеряют лишь ширину террасовой ступени, т. е. расстояние от тылового шва до подножия уступа к нижерасположенной тер­расе или пойме. Ширина террасовой ступени равна или чаще всего меньше ее общей (первоначальной) ширины.

При изучении геологического строения надпойменных террас давлении их разреза выделяют русловую, пойменную, ста­тичную фации древнего аллювия, имея при этом в виду, что по механическому составу, текстурным особенностям они могут существен­но отличаться от аналогичных фаций современного аллювия. Причиной этих отличий являются специфические условия (гео­морфологические, геотектонические, климатические), в которых протекала деятельность древних рек. Чем отчетливее террасы выражены морфологически, тем полнее представлен их геоло­гический разрез. У размытых террас полный разрез древнего аллювия вероятнее всего можно встретить на сохранившихся участках первичной террасовой поверхности, близ тылового шва, обычно прикрытого склоновыми отложениями.

В отличие от современного аллювия нормальную мощность древнего аллювия непосредственно определить нельзя. Поэтому генетическую категорию террас – эрозионно-аккумулятивную, эрозионную или аккумулятивную с аллювием соответственно нормальной мощности, ниже или выше нормы – устанавливают по косвенным признакам. К ним относятся: соотношение фаций древнего аллювия, его состав (особенно гранулометрический), рельеф коренного ложа.

У эрозионных террас аллювий незначительной мощности, представлен преимущественно русловой фацией крупнозерни­стого состава, старичные отложения отсутствуют, пойменные – недоразвиты, коренное ложе наклонено в сторону бровки.

У ак­кумулятивных террас аллювий большой мощности, представлен преимущественно русловой фацией из не очень крупного обло­мочного материала при значительном участии осадков поймен­ной фации и старичных отложений, причем последние просле­живаются в разрезах линзами на разных уровнях, явно свиде­тельствуя о перемещении русла реки вверх по мере накопления осадков.

У эрозионно-аккумулятивных террас одинаково хорошо развиты пойменная и русловая фации аллювия, линзы старич­ных отложении прослеживаются в поперечном разрезе пример­но на одном уровне, ложе аллювия горизонтально (Ламакин, 1948; Шанцер, 1951, 1966; Карташов, 1961; Лютцау, 1964).

Все эти признаки действительны только в комплексе друг с другом, так как каждый из них в отдельности не всегда связан динамической фазой флювиального процесса. Например, если и реки с бассейна сносился в большом количестве крупнообло­мочный материал, то аккумулятивные террасы могут быть сло­жены грубозернистым аллювием. У ветвящихся на рукава (фуркирующих) и меандрирующих рек даже в эрозионно-аккумулятивной (равновесной) фазе линзы старичного аллювия несколь­ко смещаются по высоте за счет различий глубины реки в разных частях извилин (стариц), а также в результате периодиче­ского то спрямления, то меандрирования русла. Аккумулятив­ный генезис террас обычно хорошо опознается по очень большой мощности аллювия, достигающей нескольких десятков и да­же сотен метров. Эти цифры заведомо больше нормальной мощ­ности, которая даже у крупных современных рек редко превы­шает 20–30 м.

Изучая разнородные по фациальному составу горизонты ал­лювия, устанавливают закономерности их распределения в раз­резе, прослеживают контакты между ними (размыва, прислонения, спокойного налегания), подчеркнутые резкой сменой соста­ва отложений, грубозернистыми базальными горизонтами, по­гребенными почвами, торфяниками. Эти сведения, дополненные результатами палеонтологического анализа, изучения грануло­метрического и вещественного состава пород, позволяют расчле­нить речные отложения на разновозрастные свиты, выделить соответствующие им погребенные террасы, установить время и условия накопления аллювия. Как и в современных отложениях, линзы старичного аллювия наиболее перспективны для комплек­сного фациального анализа. Они очень богаты остатками живот­ных и растительных организмов, что позволяет использовать их в качестве опорных горизонтов для биостратиграфического рас­членения древнеаллювиальных толщ и построения широких палеогеоморфологических выводов.

К существенным признакам ложа древнего аллювия, кроме отмеченных выше его очертаний в поперечном профиле, относят также положение по отношению к ложу современного аллювия. Здесь могут быть два случая:

1) ложе древнего аллювия рас­положено ниже ложа современного аллювия, т. е. современный аллювий залегает на размытой поверхности древнего аллювия;

2) ложе древнего аллювия расположено выше ложа современ­ного аллювия, т. е. падает к нему уступом.

Цоколь террасы, или уступ ложа, может быть скрытым, ког­да он находится ниже меженного уровня воды в реке, и откры­тым, когда он возвышается над рекой и в подмываемых бере­гах выходит даже на дневную поверхность. Таким образом, цо­кольные террасы следует подразделять на террасы с открытым цоколем (т. е. собственно цокольные в обычном понимании это­го термина) и террасы со скрытым цоколем. Для каждого цо­коля определяют его абсолютную и относительную высоту (пре­вышение над ложем современного аллювия и высоту над ме­женным уровнем реки).

Цоколь террас может быть сложен коренными породами (ко­ренной цоколь), четвертичными не аллювиальными отложения­ми и, наконец, аллювием погребенных или размытых более древ­них террас. В последнем случае выделение цоколя нередко свя­зано с трудностями и требует применения указанной выше ком­плексной методики.

При морфологическом изучении террас обращают внимание на их выраженность в рельефе, что позволяет судить о степени их последующего разрушения под воздействием различных фак­торов. Морфологические признаки хорошо сохранившейся тер­расы следующие: общая горизонтальность ее площадки, слабое эрозионное расчленение, четкость бровки и тылового шва, фор­мы и элементы флювиального микрорельефа, сохранившиеся от пойменной стадии развития террасы.

Наклон террасовых площадок к руслу обычно бывает вто­ричным, но он может быть также и первичным, возникшим одно­временно с образованием данной террасы. Так, небольшим пер­вичным уклоном обладают площадки эрозионных террас. Это доказывается тем, что их ложе также наклонено к руслу и при­крыто маломощным слоем выстилающего аллювия. Вторичный поперечный уклон террасы приобретает под воздействием глав­ным образом склоновой денудации в прибровочной части и склоновой аккумуляции близ тылового шва. В этом случае пло­щадки срезают древний аллювий под углом к поверхности ложа и незаметно переходят в нижний и верхний уступы; бровка и тыловой шов очень нечетки, отличаясь сглаженными округлыми очертаниями в поперечном профиле. Морфологически такие тер­расы или ряды террас выражены плохо, образуя как бы выположенное основание (продолжение) коренного склона долины.

Для каждой первично или вторично наклонной террасы оп­ределяют экстремальное и среднее значения относительной вы­соты на изучаемом поперечном профиле. Кроме того, стараются установить истинную высоту террасовых площадок и ложа (пло­тика), имея в виду, что первичная поверхность сглаженных тер­рас лучше всего сохраняется близ тылового шип под склоновы­ми отложениями. В тех местах, где террасы полностью погребе­ны под неаллювиальными отложениями, например эоловыми, делювиальными, проблематичными, различают истинную и на­ложенную (видимую) поверхности террасы.

При наличии в долине нескольких террас устанавливают их соотношение между собой в поперечном профиле. По этому при­знаку различают террасы наложенные, вложенные, прислонен­ные и врезанные. Различные соотношения между террасами вме­сте с динамическими типами террас характеризуют развитие эрозионно-аккумулятивной деятельности водных потоков при формировании долин.

Наложенные террасы состоят из залегающего друг на друге аллювия, так что самая верхняя терраса – дневная, а более низкие – погребенными соответственно более древние (рис. 7, а).

Наложенные террасы образуются в результате преобладания аккумулятивной деятельности русловых потоков, возможно чере­довавшейся с периодами эрозии или равновесного развития, зафиксироваными в контактных поверхностях размыва или нало­жения разновозрастных аллювиальных свит.

Вложенные террасы – все дневные, состоят из аллювия, за­легающего друг на друге, но с признаками размыва контактных поверхностей. Ложе более высокой

Рис. 7. Типы соотношений речных террас и отвечающие им фазы развития долины

М – нормальная мощность аллювия.

древней террасы располо­жено глубже ложа более низкой молодой террасы (рис. 7,6). Вложенные террасы образуются в результате: 1) ритмического чередования эрозионной аккумулятивной деятельности русло­вых потоков, когда глубина эрозии и мощность последующей аккумуляции становятся все меньше от одной террасы к другой, или 2) сокращения нормальной мощности аллювия одновремен­но за счет уменьшения высоты разливов и повышения дна рус­ловых потоков.

Прислоненные террасы – дневные, состоят из прислоненного друг к другу аллювия при единой горизонтальной или наклон­ной поверхности ложа (рис. 7, в). Образуются вследст­вие сокращения нормальной мощности или же благодаря врезанию реки до ложа ра­нее возникшей аккумулятив­ной террасы.

Врезанные террасы – дневные, состоят из аллю­вия, полностью или частич­но прислоненного к породам ложа (цоколя) более высо­ких древних террас (рис.7, г).Образуются вслед­ствие преобладания эрози­онной деятельности русло­вых потоков, пре­рывавшейся периодами ак­кумуляции или равновесного развития.

Соотношения между тер­расами и динамические типы террас наглядно отобра­жают с помощью попереч­ных профилей (разрезов), на которых показывают: поро­ды ложа, аллювий различных фаций. Подобные разрезы позволяют судить об истории формирования террас и долины в целом, о последо­вательных этапах и величине эрозионной и аккумулятивной деятельности русловых потоков, о том, какие террасы возник­ли вследствие прерывности эрозионного процесса, чередования эрозионной и аккумулятивной деятельности и какие образова­лись в ходе единого этапа врезания долины, сопровождавшегося блужданием меандр.

3.2. Продольное профилирование террас

Чтобы полнее обосновать указанные выше выводы и отнести их к изученным долинам и долинным системам в целом произ­водят сравнительный анализ поперечных профилей, изучают тер­расы между профилями путем проложения продольных долин­ных маршрутов. Террасы, развитые в разных частях долины, сопоставляют между собой и увязывают в определенные уров­ни, закономерно прослеживающиеся вдоль рек. При этом необ­ходимо сначала выделить цикловые террасы.

Цикловые, внутрицикловые и локальные террасы устанав­ливают не по одному, а по возможно более полному комплексу указанных признаков. Особенно важно выделить и проследить цикловые террасы, используя при этом следующие способы.

1. Непосредственное прослеживание и картографирование террас вдоль долин, наблюдение сочленений (слияний) террас притоков с террасами главных рек, с озерными и морскими тер­расами, с водораздельными и долинными зандрами. Этот способ применим при детальных исследованиях и если террасы хорошо сохранились от размыва.

2. Сопоставление морфометрических показателей обрывков террас, в первую очередь относительной высоты и затем ширины. В орогенических зонах, где геоморфологические уровни часто бывают сильно деформированы, этот способ применяют для со­поставления лишь близко расположенных обрывков террас.

Для сопоставлений используют высоты первичных террасо­вых поверхностей, а если последние не сохранились или не установлены, то средние относительные высоты и интервалы вы­сот (бровки и тылового шва). Результаты получаются тем на­дежнее, чем больше разрывы между интервалами высот выше и нижерасположенных террас. Если аллювий сильно размыт (ино­гда почти без остатка), то сопоставляют относительные высоты цоколей террас или так называемых коренных террас.

3. Сопоставление геологического строения террас: возраста, состава и мощности древнего аллювия, а также неаллювиальных горизонтов. Наиболее надежные результаты получаются, когда в разных местах долины удается определить возраст древнего аллювия и по этим данным соединить разрозненные обрывки тер­рас в единые террасовые поверхности.

О принадлежности террас к единому уровню могут свидетель­ствовать и такие факты, как однотипность фациального состава аллювия, черты сходства его гранулометрического и веществен­ного состава, окатанности материала, наличие горизонтов, свой­ственных только данному террасовому уровню.

Однородность аллювия определяется главным образом однородностью климатических, гидродинамических условий, тогда как различия воз­никают преимущественно вследствие пестроты геологического строения коренного ложа долин и структурно-тектонической об­становки.

4. Сопоставление террасовых рядов и террасовых комплексов. Этот способ основан на том, что речные террасы в долинах располагаются в определенной последовательности сверху вниз, образуя вертикальные террасовые ряды. В каждом таком ряду наблюдается определенное количество террас, отличающихся своими морфологическими и геологическими признаками. К числу существенных признаков, по которым удобно строить и срав­нивать между собой вертикальные террасовые ряды, принадле­жат относительная высота и ширина террас, высотацоколя, мощность аллювия, а при детальных исследованиях также дан­ные о его фациальном, гранулометрическом и вещественном составе.

Сравнение вертикальных террасовых рядов легко осущест­вить путем наложения (совмещения) серии поперечных профи­лей или других графиков, характеризующих вертикальный тер­расовый ряд. (1964) предложил составлять графики средних превышений террас одной над другой, колебаний высот поверхности террас, относительных высот цоколей, мощ­ности аллювия, вещественного состава аллювия, например процентного содержания галек из устойчивых к выветриванию пород. Можно также составлять ком­плексные или полные графики с характеристикой террасовых рядов сразу по нескольким показателям, например превышениям и колебаниям высот поверхности террас или по превышениям террас и мощности их аллювия (рис. 8).