1Иркутский государственный университет
2Университет Аль-Басс
3Геологический институт СО РАН
4Бурятский государственный университет им. Д. Банзарова
5Институт земной коры СО РАН
6Университет Аль-Фурат,
Палеопотамология плейстоценовых отложений в Баргузинской долине (Байкальская рифтовая зона)
А.И. Хассан1,2, В.Л. Коломиец3,4, С.В. Рассказов1,5,
Р.Ц. Будаев3, И.С. Чувашова1,5, А.Аль Хамуд1,6
Дейр-Эз-Зор, г. Хомс, Сирия
Улан-Удэ, Иркутск
Аннотация
В статье приводятся результаты гранулометрического исследования 527-метрового разреза отложений в урочище Верхний Куйтун Баргузинской долины (172 м естественного обнажения и 355 м керна скважины), включающего нижнюю ритмичную галечно-песчаную и верхнюю песчаную толщи. Ритмичная толща представляет собой русловой аллювий, накопившийся одновременно с быстрым (некомпенсированным осадками) погружением ложа оз. Байкал.
Верхняя песчаная толща образовалась в результате особого режима аккумуляции обломочного материала, доминировавшего в Баргузинской долине до Тыйской тектонической фазы структурной перестройки рельефа конца среднего неоплейстоцена.
Из палеопотамологического анализа результатов мы делаем вывод о накоплении песчаной толщи в неглубоких проточных лимнических водоемах со слабым волнением и придонным течением (субгоризонтально-слоистые алевриты и тонкозернистые пески береговых и прибрежных фаций озер), а также поступательными немобильными речными потоками с подпорным, замедленным движением воды (мелко-среднезернистые пески c наклонной и косой текстурой русловых и пойменных фаций рек).
Ключевые слова: Байкал, Баргузинская долина, плейстоцен, литогенез, гранулометрический анализ, пески, аллювий, озерные отложения.
Abstract
Paleopotamology of pleistocene sediments in the Barguzin valley (Baikal rift zone)
A. I. Hassan1,2, V. L. Kolomiets3,4, S. V. Rasskazov1,5, R.Ts. Budaev3, I. S. Chuvashova1,5, A. Al Hamoud1,6 1Irkutsk State University, Irkutsk 2Al-Baath University, Homs, Syria 3GeologicalInstitute SBRAS, Ulan-Ude 4D. Banzarov Buryat State University, Ulan-Ude 5Institute of the Earth's Crust, Siberian Branch of RAS, Irkutsk 6Al-Furat University, Deir ez-Zor, Syria
This article presents the results of granulometric study of a 527-meter thick Upper Kuytun sedimentary section: 172 m of natural outcrop and 355 m of core material from a drill hole. The section exhibits the lower rhythmic pebble-sandy and upper sandy stratums. The former accumulated in Barguzin Valley during a rapid (uncompensated by sedimentation) subsidence of the Lake Baikal bed. The latter formed due to specific regime of sediment accumulation that occurred before the Tyya tectonic phase of
. relief structural reorganization at the end of the Middle Neopleistocene. From paleopotamological analysis of data obtained, we infer that the sandy stratum accumulated in shallow flow lacustrine reservoirs with weak waves and bottom currents (subhorizontally-layered siltstones and fine-grained sands of coastal and littoral facies of lakes), as well as progressive immobile river flows with retaining, slowed- down movement of water (f'ine-medium-grained sands with oblique and floodplain facies of rivers).
Keywords: Baikal, Barguzin Valley, Pleistocene, lithogenesis, granulometric analysis, sands, alluvial sediments, lacustrine sediments.
Введение
Баргузинская долина - одна из осевых структур Байкальской рифтовой зоны - обрамлена горными поднятиями Баргузинского и Икатского хребтов. По характеру осадконакопления во впадинах в новейшей истории рифтовой зоны различались два этапа: раннеорогенный медленных движений и позднеорогенный ускоренных движений [1].
По интерпретации геофизических данных [2, 3], Баргузинская долина состоит из четырех котловин (с юго-запада на северо- восток): Джидинской, Усть-Миндайской, Хонхинской и Усть-Гаргинской. Максимальная глубина 2,5 км определена в Хонхинской котловине, в которой четвертичные отложения были вскрыты глубокой скв. Р1. Галечники, глины и пески общей мощностью 408 м составляли нижнечетвертичную толщу, а вышележащие песчанистые глины, разнозернистые пески с примесью гальки и гравия мощностью 306 м - среднечетвертичную толщу, образующую куйтуны. Общая мощность среднечетвертичной толщи по ее положению в рельефе, превысила 520 м [4, 5].
В днище Баргузинской долины выделяются три основных элемента строения рельефа: а) наклонноволнистая равнина подножия Баргузинского хребта, б) террасовый комплекс р. Баргузин и в) песчаные увалы (куйтуны) подножия юго-восточного макросклона Икатского хребта. Увалы имеют отчетливое морфологическое выражение и представлены Лесным, Верхним и Нижним Куйтунами (до 200 м относительной высоты), которые разделены между собой долинами рр. Гарга и Аргада. Массивы выполнены толщами алевритово-псаммитового материала комплексного озерно-речного и речного происхождения с примесью фаций пролювиального, делювиального и эолового генезиса.
Выявление обстановок морфо- и седиментогенеза песчаных толщ суходольных межгорных впадин Байкальской рифтовой зоны, в том числе Баргузинской долины, - одна из нерешенных проблем плейстоценовой истории региона, так как от определения происхождения этих толщ зависит трактовка эволюции рельефа территории юга Сибири. Толщи распространены в речных долинах и межгорных впадинах, которые дренируются реками стока к оз. Байкал.
В настоящей работе рассматриваются условия последовательного накопления в Баргузинской долине аллювиального и озерного плейстоценовых стратонов, выявленные по результатам палеопатомологического анализа отложений, вскрытых в 2012 г. скважиной 538 Байкальского филиала «Соснов- геология» ФГУГП «Урангеологоразведка» и изученных в естественных обнажениях в районе Аргадинского отрога (рис. 1).
Методы исследований
Размер частиц - важный структурный признак, который отражает динамические условия переноса и отложения материала. При изучении осадочного чехла Баргузинской долины использовался гранулометрический анализ, как метод фациальных и палеогеографических реконструкций. Гранулометрический анализ проведен с использованием сит КСИ и получением фракций - частиц какой-либо одной градации. Основные формулы, использованные при обработке данных с помощью математической статистики и палеопотамологических реконструкций, взяты из работы [6].
Результаты работ и обсуждение
Отложения правобережья р. Аргада. Песчаная толща увала Верхний Куйтун (высота 190-200 м) исследована в районе с. Аргада.
На правобережье р. Аргада радиотермолюминесцентным датированием определен возраст ее формирования, начиная с 172 м над урезом воды: 171 м - 140000±20000 л.н. (ГИН СО РАН-587), 168 м - 234000±23000 л.н. (ГИН СО РАН-584), 42 м - 300000±28000 л.н. (ГИН СО РАН-589), 34 м - 310000±28000 л.н. (ГИН СО РАН-591), 29 м - 380000±32000 л.н. (ГИН СО РАН- 592), 24 м - 460000±40000 л.н. (ГИН СО РАН-593), 19 м - >830000 л.н. (ГИН СО РАН-594) и 6 м - >790000 л.н. (ГИН СО РАН-595) [7].
Песчаная тоща начала накапливаться до Тыйской тектонической фазы перестройки рельефа [8]. Самая верхняя 15-метровая часть этой толщи сформирована мелко-среднезернистыми (средневзвешенный размер частиц, x=0,42-0,46) и среднемелкозернистыми (x=0,47-0,5) песками (рис. 2, а). Текстура субгоризонтальная и наклонная, мощность слойков - 2-6 см. Значения коэффициента сортировки песков (стандартное отклонение, ст=0,23-0,31) характеризуют осадки как хорошо и умеренно сортированные, что указывает на длительную транспортировку перед их отложением. Статистический коэффициент асимметрии а>1 определяет смещение модального параметра в сторону крупнозернистых частиц и тестирует динамику среды осадконакопления на этот временной промежуток как относительно высокую.
Рис. 1. Местоположение района исследований в Баргузинской долине относительно оз. Байкал (а), на геологической схеме района Аргадинского отрога (б) и геологический разрез по линии АБ (в): 1-3 - четвертичные осадочные отложения: 1 - пойменные, 2 - аллювий надпойменных террас, 3 - аллювиально-озерные; 4 - аносовская свита, 5 - танхойская свита; 6-10 - породы фундамента: 6-7 - витимканский интрузивный комплекс первой (6) и второй (7) фаз, 8 - баргузинский интрузивный комплекс, 9 - няндонинская свита; 10 - гаргинская свита; 11 - крупный разлом выраженный в рельефе (а) и скрытый под чехлом четвертичных отложений (б); 12 - номер и местоположение скважины; 13 - местоположение расчистки песчаного уступа.
Рис. 2. а-в - гранулометрический состав осадков (а) - по образцам р-1450-5 и р-1450-6 (верхняя толща), (б) - по образцам р-1451-3 и р-1451-4 (нижняя толща) и (в) - по образцам р-1451-3 и р-1451-4 (основание толщи); (г) - сопоставление значений коэффициента вариаций v в пробах отложений урочища Верхний Куйтун: 1 - отложения лимнического генезиса; 2 - отложения комплексного лимно-аллювиального генезиса.
Эксцесс в равных долях положительный (т=0,46-1,86) и отрицательный (т=-0,2 - -0,6), что в первом эпизоде свидетельствует о непрестанном поступлении вещества в седиментационный бассейн, устойчивой скорости его обработки на относительно спокойном тектоническом фоне, во втором - дополнительном приносе обломочного субстрата при нестабильном тектоническом режиме.
Показатели коэффициента изменчивости v по всей толще соотносятся с диапазоном 0,50,64, принадлежащему полю перекрытия лимнической и флювиальной групп аквального парагенетического ряда (рис. 2, г). На основании проведенных палеопотамологических реконструкций установлена палеосреда аккумуляции наносов, которая представляла собой стационарный озерный проточный водоем. Его притоки речного облика, перемещавшие осадки по предельному диаметру подвижных частей от крупно- до грубокрупнозернистых песков, имели поверхностные скорости течения 0,5 м/с, срывающие скорости 0,35 м/с, придонные скорости отложения 0,23 м/с, уклоны водного зеркала 0,96-1,35 м/км, глубины: в межень - 0,26 м, половодье - 2 м и ширину русел 117-132 м.
Малоподвижные (ф-критерий устойчивости русел <100 единиц) русла полугорного типа (число Фруда, Fr=0,10-0,12) с площадью водосбора >100 км2 этих водотоков находились в естественных, благоприятных условиях состояния ложа со свободным течением воды (коэффициент шероховатости, n>35). Значения числа Лохтина (Л=1,47-1,54) указывают на незначительное отдаление потоков от конечного водоема в придельтовых условиях.
Нижняя часть осадочной толщи тобольского времени (от 300000 до 380000 тыс. л.н., мощность 20 м) образована наклонно-слоистыми ожелезненными средне-мелкозернистыми (x=0,36-0,37 мм) песками с хорошей сортировкой (ст=0,25) (рис. 2, б).
Для эмпирического полигона фракционных распределений частиц характерной особенностью является его левосторонняя скошенность, возникшая вследствие выборочной обработки в процессе транзита крупнозернистых фракций при повышенной динамике среды седиментации (а>1).
Эксцесс положителен (т=1,51- 3,29). Значения коэффициента вариации находятся в интервале от 0,5 до 0,7 и соответствуют преобладающим условиям аккумуляции в стационарных лимнических акваториях с проточным режимом (рис. 2, г).
Транспортировавшая в неглубокий постоянный озеровидный бассейн седиментации наносы река Пра-Аргада характеризовалась скоростными параметрами: течения 0,48 м/с, сдвига 0,34 м/с, отложения 0,22 м/с, имела уклон водного зеркала 0,76-0,81 м/км, меженную глубину 0,3 м при возрастании в половодье до 2,2 м и ширину русла 139-142 м в момент его полного заполнения до выхода воды на пойму. Палеоводотоку нединамичного (ф-критерий устойчивости <100 ед.) равнинного типа (Fr=0,08) с площадью водосбора >100 км2 были свойственны натуральные, благоприятные, придельтовые (Л=1,59) условия состояния ложа со свободным течением воды (n=39). Кроме того, по показателям универсального критерия Ляпина (Р=0,28) устанавливается присутствие в палеорусле подвижных форм низкогрядового рельефа высотой 0,14 м, длиной 1,6 м и скоростью перемещения 0,0002 м/с.
Самая нижняя часть массива (до 13 м), сформированная на границе эоплейстоцена и неоплейстоцена, выполнена слабонаклонными мелкослоистыми, крупно-мелко-среднезернистыми песками (x=0,5 мм) умеренной сортировки (ст=0,31-0,32), асимметричными с доминантным модальным сдвигом в сторону крупных частиц (а>1) (рис. 2, в).
Осадки имеют плюсовой эксцесс и значения коэффициента вариации (v=0,62- 0,66), совпадающие с сектором совокупного озерноречного генезиса (рис. 2, г).
Процесс седиментации осуществлялся блуждающими средними водотоками полугорного грядового (Fr=0,12) типа с естественными стабильными руслами (площадь водосбора >100 км2) в благоприятных условиях состояния ложа и течения воды (n>37) при впадении в конечный водоем (Л=1,47).
Им был свойствен незначительный уклон продольного профиля 1,3%о, скорость транспортировки частиц 0,36 м/с, придонная скорость отложения 0,3 м/с, скорость течения воды 0,54 м/с, минимальная глубина 0,25 м при росте высоты столба полых вод до 2 м и ширине в 117 метров на момент максимального заполнения водой.
Помимо гладкой фазы влечения наносов по горизонтальной поверхности руслового ложа, здесь же присутствовали низкие гряды высотой 0,12 м, длиной 1,4 м и скоростью перемещения 0,26 мм/с, которые сформировали плоскостную малонаклонную текстуру осадков (номограмма Ржаницына, VVI порядок потока).
Отложения скв. 538. Байкальским филиалом «Сосновгеология» ФГУГП «Урангеологоразведка» в 2012 г. до глубины 355 м пробурена скважина № 538 (рис. 3). Вскрытые отложения наращивают нижнюю часть разреза осадочной толщи увала Верхний Куйтун.
Рис. 3. Результаты гранулометрического анализа неоплейстоценовых отложений, вскрытых скв. 538: 1 - отложения ак- вального генезиса с примесью осадков неаллювиального происхождения; 2 - отложения комплексного лимно-аллювиального происхождения; 3 - аллювиальные отложения; 4 - ритмичное чередование по вертикали разреза осадков комплексного и речного генезиса; 5 - пролювиальные и склоновые отложения.