Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

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).

Рис. 6.6. Различные  стадии формирования прирусловых отмелей 
 

В накоплении аллювия  и в формировании речных долин  большую роль играют указанные выше изгибы рек, возникающие главным  образом в результате турбулентного  характера течения потока, когда  поступательные движения воды сочетаются с поперечной циркуляцией. Но изгибы могут возникать и при наличии  различных неровностей рельефа. Двигаясь по дуге изгиба, вода испытывает воздействие центробежной силы, и  стрежень потока прижимается к вогнутому  берегу, где вода опускается вниз, вызывая  усиленный размыв дна, борта русла  и захват обломочного материала. От подмываемого крутого берега придонные  токи воды направляются к противоположному выпуклому берегу, где начинается интенсивная аккумуляция и образуется так называемая прирусловая отмель, частично обнажающаяся при спаде  воды во время межени. Это начальный  этап формирования аллювия (рис. 6.6, А).

Рис. 6.8. Участок поймы  р. Индр г. Саккар (по А. А. Чистякову) 

Рис. 6.7. Схема последовательного  смещения речных меандр по мере их развития 
 

Так шаг за шагом  подмываемый берег становится обрывистым и постоянно отступает, увеличивая крутизну изгиба, а на другом берегу происходит постепенное наращивание  прирусловой отмели (рис. 6.6, 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. 6.7). Местами происходит прорыв такого перешейка, и река на таких участках спрямляет свое русло. 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 (рис. 6.8). 

6.4. СТРОЕНИЕ ПОЙМ  И ФАЦИАЛЬНЫЙ СОСТАВ АЛЛЮВИЯ 

Рис. 6.9. Схема строения поймы (по Е. В. Шанцеру) 
 

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 (рис. 6.9). 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 полыми водами, и высокая, заливаемая в самые обильные паводки (см. рис. 6.8); 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. 

6.5. ЦИКЛОВЫЕ ЭРОЗИОННЫЕ  ВРЕЗЫ И НАДПОЙМЕННЫЕ РЕЧНЫЕ  ТЕРРАСЫ

Рис. 6.10. Террасы р.Мурен в Северном Хангаре (фото В.А.Апродова) 

Рис. 6.11. Типы речных террас 
 

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 (рис. 6.10).   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. 6.11): 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. 6.11, 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. 6.11, 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. 6.11, 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 н. т. (самая молодая), следующая выше расположенная II н. т. 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. 

6.6. 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.