Водно-гравитационные процессы

Водно-гравитационные процессы характеризуются тем, что сме­щение горных пород по склону происходит при их увлажнении.

К этой группе относятся

· оползание,

· солифлюкция и

· нивация,

· дефлюкция (имеет меньшее значение).

Оползание - процесс соскальзывания круп­ных блоков или разрушенных масс горных пород по возникаю­щим в массиве склона разрывным поверхностям.

· про­исходит под действием силы тяжести

· обычно обусловлено при­сутствием подземных вод.

Основными условиями возникновения оползней являются

· наличие достаточно крутых склонов (обычно не менее 25°) и

· увлажнение определенной части пород в области склона.

Оползни имеют большое инженерно-геологическое значение.

Они развиваются нередко в местах чрезвычайно важных для жиз­ни человека — по берегам крупных рек и морей (например, в Среднем Поволжье, по побережью Кавказа, Крыма) и представ­ляют серьезное препятствие для строительства зданий и дорог.

Причинами образования оползней могут быть:

1) быстрое воз­никновение крутых склонов (например при подмыве их рекой, морем);

2) присутствие водоносных и водоупорных (глинистых) слоев,

· обусловливают повышение влажности пород и тем са­мым

· уменьшают внутреннее трение

· возникают поверх­ности облегченного скольжения, по которым и происходит срыв вышележащего блока;

3) геологическое строение — расположение слоев, крупных тектонических трещин и в особенности наличие глинистых пород, пластичность которых резко возрастает при увлажнении;

4) большая высота склона, обеспечивающая мини­мальный вес горных пород, необходимый для отрыва блока.

5) переувлажнение пород склона вода­ми атмосферных осадков,

6) образование при быстром развитии крутых склонов продольных к ним трещин бортового отпора (отседания), обусловленных силами упругого последействия, свя­занными с разгрузкой от давления уничтожаемых денудацией толщ.

7) деятельность человека: строительство зданий вызывает перегрузку склонов, прокладка оросительных каналов ведет к смачиванию и оползанию.

 

Различают четыре большие группы оползней.

1. Оползни-об­валы — представляют собой результат соскальзывания крупных блоков прочных пород по глинистому субстрату с одновременным дроблением их и сгруживанием у подножья образующейся циркообразной стенки отрыва.

2. Собственно оползни — разнообразные по сложности, глубине и размерам.

3. Осовы — мелкие оползни с глубиной залегания поверхности скольжения менее 5 м и захва­тывающие только рыхлые поверхностные отложения.

4. Сплывы — смещения, захватывающие только самый поверхностный, подго­товленный выветриванием покров на глубину не более 1 м.

· (рис. 12).

 

 

В результате развития оползней образуются:

· денудационные формы рельефа — стенки отрыва (см. рис. 12,111)

· аккумуля­тивные формы — оползневые террасы, холмы и гряды.

Размеры оползней в большой степени зависят от высоты склонов.

В горах оползневые блоки достигают иногда нескольких километров в поперечнике.

Оползневой рельеф характеризуется своей хаотич­ностью, обилием неправильных бугров и мелких бессточных запа­дин.

На равнинах размеры оползней чаще измеряются десятками и сотнями метров и формы рельефа их более типичны.

Стенки отрыва

· имеют большую крутизну (до 45° и более).

· В плане они чаще дугообразны, иногда вытянуты параллельно склону.

· От стенки отрыва оползневое тело отделяется оползневой западиной. Это, первоначально, обычно бессточная впадина, об­разующаяся между стенкой отрыва и тыловой частью оползня.

· Иногда в западинах возникают мелкие озерца или заболоченность.

Оползневое тело может иметь форму

· удлиненного холма или

· вытянутой параллельно склону гряды (линейные оползни).

Раз­личают части оползня (см. рис. 12, III).

· тыловая

· лобовая

В ты­ловой части

· тело оползня мало разрушено.

· характерны плоские площадки, наклонные в сторону склона — оползневые террасы, сохраняющие первоначальную форму блока.

· Нижняя часть тела оползня обычно бывает интенсивно разрушена.

Рельеф тут имеет очень неправильные очертания. Развиты:

Бугры выпирания и

· мелкие бессточные впадины, нередко занятые озерцами.

В лобовой части

· обычно располагается наиболее крупная гряда выпирания.

· Впереди крупных оползней смешанного типа возни­кают нередко внешние гряды выпирания.

Солифлюкция

· представляет собой процесс медленного течения поверхностного выветрелого слоя горных пород под влиянием силы тяжести и увлажнения.

Наиболее характерно и типично вы­ражена:

· в условиях «вечной» или затяжной сезонной мерзлоты.

· в областях силь­ного увлажнения поверхностного грунта, в особенности в зоне влажного тропического климата (тропическая солифлюкция, по Е. В. Шанцеру).

Развитие мерзлотной солифлюкции связано

· с воз­никновением во время теплого сезона оттаивающего деятель­ного слоя (рис. 13), насыщенного водой, в котором разрых­ленная поверхностная часть горных пород, переувлажненная до вязко-текучей консистенции, приходит в состояние вязкого тече­ния.

· С повышением температуры количество влаги в грунте не­прерывно увеличивается за счет таяния мерзлоты.

· Кроме того, из-за суточных колебаний температуры возникает интенсивное морозное выветривание, вследствие чего стекающие массы посте­пенно измельчаются, достигая состояния физической пыли.

· Пере­мещение грунта начинается уже при уклонах в 2-3° и наиболее активно идет на склонах с уклоном 5-20°.

· Скорость движения при солифлюкции очень мала и обычно измеряется сантиметрам, редко — первыми метрами за сезон.

В России солифлюкционный рельеф и отложения его распро­странены очень широко.

Главная область их распространения — север и восток Сибири, Забайкалье, северо-восток Азии;

кроме того, солифлюкция встречается в горах,

следы древней соли­флюкции имеются всюду в области былого четвертичного оле­денения.

Солифлюкция часто сопровождает нивацию.

Нивация — процесс, свя­занный с подтаиванием скоплений снега — снежников и включающий дробление горных пород, вследствие морозного вы­ветривания, и вынос размельченного материала талыми водами и солифлюкцией.

Описываемые процессы имеют большое значение

· для всевозможного строительства и

· проведения геологоразведоч­ных работ в зоне мерзлоты,

· влекут за собой важные последствия для геологического картирования и поисков.

Формы рельефа, развивающиеся при солифлюкции и нивации в зоне денудации,

· имеют сложное происхождение и

· обусловлены совместным действием морозного выветривания, солифлюкции и нивации.

Нагорные тер­расы - наиболее крупные формы.

· На месте снежника с нагорной стороны возникает крутая стенка в скальных породах — снеговой (морозный) забой, в ре­зультате физического выветривания смещающийся в сторону скло­на (рис. 14).

· Ниже забоя разрастается пологая площадка — по­верхность террасы, в верхней части врезанная в скальных поро­дах, а в нижней части сложенная солифлюкционными отложения­ми и материалом, снесенным талыми водами.

 

 

 

 

Рис. 14. Схема строения нагорных (гольцовых) террас

и образования поверхно­сти нивального выравнивания.

1 — первоначальная форма возвышенности; 2 — скальные породы; 3 — обломочный материал;

4 — стадии отступания уступа нагорной террасы.

Нагорные терассы (1) и снеговой (морозный) забой (2), абв — поверхность нивального (гольцового) выравнивания; гд— положение древней поверхности выравнивания; а1б1 — тумп: останец верхней поверхности в процессе развития нижней поверхности выравнивания; б —скалистые останцы разрушения тумпа

 

· Ширина площадок террас - десятки метров, уклон их 3-5°, высота до 10 м, но обычно невелика.

· Нагорные террасы, разраста­ясь, срезают вершину, сливаясь в единую плоскую поверхность (см. рис. 14).

· В областях нивального климата этот процесс явля­ется важным фактором выравнивания рельефа.

· В условиях, когда вершины гор сложены крепкими массивными породами, высота и протяженность морозобойных стенок может резко воз­растать.

Таково происхождение многих обрывов гольцовых вер­шин в Сибири.

В зоне солифлюкционной аккумуляции возникает неправильно бугристый рельеф.

Солифлюкционные террасы

· образуются при увеличении уклона и более однородном составе грунта.

· В плане они каплеобразные с уступами в виде фестонов и плоской наклонной поверхностью, которая обычно на 5-10° положе склона (см. рис. 13).

Солифлюкционные увалы - наиболее крупная аккумулятивная форма.

· образуется у по­дошвы склона, где сгруживается главная масса солифлюкцион-ных отложений.

Солифлюкционные отложения

· представлены суглинками, всегда содержащими щебенку и мелкие глыбы более прочных пород.

· В зоне активного стока в этом материале нередко наблюдается полосчатая текстура течения.

· В увалах полосчатость исчезает. Преобладают суглинки с беспорядочно распределенными щебнем и глыбами.

Для солифлюкционных отложений характерны различные мер­злотные явления:

· криотурбации (кипуны),

· клиновидные тела,

· каменные полигоны.

Внешними признаками солифлюкции явля­ются

· покосившиеся деревья,

· сооружения и столбы на скло­нах,

· деформации дорог.

· На аэроснимках бывает заметна полосча­тость, вытянутая поперек склона.

Курумы

· тип солифлюкционных образова­ний

· возникает на поверхностях, сложенных породами, дающими при выветривании глыбовую отдельность (массивные граниты, гнейсы).

· На склонах скапливаются развалы каменных глыб, медленно смещающиеся вниз по склону и назы­ваемые курумами (курум — по якутски камень).

· На поло­гих водоразделах они образуют целые поля — «каменные моря», ниже по склону разбивающиеся на полосы — «каменные реки», подчиненные ложбинам на склоне.

· У подножий каменные потоки нередко сливаются, образуя обширные глыбовые россыпи.

При смещении материала играют роль температурные колебания и сезонное оттаивание деятельного слоя, облегчающие смещение глыб. В связи с этим движение глыб идет и на очень пологих склонах с уклоном не более 2-3°. Скорость движения составляет от 5 до 150 см в год, сильно увеличиваясь в середине потока.

Изучение курумов важно при проведении горных дорог. Име­ет, например, огромное значение для работ в районе БАМа. Кро­ме того, смещение глыбовых развалов — курумов необходимо учитывать при геологическом картировании.

Тропическая солифлюкция

· в условиях жаркого влажного кли­мата осуществляется существенно иначе.

· происходит вязко-пластичное течение переувлажненного грунта, чему способствует обилие влаги и быстрое выветривание, дающее большое количе­ство глинистого материала.

Дефлюкция

· движение вязко-пластичной массы грунта на склонах под влиянием силы тяжести и умеренно­го увлажнения.

· Скорости движения измеряются долями милли­метров в год.

· Из-за крайней медленности этого процесса он может играть существенную роль лишь на древних склонах.

· С этим процессом связано массовое смещение грунта к подножью склона и такое явление, как изгиб слоев, жил, поверхностей разрывов вниз по склону.

· описаны С. С. Воскресенским.

 

Водно-склоновые процессы

 

· связаны с проявлением плоскостно­го смыва продуктов выветривания

· и разрушением склонов мел­кими временными струями воды.

Оба эти процесса очень тесно связаны и обычно рассматриваются вместе как процесс склонового смыва.

Этот процесс называют также делювиальным процессом, т.к. важным результатом его является образование делювиальных отложений,.

Кроме того на склонах периодически образуются и более крупные ручьи.

Возникает другая форма смыва — склоновая эрозия или мелкоовражный размыв, по Е. В. Шанцеру.

Склоновый смыв

· обусловлен деятельностью дождевых и талых снеговых вод, стекающих по поверхности склонов.

· Наиболее ин­тенсивно протекает в условиях слабого развития растительно­сти в областях семиаридного климата.

· Деятельность текучих вод на склонах принимает различные формы в зависимости от кру­тизны склона.

· На пологих склонах с уклоном до 5° проявляется плоскостное действие текущей по поверхности воды без ка­ких-либо русел. Перемещается только самый мелкий материал, так как мощность струек крайне невелика.

· На более крутых скло­нах разрушительная способность струек воды возрастает, в связи с чем они начинают врезаться в поверхность склона. Возникает струйчатый, или мелкорытвинный смыв.

· Постоянное перемещение мелких рытвинок вызывает в целом плоскостное разрушение скло­на, общее и равномерное понижение его поверхности.

Обе описанные формы стока ведут к плоскостному смыву.

· Верхняя часть склона при этом разрушается,

· нижняя — погреба­ется в продуктах выноса.

· Переносимый материал откладывается, попадая на более пологие участки склона,

· образуется аккумуля­тивный шлейф, верхний край которого поднимается вверх по склону, способствуя его выравниванию.

Процесс ведет к выполаживанию склонов, к сглаживанию и срезанию выпуклостей.

Это происходит очень неравномернов зависимости от прочности пород.

· Прочные горные породы значительно медленнее разрушаются и обычно образуют выступы,

· слабые наоборот — выполаживаются быстрее. Здесь создаются ложбины с более пологим скатом.

· В ослаблен­ных сильно трещиноватых зонах развиваются более глубокие рытвины.

· В условиях еще более крутых склонов с уклоном 20-30° сток концентрируется лишь по немногим более крупным рытвинам, быстро перерастающим в промоины и в мелкие овраги.

· Развива­ется склоновая эрозия. Особенно большое значение приобре­тает она на горных склонах, где овражное расчленение становится основным процессом их разрушения.

· Интенсивность склонового смыва в большой степени зависит от процессов выветривания, рыхлые продукты которого удаляют­ся смывом.

Денудационные формы рельефа,

· возникают при склоновом смыве, очень разнообразны.

· На равнинах в однородных породах образуются сглаженные склоны смыва, очень постепенно перехо­дящие в водораздельные равнины.

· При неравномерной прочности пород присутствуют останцовые выступы и ложбины стока — делли.

· Все эти формы бывают скрыты мало­мощным покровом элювия и делювия и постепенно сливаются с рельефом аккумулятивного шлейфа в нижней части склона.

В ре­зультате склоновой эрозии образуются рытвины, промоины, мелкие овраги.

· Все они направлены по линии наибольшего ската, очень слабо извилисты в плане.

· Характерно снижение высоты бортов этих ложбин вниз по склону до их полного исчезновения и почти прямая или слабо вогнутая форма продольного профиля.

В нижней части склонов и у подножий образуются аккумуля­тивные делювиальные шлейфы.

· Они имеют плоскую поверхность, полого спускающуюся ко дну долины

· отличаются слабо вогну­тым поперечным профилем (рис. 15).

В начальной стадии скло­нового смыва более активно развиваются отдельные конусы выноса, образующиеся в устьях более крупных рытвин и про моин.

Однако они быстро погребаются в общем едином аккуму­лятивном шлейфе.

Образующиеся при этом делювиальные отло­жения или делювий были впервые выделены как особый генети­ческий тип А. П. Павловым в 1890 г.

 

Делювий

· представляет собой отложения склонов и их подножий,

· возникшие в процессе плоско­стного смыва при действии непостоянных безрусловых струек дождевых и талых вод.

 


 

Делювий характеризуется

· мелкоземистостью,

· местами тонкой наклонной слоистостью,

· а также плащеобразным залеганием.

В составе делювия

· преобладают суглинки и супеси, в большей или меньшей степени обогащенные песком, а иногда дресвой или даже мелким щебнем.

Сортировка материала

· выраже­на слабо.

· осуществляется за счет того, что вода уносит дальше более мелкие частицы, а также в результате нерав­номерности стока.

· Сильные ливни вызывают снос значительно более крупных частиц. В связи с этим характер материала меняется.­

В строении делювия выделяются три фации (см. рис. 15):

· присклоновая (I), обогащенная более крупным обломочным материа­лом;

· срединная (II), отличается более отчетливой слоистостью, связанной с неустойчивым тут режимом стока,

· периферическая или низовая (III), сложенная наиболее тонким материалом.

Слоистость в делювии

· имеет наклон параллельно поверхности шлейфа.

· Выражена она прослойками песчано-дресвяного материа­ла или чередованием суглинков разного тона окраски и разного механического состава.

Мощность делювия

· в верховой части шлейфа очень мала (1-2 м),

· затем резко увеличивается, и

· над погребенной подошвой склона достигает максимума (10-15 м),

· а в низовой части шлейфа уменьшается до нуля.

При одновремен­ном накоплении делювия и пойменного аллювия низовая часть шлейфа редуцируется и делювиальные отложения средней части шлейфа фациально переходят в аллювий.

Делювий имеет пло­щадное распространение.

Он не связан с линейными (русловыми) потоками.

В этом его коренное отличие от других водных отложе­ний — аллювия и пролювия.

С делювиальными отложениями связаны склоновые россыпи, образующиеся в результате отмыва более тяжелых и трудно раз­рушаемых минералов, остающихся на месте.

В зависимости от формы и положения рудного тела россыпи могут быть

· попереч­ными или

· продольными к склону.

Эти россыпи, как правило, не имеют промышленного значения, но указывают на положение ко­ренных руд.

Такую же роль играет делювиальный снос продуктов выветривания рудных тел.

Делювий широко распространен на равнинах, но встречается и в горах, где он приурочен к более пологим склонам.

В горах характерно его смешение с другими генетическими типами отло­жений — с осыпями, с пролювием и т. д.

Иногда они картируются под общим названием «коллювия», т. е. отложений подножий. Недопустимо называть эти смешанные отложения делювием, так как они резко отличаются от делювия по своим инженерно-геоло­гическим свойствам.

 

В результате склоновой эрозии образуется склоновый пролю­вий — отложения мелких конусов выноса у устьев промоин на склоне.

· сложен дресвой и щебнем в обильном землисто-су­глинистом цементе.

· Конусы выноса сближенных промоин посте­пенно сливаются и вместе с делювием образуют единый шлейф коллювия смыва.

В целом делювиальные склоны характеризуются очень сгла­женными выпукло-вогнутыми формами с широким развитием в рав­нинных условиях аккумулятивных шлейфов.

Образование делювия ведет к смягчению форм и общему выполаживанию рельефа.

ВОПРОСЫ КЛАССИФИКАЦИИ И РАЗВИТИЯ СКЛОНОВ

 

Коренные различия в рельефе склонов связаны с их происхож­дением.

 

Поэтому наиболее общее значение в подразделении скло­нов имеет их генетическая классификация (табл. 2).

Эта класси­фикация может применяться только с учетом сказанного о чрез­вычайно тесной связи самых разнообразных процессов.

Наиболее распространены склоны комплексной денудации, развивающиеся под действием нескольких процессов.

Так, в горных и холмистых районах важнейшую роль играют склоны с развитием склоновой эрозии, всегда сопровождающейся другими процессами.

Выделя­ются также разного рода

· денудационно-вулканические,

· денудационно-абразионные склоны, или конкретнее — например, обвально-абразионные.

Генетическая классификация дополняется и элемен­тами морфометрической классификации.

Выделяют склоны

· кру­тые,

· средней крутизны,

· пологие,

· высокие,

· низкие и т. п.

Морфология склонов зависит также от геологического строения и климатических условий.

В зависимости от геологического строе­ния различаются

· аструктурные и

· структурные склоны.

Первые возникают на однородных по своим физико-механическим свой­ствам горных породах, которые склон срезает, не считаясь с их структурой (см. рис. 10, з),

вторые—-либо совпадают с поверхно­стью бронирующих толщ (см. рис. 1, Б и b) либо возникают на породах, различающихся по своей прочности и залегающих более крупными телами (см. рис. 10, ж).

На склонах этого типа разли­чается ступенчатость (структурные уступы), наличие выступов и ниш.

При наличии более мощных прочных слоев среди слабых пород образуются структурные террасы.

В зависимости от свойств и залегания горных пород возникают разнообразные типы литоморфного рельефа.

Большую роль играют неравномерное раз­витие трещиноватости, различная растворимость в карбонатных породах.

Форма возникающих при этом причудливых останцов, напоминающих башни или статуй, бывает очень характерна для тех или иных пород и нередко служит важным признаком при геологическом картировании.

Климатические факторы

· влияют через выветривание, тесно свя­занное с климатом, и вследствие связи с ними денудационных процессов.

· Растительность, обусловленная климатом, заметно за­держивает такие склоновые процессы, как плоскостной смыв и образование осыпей.

· климатические осо­бенности влияют также на унос материала от подножий склонов.

во время дождли­вого сезона в условиях семиаридного климата делювиальные шлейфы на склонах не образуются. Весь материал выносится на присклоновую равнину и откладывается в ее пониженной пери­ферической части.

· На развитие склонов влияют также экспозиция склона, т. е. ориентировка его по отношению к солнцу, гидрогеологические условия, силы вращения Земли, направление и сила господствую­щих ветров, на современном этапе — деятельность человека.

К наиболее общим факторам, влияющим на развитие склонов, относятся тектонические движения.

Поднятие земной коры

· вызы­вает врезание потоков — усиление эрозии.

· Начина­ется интенсивное углубление долин.

· Склоновые процессы, менее мощные, не успевают выровнять склоны, и в результате они приобретают выпуклую форму, с увеличением крутизны к руслу потока.

Замедление эрозии при опускании земной коры

· вызывает заполнение долин продуктами сноса, скопление их у подножья склонов,

которые, приобретают вогнутую форму, с постепенным выполаживанием к днищу долины.

 

 

 

Впервые вопросы о развитии склонов в условиях одновременно протекающих тектонических движений земной коры были рассмот­рены В. Пенком в 1924 г.

 

Им введены понятия восходящего и нисходящего развития рельефа.

Идеи В. Пенка о развитии скло­нов играют большую роль в оценке общей направленности новей­ших тектонических движений.

 

Важнейшее значение для выработки общей теории эволюции склонов имеет правильное понимание соотношения двух главных типов развития склонов — пенепленизации и педипленизации.

 

Уче­ние о пенепленизации рельефа было разработано В. Дэвисом и основывалось на представлении о неизбежном выполаживании склонов в ходе их развития (рис. 16, Л).

Склоновые процессы ведут к более энергичному разрушению верхней части склонов и перемещению продуктов разрушения к их основанию.

В резуль­тате происходит общее снижение поверхности водораздела, что ведет к выполаживанию и расширению склонов и, в конечном счете, к выравниванию, к переходу страны от расчлененного го­ристого рельефа к почти равнине — пенеплену.

 

Другой путь развития склонов — путь педипленизации* про­текает без выполаживания их, в условиях удаления продуктов разрушения от подножий склонов.

* От латинского слова pedis — подножье, род. пад., и английского plain — равнина.

 

Как это было показано В. Пен­ком, а затем обосновано Л. Кингом, склоновая денудация, разви­ваясь при указанных условиях на всем протяжении склона и про­исходя в общем равномерно, вызывает отступание склона в сто­рону водораздела параллельно первоначальной поверхности без выполаживания (рис. 16, Б), что также приводит к выравниванию страны.

 

Педипленизация проявляется в условиях сильных тропи­ческих ливней при общем сухом климате, в полярном климате при солифлюкционном оттоке продуктов разрушения, а также всюду, где подножье склона срезается боковой эрозией рек, абра­зией морей, деятельностью ледников и ветра. Необходимо также учитывать чрезвычайно большую длительность развития склонов, некоторые из которых формируются в течение десятков и даже первых сотен миллионов лет. Это обстоятельство резко повышает роль таких медленных процессов, как выветривание, дефлюкция, которые сами по себе приобретают рельефообразующую роль в тесной связи с климатическими условиями.

Таким образом, в формировании склонов решающую роль играет не только тектоника, но также геологические и физико-географические условия, в которых развиваются склоны, в особенности климат и время.