Скалярные свойства и палеотечения » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Скалярные свойства и палеотечения

31.07.2021

Теоретически любое скалярное свойство, систематически меняющееся в направлении течения, может быть использовано для определения этого направления. Однако в противоположность ориентированным признакам здесь недостаточно произвести наблюдения только над одним обнажением. Следует собрать данные, как минимум, из трех, не лежащих на одной прямой, точек наблюдения. К скалярным свойствам, обнаруживающим систематические изменения, относятся размеры и окатанность обломочного материала. Наиболее явно реагируют на условия транспортировки галька и валуны речек, для которых отмечается последовательное уменьшение размера и увеличение степени окатанности вниз по течению.

Уменьшение размера обломков вниз по течению


Несмотря на наблюдаемую обычно тенденцию кластических элементов к уменьшению их размеров вниз по течению, полевые замеры таких изменений проводятся сравнительно редко. Вероятно, первый, кто документировал размеры обломков и изучал их связь с расстоянием транспортировки и профилем реки, был Штернберг, статьи которого часто цитируют, но редко читают.

Он замерял максимальные и средние размеры гальки в русле Рейна вниз по течению от Базеля на расстоянии около 260 км. Штернберг не только наблюдал уменьшение размера гальки вниз по течению, но и пришел к выводу, что это уменьшение пропорционально массе гальки в воде и расстоянию транспортировки. Это правило является, по-видимому, наилучшим выражением наших знаний по этому предмету на сегодняшний день и согласуется с результатами многих, хотя и не всех, полевых наблюдений. Оно справедливо для намывных галечников, но не для галечников в эрозионных руслах. Закон Штернберга может быть выражен в экспоненциальном виде с отрицательным показателем степени: W=W0 d-aS, где W — масса гальки на каком-то расстоянии S, W0 — первоначальная масса гальки; а — коэффициент уменьшения гальки. Это уравнение остается также справедливым, если размер выразить через диаметр, а не через массу.

Изучение других рек показывает, что размер галек действительно убывает по экспоненте. Это, по-видимому, справедливо для галек p. Myp в Австрии и для крупнейших валунов р. Арройо-Секо в Калифорнии. В 1933 г. Шоклич обобщил большую часть имевшихся в то время в Европе данных о связи размера обломков с расстоянием транспортировки. Пламли, производивший замеры изменения размеров галек вниз по течению трех ручьев в районе Блэк-Хилс, в Южной Дакоте, отмечал, что в этом направлении наблюдается уменьшение как уклона ручьев, так и размера галек (рис. 14-4). Хотя это уменьшение было наиболее интенсивным в верховьях ручьев и замедленным в их нижнем течении, так же как и на Рейне, оно не подчинялось закону Штернберга. Аналогичные наблюдения были сделаны Хэком для ручьев в штатах Вирджиния и Мэриленд. Быстрое уменьшение размера валунов (от 1,5 до 0,5 м на протяжении 11,3 км) отмечалось для паводковых галечников в реках Арройо-Секо и Рубикон в Калифорнии. Десятикратное уменьшение диаметра галек при расстоянии транспортировки 26 км установлено для грубого галечника р. Кник на Аляске. Максимальный размер гранитных валунов в р. Дунаец, в Польше, уменьшается на расстоянии 250 км от 1 м до 10 см.
Скалярные свойства и палеотечения

В отложениях современных аллювиальных конусов выноса также наблюдается быстрое уменьшение размера обломков от вершин этих конусов к периферии. Обычно это уменьшение размера резче, чем в реках, за исключением галечников, отложенных катастрофическими наводнениями, селевыми потоками и т. д. Убывание размера часто, но не всегда является экспоненциальным.

Аналогичным образом уменьшение как средних, так и максимальных размеров галек отмечается и для древних аллювиальных отложений. Систематическое убывание размера гальки по мере удаления от источника сноса отмечалось также и для древних палеозойских конгломератов, для молассовых конгломератов Баварии и для докембрийских фангломератов (см. также рис. 14-5).

Менее хорошо изучены изменения размеров зерен вниз по течению рек, несущих преимущественно песок. Пески р. Миссисипи обнаруживают заметное уменьшение зерен вниз по течению; то же отмечается и для песков р. Тессин. В обоих случаях скорость уменьшения размера зерен меняется в широких пределах от одной точки наблюдения к другой, поскольку отбор образцов производился недостаточно систематически, а для р. Тессин отмечаются случаи укрупнения зернистости, коррелируемые с участками резкого увеличения крутизны профиля реки.

Закономерное убывание размера в направлении течения в прибрежных наносах отмечалось как для галечников, так и для песков. Многие эоловые отложения также характеризуются закономерным экспоненциальным убыванием размера зерен.

Приведенные выше примеры с очевидностью показывают, что, как правило, размер кластических элементов, переносимых течением, последовательно убывает в направлении перемещения. Очевидно, что для материала, переносимого реками, такое убывание тесно связано с градиентом, причем диаметр обломков донной части твердого стока — функция третьей степени градиента или уклона. Если градиент убывает по экспоненте, таким же образом убывает размер. Однако, как было указано Пламли, на уменьшение размера влияют и другие факторы, например средний дебит реки, прочность материала и др. Эти факторы, обусловливающие уменьшение размера зерен, еще недостаточно изучены. История исследований зависимости уменьшения размера гальки от расстояния транспортировки и попыток выделить наиболее важные причины изложена в работах Лелявского, Шейдеггера и особенно полно — Хамберта.

Одно время убывание размера кластических элементов вниз по течению связывалось главным образом с абразией или другими процессами. Однако ни в коем случае нельзя приписывать наблюдаемое уменьшение размера зерен, даже в речных гравийных образованиях, исключительно одной абразии. Как отмечено Бэррелом, эксперименты Добри показали, что гранитные обломки теряют вследствие абразии от 0,001 до 0,004 своей массы на 1 км расстояния транспортировки, однако высшая степень износа составляет лишь 0,4 от той, которая, по данным Штернберга, свойственна галечникам Рейна, если устойчивость этих галек к износу принимается в среднем такой же как у гранита. Такой результат является неожиданным, поскольку можно было предполагать, что в лабораторных условиях породы изнашиваются в большей степени, чем в природных. Поэтому Бэррел полагал, что в реках должны существовать условия, вызывающие избыточный износ галек в процессе их перемещения вниз по течению. Предполагаемая причина такого изнашивания связывалась с «водным истиранием» гальки значительными массами песка, проносимого мимо. Этот механизм предполагал также Руби для того, чтобы объяснить быстрое исчезновение гальки и валунов, приносимых в р. Миссисипи ее многочисленными притоками, размывающими плейстоценовые галечники. Кюнен показал, однако, что этот механизм не является важным фактором для обломков меньшего размера, чем валуны. Бредли, Фанешток и Роувкамп считали, что заметное убывание размера вниз по течению р. Кник в Аляске является результатом селективного процесса. Галечник р. Кник при его искусственной абразии (в лабораторных условиях) в кольцевом канале снижал размер зерен на 8% за каждые 25 км транспортировки, тогда как в природных условиях, в реке, за тот же путь перемещения отмечалось убывание размера на 90%. Следовательно, убывание размера объясняется сортировкой.

Подводя итог, можно сказать, что размер гальки или другого обломочного материала уменьшается вниз по течению; это уменьшение в различных ситуациях варьирует в широких пределах и лишь в очень малой степени является результатом абразии или других процессов, снижающих размер гальки. Тем не менее такое уменьшение размера — показатель направления транспортировки и может быть использовано с известным ограничением для определения расстояния транспортировки при условии, что можно определить первоначальный размер обломков и что убывание размера в существенной степени подчиняется закону Штернберга- Если эти условия соблюдены, картирование размера обломков в конгломератах, в особенности максимального размера, является эффективным средством анализа палеотечений. Обычно бывает очень трудно определить средний размер гальки в галечниках и конгломератах в каком-то одном определенном месте. Для этого необходим отбор образцов по всему руслу в вертикальном и горизонтальном сечениях, а, поскольку это обычно невозможно, средний размер может быть использован лишь в очень редких случаях. Однако максимальный размер гальки обычно находится в некотором соотношении со средним. Следовательно, во флювиальных галечниковых отложениях максимальный размер гальки может быть без особого труда замерен и закартирован. Обычно пласты наиболее грубых конгломератов характеризуются наибольшей мощностью в разрезе и, следовательно, их присутствие в обнажении вероятнее, чем пропластков с меньшей зернистостью. На практике замеряются 10 крупнейших галек, выбранных из наиболее мощных пластов конгломератов, и по ним берется средняя величина. Использование 10 измерений дает более стабильную оценку максимального размера. Отличные примеры применения такой методики анализа палеотечений приведены в статьях (см. также рис. 14-1, а и 14-5).

Логарифмы максимальных размеров, определенные в нескольких точках наблюдения, можно нанести на график размер — расстояние (расстояния должны быть скорректированы на растяжение или сжатие в складчатых или дизъюнктивно нарушенных толщах). Если изменения размера подчиняются экспоненциальному закону, то нанесенные точки окажутся на прямой линии. Если исследователь постулирует (на разумном основании) первоначальный размер, то он может оценить расстояние до ближайшей точки, откуда мог сноситься обломочный материал. Она принадлежит к границе бассейна, т. е. к линии между площадью эрозии и площадью седиментации, иногда именуемой «линией водопадов» (рис. 14-6).

Окатанность, форма зерен и палеотечения


Как отмечалось ранее, окатанность галек возрастает с увеличением расстояния транспортировки. Наиболее быстро окатанность возрастает в начале пути, последующие изменения происходят медленнее, до тех пор, пока не будет достигнута предельная степень окатанности которая либо вообще больше не меняется, либо в лучшем случае увеличивается весьма медленно. В большинстве современных рек начальное интенсивное окатывание происходит лишь на первых немногих километрах пути; это расстояние для некоторых галек карбонатных пород не превышает 15 км даже в мелких быстрых реках. Даже жильный кварц или кварцит, которые окатываются весьма медленно, достигают высокой степени окатанности на расстоянии менее 100 км. Следовательно, угловатые обломки в галечнике могут быть найдены лишь в непосредственной близости от скального обнажения, послужившего источником их сноса. Поэтому замеры и картирование окатанности гальки нельзя считать эффективным средством для определения как направления, так и расстояния транспортировки, за исключением тех случаев, когда мы имеем дело с наиболее проксимальными (приближенными к источникам сноса) из всех осадков — аллювиальными конусами выноса. Теоретически направление транспортировки можно было бы определять путем картирования числовых характеристик окатанности и проведения перпендикуляров к линиям, соединяющим одинаковые значения (см., например, работу Лейминга, который картировал окатанность фангломератов Нью-Рэд Сэнд-стоун в Девоншире).

Поскольку окатывание кварцевых песков является очень медленным процессом и в современных реках характеризуется ничтожными изменениями вниз по течению, представляется маловероятным, чтобы степень окатанности древних аллювиальных песчаников могла быть использована в качестве индикатора палеотечения. Однако, несмотря на незначительную ценность этого признака, он, как уже отмечалось, все же может быть полезен для распознавания обстановки осадконакопления.

Однажды приобретенная окатанность уже не может быть утрачена, поэтому наблюдаемая в осадках степень окатанности может выражать суммированный эффект нескольких циклов транспортировки, а не только последнего из них; следовательно, в морских условиях окатанность почти не связана или совсем не связана с расстоянием транспортировки. В пляжевых условиях песчаные и галечные отложения, в очень локальных обстановках, могут приобрести весьма хорошую окатанность. Поэтому окатанность как признак имеет весьма ограниченное значение для определения направления или расстояния транспортировки.

Хотя форма обломков в процессе транспортировки меняется весьма незначительно или вообще не меняется, некоторые изменения ее вниз по течению были все же отмечены и предположительно объясняются сортировкой. Поскольку как окатанность, так и сферичность тесно связаны с размером, уменьшение размера вниз по течению сопровождается уменьшением этих признаков. Поэтому для того, чтобы установить какие-либо независимые изменения этих признаков вниз по течению, необходимо сравнивать между собой обломки одинаковые по размеру (и литологии).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: