Геология четвертичных отложений / КУРС ЛЕКЦИЙ / QUARTER LAST

ческие типы отложений: моренный, флювиогляциальный, лимногляциальный.

14. 1. Моренные отложения

Моренные отложения (собственно-ледниковые) образованы гетерогенным материалом, захваченным, перенесенным и накопленным ледником. Морены накапливаются в результате абляции (таяния) ледника, столкновения движущегося ледника с препятствием, или перенасыщения ложа ледника обломками. Моренные образования являются главным генетическим типом ледниковых отложений и пользуются наибольшим распространением – слагают до 52 % объема четвертичной толщи Беларуси, встречаются примерно на 90 % ее площади [17].

Моренные накопления формировались в пределах границ развития ледников. Распространение моренных горизонтов по вертикали и горизонтали отличается непостоянством – их количество может быть разным на смежных территориях.

Мощность морены одного ледникового покрова может достигать на равнинах 100 м и более. Установлено, что мощность морены составляет 5 – 10 % мощности ледника, ее накопившего. Мощность морены зависит и от рельефа подстилающей поверхности – она максимальна в пределах доледниковых понижений: речных и озерных долин. Велика роль тектонического строения территории: наличие “живых” разломов вело к росту трещиноватости ледника, его дроблению, а значит, к потере пластичности и подвижности, и накоплению повышенной мощности морены. Огромно влияние специфики деятельности самого ледника: мощность морен резко увеличивается в ложбинах ледникового выпахивания и размыва – там, где активнее всего шли подвижки ледового фронта.

Морены, как правило, подстилаются и перекрываются флювиогляциальными и межледниковыми отложениями. Древнейшие морены, оставленные первым на данной территории ледником, залегают на доледниковых породах. Очень часто моренные накопления обнажаются на дневной поверхности, перекрываясь только элювиальными или делювиальными слоями.

Моренные отложения равнин разделяются на основные, конечные, абляционные, бассейновые и др.

Вещественному составу большинства разновидностей морен характерны следующие особенности.

7

1.Присутствие обломков самой разной величины: от глыб и валунов до глинистых частиц, которые в моренной толще распределяются сравнительно равномерно. Гранулометрический состав морен зависит от следующих факторов. Во-первых, от состава движимой морены, а значит, от характера подстилающих пород. Во-вторых, от особенностей дробления, истирания и выветривания обломков при переносе. Переносимые обломки могли разрушаться вплоть до алевритовой фракции. Глинистые частицы, которыми часто обогащена морена, в основном захватывались из подстилающих пород. В целом, моренные отложения равнин литологически представлены грубыми валунными супесями и суглинками.

2.Среди крупных обломков преобладают угловатые и слабо окатанные. Наиболее типичны утюгообразные валуны.

3.Тесная связь вещественного состава моренных и доледниковых пород. Породы, захваченные днищем ледника, обычно перемещаются на расстояние не более нескольких десятков километров.

4.Закономерное изменение петрологического и минерального состава моренных отложений как вниз по разрезу, так и по мере удаления от питающих провинций. Нижележащие, древнейшие моренные горизонты отличаются преобладанием обломков устойчивых к разрушению кристаллических пород, принесенных из области экзарации. В вышележащих, более молодых моренах отмечается рост доли обломков менее прочных осадочных пород. От молодых морен к древним возрастает содержание устойчивых песчаных и алевритовых частиц. С удалением от ледниковых центров понижается доля принесенного материала и, наоборот, растет значение местного. Например, доля обломков скандинавских пород в составе морен севера Беларуси составляет до 18%, а на юге республики она понижается до 2%.

Окраска морен различна. Во-первых, распространены унаследованные цвета, определяемые окраской пород, захваченных ледником. Во-вторых, расцветка может быть вторичной – обусловленной изменениями, происходящими при гипергенезе отложений. Так, процессы окисления придают отложениям бурые и красные тона, тогда как восстановительные условия способствуют возникновению голубовато- и зеленовато-серых цветов. Обогащение органическим веществом придает морене темно-серый цвет. Чаще всего поверхностные, молодые морены имеют бурую и красновато-коричневую окраску, а глубже лежащие, более древние и сильнее измененные толщи – серую и зеле- новато-серую.

8

Условия образования морен находят свое отражение в текстурах. В связи с этим выделяемые группы фаций и фации называются соответственно текстурам (табл. 12, рис. 45). Текстуры моренных отложений по времени возникновения можно разделить на две категории:

∙первичные – сформировавшиеся во время седиментации морен, и отражающие особенности осадконакопления;

∙вторичные – возникшие после отложения материала, и потому свидетельствующие о характере постседиментационных процессов.

Первичные текстуры разделяются на две генетически сопряженных группы: гляциодинамические и вытаивания.

Гляциодинамические текстуры обусловлены спецификой движе-

ния ледника, формируются при его наступлении. Они представлены ориентированными текстурами, в том числе слоистыми. В зависимости от способа движения ледника, гляциодинамические текстуры делятся на три типа: текстуры пластического течения, текстуры движе-

ния по внутренним сколам, текстуры глыбового скольжения.

Текстуры вытаивания формируются при таянии ледника. Из них наиболее распространена массивная, образованная смесью разнородного материала и лишенная признаков сортировки. Генетическая связь между текстурами проявляется в том, что массивная текстура может наблюдаться внутри слоистых, выполняя собой прослои и линзы, или же отдельные карманы.

Ледниковое давление нередко ведет к нарушениям слоев горных пород, формируя разного рода гляциодислокации – как дизъюнктивного (разрывного), так и пликативного (складчатого) характера. В распространении гляциодислокаций выявлен ряд закономерностей. Вопервых, они представлены там, где перед фронтом наступающего ледника возникало препятствие в рельефе. Во-вторых, там, где сложились определенные геологические предпосылки: сочетание достаточной мощности пластичных поверхностных пород (мела, глин) и сравнительно неглубокого залегания под ними более прочных доломитов, песчаников, пород фундамента. Изучение элементов залегания дислоцированных отложений позволяет восстанавливать, прежде всего, направление движения ледников или их частей.

9

Рис. 45. Принципиальная схема строения основной и конечной морены [20]:

1 – текстуры захвата; 2 – морена; 3 – ледниковое ложе, выработанное в твердых породах; 4 – ледниковое ложе, образованное рыхлыми породами; 5 – гляциодиапиры; 6 – надвиги в морене; 7 – моренные чешуи; 8 – текстуры захвата

В областях развития донной и конечной морены часто встречаются ледниковые отторженцы – блоки малоизмененных доледниковых пород, сорванные, перенесенные, а затем, при аккумуляции, целиком включенные в состав моренных горизонтов. Наиболее благоприятные для образования отторженцев условия возникают при глыбовом течении ледника. Размеры отторженцев на территории Беларуси достигают 3,5 км по простиранию и 140 м по мощности [6]. Разновидностью отторженцев можно считать и эрратические (блуждаю- щие) валуны – отшлифованные обломки кристаллических пород, принесенные ледниками. Руководящими валунами называют эрратические валуны, представленные породами, коренное залегание которых четко локализовано – с их помощью можно восстанавливать местоположение области ледникового питания и сноса, а значит, реконструировать расположение древних центров оледенения и направление движения ледника.

Контрольные вопросы

§Какие факторы определяют вещественный состав моренных отложений?

§Какие известны особенности вещественного состава моренных отложений?

§Какие группы и типы текстур свойственны моренным отложениям?

§Каковы закономерности распространения гляциодислокаций?

14. 1. 1. Отложения основной морены

Отложения основной морены (донной, базальной) формируются только в фазу трансгрессии за счет материала, выпавшего на поверхность из днища наступающего ледника. В рельефе данные отложения представлены равнинами волнистыми, мелкохолмистыми. Многочис-

10

ленные понижения поверхности таких равнин занятыми болотами и озерами.

Горизонты базальной морены подстилаются доледниковыми, флювиогляциальными или межледниковыми породами, а перекрываются сложно построенным комплексом ледниковых, водноледниковых и перигляциальных отложений времени деградации ледника, или же осадками межледниковых эпох.

Донная морена накапливалась, когда нижние слои ледника вбирали столько обломков горных пород, что теряли пластичность (давления вышележащего льда оказывалось недостаточно для преодоления внутреннего трения). Из-за этого базальные слои останавливались, а сверху по ним продолжал двигаться ледник. Остановившиеся слои постепенно преобразовывались: гляциальное давление выжимало из них лед (а значит – воду), и оставшаяся масса обломков переуплотнялась настолько, что иногда приобретала сланцеватую текстуру.

Основная морена возникала только в фазу наступания глетчера, поэтому каждый ледниковый покров (или стадиал) оставлял лишь один горизонт донной морены. Следовательно, горизонтам донной морены, как никаким другим из состава гляциальных, принадлежит исключительное стратиграфическое значение в четвертичной толще. Вместе с тем, донная морена каждого конкретного оледенения не образует сплошного покрова – она представлена фрагментарно, разрозненными массивами большей или меньшей площади. Причем массивы эти залегают на разных гипсометрических уровнях, подстилаются и перекрываются самыми разными генетическими и возрастными комплексами отложений. В итоге, на смежных территориях может оказаться разное количество моренных слоев. Все это создает проблемы при использовании характеризуемых пород в качестве стратиграфического репера. Тем более что разновозрастные донные морены могут обладать идентичным вещественным составом.

Накопление базальной морены при движении ледника обусловило господство ориентированных текстур, в которых «законсервированы» особенности текстуры самих придонных слоев льда, их динамики. Характерно совпадение ориентировки длинных осей обломков с направлением движения ледника. Кроме того, длинные оси крупных обломков обычно наклонены навстречу движению ледника. Названные особенности позволяют в полевых условиях восстанавливать направление перемещения ледниковых потоков, языков и лопастей. Изза ориентированного перемещения обломки могут подвергаться на-

11

правленному истиранию, результатом чего является утюгообразная форма валунов. На поверхности валунов нередки царапины и борозды, возникшие при трении обломков о выступы твердых пород ложа.

Донную морену отличает повышенная плотность, обусловленная ледниковым давлением, а также значительным содержанием алеври- тово-глинистой фракции. Существенная доля тонкодисперсных частиц в составе основной морены объясняется их широким распространением среди поверхностных доледниковых отложений, а также измельчением движимой морены при ее транспортировке.

Первичные текстуры донных морен представлены всеми тремя типами гляциодинамических.

К числу текстур пластического течения принадлежат плитчатая, сланцеватая, складчатая, массивная (рис. 46).

Плитчатая текстура возникает при спокойном течении ледника и близкой скорости движения его прослоев. Морена слагается болееменее однородными пластами валунных суглинков или супесей. Пласты обладают четкой внутренней субгоризонтальной плитчатостью. Мощность плиток составляет, как правило, 5 – 10 см.

Рис. 46. Текстуры моренных отложений [6]: А – массивная; Б – плитчатая; В – слоистая.

Сланцеватая (слоисто-плитчатая, гнейсовидная) текстура об-

разуется при больших скоростях течения маломощных слоев ледника, в силу чего мощность слойков незначительна (не более 1,5 см), а сами они часто срезают друг друга, формируя линзовидные отдельности. Если в морену включены отторженцы рыхлых пород, то края таких включений бывают разрушены и имеют вид языков, затянутых внутрь сланцеватых прослоев (рис. 47).

12

Рис. 47. Текстуры интенсивного пластического течения в моренных отложениях [20].

Складчатая текстура отличается пликативными деформациями слоев и линз, часто осложненными разрывами. Такие особенности возникают либо при слиянии ледниковых потоков, либо при выдавливании подстилающих пород близ выступов ледникового ложа.

Массивная текстура представлена редко встречающимися линзами и гнездами несортированной смеси обломков. Формируется она при медленном течении ледника.

Среди текстур движения льда по плоскостям внутренних сколов выделяется надвигово-чешуйчатая, сложенная моноклинально лежащими слоями (чешуями), которые вытянуты параллельно ледниковому краю и наклонены в проксимальном направлении. В рельефе они проявляются невысокими холмами или валами, дистальный склон которых гораздо круче проксимального. Внутри чешуй часто содержатся породы ледникового ложа, а иногда последние целиком слагают чешую.

В названных типах часто присутствуют текстуры захвата, созданные разными по форме и объему языками пород, затянутых из-под ложа. Текстуры внедрения (инъективные гляциодислокации, обусловленные ледниковым выдавливанием) представлены разнообразными гляциодиапирами – сильно дислоцированными породами ложа, образующими своеобразные ядра антиклинальных складок внутри моренных отложений. На территории Беларуси гляциодиапиры, сложенные пластичными меловыми и палеогеновыми породами, внедряются в моренную толщу на 60 – 90 м.

14. 1. 2. Конечно-моренные отложения

13

Конечная (краевая) морена возникает у края ледника во время стабилизации его фронта, при остановках в стадии наступления или деградации. Главным признаком, отличающим ее от основной морены, является геоморфологический – краевая морена представлена валообразными холмами, образующими крупнохолмистый, часто грядо- во-холмистый рельеф, с относительными превышениями до нескольких десятков метров. Конечно-моренные гряды обычно имеют вид дуг, выпуклая сторона которых обращена по направлению движения ледника. Поперечный разрез гряд асимметричен: их проксимальные склоны крутые, а дистальные – пологие. Ширина конечно-моренных поясов достигает 50 – 60 км.

Наиболее распространены конечные морены, сформированные в фазу деградации ледника, поскольку валы, возникшие при наступлении, впоследствии перекрывались и срезались ледником. Размещение конечных морен напрямую зависит от геологического строения территории: крупнейшие их массивы приурочены к выступам кристаллического фундамента, а также к уступам доледникового рельефа.

Отложения конечных морен маркируют собою край ледникового тела, что позволяет устанавливать границы предельного распространения ледовых покровов, а также количество длительных остановок тающего ледника. Более того, определив время наибольшей подвижки границ льдов, и время начала последующего межледниковья, можно приблизительно рассчитать и скорость деградации ледника.

Вгляциальной зоне отложения конечной морены обычно подстилаются основной мореной, тогда как близ границы предельного распространения ледника подстилающими могут являться водноледниковые или доледниковые породы. Конечно-моренные отложения обнажаются на дневной поверхности, иногда перекрываясь горизонтами лессовых пород, элювиальными или делювиальными осадками разной мощности. Нередко на склонах краевой морены встречаются озовые и камовые накопления, формирующие вместе с нею комплекс краевых ледниковых отложений.

Взависимости от условий образования, конечные морены подразделяются на насыпные, напорные и морены выдавливания.

Насыпные конечные морены созданы обломками, сгруженными с фронтального уступа ледника, длительное время находящегося в стационарном положении. В их составе преобладают песчаные, песчано- гравийно-галечные породы, часто встречаются валуны, тогда как мо-

14

ренные суглинки и супеси занимают подчиненное положение. В зависимости от степени участия талых вод в процессе седиментации, отложения характеризуются либо массивной текстурой (при незначительной роли воды), либо горизонтальноили косослоистой. В последнем случае осадки насыпных морен напоминают флювиогляциальные, отличаясь несравнимо большим участием грубых обломков и выраженностью в рельефе.

Морены напора формируются при бульдозерной деятельности активного ледника – во время его осцилляторных или стадиальных подвижек, когда ранее накопленные отложения любого генезиса испытывают мощное дислокационное воздействие ледового фронта. В составе напорных морен преобладают суглинистые и супесчаные породы. Таким образом, напорная морена отличается крайним непостоянством состава и текстурами складчатыми, чешуйчатыми, осложненными надвигами, сбросами, отторженцами и внедрениями подстилающих пород (рис. 48).

Рис. 48. Гляциодислокации чешуйчатого типа в моренах напора. 1– песок; 2 – гравийно-песчаная смесь; 3 – галечно-гравийно-песчаная смесь; 4 – гравийный суглинок; 5 – ожелезнение; 6 – почва.

Морены выдавливания (рис. 49) являются результатом выжимания податливых отложений из-под фронта ледника. Сложены они интенсивно дислоцированными породами, возраст которых древнее насыпной или напорной морены, возникшей у данного ледникового фронта. В рельефе морены выдавливания имеют вид куэстообразных

15

валов, с проксимальной стороны обрамленных нагромождениями напорных или, реже, насыпных морен.

Рис. 49. Последовательные фазы образования гляциальных складок выдавливания в рыхлых отложениях ложа ледника при изменении положения края лед-

никового покрова (по М. Г. Гросвальду и Д. Я. Иоффе)

14.1. 3. Отложения других подтипов морен

Взонах ледниковой аккумуляции равнин также формировались специфические осадки абляционной и бассейновой морены.

Абляционные морены накапливались при таянии покровного ледника, когда на поверхность основной морены оседали обломки, входившие в состав внутренней и поверхностной морены. Моренный материал частично промывался талыми водами – в итоге формировались рыхлые, маломощные и разрозненные плащи отложений песчано- гравийно-галечного состава с примесью алевритов, глин, и повышенным участием валунов. Как правило, текстура абляционных морен массивная (рис. 46-А) [6, 20].

Бассейновые (акватические) морены накапливались в водной среде, когда в приледниковых озерах таяли отколовшиеся от глетчера айсберги. Ветры могли перемещать айсберг по акватории озера, поэтому породы движимой донной морены оседали по всей площади дна, нередко на большом расстоянии от места образования айсберга. Кроме того, они смешивались с обломками внутренней и поверхностной морен. В отличие от условий формирования абляционных морен, здесь на дно оседала вся совокупность вытаявших обломков. В силу сказанного, бассейновым моренам свойственны следующие черты:

16