Lithogenetic Specifics of Sand and Gravel Deposits of the Khibinsky Massif

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2024.139.2
Issue: № 1 (139), 2024
Suggested:
28.05.2023
Accepted:
19.10.2023
Published:
24.01.2024
91
3
XML
PDF

Abstract

Sand and gravel deposits of the Khibinsky massif are confined to deposits of Late Quaternary moraine and water-glacial deposits. Two sections have been described in detail, exposing the slope of the "Kukisvum" moraine ridge formed during the onset of the cover glacier and the fluvioglacial terrace in the valley of the Kukisyok River, the formation of which is associated with flowing glacial lakes during the deglaciation of the territory. Comparison of the studied sections shows that the section of the moraine ridge is characterized by a large thickness of coarse clastic sediments and a complex nature of occurrence of productive lake-glacial submarine sandy sediments, which reduces the industrial qualities of this deposit. On the contrary, the fluvioglacial terrace section is characterized by a stable occurrence and a large area of productive limnogenic strata, absence of moraine cover, which determines the great industrial potential of this deposit, which is being actively developed today. The lithogenetic characteristics of both deposits were clarified: predominance of sands and siltstones, often with thin ribbon layering, almost complete absence of clay varieties, inclusions of organics and dropstones, wide development of wavy and oblique textures in sandy sediments with displacement of wavy layers in one direction. These specifics show that the accumulation of productive strata occurred in shallow oligotrophic lake basins with active and directionally stable bottom currents, indicating a direct connection between these basins and glaciers. The results obtained substantiate the key role of climate and glacial processes in the past in the formation of building sand deposits on the Kola Peninsula. A detailed study of lithological characteristics (composition, structure, textural features) of the studied deposits allows to specify the resource potential of water and glacial deposits as a source of building materials and to solve the problems of forecasting new deposits for adjacent regions.

1. Введение

Хибинский массив расположен на Кольском полуострове в Мурманской области России и представляет собой специфический комплекс горных пород (см. рис. 1). Геологический возраст массива примерно 390 миллионов лет. Хибины имеют плутоническое происхождение, в связи с чем в массив сложен щелочными интрузивными породами девонского возраста со сложной концентрической зональностью (см. рис. 2, 3). Уникальным является и минеральное богатство Хибинского массива. Здесь обнаружено и разрабатывается крупнейшее в мире месторождение апатит-нефелиновых руд (фосфатное сырье), титановых руд, а также встречаются редкие и ценные минералы ниобия, тантала, циркония, молибдена и множество других.

Кроме коренных месторождений большое значение для экономики региона имеют залежи полезных ископаемых в покрове четвертичных отложений ледникового происхождения, и, прежде всего, месторождения строительных песков и песчано-гравийных смесей. Полезные ископаемые этого типа, как правило, разрабатываются открытым способом в многочисленных карьерах, позволяющих проводить детальные литологические исследования разрезов рыхлых отложений в масштабах крупных регионов.
Схематическая карта Хибинского массива и область исследования

Рисунок 1 - Схематическая карта Хибинского массива и область исследования

Примечание: по ист. [1]

Расположение разрезов в районе Хибин

Рисунок 2 - Расположение разрезов в районе Хибин

Примечание: разрезы показаны звездами

Крупномасштабная геологическая схема района: показано звездами: I – кукисвумская моренная гряда (Южные Хибины), разрез Тирвас; II – разрез «Снежный»; 1 – выходы кристаллических пород фундамента; 2 – морена супесчаная; 3 – переслаивание песка и гравийно-галечников зандрового типа; 4 – пески озерные

Рисунок 3 - Крупномасштабная геологическая схема района:

показано звездами: I – кукисвумская моренная гряда (Южные Хибины), разрез Тирвас; II – разрез «Снежный»; 1 – выходы кристаллических пород фундамента; 2 – морена супесчаная; 3 – переслаивание песка и гравийно-галечников зандрового типа; 4 – пески озерные

Анализ общих условий формирования ледниковых отложений показывает, что этот тип отложений может накапливаться как непосредственно из тела ледника (несортированные моренные образования), так и при выносе и переотложении обломочного материала потоками талых вод как в зоне распространения ледникового покрова, так и за его пределами (сортированные водно-ледниковые образования). Образования первого типа малопригодны для добычи песчаных грунтов, поскольку содержат большое количество как грубообломочного материала, так и тонкообломочного. Второй тип образований имеет наибольшее промышленное значение, поскольку механическая дифференциация обломочного материала в водно-ледниковых обстановках способствует формированию залежей хорошо промытых песков и песчано-гравийных смесей. Среди водно-ледниковых отложений можно выделить два подтипа:

а) флювиогляциальные (отложения потоков ледниковых вод), представленные песком и гравийно-галечниками;

б) лимногляциальные (озерно-ледниковые отложения внутри- и приледниковых водоемов), представленные песком, алевритом и глиной

,
.

В целом более тонкообломочный состав осадков лимногенного генезиса закономерно отражает гидродинамически более спокойную среду осадконакопления по сравнению с флювиогляциальными обстановками, однако обилие в них тонкодисперсного материала (глина, алеврит) снижает относительное содержание полезных песчаных фракции и увеличивает затраты на их извлечение при просеивании и отмучивании грунтов.

Изучение ледниковых отложений может быть полезно не только для выявления закономерностей ледникового литогенеза и минерагении четвертичных отложений перигляциальных районов, но и для анализа климатических и биотических изменений в прошлом

, а также геодинамической и палеосейсмической активности
. При этом перспективным направлением в области минерагении являются исследования влияния региональных и локальных геолого-геоморфологических условий на особенности состава и строения залежей строительных песков и песчано-гравийных смесей, их промышленные свойства. Такие исследования позволяют решить актуальные и практически значимые задачи прогноза новых месторождений строительных материалов в изучаемом регионе на основе выявления новых генетических закономерностей водно-ледникового литогенеза.

Настоящее исследование проведено на детальном литологическом материале по двум разрезам, отличающимся различными геолого-геоморфологическими условиями образования залежей рыхлых строительных материалов с целью выяснения особенностей их генезиса методом сравнения. Развитие предлагаемого подхода в дальнейшим позволит выделить ключевые факторы, контролирующие размещение и свойства подобных месторождений на Балтийском щите. Оба разреза, несмотря на их близкое расположение, уникальны по составу и структуре водно-ледниковых комплексов, что подчеркивает высокую роль местных факторов в формировании месторождений полезных ископаемых, связанных с четвертичными отложениями

.

Цель работы – провести сравнительный анализ двух разрезов водно-ледниковых отложений, слагающих различные формы рельефа, дать им обобщающую характеристику, а также выделить наиболее значимые генетические отличия.

2. Материалы и методы исследований

Основными изученными материалами послужили геологические карты и схемы, при помощи которых были выбраны карьерные обнажения. Путем анализа космических снимков и крупномасштабных геологических карт составлена схема распространения различных генетических типов четвертичных отложений (см. рис. 3).

В карьерных разрезах с помощью детальных фотографий и зарисовок, а также расчистки проводилось изучение четвертичных отложений. В ходе полевых работ составлены литологические разрезы и послойные описания, в которых отмечен мощность, морфология, состав, текстура (слоистость) отложений, позволяющие восстановить обстановки осадконакопления.

3. Полученные результаты. Описание изученных разрезов

1. Изучено строение проксимального склона моренной гряды на территории профилактория «Тирвас» в горном массиве Хибины, расположенного на высоте 340 м над уровнем моря на Кольском полуострове (см. рис. 4).

Изученная моренная гряда является краевым образованием ранневалдайского покровного ледника, который остановился в это время между котловин озер Большой и малый Вудъявр

. Сверху вниз по разрезу отмечается переход крупнообломочной, частично перемытой морены в хорошо сортированные водно-ледниковые отложения, изображенные на фотографии расчистки (см. рис. 5).

Слои 1 и 5 разреза имеют флювиогляциальное происхождение, в то время как остальные слои имеют лимническое происхождение.
Обнажение на территории профилактория «Тирвас» моренной гряды

Рисунок 4 - Обнажение на территории профилактория «Тирвас» моренной гряды

Детальная зарисовка обнажения лимно- и флювиогляциальных отложений разреза Тирвас:  1 – галечно-гравийно-песчаный неслоистый материал; 2 – гравий с крупнозернистым песком; 3 – крупнозернистый песок; 4 – среднезернистый песок; 5 – мелкозернистый песок; 6 – алеврит; цифры в кружках (1–7) – слои и пачки слоев, описанные в тексте

Рисунок 5 - Детальная зарисовка обнажения лимно- и флювиогляциальных отложений разреза Тирвас:

1 – галечно-гравийно-песчаный неслоистый материал; 2 – гравий с крупнозернистым песком; 3 – крупнозернистый песок; 4 – среднезернистый песок; 5 – мелкозернистый песок; 6 – алеврит; цифры в кружках (1–7) – слои и пачки слоев, описанные в тексте

Слой 1 – состоит из неслоистого ожелезненного галечно-гравийно-песчаного материала, который по мере спуска по разрезу переходит в гравийно-песчаные и песчаные отложения с включениями крупнозернистых песков. В нижней части слоя находится мелкозернистый песок, толщина слоя меняется от 55 до 75 см.

Слой 2 – среднезернистый песок с прослоями алеврита, мощность слоя 30-40 см. Песок деформирован в верхней части с образованием регулярных складок, длина которых составляет от 8 до 10 см, а шаг – от 10 до 20 см. Складки опрокинуты на СЗ. Гомогенные пески, расположенные со слабо различимой нарушенной слоистостью, плавно перекрывают складки и затухают к подошве без размыва. Гребни выступающих антиклинальных складок не срезаны.

Ниже пески имеют параллельную волнистую слоистость, а в юго-восточной части расчистки – горизонтальную.

Слой 3 – алеврит со слабо смещенными знаками ряби мощностью 30-40 см. Мощность слоя варьируется от 30 до 40 см.

Слой 4 – среднезернистый песок с прослоями алеврита, имеющий косоволнистую слоистость, мощность слоя 10-15 см.

Слой 5 – грубозернистый песок с гравием, мощностью 10-15 см.

Слой 6 – среднезернистый песок с волнистой слоистостью. Общая мощность слоя варьируется от 10 до 15 см и направлена от востока к западу.

Слой 7 – мелко-среднезернистый песок со смещенной волнистой слоистостью и сложными деформациями. Общая мощность слоя 50-60 см.

2. Второй объект исследования – разрез флювиогляциальной террасы в долине р. Кукисйок в районе ледникового цирка «Снежный», вскрытый крупным рабочем карьером по добыче строительных песчано-гравийных материалов (см. рис. 6). Местоположение Балтийский щит, горный массив Хибины. Высота над уровнем моря 450 м. Размер карьера 300×800 м. Ниже также представлена детальная зарисовка (см. рис. 7).
Обнажение флювиогляциальных и озерных отложений разреза «Снежный»

Рисунок 6 - Обнажение флювиогляциальных и озерных отложений разреза «Снежный»

Детальная зарисовка обнажения флювиогляциальных и озерных отложений разреза «Снежный»: 1 – галечно-гравийно-песчаный неслоистый материал; 2 – гравий с крупнозернистым песком; 3 – крупнозернистый песок; 4 – среднезернистый песок; 5 – мелкозернистый песок; 6 – алеврит; цифры в кружках (1–2) – слои и пачки слоев, описанные в тексте

Рисунок 7 - Детальная зарисовка обнажения флювиогляциальных и озерных отложений разреза «Снежный»:

1 – галечно-гравийно-песчаный неслоистый материал; 2 – гравий с крупнозернистым песком; 3 – крупнозернистый песок; 4 – среднезернистый песок; 5 – мелкозернистый песок; 6 – алеврит; цифры в кружках (1–2) – слои и пачки слоев, описанные в тексте

Слой 1 – сложен окатанными гравийно-галечными отложениями, с включениями небольших валунов и песчаным заполнителем, отложения слабо сортированные, местами с выраженной горизонтальной слоистостью, что подтверждает флювиогляциальное происхождение этого материала. Мощность слоя варьируется от 50 до 200 см.

Слой 2 – в верхней части слоя можно выделить крупно- и среднезернистый песок с небольшим наличием включений гальки и прослоями алеврита. 

В слое выделяются зоны песков с наклонной волнистой слоистостью (рябь течений), которые образовались в результате оседания песчано-алевритовых зерен и их горизонтального перераспределения на дне бассейна слабыми течениями, что характерно для мелководных зон проточных озер.

Слой нарушен тремя субвертикальными разрывами, отличающимися прямолинейностью и незначительными смещениями. В толщи много угловых несогласий (результат эрозии), т.е. слои нижележащей толщи утыкаются под острым углом в слои вышележащей толщи. Песок в нижней части слоя на отдельных участках имеет волнистую слоистость. Слоистость отложений слабонаклонная в направлении от коренного склона к оси долины (с востока на запад). Мощность слоя – до 200 см.

Также в этом карьере в более нижних уступах были обнаружены и зачищены другие обнажения. Они приведены ниже на рисунках.

На рисунке (см. рис. 8) представлена песчано-гравийная толща, обусловленная сложным рельефом в период осадконакопления и возможными просадками грунтаразличной природы
.
Песчано-гравийная толща с наклонным залеганием слоев

Рисунок 8 - Песчано-гравийная толща с наклонным залеганием слоев

На рисунке ниже (см. рис. 9) видна слоистость обнаженной песчано-гравийной толщи.
Общий вид нижнего уступа карьера

Рисунок 9 - Общий вид нижнего уступа карьера

Тонкослоистые пески с контактом наклонной (верхняя толща) и горизонтальной волнистой слоистости (нижняя толща) представлены на рисунке 10.
Тонкослоистые пески

Рисунок 10 - Тонкослоистые пески

На рисунках ниже (см. рис. 11,12) представлен контакт наклонной и горизонтальной волнистой слоистости песчано-алевритовых отложений.
Контакт наклонной и горизонтальной волнистой слоистости в обнажении

Рисунок 11 - Контакт наклонной и горизонтальной волнистой слоистости в обнажении

Детальный фрагмент контакта наклонной и горизонтальной волнистой слоистости

Рисунок 12 - Детальный фрагмент контакта наклонной и горизонтальной волнистой слоистости

Слабосмещенная волнистая слоистость в препарированном виде представлена на рисунке 13. Из обнажения выступают слойки тонкозернистого песка.
Слабосмещенная волнистая слоистость

Рисунок 13 - Слабосмещенная волнистая слоистость

На рисунке ниже (см. рис. 14) показана общая фотография борта карьера и местоположение каждой из расчисток. На территории долины р. Кукисйок находятся четвертичные отложения флювиогляциальной террасы, которые были обнажены в результате деятельности карьера, специализирующегося на добыче песчано-гравийной смеси. Точка 1 представляет из себя промоину селя, образованную водным потоком, спустившегося из гор. Обнажения рисунков 7, 8, 9 и 10 располагаются неподалеку друг от друга.
Взаимное расположение обнажений и расчисток

Рисунок 14 - Взаимное расположение обнажений и расчисток

4. Заключение

Проведен сравнительный анализ двух разрезов водно-ледниковых отложений, слагающих различные формы рельефа, дана обобщающая характеристика, а также выделены наиболее значимые генетические отличия.

Детально описаны два разреза, вскрывающих склон «кукисвумской» моренной гряды, образовавшейся при наступлении покровного ледника и флювиогляциальную террасу в долине р. Кукисйок, формирование которой связано с проточными ледниковыми озерами в период дегляциации территории. Вскрытые в карьерных разрезах изученного района Балтийского щита, озерные отложения представлены одним типом образования, отвечающих малым проточным внутриледниковым водоемам

. Одной из особенностей этих отложений является их тонкая ленточная слоистость и широкое развитие волнистой и косой текстуры
,
. Наклонная облекающая слоистость часто присутствует в озерных отложениях этого типа, что связано со сложным рельефом в период осадконакопления. Отложения данного типа были обнаружены в разрезах «Тирвас» и цирка «Снежный».

Основные выводы:

1. Изученная кукисвумская моренная гряда имеет сложное строение, включающее моренные отложения, переходящие вниз по разрезу в водно-ледниковые, обнажение которых изучено в основании проксимального склона этой гряды. При этом в изученной части разреза отмечается резкие смены флювиогляциальных (отложение косослоистых гравийно-галечников) и озерных (отложение горизонтально-слоистых песчано-алевритовых отложений) обстановок осадконакопления, что показывает динамичность режима осадконакопления в период перед наступлением покровного ледника.

2. Формирование террасы сложенной сверху флювиогляциальными, а снизу озерно-ледниковыми отложениями происходило под воздействием различных факторов, включая изменения уровня воды, осадочных процессов. Сначала образовались лимногляциальные отложения в озерных условиях, а затем с увеличением скоростей водных потоков – флювиогляциальные отложения в проточных обстановках.

3. Флювиогляциальные отложения обычно состоят из песка, гравия и камней, а лимногляциальные – из песка, алеврита. Различное строение разрезов обусловлено различными процессами и условиями их образования.

4. Выделена одна из особенностей генезиса водно-ледниковых отложений на Балтийском щите – сильное влияние местных климатических условий и ледниковых процессов в прошлом. Они также могут использоваться для определения перспективных геологических объектов и ресурсов.

Результаты исследования представлены в виде схем и фотографий, что визуально позволяет выявить особенностилитологического состава территории. С помощью изучения ледниковых отложений можно выявлять закономерности ледникового литогенеза и минерагении четвертичных отложений, а также геодинамическую и палеосейсмическую активности. Такие исследования позволяют решить актуальные и практически значимые задачи прогноза новых месторождений строительных материалов в изучаемом регионе на основе выявления новых генетических закономерностей водно-ледникового литогенеза. В частности, показано, что в пределах Хибинского массива наиболее перспективным источниками рыхлых строительных материалов являются флювио-лимногляциальные отложения. Сравнение разрезов морен и флювио-лимногляциальных отложений может иметь практическое применение при изучении и реконструкции истории климата и ландшафтов региона. Например, анализ разрезов может помочь определить, какие климатические условия были в прошлом и как они влияли на формирование геологических структур.

Article metrics

Views:91
Downloads:3
Views
Total:
Views:91