Состав и классификация морен

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Образование морен

Морена - это скопление грубообломочного материала образованное при движении ледника, который скалывает горные породы и транспортирует их вниз по ходу своего движения. Морена включает в себя бесформенные обломки пород различных размеров от 10-15 метров до песка и глин. Накопление льда в горах и его сползание происходит неравномерно. Режим движения ледников и образование морен зависит от климата - чем холоднее и влажнее климат, тем больше накапливается лед. В горах Семиречья в эпоху плейстоцена, за последние 1,8 миллиона лет, произошло два крупных оледенения (ледниковых периода). Первое и крупнейшее имело покровный характер - льды покрыли хребты целиком. Второе оледенение было покровно-долинным - ледники покрывали центральные районы гор и заполняли долины, вырезанные первым оледенением. Льды второго оледенения опускались до уровня 1500 - 1700 метров над уровнем моря. После этих двух крупных ледниковых периодов горы приобрели знакомый нам вид - глубокие ущелья и выраженные вершины нередко с высокими отвесными стенами. В плейстоцене происходили и малые ледниковые периоды до, между, и после крупных ледниковых периодов. Почти все морены прошлых ледниковых периодов уничтожены геологической деятельностью последующих оледенений. В настоящее время мы можем видеть так называемые древние морены последнего ледникового периода, имевшего место между 40 000 - 10 000 лет назад, и современные морены современных ледников, имевших максимальные объем и длину в 16 и 17 веках.

Древние морены опускаются до высоты около 2500м, выползая в главные долины с боковых ущелий. В настоящее время они заросли кустарником и деревьями - в том числе еловым редколесьем. Современные морены - это груды голых камней тянущиеся от ледников. В глубинах этих морен сохраняется лед. Лед же на дневной поверхности появляется выше на высотах от 3000м (ледник Северный Талгар), чаще от 3400-3500м. С 19 века по настоящее время климат теплеет, ледники отступают, обнажая скопления камней - современные морены.

Если обратиться к истории - cлово «морена» впервые было применено для обозначения гряд и холмов, сложенных валунами и мелкозёмом и встречающихся у концов ледников во Французских Альпах.

В составе основных морен преобладает материал отложенных морен, а их поверхность представляет собой пересечённую равнину с небольшими холмами и грядами разных форм и размеров и с многочисленными небольшими котловинами, заполненными озёрами и болотами. Мощность основных морен варьирует в больших пределах в зависимости от объёма принесенного льдом материала.

Основные морены занимают обширные площади в США, Канаде, на Британских о-вах, в Польше, Финляндии, северной Германии и России. Для окрестностей Понтиака (шт. Мичиган) и Уотерлу (шт. Висконсин) характерны ландшафты основной морены. Тысячи небольших озер усеивают поверхность основных морен в Манитобе и Онтарио (Канада), Миннесоте (США), Финляндии и Польше. Конечные морены образуют мощные широкие пояса вдоль края покровного ледника. Они представлены грядами или более или менее изолированными холмами мощностью до нескольких десятков метров, шириной до нескольких километров и, в большинстве случаев, длиной во много километров. Часто край покровного ледника не был ровным, а разделялся на довольно четко обособленные лопасти. Положение края ледника реконструируется по конечным моренам. Вероятно, во время отложения этих морен край ледника, длительное время находился почти в неподвижном (стационарном) состоянии. При этом формировалась не одна гряда, а целый комплекс гряд, холмов и котловин, который заметно возвышается над поверхностью сопредельных основных морен. В большинстве случаев конечные морены, входящие в состав комплекса, свидетельствуют о неоднократных небольших подвижках края ледника.

Древние морены образуют горизонты микститов, характерные для чехлов платформ, и называются тиллитами.

2. Классификация морен

Мореной называются как ледниковые отложения, перемещаемые ледником в настоящий момент, так и уже отложенные осадки.

Поэтому при классификации морен выделяют движущиеся и отложенные.

По способу формирования морены подразделяются на:

· Основные (донные) морены -- обломки пород, переносимые внутри ледникового покрова и в его основании. После таяния и высвобождения из-подо льда донные морены образуют обширный и довольно ровный слой мореных накоплений.

· Боковые морены.

· Центральные морены -- образуются в результате слияния ледников.

· Конечные морены -- образование поперечной насыпи обломков на участке максимального распространения ледника. Часто являются естественной причиной образования водоёмов ледникового происхождения.

3. Химический состав морены

Глинистые моренные грунты являются полиминеральными образованиями. В их глинистой фракции чаще всего преобладают гидрослюды. Наряду с ними содержится значительное количество кварца, полевых шпатов и других минералов, тонкодисперсные частицы которых образовались путем механического перетирания крупных обломков в процессе движения льда. Водорастворимые соли имеются в незначительном количестве или полностью отсутствуют, равно как и органическое вещество. Отличительной чертой глинистых моренных образований является их высокая плотность: обычно от 1,80--1,90 до 2,20--2,30 г/см³. Пористость этих грунтов мала -- обычно 25--35 % (но чаще 30 % или намного ниже). Столь высокая уплотненность рассматриваемых глинистых фунтов объясняется в первую очередь уплотняющим давлением ледника в период формирования мореных толщ. Высокому уплотнению способствовала в значительной мере большая разнородность гранулометрического состава мореных фунтов.

Высокая плотность, естественно, во многом обусловила невысокую сжимаемость: в общем, показатели физико-механических свойств характеризуют морену как плотный, слабо сжимаемый фунт. Модули сжимаемости, полученные по данным компрессионных испытаний, в интервале нагрузок 0,1--0,3 МПа находятся в пределах от 6 до 10--15 и даже 20 МПа. Для нагрузок 0,3--0,4 МПа их значения обычно больше 10 МПа. Коэффициент пористости для мореных суглинков лежит в пределах 0,3--0,45, а мореных супесей -- 0,4--0,5. Сопротивление сдвигу моренных фунтов обычно достаточно высокое: мореные суглинки имеют сцепление С = 0,08...0,19 МПа, угол внутреннего трения ср = 18...42°, мореные супеси соответственно С = 0,08...0,001 МПа и <р = 12...35°.

Необходимо отметить, что моренные суглинки и глины, хотя и обладают значительной водопрочностью, все же размокают в воде и размываются водой. Эта способность мореных фунтов иногда является причиной деформаций откосов и дна выемок и котлованов. В инженерно-геологической практике моренные глинистые фунты в большинстве случаев считаются надежными основаниями для самых ответственных и тяжелых сооружений, что обусловлено плотным их сложением, очень низкой пористостью и сжимаемостью.

Среди водно-ледниковых (флювиогляциальных) глинистых отложений наиболее типичными являются широко известные в инженерно-геологической практике ленточные глины. Их образование происходило в приледниковых озерах, в которые вода поступала с различной интенсивностью в течение года. При быстром течении воды и обильном поступлении ее в озера в летнее время откладывались слои с большим содержанием песка (песчанистые), а зимой при замедленном движении воды и незначительном ее поступлении в озера формировались глинистые слои. В результате произошло образование своеобразных песчано-глинистых толщ, характеризующихся четко выраженной ленточной слоистостью.

Ленточным глинам свойственны высокая пористость (до 60--65 %) и высокая естественная влажность. Часто естественная влажность выше значений верхнего предела пластичности, а это значит, что в условиях естественного залегания описываемые глины находятся в скрытотекучем состоянии. Ленточное строение придает этим флю- виогляциальным отложениям четко выраженную анизотропию в отношении целого ряда свойств. В частности, их водопроницаемость, которая в целом в ленточных глинах невелика, вдоль напластования значительно выше, чем перпендикулярно ему.

Так, в песчаных и пылеватых прослоях, которые главным образом и создают возможность фильтрации, вдоль напластования коэффициент фильтрации кф = 1 -10^-1, 1 10--3 м/сут, а в глинистых прослоях он снижается примерно на два порядка, т. е. до 110⁵ м/сут. В связи с незначительной водопроницаемостью осушение водонасыщенной толщи ленточных глин является чрезвычайно трудной инженерной задачей и не всегда осуществимо. Ленточные глины в естественном состоянии могут без значительных деформаций выдерживать нагрузки до 0,3--0,4 МПа, даже если их естественная влажность превышает верхний предел пластичности. Повторное чередование нагрузки и разгрузки в этих пределах придавало, по данным ряда специалистов, ленточным глинам упругие свойства.

Отмечено также, что после нарушения естественного сложения породы путем ее перемятия, сопровождающегося переходом грунта из скрытотекучего состояния в текучее, наблюдается резкое снижение прочностных свойств, а также снижение деформационных показателей. Это указывает на наличие в ленточных глинах внутренних связей между частицами, сообщающих породе дополнительную прочность, несмотря на ее высокую естественную влажность. Этому способствует наличие среди обменных катионов в ленточных глинах таких трехвалентных элементов, как железо и алюминий.

Сопротивление сдвигу ленточных глин зависит от места расположения поверхности сдвига: если поверхность сдвига расположена в песчанистых прослоях, то значение сопротивления сдвигу значительно выше, чем, если эта поверхность проходит по глинистым прослоям. Кроме того, ввиду анизотропности породы это сопротивление изменяется от направления сдвигающего усилия по отношению к поверхности наслоения.

Например, для водонасыщенных ленточных глин угол внутреннего трения, определенный в интервале давлений 0,1--0,2 МПа параллельно слоистости, равняется для глинистых слоев 11--13°. Для пылеватых: 15--19°, для песчаных -- около 24°. При сдвиге перпендикулярной слоистости этот угол в среднем равен 16°. Сцепление в глинистых слоях составляет 0,02--0,03 МПа, в пылеватых -- 0,007--0,017 МПа. При нарушении естественной структуры сцепление как таковое не фиксируется.

Таким образом, ленточные глины характеризуются наличием четко выраженной ленточной слоистости, высокой пористостью, высокой естественной влажностью, достаточно высокой прочностью при естественном сложении, величина которой резко падает при его нарушении, четко выраженной анизотропией свойств.

4. Инженерно-геологические особенности озерных глинистых отложений.

Озерные глины и суглинки имеют сравнительно неширокое распространение. Они, как правило, тонкослоистые, реже линзовидно-слоистые. Отличительной их особенностью является значительное содержание органических веществ, причем, как правило, растительные остатки в них плохо разложившиеся, что наиболее часто отмечается в высокодисперсных глинах. В озерных глинистых породах могут быть встречены любые глинистые минералы, галлуазит и гидрослюды играют преимущественную роль. Из аутогенных неглинистых минералов отмечаются лимонит и другие оксиды железа, пирит, марказит, карбонаты и иногда минералы, состоящие из оксидов алюминия.

По условиям своего формирования озерные отложения очень сильно зависят от общих характеристик водоема (озера), его питания, наличия впадающих рек, несущих различный терригенный материал, от гидрологических параметров озера и впадающих в него водотоков, характера, состава и условий залегания горных пород, в которых находится озеро. Тем не менее, названные особенности состава и строения озерных глинистых отложений являются достаточно типичными. Высокая пористость и значительное содержание органики, а также высокая естественная влажность обусловливают невысокие инженерно-геологические характеристики озерных отложений, таких, как прочность и сжимаемость. Пожалуй, лишь низкая водопроницаемость придаст им некоторый положительный оттенок. О мелкоземе морены

Как известно, “морена” Русской равнины более чем на 90-95% (а иногда и почти на 100%) состоит из мелкозема (глины, супеси, пески), в ней отмечаются лишь единичные валуны и галька. Гравийная фракция (которую почему-то принято относить к крупнообломочному материалу) составляет несколько процентов. Поэтому важно знать происхождение мелкозема “морены”.

При изучении “морены” Ленинградской области И.П. Герасимов и К.К. Марков (1939) установили, что в районах, где коренные породы представлены синими кембрийскими глинами, морена глинистая, сизого цвета; южнее глинта в полосе развития силурийских известняков морена щебенчатая, очень карбонатная (известняковый рихк). В поле девонских красноцветных песчаников - морена песчанистая, красноцветная.

Прямая зависимость минерального состава мелкозема “морены” с подстилающими породами была установлена и в Эстонии. Согласно А.В. Раукасу в “морене”, перекрывающей карбонатные ордовикские и силурийские породы, резко возрастает количество карбонатного материала. Непосредственно же южнее, в области развития девонских песчаников карбонатный материал почти исчезает, но происходит обогащение “морены” кварцем и полевыми шпатами, а также цирконом, турмалином, рутилом. Эти минеральные ассоциации характерны для кор выветривания песчаников.

В Литве по данным А.Ю. Климашаускаса, основная масса мелкоземы “морены” от мелкопесчаной до глинистой фракции сложена минералами, заимствованными из подстилающих осадочных пород.

По исследованиям С.Д. Астаповой, в Белоруссии выделяется четыре крупных минералогических провинции: северная (Поозерье), западная (Понеманье), восточная (Приднепровье), южная (Полесье), в пределах которых “морены” характеризуются определенными ассоциациями терригенных минералов. Внутри этих провинций выделяются и более мелкие участки с характерным минерало-химическим составом песчано-глинистой фракции. На основании сходства минерального и микроэлементного состава докайнозойских образований и “морены”, С.Д. Астапова приходит к выводу о сильном влиянии местных пород на состав “морен” с местными питающими провинциями.

Исследования М.Ф. Веклича на Украине также показали, что “мелкоземистая фракция морены” испытывает сильную зависимость от состава подстилающих доледниковых отложений. Согласно М.Ф. Векличу это указывает на громадную роль местных пород, в частности, лессов как источников питания ледниковых отложений.

Таким образом, и на Русской платформе, так же как и на Балтийском щите, мелкозем “морены” имеет местное происхождение. Во всяком случае, оснований для утверждений о переносе мелкозема ледниками из Фенноскандии не имеется.

5. Гранулометрический состав «морены»

Уже давно известно, что в “морене” Русской платформы совместно с валунами осадочных пород имеется примесь валунов докембрийских кристаллических пород. Содержание этих валунов незначительно, но среди них встречаются глыбы размером иногда до 2-3 м в поперечнике. На этих-то валунах и глыбах, независимо от их размера, и базируется учение о покровных оледенениях наших равнин.

Но прежде чем перейти к кардинальному вопросу о действительном происхождении валунов и глыб докембрийских пород, остановимся на количестве крупнообломочного материала в “морене” на Русской платформе и, по возможности, проясним, какой процент по отношению к валунам осадочных пород составляют валуны докембрийских пород.

В монографии А.А. Кагана и М.А. Солодухина “Моренные отложения северо-запада СССР” (1971) приведены результаты многочисленных гранулометрических анализов “основных морен” Кольского п-ова, Карелии, Архангельской, Вологодской, Ленинградской, Псковской, Новгородской областей и Белоруссии.

Результаты гранулометрических анализов имеют прямое отношение к рассматриваемой проблеме.

Как следует из аналитических данных, на Балтийском щите (Кольский полуостров и Карелия), в “морене” содержится от 11 до 25% валунов, причем размеры этих валунов (и глыб) варьируют от 100 мм до 3-4 м в поперечнике (Каган, Солодухин, 1971), но крупные валуны не попадают в пробы, что уменьшает количество валунов. В галечной фракции (100-10 мм) содержание обломков кристаллических пород составляет от 10-25%. Таким образом, грубообломочная фракция составляет 21-50% объема “морены”. В то же время на юге Карелии, где кристаллический фундамент перекрыт осадочным чехлом, содержание валунов падает до нуля, и грубообломочная фракция представлена обломками размером 100-10 мм (9-19%). Хотя и нельзя исключить, что небольшой процент валунов в южно-карельской морене все же есть, но они не попали в пробы.

Резко уменьшается и сходит, почти на нет, количество валунного материала в “моренах” Архангельской и Вологодской областей. Фактически мелко-валунная фракция в пробах объединена с галечной фракцией (10 мм) и их суммарное содержание составляет около 1% от объема “морены”. При этом количество валунчиков кристаллических пород в 10 раз меньше - 0,1%.

Также наблюдается резкое уменьшение крупнообломочного материала в “моренах” Ленинградской, Псковской, Новгородской областей - т.е. непосредственно к югу от Балтийского щита. Здесь мелко-валунная фракция (100-10 мм) объединена с галечной и вместе они составляют от 0 до 3% объема “морены”. Валуны имеются и в этих моренах, но в незначительных количествах и практически не попадают в пробы.

Незначительное количество валунов имеется и в “морене” Белоруссии, где отмечаются только их следы, а обломочный материал размером 0,2-1 см содержится в количестве 7%.

Соответственно, примесь мелких обломков докембрийских пород в этих районах меньше этих и без того незначительных процентов.

Содержание крупнообломочного материала в “морене” Украины колеблется в широких пределах - от 0% до 40% (Веклич, 1961). На левобережье Днепра валуны происходят из местных осадочных пород и содержатся в небольшом количестве, тогда как в “морене”, лежащей на породах Украинского щита, валунов много и представлены они кристаллическими породами, размер отдельных валунов до 18 - 19 м3 (Заморий). По традиции валуны кристаллических пород, входящие в состав “морены”, и здесь считаются принесенными ледником из Фенноскандии (Веклич, 1961; Дорофеев, 1965).

Приведенные материалы определенно указывают на генетическую связь грубообломочного материала и мелкозема “морен” с местными коренными породами на огромных пространствах Восточно-Европейской платформы, включая ее выступ - Балтийский щит.

Вместе с тем, требует решения вопрос нахождения в “моренах” эрратических валунов и эрратической гальки, представленных докембрийскими кристаллическими породами. Ледниковая теория решает эту проблему просто: валуны принес покровный ледник.

морена ледник озерный глина

Список литературы

1. Шанцер Е.В., Очерки учения о генетических типах континентальных осадочных образований, М., 1966.

Размещено на Allbest.ru