Геоморфология и палеогеография, 2020, № 2, стр. 39-49

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

Проблема формирования погребенных долин в горных районах всегда вызывала большой интерес геологов и геоморфологов в связи с поисками и разведкой россыпей. Уже в первых крупных обобщениях по геологии россыпей большое внимание уделялось процессу формирования долин в разные динамические фазы [1]. Это направление получило развитие в работах Н.А. Шило [2], Ю.И. Гольдфарба [3] и других исследователей. Большая роль в изучении морфологии погребенных долин горных районов принадлежит школе геоморфологов Московского университета. Г.А. Постоленко [4] впервые рассмотрены закономерности формирования погребенных долин на протяжении крупных временных периодов – климатохронов, обусловившие основные черты морфологического сходства долин. Ею также предложено выделять две фазы эрозионного цикла – врезания и аккумуляции – и введено понятие “внутридолинная перестройка” [5]. С.С. Воскресенским [6] была предложена классификация россыпей по их принадлежности к типам долин. Однако исследования погребенных долин в основном имели обобщающий характер и касались пространственного и гипсометрического соотношения разновозрастных врезов, связи процесса формирования долин с климатическими ритмами. Детальные исследования морфологии погребенных врезов и строения приуроченных к ним россыпей в зависимости от локальных литолого-тектонических условий, влияния морфодинамических типов русел и палеопритоков на различных участках долин изучены мало. Однако такие исследования имеют большое значение при разведке: они позволяют повысить точность выявления погребенных запасов и избежать как нерациональной отработки блоков с некондиционными содержаниями, так и потери металла в недрах. Результаты исследования этих вопросов обобщены в настоящей статье.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Детальный палеогеоморфологический анализ строения погребенных долин основан на обобщении всех геологоразведочных работ, проведенных в долинах Ленского золотоносного района, начиная с первых этапов разведки (1910–1920-е гг.) и заканчивая 1990-ми годами. Составленные крупномасштабные схемы палеогеоморфологического строения позволили оценить факторы и закономерности формирования погребенных долин, реконструировать морфодинамические типы русел, функционировавших в разновозрастные эрозионные циклы, и выявить роль русловых процессов в формировании их морфологии. При сопоставлении типа и положения палеорусел на разновысотных эрозионных уровнях проведена оценка степени унаследованности погребенных долин. Выявленные закономерности формирования морфологии погребенных долин сопоставлялись с особенностями положения и строения россыпей, анализ которых проводился по данным геолого-разведочной документации. Значительная плотность разведочной сети (200 × 20 м) обеспечила детальность и объективность проведенных исследований.

Основой палеогеоморфологических схем служат производственные планы разведочных работ в масштабе 1:5000 или 1:10 000 с нанесенной на них разведочной сетью (поисковые и разведочные линии, скважины или шурфы). С геологических разрезов на основу схемы выносились границы днищ и эрозионных уровней с указанием их абсолютных отметок, а также относительные превышения последних над днищем. В границах эрозионных уровней выделяются глубокие эрозионные ложбины – линейно вытянутые понижения различной конфигурации и глубины и отражающие положение палеорусел, функционировавших в период формирования данного уровня. В пределах днища и эрозионных уровней выделяются выступы коренных пород – цоколи островов, западины, уступы и другие формы рельефа коренного ложа.

Для анализа строения россыпей в том же масштабе составлялись схемы распределения и графики запасов золота. При совмещении схем вертикальных запасов с палеогеоморфологическими схемами определялись особенности распределения золота в пределах контуров золотоносных пластов, приуроченность скважин с весовыми содержаниями золота к определенным элементам разновозрастных долин (ложбинам, эрозионным уровням и др. элементам плотика).

Анализ схем, построенных по генетическому принципу взаимосвязи элементов коренного рельефа, разновозрастных отложений и особенностей распределения золотоносности позволил выявить существенные различия морфологии долин в зависимости от ряда факторов и определить влияние последней на особенности формирования золотоносных пластов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Ленский золотоносный район занимает СВ периферию Байкальской рифтовой зоны и характеризуется сложным структурным и литологическим строением. Территория Ленского района в области Патомского нагорья представлена крупными складчатыми структурами – Бодайбинской и Вачской синклиналями, Кропоткинской антиклиналью, имеющими субширотное заложение. Эти структуры осложнены многочисленными складками более низкого ранга. В районе преобладают два направления разломов и зон трещиноватости: субмеридиональное и субширотное. Коренные породы района представлены сильно дислоцированными многочисленными свитами и подсвитами среднего–позднего протерозоя разнообразного литологического состава: сланцами, аргиллитами, песчаниками и известняками, характеризующимися различной стойкостью (более твердые породы – аргиллиты и песчаники – периодически сменяются более податливыми к размыву сланцами и известняками).

На территории Ленского золотоносного района в связи с изменением общего наклона поверхности с конца плиоцена началась перестройка древней гидросети субширотного направления на субмеридиональное со стоком на юг. В начале раннего плейстоцена активное влияние неотектоники завершило эту перестройку, и гидросеть приобрела современный рисунок. На основе многолетних обобщающих исследований возраста аллювиальных отложений, заполняющих современные долины, проведенных группой геологов ЦНИГРИ [7, 8] и дополненных более поздними исследованиями специалистов Бодайбинской ГРЭ и объединения Лензолото, выделены основные эрозионные циклы развития речной сети, связанные с межледниковыми периодами: ранне-, средне- и позднеплейстоценовые и послеледниковый – голоценовый. Кроме аллювиальных отложений, в долинах отмечен комплекс разновозрастных отложений, генезис которых связан с деятельностью ледников: гляциальные, флювиогляциальные и озерно-ледниковые отложения двух этапов оледенения среднеплейстоценового возраста и сложный комплекс свит позднеплейстоценового оледенения.

Структурный план территории определяет в целом ортогональный рисунок гидросети. Исследованные полугорные реки Бодайбо и Вача V–VI порядка имеют длину до 100–120 км, уклоны в среднем составляют 2–4‰. Долины рек глубоко врезаны в сильно расчлененную водораздельную поверхность с абс. отметками от 1000 до 1200–1500 м и хорошо разработаны. Их притоки – небольшие ручьи и реки II–IV порядков, со средними уклонами 30–50‰.

Геоморфологический анализ строения погребенных долин в Ленском районе впервые был проведен Ю.П. Казакевич [7] и Е.Я. Синюгиной [8], которые обобщили материалы геологоразведочных работ ранних этапов разведки и выявили общие условия локализации россыпей на различных элементах погребенных долин. Несмотря на продолжительность и интенсивность разведочных работ в Ленском золотоносном районе, густой сетью коротких разведочных линий в основном были вскрыты только днища долин с низкими эрозионными уровнями. Комплекс долин с погребенными террасами более высоких уровней разведан лишь на отдельных участках. В крупных долинах выделено три комплекса террасовых уровней: низкий – высотой до 15–20 м, средний – 20–35 м и высокий – более 40 м над погребенным днищем. Хорошо прослеживается самый низкий эрозионный уровень высотой до 3 м (самый низкий из комплекса низких террас), являющийся цоколем поймы, который характерен для долин всех порядков. Россыпи залегают в днищах долин на низких и высоких погребенных эрозионных уровнях.

Сопоставление положения разновозрастных долин Ленского золотоносного района показало высокую степень унаследованности их развития – на одних и тех же участках положение и ширина долин разного возраста остаются приблизительно одинаковыми. В то же время в днищах разновозрастных долин отмечаются внутридолинные перестройки и существенные морфологические различия. Так, на одном из участков р. Вачи днище долины раннеплейстоценового возраста имело относительно прямолинейную форму в плане и было расположено у левого, подмываемого борта долины, свидетельствуя о том, что асимметрия долины возникла уже в это время. Днище среднеплейстоценовой долины отличается большой извилистостью с развитием излучин. Днище позднеплейстоценовой долины в основном унаследовало черты среднеплейстоценовой и, частично, раннеплейстоценовой. Возможно, отличия конфигурации и планового положения палеоднища долины раннеплейстоценового возраста связаны с еще незавершенным приспособлением потока к литологическим и тектоническим условиям на ранних стадиях формирования, либо с резкими изменениями этих условий в разные эрозионные циклы, что обусловило изменение положения и морфологии днищ разновозрастных долин. Таким образом, границы долин остаются практически неизменными на протяжении нескольких эрозионных циклов, в то время как их днища могут значительно отличаться как по ширине, так и по морфологии.

Унаследованный характер разновозрастных долин отмечается и для других горных районов, испытывающих устойчивое поднятие. По данным ряда исследователей, долина р. Колымы на верхнем и среднем участках имеет древнее заложение и развивалась с олигоцена [9]. Проведенный анализ планового рисунка гидросети показал, что она наследует разрывные нарушения, возникшие в период становления тектоно-магматических купольных структур (поздняя юра – ранний мел), т.е. речная сеть здесь является древним, устойчивым образованием. Густота расчленения, площади и конфигурация бассейнов, независимо от изменения климатических условий в разные геологические периоды, оставались без существенных изменений и определялись тектоническими нарушениями. По данным С.С. Осадчего [10], эрозионное расчленение (в т.ч. низкопорядковое – бассейны ручьев) склонов Восточного Саяна, имеющего среднегорный рельеф, приобрело близкие к современному очертания уже к среднему миоцену. Таким образом, речные бассейны и речная сеть в Саянах развивались унаследованно и существенных изменений конфигураций и площадей бассейнов, несмотря на изменения климата в разные геологические периоды, здесь не происходило. Устойчивое положение речных долин в горных районах определяет унаследованное положение россыпей. Как правило, они располагаются в пределах контуров современных долин либо под их днищами, либо несколько смещены в плане под современные террасоувалы.

При общем унаследованном положении речной сети для некоторых участков долин характерны внутридолинные перестройки [5], возникающие под влиянием различных факторов. В некоторых случаях долины в процессе своего развития значительно смещаются в плане, попадая при этом в другие условия, что приводит к формированию иного морфодинамического типа русла и соответственно изменению их морфологии. Примером резкого изменения морфологии разновозрастных погребенных долин служит р. Бодайбо перед впадением в р. Витим (рис. 1). Современная долина реки на этом участке имеет каньонообразный вид. Днище шириной около 125–150 м и борта сложены плотными монолитными кристаллическими песчаниками, террасы не выражены. Под толщей наносов, перекрывающих правый борт современной долины, разведочными работами вскрыта погребенная долина позднеплейстоценового возраста и эрозионные террасы средне- и раннеплейстоценового возраста. Русло погребенной долины по отношению к современному смещено на 700 м ниже по течению р. Витим. В современном рельефе положение погребенной долины маркирует цепочка крупных (глубиной до 20–30 м) термокарстовых впадин, из которых ближайшая к руслу р. Витим занята озером. Погребенная долина р. Бодайбо на этом участке характеризуется значительно меньшими величиной вреза и уклонами и наличием широких эрозионных уровней. На всем протяжении погребенной долины под рыхлыми отложениями прослеживаются богатейшие россыпи позднеплейстоценового возраста, в то время, как в пространственно разобщенной с ней современной долине золотоносность незначительна. Другим примером может служить участок долины р. Бодайбо в районе пос. Красноармейский на участке впадения р. Иллигирь. В условиях развития мягких сланцевых пород на протяжении всех эрозионных циклов раннего и среднего плейстоцена здесь функционировало свободно меандрирующее русло, испытывающее значительные горизонтальные переформирования. Погребенная долина хорошо разработана, ее общая ширина составляет 3–4 км, днища – 400–600 м, эрозионные уровни также имеют значительную ширину. В голоцене русло реки сместилось к правому борту, в результате врезания была выработана современная долина каньонообразной формы с узким днищем в 40–60 м (Прокопьевские щеки). Разведочными работами вскрыта область слияния погребенных долин рр. Бодайбо и Иллигирь и приуроченные к ним богатые россыпи. Таким образом, на некоторых участках положение погребенных долин и сформированных в них россыпей может значительно отличаться от положения современных долин.

Рис. 1.

Палеогеоморфологическая схема участка пространственного разобщения современной и погребенной долины р. Бодайбо.

Фрагменты долин: 1 – ранне-, 2 – средне-, 3 – позднеплейстоценовые; палеорусла: 4 – ранне-, 5 – позднеплейстоценовые, 6 – голоценовые; 7 – эрозионные ложбины; 8 – повышения коренного ложа; 9 – склоны эрозионных уровней и повышений коренного ложа; 10 – коренные борта долины; 11 – абсолютные отметки коренного ложа; 12 – относительные превышения эрозионных уровней; 13 – разведочные линии.

В связи с изменениями морфологического строения врезов изменяется и строение россыпей. Имея значительную протяженность, погребенные долины часто пересекают несколько тектонических структур, которые представлены поднимающимися антиклинальными складками и опускающимися синклиналями. Структурно-тектонический фактор определяет четковидность долин и резкие перегибы их продольных профилей. Пересечение структур с разным знаком движений и неодинаковой их амплитудой создает своеобразный “клавишный эффект” – на одних участках происходит поднятие территории, сопровождающееся врезанием долин, на других – опускание и аккумуляция. Большое влияние на морфологию погребенных долин оказывает также литология коренных пород, определяющая смену участков с различным морфологическим строением. Разная степень устойчивости коренных пород к размыву наряду с тектоническим фактором обусловливает формирование различных морфодинамических типов русел и различную интенсивность их горизонтальных деформаций, определяющую ширину днища и эрозионных уровней, что в итоге также приводит к четковидному строению долин. Трещиноватость пород в зонах разломов является фактором, способствующим, как правило, интенсивным изменениям планового положения русел и формированию расширений долин. Вследствие этих причин для крупных долин характерно чередование участков с различной морфологией и, как следствие, с различным строением россыпей. На участках пересечения долинами структур, сложенных твердыми трудно размываемыми породами с длительно проявленной тенденцией к поднятию, долины узкие, без высоких террас (рис. 2, а). Склоны гольцов непосредственно спускаются к пойме. В условиях интенсивного врезания, как в погребенных, так и в современных долинах происходит формирование относительно прямолинейного неразветвленного русла в пределах неширокого днища. Россыпи имеют прямолинейный контур и представляют собой узкие (до 100–150 м) обогащенные золотом струи аллювия небольшой мощности, хорошо выдержанные по протяженности (рис. 3, а). При последовательном врезании долины в течение нескольких эрозионных циклов положение палеорусел в плане практически не меняется. Таким участкам свойственна наиболее простая схема преобразования россыпей. При пространственном совмещении разновозрастных русел более древние россыпи перемываются и включаются в состав россыпей, образовавшихся в последний эрозионный цикл. В некоторых случаях происходят незначительные смещения и неоднократные пересечения разновозрастных палеорусел. При этом россыпь более глубокого вреза прослеживается в виде узкой струи, окаймленной по обоим краям фрагментами разновозрастных россыпей, залегающих с небольшими (до 2–3 м) превышениями над днищем.

Рис. 2.

Палеогеоморфологические схемы долин на участках поднимающихся структур, распространения трудноразмываемых пород (а) и опускающихся структур, распространения легкоразмываемых пород (б).

Усл. обозначения см. рис. 1.

Рис. 3.

Оконтуривание блоков подсчета запасов золота на участках долин с относительно прямолинейным неразветвленным руслом (а), с развитием врезанных излучин (б), свободных излучин (в) и русла, разветвленного на рукава (г).

1 – границы днища; 2 – русло; 3 – разведочные скважины; 4 – границы блоков подсчета запасов золота; 5 – направление течения.

Врезанные излучины приурочены к участкам пересечения долинами интенсивно поднимающихся структур в зонах распространения трудно размываемых пород, либо при переслаивании пород разного литологического состава. В течение нескольких эрозионных циклов их положение меняется незначительно – смещения в плане достигают нескольких метров за один эрозионный цикл, при полном сохранении их конфигурации и ориентировки. На поверхности коренного ложа и на цоколях разновозрастных террас небольшой ширины отмечается серия расположенных параллельно и как бы вложенных одна в другую эрозионных ложбин, имеющих форму излучин. За счет суммирования незначительных по величине смещений русла, происходящих в каждый эрозионный цикл, формируются типичные долинные излучины. Россыпи на таких участках подковообразные, они повторяют конфигурацию врезанных меандр и располагаются на разных уровнях террас. Подобные изогнутые формы россыпи характерны и для крупных рек (Колыма и Берелёх) Колымского района [2, 3]. Россыпи, сформированные на участках с относительно прямолинейными неразветвленными руслами и врезанными излучинами, аналогичны россыпям долин низких порядков (рис. 3 а, б).

Свободные излучины и русла, разветвленные на рукава, формируются на участках распространения слабоустойчивых к размыву пород (сланцев, известняков); они приурочены к относительно стабильным блокам либо к структурам, испытывающим погружение. Интенсивность смещений русел в плане даже в течение одного эрозионного цикла достигает нескольких десятков метров; конфигурация и плановое положение излучин также существенно меняются. Развитие таких излучин приводит к формированию расширения днища, которое в более поздние эрозионные циклы при врезании реки преобразуется в широкие террасы. При врезании долин в течение каждого эрозионного цикла происходит частичный размыв более древних россыпей за счет смещения русел то к одному, то к другому берегу долины. Такой пример приведен на рис. 2 (б). Занимая разные по высоте уровни, палеорусла разновозрастных эрозионных циклов формируют крупные долинные излучины. Их радиус может достигать нескольких сотен метров при протяженности в несколько километров. При этом золотоносные пласты сохраняются также в виде отдельных фрагментов на разных гипсометрических отметках, что необходимо учитывать при проведении разведочных работ (рис. 3 в, г). О сложной картине положения россыпей на таких участках упоминает и Ю.П. Казакевич [11].

По длине долин чередуются участки с различным соотношением разновозрастных эрозионных уровней. Они объединяются в три основных типа. При первом типе бóльшая глубина самого позднего вреза обусловливает размыв отложений более ранних эрозионных циклов с переотложением металла на более низкие эрозионные уровни. При втором типе более поздний врез меньше предыдущих. Он вырабатывает свои террасы в более древних аллювиальных отложениях и перемывает россыпи высоких эрозионных уровней предыдущих эрозионных циклов. Третий – наиболее сложный случай, когда все врезы достигали примерно одного уровня. При этом на практически одинаковых гипсометрических отметках погребенного днища может прослеживаться несколько разновозрастных палеорусел (рис. 4). Россыпи на таких участках представляют собой комплекс разновозрастных пластов, неоднократно пересекающихся в плане под разными углами в пределах широкого погребенного днища.

Рис. 4.

Участок совмещения разновозрастных врезов на одном гипсометрическом уровне. Усл. обозначения см. рис. 1.

Большое влияние на строение погребенных россыпей оказывают крупные притоки, которые часто обусловливают наличие поперечных к оси главной долины золотоносных пластов. Между останцами уровней под крутым углом к оси основной долины прослеживаются эрозионные ложбины, образованные руслами притоков в разновозрастные эрозионные циклы. Ориентировка россыпей на участках слияния рек крайне сложна. Золотоносные пласты располагаются как на останцах разновысотных эрозионных уровней, так и в эрозионных ложбинах – палеоруслах притоков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований выявлено, что морфология погребенных долин, морфодинамический тип палеорусел и изменение их планового положения определяются характером руслового процесса, на который в свою очередь воздействуют литологический, тектонический и структурный факторы. Для погребенных долин и сформированных россыпей характерна унаследованность положения в течение нескольких эрозионных циклов. Наследуются и морфодинамические типы русел, однако в случаях смещения долин в области с иными литолого-тектоническими условиями происходит изменение последних и соответственно меняется морфологическое строение долин и россыпей.

Детальные исследования морфологии погребенных долин позволили выделить на их протяжении несколько разных типов россыпей, морфология которых определяется морфодинамическими типами палеорусел и изменением их положения в разные этапы врезания долин. Полученные результаты имеют большое практическое значение при поиске и разведке россыпей. Выявленные связи строения последних с морфологией погребенных долин, для которых характерна высокая степень унаследованности развития, позволяют прогнозировать морфологические и морфометрические характеристики россыпей, характер распределения золота на различных участках долин, выбирать оптимальные положения разведочных линий, более точно оконтуривать блоки запасов и проводить их подсчет. В свою очередь это может существенно снизить потери металла и нерентабельную отработку участков.

Выявленные закономерности формирования морфологии погребенных долин и связанные с ней особенности положения и структуры россыпей могут быть применены и в других золотоносных районах, так как они обусловлены деятельностью русловых процессов – одним из основных факторов механизма формирования россыпей в долинах.