Байрак Г.
Методи геоморфологічних досліджень

Вивчення історії розвитку рельєфу геологічними методами

На підставі палеогеоморфологічних реконструкцій відтворюють історію рельєфу. Історія розвитку рельєфу – це послідовність геолого-геоморфологічних подій та обстановок, які змінювали одна одну від найдавніших часів до сучасного періоду. Це історія розвитку областей зносу й осадонагромадження (акумуляції), утворення та руйнування гір, наступання і відступання льодовиків, формування річкових долин, морських трансгресій і регресій, вулканічних явищ тощо. Рельєф неодноразово змінювався протягом геологічних епох і сучасний його вигляд є наслідком тривалого історичного розвитку.

Відтворення історії розвитку рельєфу – важливе завдання в оцінці території з погляду перспективи на наявність корисних копалин і для прогнозування його подальшого розвитку. Характеристикою історії формування рельєфу закінчують будь-яке регіональне геоморфологічне чи геологічне дослідження [5].

Історія розвитку рельєфу зафіксована у гірських породах: в умовах їхнього накопичення, перевідкладання, розмиву, перервах цих процесів. Інформацію про ці умови дають геологічні розрізи. Важливі характеристики порід, які використовують для відтворення історії розвитку рельєфу, такі:

  • умови залягання,
  • поширення і потужність відкладів різного походження і віку,
  • їхній літологічний, фаціальний та гранулометричний склад, текстура,
  • характер підошви чи покрівлі кожного шару,
  • виклинювання порід,
  • органічні включення.

Розпочинають аналіз історії формування рельєфу з визначення віку та генезису найдавніших порід у розрізі. Послідовна зміна геологічних верств знизу вверх у розрізі засвідчує зміну геоморфологічних обстановок від минулих до сучасних епох.

Умови залягання порід

Умови залягання порід. Розрізняють непорушене та порушене залягання. Непорушене (первинне) залягання здебільшого горизонтальне. Його мають осадові відклади, утворені в морських умовах осадонагромадження, і більшість метаморфічних порід. Магматичні виливні породи утворюють покриви, потоки, куполи, а глибинні магматичні – батоліти, штоки, дайки. Порушене залягання створюють тектонічні процеси, зсувні, обвальні явища тощо. Найпоширеніша форма порушеного залягання – складчастість: породи отримують моноклінальний нахил з різними кутами залягання. На них накладаються розривні порушення, які зумовлюють зміщення первинно залягаючих шарів порід.

Умови залягання порід під час вивчення історії розвитку рельєфу пов’язані з умовами формування рельєфу – у морських басейнах чи під час насувів і складкоутворення. Вони свідчать також про характер тектонічних рухів. Коли переважають опускання, панують морські умови або низинні рівнини, а під час піднять розвивається суша з рівнинами, височинами, горами залежно від величин градієнтів тектонічних рухів.

Розглядають узгодженість чи неузгодженість стратиграфічного залягання порід. Узгоджене залягання пов’язане з послідовною зміною умов формування рельєфу, а неузгоджене – з різкою зміною в умовах, наприклад, з морських на континентальні. Водночас може відбутися перерва в накопиченні відкладів, зокрема, розмивання та денудація відкладеного раніше матеріалу, що виявляється у нерівній покрівлі морських порід. Ознакою існування суші є також континентальні відклади – льодовикові, водно-льодовикові, алювіальні, делювіальні, еолово-делювіальні, озерні та ін. Ці відклади часто наявні лише у верхніх шарах земної кори, що відклались в останній континентальний етап геологічної історії – четвертинний, оскільки у попередні континентальні періоди вони були розмиті під час наступних морських трансгресій.

Поширення відкладів

Поширення відкладів. Суцільне поширення, витриманість на великих площах шарів порід свідчить про панування морських умов. Локальне поширення мають відклади, які накопичувалися тільки в цьому районі (колектори вуглеводнів), мало транспортувалися або не переміщувалися взагалі (колювіальні, зсувні відклади тощо) або відбулася інтрузія магматичних порід. Все це дає підстави для визначення впливу ендочи екзогенних чинників під час певних умов формування рельєфу.

Потужність відкладів

Потужність відкладів. Мала потужність пухких відкладів (або їхня відсутність) пов’язана з тектонічними підняттями. Що інтенсивніші ці рухи, то активніше відбуваються процеси ерозії, денудації та транспортування матеріалу. Екзогенні процеси розчленовують і знижують ділянки піднять із гірським рельєфом, проте відкладів накопичується мало через посилене їхнє винесення. Відкладаються ті осади, яких не встигли транспортувати екзогенні сили.

В областях опускань активні процеси відкладання (акумуляції) матеріалу, який заповнює зниження рельєфу. Процеси акумуляції розвиваються тим інтенсивніше, чим більша швидкість тектонічних опускань. Зонам тектонічних опускань властиві мінімальні абсолютні та відносні висоти рельєфу, велика потужність відкладів.

Літологічний і фаціальний склад

Літологічний склад відкладів свідчить про конкретні умови формування рельєфу. Генезис порід пов’язаний з генетичним типом рельєфу, який панував під час утворення порід. За способом утворення всі осадові породи поділяють на п’ять генетичних типів:

  • теригенні,
  • пірокластичні,
  • залишкові,
  • органогенні,
  • хемогенні [17].

Теригенні, або уламкові чи кластичні, осадові породи (глини, алеврити, піски, гравій тощо) утворюються внаслідок механічного осадження в басейні седиментації з областей знесення. В місцях, де формувалися глини, панував глибоководний морський басейн, або, за континентальних умов, були поширені прісні та солоні озера, широкі заплави рік зі старицями. Піски дають змогу твердити, що існували узбережжя та мілководдя, в континентальних умовах – були поширені еолові, алювіальні чи зандрові рівнини.

Пірокластичні породи формуються внаслідок вулканічних вивержень, тому їхнє поширення пов’язане з активністю вулканів.

Залишкові породи залишаються на місці утворення, нагромаджуються внаслідок сукупної дії механічного руйнування і хімічних перетворень материнських порід (кори вивітрювання – латерити та боксити). Про тривале панування рельєфу свідчать суші, тропічні й екваторіальні кліматичні умови. З’ясовано, що у геологічній історії Землі існували тривалі континентальні умови та формувалися такі потужні кори вивітрювання: докембрійська, верхньопалеозойська, тріас-юрська, крейдо-палеогенова, пліоцен-четвертинна [19]. Кори вивітрювання ідентифікують вирівняний тип рельєфу – пенеплен.

Органогенні породи складені органічною речовиною, утвореною в процесі чи внаслідок життєдіяльності тварин і рослин – органогенні вапняки, вугілля, рифи. Ті, які складені кальцитом (СаСО3) і доломітом (CaMgСО3), мають назву карбонатні породи. Зазвичай під час їхнього утворення морське дно було неглибоким, а клімат тропічним. Прісноводні карбонати (мергелі) свідчать про існування на суші великих площ озер. Травертини (вапнисті туфи) біля джерел підтверджують достатнє зволоження території і наповнення підземних водоносних горизонтів.

Хемогенні породи утворені внаслідок хімічного осадження з водних розчинів. Для їхнього формування потрібен басейн зі специфічною геоморфологією дна, зокрема, відгороджений порогом, підводним виступом, який перешкоджає прямому сполученню з відкритим морем. У таких басейнах надлишкове випаровування призводить до збільшення концентрації солей у морській воді. Тому панують посушливі кліматичні умови. Розсоли опускаються на дно (їхня густина вища), де починають кристалізуватися мінерали. Якщо солоність збільшується з часом, то формується така послідовність порід: вапняк → доломіт → ангідрит →галіт → калійні солі. Отже, на суші існували соляні лагуни, болота, солончаки або реліктові моря. Прикладом соляних лагун є затока Кара-Богаз-Гол (Каспійське море), озеро Біг-Біттер (біля Суецького каналу) [17].

Фаціальний склад підтверджує панування прибережно-мілководних, мілководних, глибоководних морських або континентальних умов. Континентальні умови пов’язані з річковими, озерними, болотними, пролювіальними, прибережними рівнинами, льодовиковими, водно-льодовиковими, делювіальними, колювіальними, еоловими, наземними вулканічними фаціями (рис. 2.4.3).

Реконструкція давнього морського басейну
Рис. 2.4.3. Реконструкція давнього морського басейну:
а) гіпотетична морська поверхня; б) сучасна 3d-модель рельєфу

Теригенно-мінералогічний напрям, зокрема, відділення важких і легких фракцій порід – відповідно, темноколірних, рудних формацій від кварцу, польових шпатів тощо, допомагає виявити області зносу, шляхи перенесення й акумуляції уламкових осадів певного складу і походження. Областями зносу часто є гірський чи височинний, областями акумуляції – низовинний рельєф суші або морське дно. Шляхами перенесення стають річкові долини. Речовинний склад порід і мінералів дає змогу досить точно визначити розташування та границі теригенних провінцій живлення.

Гранулометричний склад

Гранулометричний склад – ознака динамічних умов формування рельєфу. Розмір уламка, його форма пов’язані з фізико-механічними і хімічними властивостями вихідних порід і тими умовами та процесами, за допомогою яких відбувалося відділення. Утворення уламків пов’язане з активністю процесів вивітрювання та географічними особливостями “джерел живлення”.

Наявність у розрізі обкатаного уламкового матеріалу свідчить про руслову течію або морське хвилювання, гострокутного – про абразію чи обвали. Крупнозернисті осади серед глибоководних алевритів і мулів засвідчують сильні підводні течії. Потужні грубозернисті товщі річкової гальки і піски, пов’язані з відкладами конусів виносу у передгір’ях, засвідчують близькість гірської країни [1].

У розвитку уламків простежується тенденція до подрібнення. Що більший уламок (великі валуни та брили), що дрібніший (дрібнозернисті піски, глини), то він гірше подрібнюється. Найшвидше руйнуються (за інших рівних умов) уламки величиною у середній щебінь. Процеси руйнування швидше відбуваються в холодних і досить вологих умовах.

Форма уламків дає інформацію про їхнє походження та еволюцію. Найчастіше трапляються уламки, співвідношення осей яких становить

а : b : с = 1,0 : 0,7 : 0,5.

Відхилення від цієї форми свідчать про зміни умов утворення уламків, які пов’язані з ендогенними чи екзогенними чинниками.

Обкатаність й округлення уламків залежать від типу їхнього переміщення: волочінням по дну, перекочуванням через вісь а чи с. Види переміщення впливають на особливості руху середовища, в якому переміщується уламок, міняючи форму. Це дає підставу говорити про те, що відбувається з рельєфом на транзитних шляхах. З транзиту розпочинається і закінчується розмив. Якщо закінчується розмив, то виникають умови рівноваги або розпочинається акумуляція [26].

Шорохуватість та нерівності на поверхні уламка свідчать про фізичну та хімічну агресивність середовища переміщення.

Текстури порід

Текстури порід – коса шаруватість, знаки брижів, прибою тощо відображають динаміку давніх водойм, зокрема, течії, морське хвилювання. Сліди ссавців чи земноводних – це континентальні умови, а волочіння, повзання водних організмів – морські чи річкові.

Тонка чи груба шаруватість відкладів – це періодична зміна умов або зміна головного чинника накопичення. Наприклад, шаруватість флішових відкладів від пісковику до аргіліту й алевроліту пов’язана з різним складом осаду мулистих потоків, який приносили у морське мілководдя прилеглі ріки. Відповідно або змінювалися області зносу або десь відбувався інтенсивніший, а десь слабший розмив. Шаруватість також виникає внаслідок нерівномірного переміщення потоком осадового матеріалу або впливом сезонних кліматичних умов постачання уламків.

Чіткість вираження шаруватості є показником спокійного середовища накопичення відкладів. Навіть незначні придонні течії зумовлюють знищення шаруватості. Що тонші прошарки, то повільніша швидкість накопичення осаду, частіша зміна чинників формування шаруватості.

Характер підошви чи покрівлі кожного шару

Характер підошви чи покрівлі кожного шару. Морфологія покрівлі порід – це характер морфології давнього рельєфу: вирівняний, пологохвилястий, хвилястий, горбистий, сильно чи слабко розчленований. Нерівності поверхні виявляють тенденції розвитку рельєфу – вирівнювання чи розчленування протягом етапу [4].

Нерівності покрівлі горизонтальних шарів морських умов осадонагромадження найчастіше пов’язані з розмиванням, яке відбулося після відкладання порід. Іноді можуть траплятися ієрогліфи – вигнуті валики та борозни на поверхні, що належать відмерлим організмам, або утворилися внаслідок вивітрювання чи вимивання частинок породи. Нерівності підошви звичайно зумовлені особливостями того рельєфу, який існував у континентальний період, що передував трансгресії.

Виклинювання порід

Виклинювання порід. Пов’язане зі зникненням пласта. Причинами можуть бути різка зміна умов, наприклад, початок інтенсивних піднять і горотворення, або активна денудація. Активна денудація впливає на характер геоморфологічних процесів. Виклинювання пов’язане з фаціальним заміщенням, а також природними границями седиментаційних басейнів – береговими лініями морів, озер, межами акумулятивних рівнин. За способом виклинювання – поступовим чи різким, судять про темп тектонічних рухів і повільну чи швидку зміну областей осадонагромадження.

Органічні включення

Органічні включення. Скам’янілі рештки рослин і тварин у дочетвертинних товщах дають змогу досить точно їх датувати. Рештки, які належать до четвертинного періоду, поділяють на ті, що утворилися в холодну льодовикову епоху і в теплі міжльодовикові часи – це алювіальні, озерні, болотні види органіки. Відповідно, знайдені спори, пилок, насіння, плоди, відбитки рослин свідчать про суходіл, а кремнієві панцирі діатомових водоростей, черепашки молюсків – про наявність прісних або солоних водойм. Наявність дрібних рачків – остракод, – свідчить про субаквальні обстановки: поширення лиманів, озер, шельфу моря або прирічкові умови – заплави, стариці. Знахідки форамініфер засвідчують тільки морські умови.

Наявні у відкладах водорості є індикатором мілководдя, натомість біолюмінісцентні види риб, рештки, яких, скажімо, знайдено в міоценових відкладах Передкавказзя – це індикатор глибоководного басейну [1, 16].