Особенности обстановок осадконакопления и направление переноса обломочного материала в период формирования осадочных палеобассейнов севера Иркутской области и особенности формирования речной сети

Введение

При изучении вещественного и гранулометрического состава осадочных комплексов позднего палеозоя и мезозоя обращает на себя внимание большое количество грубообломочного материала, состав которого не характерен для данного региона. Это свидетельствует о дальнем переносе обломочного материала в формирующиеся осадочные бассейны. Любое изменение состава обломочного материала отражает смену палеогеографической обстановки, перемену направлений источников сноса, что указывает на изменение условий развития региона. Актуальность исследования заключена в разной направленности изучения наук о Земле: палеогеографии, неотектоники, стратиграфии, гидрологии, рельефообразовании и др.

Представленная работа выполнена в 2023 г. в рамках оценки территории на потенциальное наличие ряда полезных ископаемых. В работе использовались материалы геологических съемок различного масштаба, проведенные в разные годы. Современные представления о закономерностях формирования ледниковых отложений и форм рельефа позволили пересмотреть некоторые взгляды на историю развития речных долин данного региона. Развитые на площади породные комплексы характеризуются сильной изменчивостью как по разрезу, так и по латерали, что проявляется в изменениях литологического состава и мощности слоев. Неоднородность литологического состава связана с вариативностью условий осадконакопления.

Несмотря на собранный массив данных [2][4][8], источник сноса не рассматривался до настоящего времени, хотя подобная работа может дать представление о развитии территории и наметить дальнейшие перспективы в направлении ее изучения. Сведения об источниках обломочного материала играют важную роль для проведения палеогеографических реконструкций, дают анализ для определения последовательности осадочного седиментоза, помогают в построении тектонических и геодинамических моделей.

Также представляется интересным формирование основных водных артерий в четвертичное время, изменение систем стока и конфигураций водосборных бассейнов в ледниковую эпоху. Для условий накопления осадков как признаков изменения различных обстановок во времени обращено внимание на изменение литологического, гранулометрического состава и цвета в бортах речных долин.

Характеристика района исследований

Рассматриваемая территория расположена на севере Иркутской области. Основные водные артерии Нижняя Тунгуска, Чона, Лена имеют субмеридиональное или северо-восточное направление, доминирующее направление притоков — субширотное (рис. 1).

По геоморфологической схеме районирования [8] территорию относят к области центрально-тунгусского туфогенно-траппового ступенчато-ярусного плато с преобладанием расчлененного структурно-денудационного рельефа.

При проведении исследований основным методом являлся литолого-фациальный анализ, который позволил определить условия накопления. Проведено литологическое изучение пород с выделением генетических признаков, при котором сопоставлялся состав гальки, степень ее окатанности и тяжелая фракция. От литогенетических признаков осуществлялся переход к палеогеографическим построениям. Характерной особенностью изучаемой территории является наличие привносного (экзотического) состава галечного материала, не характерного для данной местности, но обнаруженного при проведении буровых работ, которое подробно описано в геологическом строении территории.

Платформенный чехол в северных районах Иркутской области представлен отложениями кембрия, ордовика, силура (в меньшей степени), карбона, перми, триаса и юры, а также четвертичными отложениями, преимущественно аллювиальными. Отложения раннего палеозоя характеризуются выдержанностью состава по латерали, который характерен для глубоководных морских условий осадконакопления. Более того, естественное залегание отложений кембрия в периферийных частях Сибирской платформы нарушено влиянием байкальской складчатости. Все это делает раннепалеозойские отложения малоинформативными для палеореконструкций и установления границ палеобассейнов. При описании состава отложений карбона, перми и юры выявлена высокая фациальная изменчивость, по которой были установлены границы морских бассейнов соответствующих возрастов, а анализ литологического состава грубообломочного материала и минералогического состава тяжелой фракции позволил установить источники сноса обломочного материала. Отложения триаса формировались в континентальных условиях, они связаны с вулканизмом соответствующего возраста и на описываемой территории развиты локально, формируясь вокруг вулканических очагов.

Каменноугольная система. Представлена отложениями тушамской и катской свит [1], которые сложены туфогенно-терригенными породами: песчаниками, алевролитами, аргиллитами, туфопесчаниками, туфоалевролитами, прослоями туфов, гравелитов и конгломератов. Грубообломочный материал представлен гравием и галькой подстилающих раннепалеозойских карбонатных пород разной степени окатанности, а также хорошо окатанным дальнеприносным материалом: кварцитами, кислыми эффузивами, гранитоидами, сланцами. Для тушамской свиты характерно наличие тонких прослоев известняков. В катской свите наблюдается уменьшение количества вулканогенных и грубообломочных разностей и появление в разрезе прослоев углей [3]. Минералогический состав тяжелой фракции обоих свит включает в себя циркон, гранат, магнетит, ильменит, сфен, эпидот, турмалин, пироксен, глауконит, апатит. Подобная ассоциация связана с разрушением кислых интрузивных и изверженных пород, а также интрузивных пород щелочного состава. Условия седиментации мелководно-морские и прибрежно-морские.

Минералогический состав тяжелой фракции и петрографический состав грубообломочного материала в каменноугольных отложениях, а также степень окатанности обломков говорят о дальнем переносе и переотложении гранитов, кислых вулканитов и метаморфических пород (кварциты, кристаллические сланцы).

Пермская система представлена отложениями бургуклинской, пеляткинской и дегалинской свит. По строению и литологическому составу свиты схожи, основные различия заключаются в преобладании мелко- или крупнообломочного материала. Породы представлены переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов, местами углистых, с прослоями конгломератов, галечников и углей. В нижней части разреза (бургуклинская и пеляткинская свиты) в подчиненном количестве встречаются тонкие линзы и прослои туфопесчаников и туфоалевролитов. В составе этих отложений присутствует грубообломочный дальнеприносной материал, представленный галькой кварца, гранита, кислых и средних эффузивов, кварцитов, кристаллических сланцев. Минералогический состав тяжелой фракции: магнетит, ильменит, циркон, гранат, пироксен, эпидот, турмалин, рутил, апатит. Состав тяжелой фракции указывает на то, что в питании данных осадочных толщ принимали участие кислые, щелочные и метаморфические породы. По условиям седиментации отложения относятся к прибрежно-морским и континентальным.

Минералогический состав тяжелой фракции и петрографический состав грубообломочного материала в пермских отложениях говорят о дальнеприносном характере этих осадков.

Триасовая система сложена вулканогенно-осадочными отложениями тутончанской и корвучанской свит. Нижняя часть разреза (тутончанская свита) сложена переслаиванием туфопесчаников, туфоалевролитов, туфоаргиллитов и мелкообломочных туфов. Грубообломочный материал присутствует только фрагментарно в базальном горизонте, представлен реликтово-переотложенными породами дегалинской и пеляткинской свит. Состав тяжелой фракции: магнетит-ильменит, гранат, циркон, эпидот. Условия седиментации толщи озерно-континентальные, о чем говорит отсутствие дальнеприносного «экзотического» материала.

Юрская система характеризуются самой большой площадью осадочного бассейна и при этом самой маленькой мощностью отложений. Выделяются три свиты: укугутская, вакулинская и чайкинская, но вопрос их положения в разрезе и распределения по площади остается дискуссионным. Свиты развиты фрагментарно, и различия в литологическом составе могут быть обусловлены фациальными изменениями внутри одновозрастной толщи. Породы представлены песчаниками, алевролитами, аргиллитами, песками с прослоями и линзами глин и углей, конгломератами. Петрографический состав грубообломочных дальнеприносных пород разнообразен: кварциты, кислые эффузивы, граниты, сиениты, яшмы, кристаллические сланцы. В составе тяжелой фракции преобладают магнетит, ильменит, гранат, пироксен, циркон, турмалин, сфен, апатит, эпидот. Все это указывает на дальнеприносной характер осадков.

Юрские отложения характеризуются сильной фациальной изменчивостью по латерали, поэтому говорить о единых условиях седиментации для всего региона нельзя. Они изменяются от мелководно-морских до прибрежно-морских и континентальных. Составление единой палеогеографической схемы для Иркутской области затруднено в связи с недостаточной изученностью.

Четвертичная система представлена аллювиальными и элювиально-делювиальными отложениями, содержит обломки «экзотических» пород.

Река Нижняя Тунгуска насчитывает шесть надпойменных террас, I и II надпойменные террасы развиты практически повсеместно, террасы с III по VI имеют фрагментарное развитие. Форма речных долин зависит от состава дренируемых пород. В местах, где присутствуют триасовые траппы, долины имеют типичную V-образную форму с крутыми берегами. На участках, где развиты терригенные осадочные породы, форма долин преимущественно корытообразная, асимметричная. Перед входом в зону траппов долины значительно расширяются с образованием меандров, стариц и озер, что связано с потерей динамики потока воды перед препятствием и приводит к изменению состава аллювия. Более мелкие притоки основных рек не имеют террасового комплекса и характеризуются на всем протяжении V-образной формой долин [6][8].

Состав террасового аллювия по площади примерно одинаков — это песчано- глинистые отложения, в основании разреза преимущественно гравийно-галечные (рис. 3). Пойменные отложения — суглинки и супеси с включениями редкой гальки и щебня. Русловые отложения песчано-гравийно-галечные. Галька «экзотических» пород представлена кварцитами, яшмой, халцедоном, гранитами, кислыми эффузивами. Минералогический состав тяжелой фракции включает магнетит, ильменит, гранат, пироксен, лимонит, циркон, эпидот, сфен, что в целом соответствует составу подстилающих коренных пород.

Результаты исследований

Минералогический состав тяжелой фракции и петрографический состав грубообломочного материала в каменноугольных, пермских и юрских отложениях, а также современных речных осадках говорит о размыве, дальнем переносе и переотложении гранитов, кислых и средних вулканитов, сиенитов и метаморфических пород (кварциты, яшмы, кристаллические сланцы и т.д.). Данные породные комплексы имеют широкое развитие в областях байкальской складчатости, развитой на востоке-юго-востоке Иркутской области и представленной Патомским нагорьем, Аткинским и Байкальским хребтами. Структуры байкальской складчатости, сформировавшиеся в рифее — раннем кембрии, образуют горную систему с относительными превышениями над ложем иркутского амфитеатра 1500—2000 м. Подобный перепад высот предполагает высокую скорость потока и дальность переноса обломочного материала. Таким образом, генеральное направление сноса обломочного материала в позднепалеозой-мезозойское время — с восток-юго-востока на запад-северо-запад. Данное направление являлось преобладающим только для северных районов Иркутской области.

В юго-западных районах Иркутской области (Братск, Тайшет) преобладал снос материала с Шарыжалгайского выступа фундамента Сибирской платформы, о чем говорит изменение состава грубообломочного материала и тяжелой фракции. В первую очередь это проявляется в появлении галек пегматитов и кристаллических сланцев высокой стадии метаморфизма, а в составе тяжелой фракции — дистена и силлиманита, которые отсутствуют в северных районах.

На основе анализа особенностей строения и состава отложений, определения дальности и направления транспортировки были построены контуры палеобассейнов осадконакопления в разное геологическое время с направлением сноса обломочного материала (рис. 2). В областях с большим уровнем эрозионного среза контуры палеобассейнов восстанавливались по наличию останцов пород соответствующего возраста. Для этого использовались геологические карты М 1:200 000 и более крупного масштаба. На площадях, перекрытых более молодыми отложениями, граница палеобассейна устанавливалась по наличию естественных обнажений в эрозионных окнах, врезах современного рельефа, а также по данным структурно-картировочного и поискового бурения. Направление переноса обломочного материала и источники сноса определялись на основании анализа петрографического состава грубообломочного материала и минералогического состава тяжелой фракции, подобными методами широко пользуются отечественные и зарубежные специалисты [7][9].

При изучении результатов буровых работ в долине Нижняя Тунгуска в районе п. Непа установлено, что в основании разреза четвертичных пород вскрыты песчано-гравийно-галечные отложения, связанные с высокоинтенсивными потоками, не свойственными современной гидросети (рис. 3). Гранулометрический состав, высокая степень сортировки обломочного материала и цвет отложений характерны для водно-ледниковых образований [Лаврушин Ю.А., Гептнер А.Р., Голубев Ю.К., (1986)].

Также характерной особенностью является изменение окраски пород террасового комплекса с бурой, желтовато-бурой, вишнево-бурой у более древних отложений на серую и зеленовато-серую у более молодых, отмечается уменьшение количества дальнеприносного «экзотического» материала вверх по разрезу. Исходя из этого можно предположить, что формирование наиболее древних террас происходило за счет размыва и переотложения ледниковых и водно-ледниковых отложений.

Таким образом, можно сделать вывод, что современная речная сеть наследует долины, сформированные под действием потоков катастрофического сброса ледниковых вод.

Заключение

Анализ состава и строения терригенных комплексов, развитых в северных районах Иркутской области позволяет сделать следующие выводы:

1. Литолого-текстурные особенности каменноугольных, пермских и юрских отложений, а также наличие в составе тяжелой фракции глауконита свидетельствуют о морских условиях осадконакопления. Наличие в составе пород прослоев углей и большое количество углистого детрита говорит о жарком субтропическом климате и близости береговой линии.
2. Минеральный состав тяжелой фракции и петрографический состав грубообломочного материала свидетельствуют о наличии разных по составу размываемых пород источника сноса: интрузивных и эффузивных пород кислого и щелочного состава, метаморфических пород. Основным источником сноса обломочного материала в позднепалеозой-мезозойские осадочные бассейны являлись структуры байкальской складчатости, представленные Патомским нагорьем и Байкальским хребтом.
3. Заложение основных современных речных долин произошло в раннечетвертичное время в результате таяния ледника.