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.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 [3], [4].

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 [5], а также геодинамической и палеосейсмической активности [6]. 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 [6].

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 [7]. 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.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).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 [8].На рисунке ниже (см. рис. 9) видна слоистость обнаженной песчано-гравийной толщи.Тонкослоистые пески с контактом наклонной (верхняя толща) и горизонтальной волнистой слоистости (нижняя толща) представлены на рисунке 10.На рисунках ниже (см. рис. 11,12) представлен контакт наклонной и горизонтальной волнистой слоистости песчано-алевритовых отложений.Слабосмещенная волнистая слоистость в препарированном виде представлена на рисунке 13. Из обнажения выступают слойки тонкозернистого песка.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.

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 [9]. Одной из особенностей этих отложений является их тонкая ленточная слоистость и широкое развитие волнистой и косой текстуры [10], [11]. 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.

The additional file for this article can be found as follows: