Русловые процессы и флювиальное россыпеобразование

Бутвиловский В.В.

Кузбасская государственная педагогическая академия, Новокузнецк, wladimirbutwilowski@googlemail.com

Аннотация: Рассматриваются типы русловых процессов и их россыпеобразующие возможности. Делается вывод, что большое значение для формирование пластовых приплотиковых россыпей имеет процесс пойменно-русловой многорукавности в ходе экстремальных паводков, способствующих массовому волочению рыхлых образований по всему днищу долины, и обосновывается механизм концентрации тяжелых минералов.

Fluviatile Prozesse und fluviatile Seifenbildung

Butvilovsky V.V.

Kuzbass State Academy of Pedagogics, Novokusnezk, wladimirbutwilowski@googlemail.com

Abstract: The article analyzes types of fluvial processes and their soap-forming potential. Most important for the formation of layered and at the stone bench stocked gold placers is the process of massive carryover of loose valley-sediments during extremely heavy flooding. The mechanism was shown by the concentration of heavy minerals.

Разнообразие русловых процессов обусловлено уклонами и морфологией днищ речных долин, водностью рек и ее изменениями, количеством и составом транспортируемого обломочного материала [1, 2, 3, 4; и др.]. Их проявление достаточно отчетливо выражается в морфологии русел рек и поймы, причем главное морфологическое и литологическое значение получают события и процессы, обусловленные максимальными паводками. Процессы, свойственные обычному меженному режиму рек, имеют подчиненное фациальное значение и проявляются обычно наиболее молодыми морфолитокомплексами. Все это разнообразие процессов оказывает самое непосредственное влияние на разубоживание или концентрацию тяжелых  минералов, что было установлено массовым опробованием отложений различных флювиальных фаций на Алтае и в Кузнецком Алатау [5]. В последовательности увеличения динамики водных потоков и изменения способов перемещения и отложения наносов выделяются следующие типы русловых процессов:

1. Отстойный процесс в малоподвижных водах (в старицах, речных заводях, на  поймах), где содержащаяся в воде взвесь осаждается, образуя покровы илисто-глинистых отложений. Неблагоприятен для обогащения рыхлых образований тяжелыми минералами. По данным литологического анализа их содержания не превышают здесь 0,1-0,2%, причем разновидности минералов представлены почти исключительно частицами относительно малого удельного веса (3-4,5 г/см³) и размерности (менее 0,05 мм).

2. Свободное меандрирование в долинах с очень пологим уклоном, ведущее к образованию чрезвычайно извилистого русла, многочисленных старичных озер, береговых валов и вееров блуждания меандр. В паводки русло обычно не вмещает водоток и он  разливается в пределах пояса меандрирования, вынося тонкообломочный материал на пойму. Вдоль русла при этом формируется серия продольно-выпуклых песчаных береговых валов с одной стороны и обрывистые, вогнутые в плане, размываемые берега с другой стороны. Содержания тяжелых минералов в аккумулятивных образованиях здесь также низкие, а обогащение ими возможно лишь локально в очень узкой зоне волно-прибойного воздействия по берегам достаточно крупных рек на низких меженных уровнях.

3. Незавершенное меандрирование обычно развивается при больших уклонах днища долин, когда меандры не успевают пройти все стадии развития (от синусоидальных до петлеобразных), а прорываются и спрямляются раньше (в паводки) из-за более крутых уклонов и более интенсивного движения воды на пойме. Незавершенное меандрирование сочетает в себе парагенез из продольных ложбин и песчано-галечных кос-островов (осередков), которым свойственно локальное струйчато-линзовидное продольное обогащение тяжелыми минералами (косовые россыпи). Они приурочены, как правило, к участкам относительно пологого уклона днища долины и русла [5, рис. 4.16].

4. Поперечно-грядовое перемещение свойственно отдельным спрямленным и слабоизвилистым участкам русла и обычно проявляется при слабой эрозии в условиях некоторого дефицита наносов, осуществляясь в зависимости от скорости и турбулентности потока в виде песчаных ленточных гряд (поперечных дюн), смещаемых вниз по течению за счет накопления на дистальных склонах, или поперечных галечно-валунных антидюн, перемещаемых вверх по течению за счет накопления на проксимальных склонах. Этому процессу свойственно линзовидно-гнездовое, поперечно ориентированное обогащение тяжелыми минералами, приуроченное в основном к локальным участкам размыва в зонах стационарных водоворотов.

5. Пойменно-русловая многорукавность возникает обычно в условиях высокой насыщенности потоков обломочным материалом на фоне достаточно крутых уклонов днища долины (более 0,002). Она развивается также и на участках резкого перехода крутых уклонов в пологие, когда по инерции на пологие участки выносится большое количество влекомых потоком наносов (грубообломочные конусы выноса, предгорные дельты, зандры). Пойменно-русловая многорукавность представлена интенсивным ветвлением русла на слабоизвилистые рукава, разделенные многочисленными островами продольной и поперечной ориентировки. Данный процесс свойственен обычно мощным паводкам, охватывающим все днище долины; при этом в массовое перемещение вовлекается большое количество рыхлого материала, которое способствует субвертикальному просаживанию тяжелых минералов и концентрации их на плотике или в подошве толщи перемещаемого рыхлого материала. Наибольшее обогащение приурочено к участкам относительно пологого уклона плотика днища долины [5, рис. 4.15].

6. Водовороты зон подпруживания и эрозионной тени. Особые условия для русловых процессов создаются во врезающихся в скальные породы ступенчатых руслах, изобилующих жесткими струеотклоняющими препятствиями, сужениями и расширениями берегов [6]. Эти препятствия создают выше по течению зоны подпруживания и многократного водоворотного переотложения обломочного материала, а ниже по течению — зоны эрозионной тени с многократным водоворотным переотложением обломочного материала и интенсивной волноприбойной деятельностью (зоны гидравлических прыжков преимущественно с субвертикальными осями вращения водных масс). Эти участки  благоприятны для локального обогащения тяжелыми минералами как на участках подпруживания, так и в зонах эрозионной тени.

7. Каскадно-водопадное врезание. Водопады и уступы задают возможность для проявления ударно-вихревой деятельности воды, создающей котловины выбивания и эворзии особой формы: круглая в плане яма, по ходу движения воды переходящая в раздвоенную продольную грубообломочную ложбину («ласточкин хвост»). Это также зоны гидравлических прыжков, но преимущественно с субгоризонтальными осями вращения водных масс. Подобные участки особо благоприятны для локальной концентрации тяжелых минералов, которые накапливаются здесь обычно на проксимальных частях эрозионных или карстово-эрозионных котловин [5].

За исключением двух первых, все эти процессы так или иначе способствуют созданию локальных промышленных концентраций сверхтяжелых россыпных минералов (золота, платины) как аккумулятивного, так и денудационного типа. Аккумулятивные являются, как правило, продольными и поперечными косовыми россыпями различных видов; денудационные россыпи обычно связаны с размывами ложа на участках водоворотов в случае 6 и 7 или же оформляются в неравномерную, пластово обогащенную залежь в случае 5, если мощности паводка достаточно, чтобы привести грубообломочный рыхлый чехол в движение и разрыхление на большую глубину. Данному процессу следует уделить особое внимание, потому что большинство россыпных месторождений золота оформлено именно им.

Из практики разведки золотоносных россыпей известно, что современный русловой аллювий обычно вмещает косовые россыпные концентрации, а подрусловая его часть, вложенная в долинный аллювий, содержит малые количества металла практически по всему разрезу. Собственно россыпь приурочена к приплотиковому основанию долинного аллювия. Следует отметить, что русла и участки голоценовой низкой поймы расположены в большинстве случаев у бортов днищ долин или же диагонально пересекают их осевые части, тем не менее у бортов обычно не бывает значительных концентраций металла, а диагональные пересечения днищ долин молодым пойменно-русловым комплексом не изменяют положение контуров промышленных россыпей. Отсюда следует, что современные флювиальные процессы и аналогичные им в прошлом практически не оказывают влияния на образование и расположение приплотиковых концентраций.

Для уточнения связей флювиальных процессов и россыпных концентраций было детально исследовано строение золотоносных рыхлых образований на россыпных месторождениях Куртачиха, Ануй, Карама и на россыпных проявлениях Елиново, Башкаус, Рахомысты, Бийка, Камлак, Катунь и др. Результаты детального поинтервального опробования рыхлых образований от кровли до плотика показывают повышенные содержания россыпных минералов прежде всего в приплотиковой (но не обязательно на коренном плотике) части разрезов, в крупно-мелкогалечно-щебнисто-песчано-илисто-глинистых слабо сортированных рыхлых образованиях, обычно под крупно-валунными сортированными отложениями [5] (рис. 1). Хорошо сортированные пески, илы, галечники здесь же даже на плотике значительных концентраций тяжелых минералов не имеют и обычно незолотоносны. Крупновалунные горизонты также обеднены. Собственно аллювиальные отложения аккумулированы в таких гидродинамических условиях, которые приводили к отложению лишь определенных комбинаций фракций отложений и тяжелых минералов, без значительной концентрации последних. Если матрикс аллювиальных отложений состоит из валунно-галечного материала, то доля илисто-глинистой фракции в них обычно не превышает 2-3%; песчано-илистые отложения не содержат гальки и валунов, и доля глины в них не превышает 3-5%. В приплотиковых рыхлых образованиях все эти фракции представлены примерно равными или довольно хаотичными соотношениями, но илисто-глинистая фракция присутствует всегда, составляя обычно 7-10% и более. Очевидно, что эти рыхлые образования не являются чисто аллювиальными и не отложены на дне собственно водного потока. Разрез рыхлых образований в приплотиковой части обычно имеет обратноградационное строение: непосредственно у плотика они содержат гораздо меньше грубообломочного материала. Прослои крупных валунов фации русловой отмостки залегают на 0,5-1,5 м выше плотика и фиксируют границу между аллювиальными и приплотиковыми толщами. Такое строение разрезов отмечают многие геологи-практики [8, 9, 10; и др.].

Образование несортированных металлоносных приплотиковых слоев обусловлено  действием экстремальных паводков, способных привести рыхлые толщи в массовое движение [11, 12, 7, 13]. Нижние их части при этом селеподобно волоклись по неподвижному ложу (аналогично склоновому оползанию-течению). В ходе волочения толщи разрыхлялись, обломки отделялись друг от друга, соударялись, крошились, истирались, дополнительно продуцируя щебнисто-дресвяный и илисто-глинистый материал. Многие крупные валуны при этом выталкивались наверх толщи, а у ее основания (у плотика) сосредотачивался дресвяно-галечно-песчаный суглинок — своего рода пластичная «смазка», которая и способствовала «течению» рыхлой массы. Одновременно в основание движущейся толщи на контакт ее с неподвижным рыхлым чехлом или коренным плотиком имел возможность быстро оседать (просаживаться) мелкий материал большого удельного веса (тяжелые минералы, золото, платина). Происходило это очевидно из-за сильной вибрации и частого появления внутри толщи многочисленных «пустот», заполненных водной пульпой, куда быстро проваливались частицы сверхтяжелых минералов и металлов. Исходя из опыта промывки шлихов, для этого достаточно поступательно-колебательного движения всей массы накрытого водой и насыщенного водой разрыхленного грунта.

Вышеописанный механизм просадки тяжелых частиц в процессе волочения водонасыщенной рыхлой массы является, по нашему мнению, главным для образования приплотиковых россыпных концентраций [5]. Подвергаясь мощным паводкам, способным перемещать и переформировывать мощные (2-10 м) толщи рыхлого материала, днища долин становятся на некоторое время, образно говоря, как бы промывочными «бутарами», ложе которых быстро обогащается тяжелыми минералами; при этом ранее рассеянные во всей толще частицы золота получают возможность сконцентрироваться у плотика в прослойках мощностью всего несколько сантиметров. 

Мощность золотоносных «песков» зависит от последовательности и величины паводков. Достаточно мощный паводок просаживает металл прямо на плотик в минимально тонкий слой. Последующие всё менее мощные паводки сдвигают рыхлую толщу на меньшей глубине и просаживают металл на всё более вышерасположенные от плотика прослойки. Тем самым наращивается мощность «песков», которая обычно не превышает 0,4-1,0 м. При этом содержания металла в более верхних слоях «песков», как правило, последовательно уменьшаются и сходят почти на нет. Эта модель вполне подтверждается результатами узкоинтервального (5-10 см) опробования вертикальных разрезов россыпей [5; и др.] (рис. 1).

События флювиального вертикального переформирования и приплотикового обогащения россыпи обычно очень кратковременны, буквально считанные часы или дни кульминаций экстремальных паводков, случающихся единично в тысячи и десятки тысяч лет. Они могут быть обусловлены прорывами и стоками подпрудных озер, интенсивными и продолжительными ливнями или бурным таянием мощного снежного покрова в сочетании с теплыми ливнями [7]. Расходы таких паводков могут в десятки раз превосходить современные наводнения. Геолого-геоморфологические данные показывают, что высота экстремальных долинных паводков в большинстве небольших долин региона вряд ли превышала высоту поймы на 5-10 м, однако уже при таких параметрах их энергии было достаточно для приплотикового волочения ранее накопленных наносов всей или большей частью по всей ширине днища долины, отсадки из них металла к плотику и переформирования приплотиковой долинной россыпи. Затухание паводка и прекращение волочения обломочного материала окончательно оформляло приплотиковую  россыпь и перекрывало ее обычным аллювием.

Сходный механизм образования приплотиковых эрозионных россыпей был предложен ранее Ю.А. Билибиным [11], С.С. Осадчим [12] и др. Однако они несколько переоценили динамические возможности обычных паводков для его проявления. Это подтверждают данные по россыпи Куртачиха (рис. 1). Радиоуглеродные датировки перекрывающих «пески» аллювиальных отложений и строение этих отложений свидетельствуют о том, что мощные паводки, «врезавшие» долинную россыпь в выветрелый гранитный плотик на 1-1,5 м, произошли в последнюю ледниковую эпоху. С того времени подобных паводков больше не было. Лишь около 2 тыс. лет назад, в историческую стадию похолодания произошел относительно мощный паводок, силы которого хватило привести обломочный материал в волочение лишь на глубину 1,5-1,8 м, что на 0,8-1,2 м выше плотика. На этом уровне сформировался дресвяно-глинисто-илистый ложный плотик, а непосредственно на нем — резко повышенная концентрация тяжелых минералов, в том числе и мелкого золота (рис. 1).

Литература

1. Кондратьев Н. Е., Попов И. В., Снищенко Б. Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 342 с.

2. Попов И. В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 328 с.

3. Ржаницын Н. А. Руслоформирующие процессы рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 264 с.

4. Чалов Р. С. Географические исследования русловых процессов / Под ред. Н. И. Маккавеева. М.: Изд-во МГУ, 1979. 232 с.

5. Бутвиловский В.В., Аввакумов А.Е., Гутак О.Я. Россыпная золотоносность гор юга Западной Сибири: историко-геологический обзор и оценка возможностей. Новокузнецк: Кузбасская государственная педагогическая академия, 2011. 241 с.

6. Чистяков А. А. Горный аллювий. М.: Недра, 1978. 278 с.

7. Бутвиловский В. В. Палеогеография последнего оледенения и голоцена Алтая: событийно-катастрофическая модель. Томск: Изд-во ТГУ, 1993. 253 с.

8. Шаманский Л.И. Геология россыпей. Иркутск. Издание Союззолото, 1930. 37 с.

9. Николаев С.С. Особенности строения террас и типы россыпей р. Баянкол (Центральный Тянь-Шань). В кн.: Сборник материалов по геологии золота и платины, вып. 8 (18). М.: 1953. С. 48-58.

10. Синюгина Е.Я., Лапин С.С. Распределение золота в аллювиальных россыпях. В кн.: Геология, закономерности размещения и методы изучения месторождений золота. Труды ЦНИГРИ, вып. 76, 1967. С. 189-202.

11. Билибин, Ю.А. Основы геологии россыпей. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 463 с.

12. Осадчий С.С. Условия россыпеобразования в Восточном Саяне. Новосибирск: Наука, 1984. 71 с.

13. Елисеев В.И. Россыпи: терминология, генетические типы, классификация. Бюл. МоИП. Отд. геол. 1997. Т. 72. вып. 2. С. 52-29.