В границах русла обводненность долины реки максимальная. Здесь вода в течение всего года, а не сезонно, как это происходит на водоразделах и склонах, участвует в карстовом процессе. Под руслом реки самая большая скорость карста и растворение коренных карстующихся пород. Здесь создается отрицательная форма рельефа карстового типа. В процессе растворения отметка кровли коренных пород снижается. Вместе с кровлей опускается на более низкие отметки накапливающийся на карбонатных и сульфатных породах аллювий русловой фации (галечники и песок), а также перекрывающие его пески прирусловой отмели, пойменные и старичные глины. Боковая эрозия не способна перемывать такой низко расположенный в долине аллювий. Эти отложения становятся захороненным, констративным аллювием. При каждом новом перемыве вышележащих речных отложений захороненные осадки наращиваются сверху аллювием малой мощности. За длительный период времени формируется продольная карстовая форма, соответствующая ориентировке речной долины.
Особенность подруслового карста проявляется в том, что он действует систематически с более или менее одинаковой интенсивностью, поскольку главный агент выщелачивания - вода в русле - присутствует постоянно независимо от времени года. Этот процесс сильнее проявляется в трещиноватых породах, т.к. вода проникает внутрь горного массива. Карст не затухает и тогда, когда вода скользит по карстующимся породам, не имеющим трещин. Происходит плоскостная поверхностная денудация, напоминающая поверхностную денудацию плоскостного смыва при накоплении делювия. В обычном карстовом процессе в трещиноватом массиве идет залечивание полостей и трещин продуктами выщелачивания (кольматация). Это снижает агрессивность жидкой фазы выщелачивания. При подрусловом карсте продукты выщелачивания активно транспортируются постоянно действующим речным потоком. Процесс выщелачивания не ослабевает.
В Прикамье речные долины формируются при неотектоническом подъеме. В границах развития терригенных пород создаются эрозионно-аккумулятивные террасы. В это же время в границах карстующихся пород проявляется проседание речных осадков, обусловленное карстовыми опусканиями. Наиболее активно это происходит в границах современного русла. В ряде пунктов некоторых речных долин Прикамья карстовые опускания проявляются интенсивнее неотектонического подъема. На этих участках создаются особого типа наложенные аллювиальные свиты с полным разрезом фаций или с частично сохранившейся нижней частью разреза аллювия. Такие осадки напоминают констративный аллювий, формирующийся при опускании земной коры. Это галечники и пески, накопленные в зоне недоступности руслового потока при перемыве аллювия в процессе меандрирования реки. Многократное наслоение такого разновозрастного аллювия представляет собой гравийное месторождение.
Аллювий в границах развития соляных пород. В районе гг. Соликамск и Березники Пермского края отсутствует благоприятная питающая провинция для формирования гравийных отложений. Мощность галечников в основании аллювия невелика. В разрезе аллювия преобладают пески, частично глины. В этом районе в связи с карстом в солях и перекрывающих их сульфатах и карбонатах создается особый тип гравийных месторождений. На участках развития положительных тектонических соляных структур происходит растворение карстующихся пород и опускание аллювия. Нижние горизонты аллювия из гравия малой мощности становятся недосягаемыми для повторного перемыва при боковой эрозии реки. Формируется аллювий констративного типа, состоящий из песка с преобладанием гравия. Мощность гравийных отложений со временем значительно возрастает. Сформированные многослойные разновозрастные отложения становятся месторождениями строительного гравия. В течение четвертичного периода здесь создались наложенные аллювиальные свиты. При этом разновозрастные песчано-гравийные отложения лишь в редком случае разделены прослоями песка и глины. Мощность четвертичного песчано-гравийного аллювия достигает 45 м (по данным Г.И. Горецкого) [9]. В долине Камы на площадях развития терригенных пород суммарная мощность аллювия в 2-4 раза меньше.
Месторождения гравия среди сульфатов и карбонатов широко распространены в Прикамье. В границах развития карбонатного карста строение аллювия и изменение его гранулометрического состава изучено на примере Плашкинского месторождения в долине р. Сылвы в районе г. Кунгура [9]. Протяженность месторождения 16,5 км. Мощность аллювиальных песчано-гравийных отложений изменяется от 0 до 13 м (рис. 1). Средняя отметка подошвы аллювия находится ниже уровня межени р. Сылвы на 8,9 м, самая глубокая - ниже на 17 м. Отложения с высоким содержанием гравия (фракции более 5 мм) в 75% случаев находятся на участках с малой мощностью аллювия (до 4 м). Там, где мощность аллювия большая, высокие содержания гравия отмечены лишь в 7% случаев.
Рис. 1. Строение аллювия р. Сылвы на Плашкинском песчано-гравийном месторождении, продольный профиль и план (по В.П. Попову, 1983).
В зоне развития гипсов и ангидритов аналогичные объекты находятся в низовьях р. Чусовой, установлены большие мощности песчано-гравийного аллювия [5; 9]. Повышенные концентрации грубообломочного аллювия выявлены на левых притоках Камы - рр. Белая и Уфа среди проявлений сульфатного карста. Мощности песчано-гравийных отложений достигают на р. Белой 30-60 м, р. Уфе - 30 м.
Россыпи алмазов распространены в долинах левых притоков р. Камы. Здесь проявляется региональный тектонический подъем земной коры. Реки пересекают карстующиеся горные породы. Кровля коренных карстующихся пород (подошва аллювия) при растворении опускается. Одновременно опускается грубообломочный аллювий, наиболее обогащенный алмазами. Боковая эрозия не способна перемывать низко расположенные осадки. Эти речные отложения становятся захороненными, т.е. мертвым аллювием. При каждом новом перемыве они наращиваются сверху аллювием малой мощности и обогащаются алмазами. В течение продолжительного времени такая продольная карстовая форма, соответствующая ориентировке речной долины, служит ловушкой алмазов, которые концентрируются в интервале небольшой мощности. Время накопления алмазов соответствует времени образования всех эрозионно-аккумулятивных и наложенных террас. Если в карстующихся породах есть нерастворимый компонент, то он перекрывает кровлю карбонатов, образуя элювий. Аллювий оказывается в своеобразном элювиальном мешке. Формируются сложно построенные переуглубленные речные долины.
Известно, что наибольшие концентрации алмазов на Урале связаны с наиболее молодыми речными отложениями (голоцен). Аллювий на карбонатном плотике богаче алмазами, чем аналогичные отложения на терригенном плотике. Продукты разрушения терригенных пород разубоживают содержания алмазов в зоне развития аллювия с терригенным плотиком. Ближе к плотику (основанию аллювия) содержание алмазов возрастает [3].
В долине р. Чикман (бассейн р. Яйвы - правого притока Камы) происходит региональный подъем земной коры, как и в целом на Западном Урале.
Рис. 2. Строение террас в долине р. Чикман и содержание алмазов в аллювии.
Авторами по материалам Яйвинской геологопоисковой партии Пермской ГРЭ (В.А. Ветчанинов и др., 1986) обработаны данные 856 проб аллювия р. Чикман. Выделено пять типов (I-V) строения речных террас: I - прислоненные с неразрываемым «мертвым» (термин авторов) аллювием в основании; II - наложенные с интенсивным переуглублением долины; III - эрозионно-аккумулятивные на терригенном плотике; IV - эрозионно-аккумулятивные на карбонатном плотике; V - прислоненные на терригенном плотике. Рассчитано среднее содержание алмазов в каждой группе. Наибольшие концентрации отмечены в аллювии прислоненных террас на карбонатах, включающих «мертвый» аллювий (рис. 2).
Концентрации алмазов убывают в ряду С1>C2>C3>C4>C5. Наиболее богаты алмазами речные отложения на карбонатном плотике с «мертвым» аллювием (I); затем по убыванию: четвертичный аллювий с неогеновыми отложениями на карбонатном плотике (II); аллювий эрозионно-аккумулятивных террас на терригенном плотике (III); аллювий эрозионно-аккумулятивных террас на карбонатном плотике (IV); молодой аллювий прислоненных террас на терригенном плотике (V) .
Таким образом, на участках долины реки с проявлениями карста, где опускания земной коры чуть больше неотектонического подъема, формируются наиболее богатые концентрации алмазов.
Исследования выполнены при поддержке гранта РФФИ 10-05-96060.
Рецензенты
- Осовецкий Борис Михайлович, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
- Середин Валерий Викторович, доктор геолого-минералогических наук, зав. кафедрой инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.