Минеральный состав терригенных компонентов лессовых и глинистых отложений Западной Монголии

Введение

При изучении минерального состава лессовых и глинистых отложений в настоящее время применяется преимущественно рентгеновский анализ, когда по валовой пробе определяется содержание всего набора минералов (легких, тяжелых и глинистых) и так называемого рентгеноаморфного вещества [18]. Кроме того, известен метод порошковой дифракции, при котором рентгенограммы идентифицируются с помощью программы поиска фаз (определяется содержание кварца, полевых шпатов и глинистой фракции различного минерального состава), при этом соотношения последних носят приближенный характер (±5%) [22].

В то же время к числу традиционных (классических) методов литологии относится иммерсионный анализ, который позволяет получить количественную информацию о содержании преобладающих, второстепенных и акцессорных минералов легкой и тяжелой фракций. В 1947 г. была опубликована монография В.П. Батурина «Петрографический анализ геологического прошлого по терригенным компонентам», которая явилась основой нового научного направления, связанного с изучением распределения минеральных ассоциаций в различных отложениях [1]. Известны работы 1990-х годов доктора геолого-минералогических наук Н.С. Окновой по разработке литолого-палеогеографических и геодинамических методов прогноза и поисков залежей нефти и газа на северо-востоке Русской платформы [11], относительно недавно опубликована статья А.В. Милаша по акцессорным минералам эйфельских, живетских и нижнефранских отложений юго-востока Воронежской антеклизы [10].

Говоря об утерянном классификационном признаке лессовых пород, В.Г. Шлыков и П.В. Трапезников, конечно, имели в виду их минеральный состав, в том числе терригенные компоненты легкой итяжелой фракций, рассматривая их в качестве корреляционно-генетического критерия при изучении лессовых толщ различных территорий [19].

Представленные материалы по Западной Монголии получены в рамках геологических и инженерно-геологических исследований в период проведения работ по сейсмическому микрорайонированию (СМР) аймачных центров (городов) Институтом земной коры СО РАН и Исследовательским Центром по астрономии и геофизике Академии наук Монголии [16][21] (рис. 1).

Обращаясь к ретроспективной информации, следует напомнить, что на юге Восточной Сибири материалы по минералогия терригенных компонентов, полученные иммерсионным методом, занимали одно из ведущих мест в комплексных исследованиях лессовых отложений [6][13—15].

Следует также сказать, что в более ранних геологических и инженерно-геологических работах, выполненных на территории Монгольской Народной Республики [3][5], отсутствовали какие-либо сведения о минеральном составе терригенных компонентов лессовых и глинистых пород. Например, в сборнике геологических материалов обнаружена статья с описанием лессовидных суглинков, в толще которых был найден зуб мамонта, что позволило эти отложения отнести к верхнему плейстоцену (условия перигляциального режима); сделаны выводы о формировании в условиях жаркого климата красноцветных озерных глин («кирпичные» глины).

Исследования, материалы которых изложены в представляемой статье, проводились в локально-региональном отношении: выделены четыре широтные зоны, для каждой из которых на примере конкретных городских территорий представляется информация о минеральном составе легкой и тяжелой фракций (0,01—0,25 мм) образцов, отобранных из естественных обнажений и опорных скважин.

Цель исследований заключалась в определении и анализе изменений минерального состава терригенных компонентов четвертичных лессовых аллювиальных, эоловых, делювиально-эоловых и делювиально-пролювиальных комплексов, а также неоген-нижнечетвертичных озерно-аллювиальных и мел-палеогеновых озерных «кирпичных» глин.

Объекты и методы

Объектами исследований являются 72 образца нарушенной структуры лессовых отложений и «кирпичных» глин различных геолого-генетических комплексов (ГГК), распространенных в выделенных территориальных зонах: северной, центральной, западной и южной. Эти образцы были отобраны из обнажений мощностью до 6—8 м и опорных скважин глубиной 20—30 м. Термин «геолого-генетический комплекс» объединяет отложения одного генезиса и возраста и включает определенные литологические группы [7].

На территории Западной Монголии лессовые отложения представляют особую группу опесчаненных лессовидных образований, которые относятся к связным пескам (ps*) и являются продуктом процессов лессового литогенеза; связные пески обладают агрегированностью, высокой карбонатностью, проявляют просадочность и слабую пластичность [8][23]. Они относятся к делювиально-эоловым (d-vQ_3-4), эоловым (vQ_3-4) и аллювиальным (aQ_3-4) комплексам мощностью 3—5 м, а также являются заполнителем крупнообломочных делювиально-пролювиальных четверичных нерасчлененных толщ, образующих древние конусы выноса — это своеобразная «моласса» с облессованным супесчано-песчаным заполнителем мощностью до 8—10 м (dpQ).

Глинистые отложения представлены особой группой «кирпичных» глин (gln), вскрытых при бурении опорных скважин на глубине 7—16 м в центральной и южной зонах, они относятся соответственно козерно-аллювиальным (l-aN-Q₁ — gln) и озерным (lK₂-Pg — gln) комплексам, мощность 12—15 м.

Для каждого образца иммерсионным методом получены количественные данные о минеральном составе легкой и тяжелой фракции (анализы были выполнены в литологической лаборатории Иркутского геологического управления в процессе совместных исследований) [2][9][17]. Предварительно проводится гранулометрический анализ образца по методу Л.Н. Сабанина: отмывается глинистая фаза (<0,002мм), определяется ее содержание; остальная часть пробы высушивается, и ситовым способом устанавливается содержание различных песчано-пылеватых фракций.

В легкой и тяжелой фракциях по содержанию преобладающих минералов устанавливаются минеральные ассоциации, а также рассчитываются коэффициенты зрелости (Кz) и устойчивости (КУ).

Коэффициент зрелости представляет собой отношение содержания устойчивого к выветриванию кварца и неустойчивых полевых шпатов (кв/пш), устойчивости — отношение содержания устойчивых циркона и турмалина к неустойчивым амфиболам и пироксенам (ц+тур/ам+п). Повышенные значения этих коэффициентов являются свидетелями химической зрелости отложений.

На базе материалов о минеральном составе терригенных компонентов лессовых и глинистых отложений Западной Монголии (северная, центральная, запанная, южная зоны) выполнен своеобразный эксперимент по группированию исследованных образцов с помощью программы кластерного анализа Q-типа [6][15].

Результаты и их обсуждение

Рассматриваются четыре территориальные зоны: северная (районы городов Сухэ-Батор, Мурэн), центральная (Дзунмод), западная (Улясутай) и южная (Даланзадгад).

Северная, центральная и западная аналогичны Прибайкалью с умеренно гумидным резко континентальным климатом, южная — типичная аридная область Южно-Гобийской полупустынной равнины. Осадки для северной зоны максимальны — 228—315 мм/год, для южной минимальны — 125 мм/год, Для каждой зоны приводятся результаты минералогических исследований, при этом предварительно рассматриваются сведения о геоморфологических особенностях территории, развитых здесь геологических формациях и распространении различных ГГК лессовых и глинистых отложений. При анализе минеральных ассоциаций тяжелых фракций использовалась специальная литература [4][20].

Северная зона

Сухэ-Батор расположен в межгорной впадине; в пределах города выделяются террасы р. Орхон и слабо расчлененные склоны; распространена нижнепротерозойская интрузивно-метаморфическая формация: гранитогнейсы, метаморфизованные песчаники, алевролиты и сланцы.

Широко развиты связные пески (ps*), которые в виде делювиально-эоловых покровов залегают на пологих склонах и поверхности надпойменных террас Орхона (d-vQ_3-4) или представляют аллювиальный комплекс (aQ₄). Пески со следами связности характеризуются присутствием агрегатов, в которых заключен резерв глинистых фракций; в зарубежных публикациях агрегированные просадочные пески называются глинистыми [24].

Материалы по минералогии получены для 12 образцов, выявлены следующие особенности. В легкой фракции содержания кварца и полевых шпатов близки (Кz 0,8—1,2), иногда кварц уступает слабоустойчивому компоненту. В тяжелой фракции установлена преимущественно амфиболовая ассоциация (31—61%), всегда присутствуют эпидот (13—34%) и рудные минералы (13—35%), в качестве второстепенной примеси отмечены сфен и гранат (2,2—5,1%); циркон и турмалин относятся к акцессорным (<1—5%) компонентам; коэффициент устойчивости очень низкий — 0,01—0,08; вторичные минералы (лимонит и лейкоксен) не характерны (<1%). В качестве примера представлены основные минералы легкой и тяжелой фракций (табл. 1).

Полученные материалы по ряду позиций позволяют сделать следующее заключение: постоянное присутствие эпидота и рудных минералов предполагает связь с магматическими породами распространенной здесь геологической формации; преобладание амфиболов указывает на существование постороннего источника — это, вероятнее всего, «минералы-пришельцы», принесенные северо-западным ветром (наблюдается аналогия с лессовыми отложениями Прибайкалья); почти полное исчезновение пироксенов (0,4—1,7%) можно объяснить отсутствием на данной территории трапповой формации, которая, как известно, широко распространена в Нижнем Приангарье, где лессовые покровы на террасах имеют пироксен-амфиболовую минеральную ассоциацию [8]; химическая зрелость связных песков очень низкая, поскольку в тяжелой фракции господствуют слабо устойчивые амфиболы (КУ < 0,10), в легкой — слабо устойчивые полевые шпаты по содержанию близки или превышают кварц.

Мурэн расположен в районе Хангайского нагорья. Здесь развиты предгорные шлейфы, древние конусы выноса и низкие террасы р. Дэнгэрн. В пределах городской территории распространены нижне-среднедевонская интрузивная (розоватые крупнозернистые граниты) и пермская эффузивная (базальты, базальтовые туфы, андезиты) геологические формации.

Связные пески представлены аллювиальными (aQ₄ — ps*), эоловыми (vQ_3-4 — ps*) и делювиально-эоловыми (d-vQ_3-4 — ps*) комплексами.

Материалы по минералогии получены для 9 образцов. Выявлены следующие особенности: кварц и полевые шпаты по содержанию близки (Кz 0,88—1,28); в тяжелой фракции изменяется минеральная ассоциация — это рудные минералы (магнетит + ильменит), содержание которых составляет 50,2—75,6%; амфиболы присутствуют в заметном количестве (8,6—26,9%); циркона мало (1,1—5,9%); коэффициент устойчивости изменяется от 0,05 до 0,64 в зависимости от количества амфиболов (табл. 2).

Эоловые (vQ_3-4 — ps*) и делювиально-эоловые (d-vQ_3-4 — ps*) покровы широко развиты в окрестностях города, где они образуют экзотический дюнно-увалистый микрорельеф с участками соснового леса. В этом случае амфиболы, присутствующие в тяжелой фракции, можно рассматривать в качестве минералов-пришельцев (это продукт эолового привноса материала). Кроме того, замечено, что в некоторых образцах делювиально-эоловых связных песков возрастает масса тяжелых компонентов (до 0,1000—0,1432 г) (табл. 2).

Смену минеральной ассоциации (преобладание рудных) в аллювии, эоловых и делювиально-эоловых комплексах можно объяснить влиянием пород «коренной основы» (базальты, андезиты пермской эффузивной формации).

Связные пески в районе Мурэна отличаются незначительной химической зрелостью, поскольку полевых шпатов здесь вполне достаточно и присутствуют амфиболы (причиной является современный умеренно гумидный резко континентальный климат, когда сохраняются слабо устойчивые к выветриванию компоненты).

Общие выводы по северной зоне (Сухэ-Батор, Мурэн) можно сформулировать следующим образом: а) присутствие минералов-пришельцев (это амфиболы) подтверждает периодическое участие эоловых процессов при формировании связных песков; б) слабая химическая зрелость отложений определяется современной климатической зональностью; в) в северной зоне Западной Монголии ситуация по минералогии терригенных компонентов опесчаненных лессовидных отложений (связных песков) аналогична Прибайкалью (Россия).

Центральная зона

Дзунмод (в 60 км на юго-восток от Улан-Батора) расположен в границах раннепалеозойской межгорной впадины; западная часть площади города представляет собой поверхность древнего конуса выноса, центральная и восточная — пойму и первую террасу. Здесь распространены породы осадочно-метаморфической формации карбона (метапесчаники, сланцы) и гранодиориты интрузивной юрской формации.

Лессовые отложения (связные пески) залегают в виде маломощных делювиально-эоловых покровов на поверхности древнего конуса выноса и надпойменной террасы, а также представляют верхнюю часть разреза в центральной части межгорной впадины, где проводилось опорное бурение. На территории города пройдены три скважины (П1, П2, П4). Данные по минералогии терригенных компонентов получены для 18 образцов.

Для скв. П1 (глубина 29 м) установлен следующий разрез: верхний слой (d-vQ_3-4) — опесчаненные лессовидные отложения (ps* — до 3 м), средний (dpQ) — красновато-коричневые суглинки с дресвой и щебнем (интервал 3—7 м); особую озерно-аллювиальную фацию в составе неоген-нижнечетвертичного комплекса представляют «кирпичные» глины (интервал 7—22 м), которые в низах разреза (интервал 22—29 м) сменяются толщей крупнообломочных отложений с суглинистым заполнителем, возможно, неогенового возраста (dpN).

Характерная особенность территории Дзунмода — присутствие линзовидной высокотемпературной (–0,2 °С) многолетней мерзлоты в глинах и следы ее деградации (в пределах города расположено термокарстовое озеро).

Рассмотрим минералогические данные по разрезу скв. П1 (табл. 3).

Самая верхняя зона — это опесчаненные лессовидные отложения (связные пески) делювиально-эолового комплекса (d-vQ_3-4 — ps*), обогащенные амфиболами-пришельцами, пироксены отсутствуют, рудных минералов немного (9,4%), эпидот заметен (27,5%), циркона очень мало, поэтому коэффициент устойчивости < 0,10; кварц и полевые шпаты близки по содержанию. Делювиально-эоловый комплекс отличается слабой химической зрелостью и является аналогом лессовых покровов Прибайкалья и северной зоны Западной Монголии; появление эпидота, возможно, связано с «коренной основой» (это гранодиориты интрузивной формации); господство амфиболов — признак участия эоловых процессов при формировании лессовидных покровов. Наблюдается «загадочная» закономерность (табл. 3) — при переходе от делювиально-эолового покрова к красноватым суглинкам с дресвой и щебнем снижается масса тяжелых компонентов (соответственно 0,1280 и 0,0180 г). Почему в эоловом комплексе возрастает масса тяжелой фракции?

В красноватых делювиально-пролювиальных суглинках с дресвой и щебнем (dpQ — cr*) содержание амфиболов резко сокращается, отмечается эпидотовая минеральная ассоциация, в результате КУ повышается; в легкой фракции кварц иногда меняется по содержанию с полевыми шпатами.

В «кирпичных» глинах отмечаются следующие особенности: обогащение слабоустойчивыми полевыми шпатами (Kz 0,45—0,48); господство в тяжелой фракции эпидота, который иногда вытесняется лейкоксеном (в образце с 18 м его содержание достигает 39%); резко возрастает количество циркона, амфиболов и пироксенов нет, поэтому коэффициент устойчивости достигает 9,8—10,4. Таким образом, в глинистых озерно-аллювиальных отложениях хорошо сохраняются полевые шпаты, но за счет отсутствия слабоустойчивых амфиболов и повышенного содержания циркона (в этом «виноваты», вероятнее всего, источники сноса — породы геологических формаций) коэффициент устойчивости аномально высок. Видимо, водная среда и жаркий климат при формировании глин способствовали сохранению полевых шпатов; циркон и эпидот поступали из метапесчаников карбона (?); амфиболы отсутствовали, значит, не принимал участия и эоловый фактор.

В низах разреза (24—29 м) в составе суглинистого заполнителя крупнообломочных толщ изменяются минеральные ассоциации: в легкой фракции на первое место выходит кварц, в тяжелой преобладают циркон или эпидот. Причина этих изменений заключается в смене геолого-генетического комплекса, возможно, на более древний по возрасту (неогеновый период?). Полевые шпаты успели частично разрушиться в процессе переноса и аккумуляции вещества, амфиболов нет, их заменили циркон или эпидот (из сланцев метаморфической формации и гранодиоритов?).

В разрезе скв. П2 отмечены те же закономерные изменения минералогии терригенных компонентов, в том числе повышение массы тяжелой фракции в делювиально-эоловом комплексе (табл. 4).

В озерно-аллювиальных «кирпичных» глинах зафиксировано резкое уменьшение массы тяжелой фракции в некоторых образцах. Например, в образце П2 — 17 м она составляет 0,0030 г, П2 — 21 м — 0,1300 г. Причина этих колебаний, по всей вероятности, заключается в содержании лимонита и лейкоксена — в первом случае они отсутствуют, во втором в сумме составляют 20,8%.

В качестве заключения по изложенным материалам можно предложить особую «монгольскую модель», когда при формировании отложений происходила смена типов литогенеза: жаркий аридный климат в период образования «кирпичных» глин (N-Q₁) сменился на холодный аридный (Q_2-3).

Западная зона

Улясутай расположен в отрогах Хангайского нагорья на междуречье Чигэстэй-Богдын-гол. Северная и южная части города находятся в пределах древних конусов выноса, центральная представляет собой высокую пойму и первую надпойменную террасу высотой 4—5 м. В районе распространены породы среднепермской интрузивной формации — крупно- и среднезернистые розоватые граниты.

На поверхности древнего конуса наблюдается дюнный микрорельеф, формирование которого связано с эоловыми песчаными покровами, представленными в верхней части разреза (до 4—5 м) связными песками (vQ_3-4 — ps*). Аналогичные опесчаненные лессовидные отложения, обладающие агрегированностью и особыми свойствами (пониженный коэффициент фильтрации, уменьшение угла естественного откоса под водой, слабое проявление пластичности), отмечаются в составе аллювиального комплекса (aQ_3-4 — ps*).

Нерасчлененные четвертичные делювиально-пролювиальные отложения в составе древнего конуса выноса — это крупнообломочные образования с песчаным заполнителем, который также относится кгруппе связных песков (так называемый облессованный супесчано-песчаный материал — dpQ — cr**).

Для проведения иммерсионного анализа из естественных обнажений с глубины 1,5—8,0 м было отобрано шесть образцов связных песков, представляющих аллювиальный и эоловый комплексы, а также заполнитель крупнообломочных делювиально-пролювиальных толщ (табл. 5).

В аллювии (ps*) кварц и полевые шпаты присутствуют в равных количествах (Кz 0,96); среди тяжелых минералов главенствуют рудные (магнетит + ильменит), в качестве второстепенных компонентов отмечены эпидот, циркон, сфен, гранат и амфиболы (2,3—5,2%). Коэффициент устойчивости, рассчитанный по тяжелой фракции, реальной картины о степени химической зрелости отложений не отражает, в то же время соотношения кварца и полевых шпатов подтверждают слабую степень химических преобразований в условиях современной климатической зональности.

Эоловый комплекс (ps*) почти не отличается от аллювиального, но среди тяжелых компонентов появляются (принесенные ветром?) амфиболы, поэтому коэффициент устойчивости отражает реальную ситуацию, которая свидетельствует о пониженной степени химической зрелости. Однако следует снова отметить одну особенность — в эоловых отложениях в 17 раз больше масса тяжелых минералов по сравнению с аллювием. Почему?

В песчаном заполнителе (это те же связные пески) древних (четвертичных нерасчлененных) делювиально-пролювиальных крупнообломочных отложений (dpQ — ps**) изменяются минеральные ассоциации: среди легких компонентов несколько больше кварца (Кz 1,12—1,22), в тяжелой фракции сокращается содержание рудных минералов, больше эпидота, заметно присутствие амфиболов (особенно на глубине 6—8 м). Если в эоловом комплексе появление амфиболов можно объяснить участием эолового фактора, то их присутствие в заполнителе древних делювиально-пролювиальных отложений, вероятнее всего, связано с гранитами среднепермской интрузивной формации, но возможен и эоловый фактор (?). Присутствие амфиболов при незначительном содержании циркона определяет слабую степень химической зрелости заполнителя (КУ 0,17—0,29).

Масса тяжелых компонентов в заполнителе делювиально-пролювиального комплекса относительно постоянна (0,0167—0,0643 г) и аналогична аллювию, следовательно, много меньше, чем в эоловых накоплениях.

Как указывалось выше, данные по минералогии были получены по образцам из естественных обнажений до глубины 8 м. Но по фондовым материалам прежних изысканий известно, что в пределах города (район автобазы) проводилось бурение, в результате которого на глубине 24 м были вскрыты «кирпичные» глины озерно-аллювиальной фации, аналогичные распространенным в центральной зоне (Дзунмод). Значит, эти глины являются характерными древними (неоген-нижнечетвертичными) фациями, распространенными в центральной и западной зонах, при этом, вероятнее всего, они заполняют микрограбены, существующие на различных участках монгольской территории. Например, в районе города Эрдэнэта (северная зона) аналогичный микрограбен, заполненный озерно-аллювиальными красноватыми глинами мощностью до 4—6 м, был вскрыт скважинами на глубине 8 м в толще крупнообломочных отложений нерасчлененного делювиально-пролювиального комплекса [12].

Выводы по западной зоне заключаются в следующем. Во-первых, широко развиты связные пески, представляющие аллювиальный и эоловый комплексы, но амфиболы отмечены только в эоловых покровах, где резко увеличивается масса тяжелых компонентов; во-вторых, распространены толщи крупнообломочных отложений с облессованным супесчано-песчаным заполнителем (это те же связные пески) с амфиболами (эоловый фактор?); в-третьих, фондовые материалы по бурению подтверждают наличие в разрезе (на глубине 24 м) «кирпичных» глин озерно-аллювиального неоген-нижнечетвертичного возраста, аналогичных обнаруженным в центральной зоне (Дзунмод).

Южная зона

Даланзадгад расположен в пределах межгорной котловины в северной части Южно-Гобийской полупустынной равнины, которая представляет собой типичную аридную область, где нет постоянной гидросети, количество осадков составляет всего 125 мм/год.

В геоморфологическом отношении это пологоволнистая денудационно-аккумулятивная равнина с различной глубиной залегания скального «фундамента» (10—115 м).

Широко развита система оврагов-сайров глубиной до 2 м, шириной 2—10 м, с вертикальными стенками, сложенными сцементированным обломочным материалом с линзами и карманами связных песков. Образование этих форм происходит в период редких сильных дождей и связано с эрозионно-суффозионно-обвальными процессами.

На территории распространены породы эффузивной (андезиты) и метаморфической средне-верхнедевонской формации (аргиллиты, кремнистые сланцы бордового и серого цвета).

Четвертичные отложения представлены связными песками делювиально-пролювиального комплекса (dpQ_3-4 — ps*) и крупнообломочными более древними (нерасчлененными) делювиально-пролювиальными образованиями с заполнителем в виде того же связного песка (dpQ — ps**).

Кроме того, опорными скважинами были обнаружены озерные «кирпичные» глины мел-палеогенового возраста (lK₂-Pg — gln), вскрытая мощность 14 м. Напомним, что в центральной и западной зонах также описаны «кирпичные» глины озерно-аллювиальных фаций, но более молодого возраста (N-Q₁ — gln).

На территории города пробурены три скважины — Д1 (глубина 28 м), Д2 (25 м), Д3 (22 м). Определения минерального состава терригенных компонентов лессовых (связные пески) и глинистых («кирпичные» глины) отложений выполнены для 23 образцов. Кроме того, изучена минералогия связных песков, заполняющих клинья и карманы в крупнообломочных толщах (четыре образца). Таким образом, для южной зоны получен максимальный набор данных по минеральному составу терригенных компонентов — 27 образцов.

Приводится разрез и, соответственно, минеральный состав терригенных компонентов отложений по скв. Д1 (табл. 6).

Верхняя зона (0—4 м) — опесчаненный лессовидный покров делювиально-пролювиального молодого комплекса, представленный связными песками (dpQ_3-4 — ps*). В легкой фракции отмечается явное преобладание кварца; тяжелая фракция имеет цирконо-рудную минеральную ассоциацию, эпидот отсутствует, также практически нет амфиболов; акцессорные минералы — сфен (2,5%), гранат (4,6); к числу особых признаков относится очень небольшая масса тяжелых компонентов (0,0060 г). Отложения отличаются повышенными значениями коэффициентов зрелости (2,61) и устойчивости (13,6), что свидетельствует о высокой степени их химической зрелости. По всей вероятности, состав терригенных компонентов обеспечивается «коренной основой» (рудные и циркон из эффузивов, гранаты — из пород метаморфической формации), минералы-пришельцы (амфиболы) отсутствуют.

Далее (интервал 4—16 м) вскрывается толща крупнообломочных отложений (заполнитель — связный песок) древнего конуса выноса (dpQ — ps**). При смене ГГК решительно изменяется и минералогия: масса «шлиха» (тяжелой фракции) возрастает в 20 раз (0,0060—0,1250 г), в качестве ведущего компонента появляется эпидот (минерал в гранитах, диоритах, габброидах), кварц по содержанию сравнялся с полевыми шпатами (Кz 0,91—1,10); на глубине 14,5 м (на границе с «кирпичными» озерными глинами) вдруг появляются амфиболы (19,2%). Возможно, при накоплении делювиально-пролювиальной четвертичной (нерасчлененной по возрасту) крупнообломочной толщи некоторое участие принимали эоловые процессы (появились минералы-пришельцы?).

Ниже (Д1 — 17,0 м) снова происходит смена комплекса — залегает толща «кирпичных» озерных глин мел-палеогенового возрасти (lK₂-Pg — gln), в результате изменяется минеральный состав терригенных компонентов: резко увеличивается содержание кварца (Кz 5,61), в тяжелой фракции «пропадают» эпидот и амфиболы, фиксируется цирконо-рудная минеральная ассоциация и, соответственно, высокий коэффициент устойчивости; резко снижается масса «шлиха». Однако далее по разрезу (обр. Д1 — 19 м, Д1 — 26 м) среди тяжелых компонентов опять господствуют эпидот (32—51%) и рудные минералы (28,6—33,1%), сохраняется высокий коэффициент устойчивости. В образце Д1 — 28 м сохраняется цирконо-рудная ассоциация в тяжелой фракции (очень высок коэффициент устойчивости — 79, возрастает коэффициент зрелости — 4,5), эпидот исчезает, но появляются аутигенные лимонит (7,0) и лейкоксен (2,1%), встречен барит (0,5%).

По скв. Д2 вскрыт аналогичный разрез. При анализе минералогических данных установлено, что в заполнителе крупнообломочных отложений конуса выноса (интервал 5—9 м) фиксируются амфиболы, значит, подтверждается наше предположение об участии эолового фактора при накоплении этой толщи. Кроме того, для «кирпичных» глин (интервал 15—25 м) выявлены критерии их озерного генезиса — высокое содержание барита (до 91%) и лимонита (до 30%).

Связные пески в «клиньях и карманах». Данные о минеральном составе этих песков (d-vQ_3-4 — ps***) представлены в таблице 7. В легкой фракции преобладает кварц (Kz 1,5—2,7); среди тяжелых минералов фиксируется рудная ассоциация, но в заметном количестве присутствуют амфиболы и эпидот, циркона очень мало, в результате коэффициент устойчивости снижается до 0,10—0,17.

Таким образом, форма залегания связных песков и появление в тяжелой фракции «знаменитых» амфиболов-пришельцев позволяют предположить при их накоплении действие эоловых процессов в условиях перигляциального режима плейстоцена-голоцена. По величине коэффициентов зрелости и устойчивости оценить степень химических преобразований «заполнителя клиньев и карманов» можно как достаточно слабую.

По материалам южной территориальной зоны можно сделать следующие выводы:

а) формирование своеобразной «молассы» в виде континентальной делювиально-пролювиальной древней четвертичной толщи с опесчаненным лессовидным заполнителем, вероятнее всего, происходило при участии эоловых процессов, свидетелем которых являются амфиболы; б) присутствие амфиболов обнаружено также в молодых связных песках клиньев и карманов в «молассах», что подтверждает продолжение развития эоловых процессов в верхнем плейстоцене-голоцене в условиях перигляциального режима (этап эоловой седиментации относится к периоду Q_2-3—Q_3-4); в) установлены особые минералогические критерии для озерных «кирпичных» глин (lK₂-Pg — gln), формирование которых происходило в условиях жаркого аридного климата (амфиболов здесь нет).

Результаты эксперимента по материалам Западной Монголии

Составляется матрица по результатам таблиц (№ 1—7) о содержании минералов легкой и тяжелой фракций в образцах различных геолого-генетических комплексов отложений; строится график-дендрограмма в Excel, которая представляет группирование объектов (образцов) по степени сходства между ними относительно анализируемых признаков. По горизонтали указывается «евклидово расстояние» (r) — мера сходства между объектами (от 0 до 1), вертикальная ось — номера образцов (по мере увеличения «евклидова расстояния» степень близости объектов уменьшается). К признакам-показателям относятся Кz (коэффициент зрелости), ам (содержание амфиболов), руд (рудных минералов — магнетит + ильменит), ц (циркона), эп (эпидота), КУ (коэффициент устойчивости) (m = 6); объекты включали 41 образец (n = 41). Программа классифицирует (группирует) образцы по степени близости выбранных показателей.

Первая группа включает 7 образцов северной и центральной зоны; отмечается высокий уровень сходства между объектами (r = 0,1—0,2) по причине постоянного присутствия амфиболов, которые можно считать минералами-пришельцами, свидетельствующими об участии эолового фактора.

Вторая группа объединяет 13 образцов различных комплексов центральной и южной зоны, имеет незначительную степень близости с первой группой (r = 0,4), поскольку в некоторых образцах амфиболов нет, но появляются характерные минералы в озерных глинах и увеличивается степень химической зрелости отложений.

Третья группа включает 18 образцов. По причине разнообразия геолого-генетических комплексов лессовых и глинистых отложений (соответственно, и минерального состава терригенных компонентов) эта группа имеет меньшее сходство с первой и второй (евклидово расстояние увеличивается до 0,45); именно сюда попали связные пески с амфиболами из «клиньев и карманов» в качестве «эксклюзивного» объекта южной зоны. Три образца на графике занимают самостоятельное положение.

Заключение

1. Лессовые и глинистые отложения в западной Монголии представлены особыми литологическими группами — первые являются связными песками различных геолого-генетических комплексов или заполнителем в крупнообломочных толщах древних конусов выноса, вторые — «кирпичными» глинами озерно-аллювиального (N-Q₁) и озерного (K₂-Pg) комплексов. Выводы по материалам северной, центральной, западной и южной зон подтверждают зависимость минерального состава исследованных отложений от их принадлежности к выделенным геолого-генетическим комплексам.
2. Представленные материалы позволяют предложить особую «монгольскую модель»: смена жаркого аридного климата, при котором формировались озерно-аллювиальные и озерные «кирпичные» глины, на холодный аридный (Q_2-3) привела к образованию в глинистой толще многолетней мерзлоты, которая затем деградировала. В дальнейшем в условиях холодного аридного климата (Q_3-4)наступило время формирования лессовых покровов при периодическом участии эоловых процессов.
3. Появление амфиболов, которые рассматриваются в качестве минералов-пришельцев в составе тяжелой фракции связных песков, указывает на участие эоловых процессов при формировании делювиальных, собственно эоловых и «молассовых» образований, признаком такого участия можно считать резкое увеличение массы тяжелых компонентов. Среди тяжелых минералов «кирпичных» глин озерно-аллювиального и озерного комплексов, залегающих на глубине 15—24 м, амфиболов практически нет.
4. Наиболее представительные материалы получены для центральной и южной зоны, где минеральный состав терригенных компонентов определялся по образцам опорных скважин, в которых четко наблюдались изменения минерального состава отложений при смене геолого-генетического комплекса. В южной зоне установлены особые признаки озерных «кирпичных» глин, формирование которых происходило в условиях жаркого аридного климата, о чем свидетельствует присутствие в тяжелой фракции барита, лейкоксена и лимонита.
5. Иммерсионный метод до сих пор не утратил своего значения при изучении осадочных пород, поэтому особый интерес с научной и практической точки зрения представляет впервые полученная информация по новому объекту — территории Западной Монголии. По этой причине можно рекомендовать использование предложенной методической схемы при проведении геологических и инженерно-геологических работ, а также признать необходимость продолжения исследований в указанном направлении (можно вспомнить классическую монографию В.П. Батурина «Петрографический анализ геологического прошлого по терригенным компонентам»).