Аллювий

Аллювиальные отложения были впервые выделены в отдельный тип английским геологом Вильямом Баклендом в 1823 году^[3]. В Российской империи термин «аллювий» впервые употребил известный геолог-почвовед Василий Докучаев в 1878 году^[4]. С тех пор сохранилась традиция называть все новые континентальные отложения, образованные в голоценовую эпоху, аллювием, хотя это не совсем правильно, поскольку известны элювиальные лесы, пролювиальные конусы выноса, делювиальные «плащи» и т. д.

Образование аллювия происходит в результате непрерывного взаимодействия динамического водного потока с руслом: при врезке (донная и боковая эрозия) и аккумуляции осадков. Под действием потока воды русло непрерывно переформируется, испытывая деформации трех типов:

• вертикальные (понижается в результате глубинной эрозии, или поднимается за счет аккумуляции)
• горизонтальные (изменение русла в плане под действием боковой эрозии — приводит к размыву берегов, расширению речной долины и образованию поймы)
• продольные (миграция русловых наносов приводит к образованию в русле неровностей — перекатов, отмелей, островов и др.).

Ведущим фактором в формировании аллювиальных отложений является гидродинамика водных потоков. Масса воды и скорость течения определяют кинетическую энергию и транспортный характеристики потока. Речные водные потоки переносят обломочный материал в виде взвешенных и волочильных наносов. В взвешенном состоянии транспортируются частицы диаметром менее 0,2 мм, большие — волочением по дну. Способ движения грубого обломочного материала по дну называется сальтацией — скачкообразное перемещение зёрен материала под действием несущей среды. Так, при скорости придонного течения 0,16 м/с по дну передвигается мелкий песок, 0,22 м/с — грубозернистый песок, а при 1 м/с транспортируется мелкая галька.

Континентальные аллювиальные отложения составляют речное ложе, пойму и террасы речных долин. Аллювий играет важную роль в геологическом строении большинства континентальных осадочных формаций.

Аллювиальные отложения рек образуются и мигрируют:

• во время отложения в русле и прирусловых валах (барах) обломочного материала, размытого водным потоком выше по течению;
• во время наводнения или паводка, когда река выходит за пределы береговых уступов, и глина, ил и мелкий песок оседают по всей поверхности поймы (формирование пойменной фации)
• во время миграции речных меандров и образовании аллювиальных отложений вслед за прирусловой отмелью луга, которая смещается вдоль его внутреннего берега.

Количество тонкозернистого обломочного материала, который переносится реками (твердый сток), достигает больших значений: в случае с Миссисипи годовой объём твердого стока оценивается в 406 млн т., Хуанхэ — 796 млн т.^[5], Амударья — 94 млн . т; Дунай — 82; Кура — 36; Волга и Амур — по 25, Обь и Лена — по 15, Днестр — 4,9; Нева — 0,4 млн т.^[6]. Соответственно, мощность аллювиальных отложений в дельтах таких рек, как Миссисипи, Нил, Амазонка, Конго, Хуанхэ, Волга и др.. составляет сотни и тысячи метров, а объёмы — десятки и сотни км ³ терригенного материала. В целом, летний твердый сток всех рек составляет около 17 гигатонн, что на порядок больше, чем выносится с континентов ледниками или ветром^[7]. Почти 96 % этого объёма оседает в дельтах и на континентальном шельфе.

Изучением и классификацией аллювиальных отложений занимались такие известные исследователи четвертичной геологии, как Е. В. Шанцер, В. Т. Фролов, Ю. П. Казанский, И. П. Карташов, В. Ламакин, Н. И. Маккавеев, и другие. В целом, континентальные аллювиальные отложения классифицируют по генезису (горных и равнинных рек), фациальной принадлежности (русловой, пойменный и старичный), фазами формирования, формами аллювиальных тел и т. д. Следует отметить, что классификация аллювия по фазам формирования была разработана ещё в Советском Союзе так называемой «школой советской геологии», а классификация аллювиальных отложений по морфологическим формам была разработана и широко применялась геологами Западной Европы и США, в частности Х. Редингом^[8].

По генезису

В зависимости от гидрологического режима реки, обусловленного климатом, тектоникой и рельефом земной поверхности, аллювиальные отложения разделяют на два основных генетических типа: аллювий горных рек и аллювий равнинных рек. Аллювий равнинных рек существенно отличается от аллювия горных, что позволяет легко различать древние аллювиальные отложения и создавать палеогеографические реконструкции. К отдельным типам относят аллювий временных (пересыхающих) рек аридного климата и отложения перигляциального аллювия.

Аллювий горных рек

Горные реки текут с большой скоростью, их аллювий представлен валунами и галькой (русловой аллювий). Пойменный аллювий почти полностью отсутствует, либо имеет небольшую мощность и ограниченное распространение. Чаще всего он встречается на расширенных участках долины и представлен крупнозернистыми песками и супесями, которые залегают на русловых галечниках. Однако, мощности пойменного аллювия Черемоша в пределах Покутских Карпат достигают 30-35 м, предположительно свидетельствует о периодической смене колебательных неотектонических движений региона.^[9]

Мощности горного аллювия изменяются от нескольких метров до нескольких километров. Для аллювиальных отложений горных рек характерны следующие признаки^[10]:

• грубо-обломочный материал с преобладанием галечника (галька, гравий, валуны)
• полимиктовый (обломки представлены более, чем двумя минералами) состав с весьма непостоянным соотношением основных породообразующих компонентов
• слабая сортировка материала
• отсутствие четкой слоистости

Аллювий равнинных рек

Равнинные реки характеризуются меньшей скоростью течения, более выработанным профилем и меньшей динамической силой потока, не способной удерживать во взвешенном состоянии и переносить на большие расстояния грубообломочный материал.

Для аллювия равнинных рек характерны другие признаки:

• мелкообломочный материал с преобладанием песка и супеси
• значительно однородный минеральный состав, вплоть до олигомиктового (при размыве осадочных пород)
• хорошая сортировка обломочного материала
• грубая косая слоистость, которая постепенно переходит в верхних горизонтах в мелкую косую слоистость.

В долинах и горных, и равнинных рек вниз по течению размерность обломочного материала постепенно уменьшается, и увеличивается степень сортировки псаммитовых осадков. Одновременно может ухудшаться сортировка мелкообломочных и алевритовых осадков.

По фациям

По фациальным признакам аллювиальные отложения равнинных рек разделяют на три основные группы фаций (или макрофации) — русловую, пойменную и старичную^[11]. Эта классификация разработана в основном для аллювиальных отложений антропогена и частично — неогена. Для древних аллювиальных отложений (меловых, юрских, карбоновых, девонских) разделение аллювия на русловой и пойменный не всегда возможно и часто фациальная дифференциация явно отсутствует^[12]

Русловая

Эта группа фаций речного аллювия составляет мели, острова и косы. В равнинных реках она представлена ​​хорошо отсортированным песчаным материалом с грубой косой слоистостью, которая во время межени обычно перекрывается более тонким материалом (слои и линзы заиливания). Горный русловой аллювий представлен в основном плохо сортированной галькой и валунами различной обкатаности с песчано-гравийным наполнителем. В равнинных реках к русловой группе фаций относят следующие фации:

• субстративную, или фацию размыва;
• фацию пристрижневой зоны;
• фацию прирусловой мели;
• фацию перекатов; перлювиальную;
• фацию аллювиально-делювиальную;
• фацию аллювиально-пролювиальную (внутренних дельт)
• фацию карстово-аллювиальную

Пойменная

Отложения этой группы фаций формируются во время наводнения и паводка. Пойменный аллювий перекрывает маломощным (0,5-1 м) чехлом русловой аллювий. Для отложений этой аллювиальной макрофации характерна меньшая сортировка псаммито-алевритовых осадков с характерной слоистостью ряби волн и течений, текстурами взбалтывания. Преобладают супеси и суглинки с прослойками и линзами разнозернистого песка с остатками обломков деревьев и растений. Как правило, пойменная макрофация имеет меньшую мощность, чем русловая, хотя для рек с частыми наводнениями может быть и наоборот. В пойменных аллювиях выделяют три основные фации, в зависимости от его формирования:

• прирусловая (внешняя) — составлена ​​из наиболее крупнозернистого материала с плохой сортировкой за счет резкого изменения скоростей суспензионного потока. Это преимущественно крупнозернистые плохо сортированные пески различного минерального состава, которые формируют ядра и склоны прирусловых валов.
• центральная — составлена тонким суглинисто-супесным материалом меньшей, чем у прирусловой, мощности. Часто осадки имеют зеленовато-серый цвет из-за седиментации в застойных условиях, или черный — из-за наличия гумуса и торфообразования. Четкую границу между прирусловой и центральной пойменными фациями установить невозможно, переход по латерали постепенный.
• притеррасная (внутренняя) — фация самой нижней части поймы, которая составлена ​​тонкими глинами и имеет, как правило, наименьшую мощность. В разрезе отложений этой фации часто присутствуют слои погребенных аллювиальных почв.

Кроме того, в рамках пойменной макрофации выделяют еще фации наложенной поймы, внутренних дельт, и балочные фации.

Старичная

Аллювиальные отложения этой макрофации образуются в старицах и временных речных руслах. По своим признакам они весьма похожи на озерные отложения — глины, суглинки, торф и часто представлены в форме линз среди русловой фации. Основную массу старичного аллювия составляют тонкозернистые глинистые осадки с четкой горизонтальной слоистостью и характерным большим количеством рассеянного органического вещества. В разрезе отложений старичного аллювия выделяют три горизонта, или фации, соответствующие трем этапам развития старицы:

• проточный (нижний): фация сезонного заиления — составлена чередованием тонкозернистых песков, супесей и суглинков, которые образовались во время периодического обновления стока старым руслом во время наводнения или паводка.
• озерный (средний): озерная фация — представлена горизонтально слоистыми голубовато-серыми, зеленовато-серыми илистыми осадками, что очень похожи на озерные.
• болотный (верхний): болотная фация — составлена слоями черных глин и торфом

Кроме того, иногда в составе старичной макрофации присутствует фация вторичных пойменных водоёмов, которая в разрезе представлена ​​чередованием тонких косослоистых алевритов и супесей с прослойками илистых осадков.

По фазам аккумуляции

На формирование аллювиальных отложений равнинных и горных рек существенно влияет тектоническая составляющая территории речного бассейна. Речные долины полностью либо частично могут пересекать различные геологические структуры — антиклинали, синклинали, грабены, поднятые или опущенные блоки и т. п. Все это отражается на морфологии долин и строении аллювия. В. Ламакин^[13] и И. П. Карташов^[14] предложили различать в долинах рек динамические фазы аллювиальной аккумуляции, которые соответствуют стадиям развития речного профиля: инстративную, субстративную, перстративную и констративную.

Инстративная

Образование аллювия при переходе от стадии врезки горной реки к стадии равновесия. Этими отложениями представлены, как правило, нижние горизонты руслового аллювия нормальной мощности (1-4 м), которые не перемыты рекой в течение стадии равновесия[15]. Характерными особенностями субстративного аллювия являются повышенная глинистость и совместное присутствие гальки и необкатанных обломков коренных пород с ложа реки. Субстративные аллювиальные отложения залегают в основе аллювиальных толщ, которые составляют поймы уравновешенных рек и террас, которые являются реликтами таких заводей.

Перстративная

«В итоге образуется аллювиальная толща ограниченной мощности, величина которой близка разности высот между дном русла и уровнем паводковых вод. Нижняя, главная часть этой толщи слагается фациями руслового аллювия, состоящего из отложенных в смещающемся русле реки хорошо промытых косослоистых песков, реже гравием, содержащих в основании гальку и постепенно изменяющих свой гранулометрический состав снизу вверх по разрезу от относительно более грубого ко все более мелкозернистому»

 — Е. В. Шанцер[16]